BR112020019601A2 - Processo para a produção de uma pasta de alvejante altamente concentrado - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a processos para a produção de pastas de alvejantes altamente concentrados que contêm uma mistura de cristais de hipoclorito de sódio penta-hidratado sólido em uma fase líquida saturada em hipoclorito de sódio e contendo hidróxido de sódio ou outros estabilizantes alcalinos. as pastas de alvejante e as composições que exibem uma estabilidade realçada também são divulgadas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PRO-

CESSO PARA A PRODUÇÃO DE UMA PASTA DE ALVEJANTE ALTAMENTE CONCENTRADO". CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se de maneira geral à prepara- ção de uma pasta de alvejante altamente concentrado e do alvejante altamente concentrado resultante.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Há muitos usos para o hipoclorito de sódio, normalmente conhecido como alvejante, em aplicações industriais, de serviços de utilidade pública, e residenciais. Em muitas aplicações em larga esca- la, o hipoclorito de sódio tem sido tradicionalmente produzido no local através da adição de cloro e álcali à água. Embora o transporte de clo- ro gasoso liquefeito em cilindros portáteis ou em vagões ferroviários seja a maneira a mais comum de obter o cloro usado para produzir o alvejante, os perigos da manipulação, do transporte e da armazena- gem do cloro liquefeito aumentaram os custos relacionados à respon- sabilidade desta abordagem. As alternativas para a manipulação do cloro gasoso liquefeito incluem a produção de cloro ou hipoclorito de sódio através da eletrólise. A eletrólise é a conversão de salmoura contendo cloreto de sódio em uma solução que contém hipoclorito de sódio em uma célula eletroquímica não dividida. Este processo tem a vantagem de produzir o hipoclorito de sódio sem a produção separada de cloro gasoso e das soluções que contêm soda cáustica, o que pode ser executado no local. A desvantagem principal da eletrólise direta no local para produzir o alvejante é que a conversão elevada de sal em alvejante não é concretizável simultaneamente com o rendimento cou- lométrico elevado do alvejante da corrente. Um outro problema encon- trado com a eletrólise direta é a vida útil limitada dos eletrodos nesta aplicação. Ainda um outro problema com a eletrólise direta é a forma-

ção indesejável de clorato, tanto pela decomposição térmica de solu- ções de hipoclorito quanto pela eletro-oxidação do hipoclorito no âno- do.

[0003] A eletrólise indireta do sal para a produção de cloro e soda cáustica, tipicamente executada em um eletrolisador de membrana- célula, é um meio para obter a conversão elevada de sal e um elevado rendimento coulométrico. O cloro e a soda cáustica coproduzidos por este meio podem ser combinados em um reator apropriado para pro- duzir soluções de alvejante. No entanto, tal produção indireta de alve- jante requer um investimento substancial em equipamentos, incluindo especialmente um equipamento para a purificação da salmoura, mas também incluindo um equipamento para manipular o cloro gasoso. À produção indireta de alvejante é menos apropriada para aplicações pequenas no local, mas é o meio preferido para produzir o alvejante em escala industrial. Tal produção é tipicamente otimizada mediante a seleção de um local bastante próximo de recursos de geração de energia elétrica e onde o sal pode ser obtido de forma econômica. É tipicamente pouco prática a produção de alvejante pela eletrólise indi- reta na maior parte dos locais onde é necessário. O transporte de so- luções de alvejante é limitado pela solubilidade do hipoclorito de sódio na água e pela estabilidade limitada dessas soluções. O custo do transporte de soluções de alvejante a concentrações de 15 a 25% é mais elevado do que o custo do transporte de reagentes (50% de soda cáustica e cloro gasoso liquefeito) usados na produção convencional de alvejante, porque mais massa e volume devem ser transportados por unidade de hipoclorito de sódio entregue.

[0004] Há dois processos indiretos diferentes para a produção de soluções de alvejante: o primeiro é o processo de alvejante equimolar, e o segundo é o processo de remoção de sal. O processo equimolar envolve uma reação de cloração na qual todos os produtos da reação permanecem na solução. A fórmula total para esta reação é represen- tada pela fórmula: 2 NaOH + Cl7 > NaOCI + NaCl + H2O.

[0005] O processo equimolar é indicado como o processo equimo- lar porque a razão entre o cloreto de sódio e o hipoclorito de sódio no produto é de pelo menos 1:1 em uma base molar. A formação de clo- rato e a presença da impureza de cloreto de sódio na soda cáustica de grau comercial usada aumenta a razão entre o cloreto e o hipoclorito até ligeiramente acima de 1:1. O alvejante equimolar (EMB) tem uma concentração limitada até cerca de 16% em peso de alvejante, de mo- do a evitar a cristalização do sal durante a armazenagem ou o trans- porte. A presença de sal não adiciona nenhum valor ao produto e au- menta a sua taxa de decomposição.

[0006] Competindo com esta reação de formação de alvejante de- sejada, há uma decomposição indesejado de alvejante para formar clorato de sódio: 3 NaOCI > NaCIO;3 + 2 NaCl

[0007] Nos processos equimolares, um pequeno excesso de alca- linidade é requerido para estabilizar o produto. É sabido que a mistu- ração rápida de cloro no hidróxido de sódio, o resfriamento uniforme e a manutenção da alcalinidade em excesso nas zonas de misturação minimizam a formação de clorato.

[0008] Uma outra reação indesejada que ocorre quando o cloro em excesso reage com a água e o alvejante para criar ácido hipoclo- roso: Cl2 + H2O + NaOCI €> 2 HOCI + NaCl

[0009] O ácido hipocloroso facilita a decomposição do hipoclorito em clorato. A presença de alcalinidade em excesso converte o ácido hipocloroso em hipoclorito, de modo que a formação de clorato indese- jado é minimizada.

[0010] A segunda classe dos processos pode ser indicada como processos de remoção de sal. Esses processos removem o sal (permi- tindo que ele cristalize e então é removido o sal sólido) durante a rea- ção de cloração, e eles usam menos diluição. As soluções de alvejante que contêm tanto quanto 28% em peso de alvejante podem ser forma- das, e a razão entre o cloreto e o hipoclorito é tipicamente menor do que 0,4% em peso. Rendimentos totais mais baixos do alvejante desta classe de processos são um problema. Um problema é que a forma- ção de clorato é mais rápida. Um segundo problema é que reatores maiores são necessários, uma vez que os cristais de sal precisam crescer até um tamanho médio de mais 300 micra, o que permite que eles sejam removidos por meio de sedimentação ou filtração. Algumas perdas do rendimento também são incorridas durante a separação do sal, uma vez que uma parte de alvejante é retida no bolo de sal do fil- tro úmido (ou centrífuga).

[0011] O hipoclorito de sódio penta-hidratado, um sal que contêm hipoclorito de sódio e água, é estável a temperaturas abaixo de cerca de 25ºC, derrete entre temperaturas de cerca de 25 a 29ºC, e resulta em uma solução forte de hipoclorito de sódio e água. Tipicamente, os cristais de hipoclorito de sódio penta-hidratado são longos e em forma- to de agulha. Estes cristais têm uma baixa densidade nominal indese- jada que resulta desse formato de cristal. Os cristais também se de- compõem rapidamente, quando são colocados em contato com o ar. Por exemplo, os cristais expostos à atmosfera durante toda a noite se decompõem para formar um líquido diluído, até mesmo quando arma- zenados a baixas temperaturas. A teoria é que essa decomposição rápida ocorre devido ao contato com dióxido de carbono na superfície dos cristais. Os autores da presente invenção determinaram que, quando os cristais eram produzidos com elevada pureza e pouco líqui- do remanescente em sua superfície, os cristais eram ainda mais sen-

síveis à presença do ar, isto é, eles se decompunham. No entanto, os autores da presente invenção também verificaram que a adição de um excesso de base, tal como descrito no presente documento, melhorou a estabilidade dos cristais.

[0012] Quando são produzidas soluções de alvejante que contêm mais de cerca de 25% em peso de hipoclorito de sódio, os cristais de penta-hidrato sólidos podem começar a se formar com o esfriamento dessas soluções abaixo de 10ºC. No entanto, até mesmo a essa tem- peratura, soluções concentradas de alvejante se decompõem mais ra- pidamente do que desejado. As soluções de alvejante podem ser pre- paradas a temperaturas abaixo do ponto de equilíbrio no qual os cris- tais de penta-hidrato irão se formar, e mantidas sem a formação de penta-hidrato, uma vez que um cristal de semente não está presente. No entanto, no transporte em grande escala, a ausência completa de cristais de semente não pode ser garantida. Quando as soluções de alvejante são esfriadas até temperaturas nas quais o hipoclorito de só- dio penta-hidratado se cristaliza e um cristal de semente este presen- te, são formados cristais, e o material contendo alvejante cristalizado resultante não pode ser facilmente bombeado, uma vez que os cristais obstruem os encanamentos e as mangueiras. Consequentemente, es- se material contendo sólido não é removido facilmente dos recipientes de transporte.

[0013] A formação de cristais de penta-hidrato representa uma barreira ao transporte e à distribuição eficazes das soluções de alve- jante que têm mais de cerca de 25% em peso de hipoclorito de sódio a temperaturas abaixo de cerca de 10ºC.

[0014] O desenvolvimento de métodos melhorados de produção de alvejante concentrado deve ser vantajoso, porque deve ajudar a reduzir os custos de manufatura e/ou transporte, entre outros benefí- cios. E a preparação de pastas e sólidos de alvejante concentrados mais estáveis é desejável, porque o material que exibe a degradação reduzida com o passar do tempo pode ser armazenado por muito tem- po e transportado mais longe, o que ajuda a reduzir os custos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0015] São divulgados no presente documento processos para a preparação de um alvejante, em que o processo compreende: a produção de uma mistura que compreende hidróxido de sódio, água e cloro em um reator; a formação de um alvejante forte e NaCl, em que pelo me- nos uma parte do NaCl é um sólido; a separação do alvejante forte de pelo menos uma parte do NaCl sólido e a remoção do material que compreende pelo menos uma parte do NaCl sólido do reator; o resfriamento do alvejante forte em um refrigerador para obter um alvejante forte resfriado; a introdução do alvejante forte resfriado em um cristalizador de alvejante, onde são formados pelo menos alguns cristais de alve- jante; uma corrente que compreende o alvejante forte e cristais de alvejante resfriados sai do cristalizador de alvejante e pelo menos uma parcela dessa corrente entra em um separador, onde pelo menos al- guns dos cristais de alvejante são separados do restante da corrente. Várias correntes de reciclagem podem ser usadas para reduzir o custo e facilitar a formação do alvejante sólido desejado, isto é, hipoclorito de sódio penta-hidratado.

[0016] No presente documento também são divulgadas composi- ções que compreendem o alvejante sólido, água e um composto bási- co que compreende hidróxido de sódio, carbonato de sódio, metasili- cato de sódio, silicato de sódio, fosfato de sódio, aluminato de sódio, borato de sódio, ou misturas de dois ou mais dos mesmos, onde o composto básico não foi preparado durante a preparação do alvejante sólido.

[0017] Outras características e iterações da invenção são descri- tas em mais detalhes a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0018] Figura 1: é um diagrama esquemático que ilustra os fluxos de materiais e as condições em uma modalidade do processo de alve- jante concentrado.

[0019] Figura 2: é um gráfico da % em peso de NaOClI versus o tempo, quando quantidades diferentes de base são adicionadas a Na- OC.

[0020] Figura 3: é um gráfico que compara a taxa de decomposi- ção do alvejante equimolar diluída até 12,5% em peso de hipoclorito de sódio em alvejante sólido obtido de acordo com os processos des- critos no presente documento diluído até 12,5% em peso de hipoclorito de sódio. Os dados gerados a 20C +/- 1ºC mostram uma melhoria de 2 vezes na estabilidade do hipoclorito de sódio penta-hidratado dissolvi- do e diluído produzido de acordo com os processos descritos no pre- sente documento em comparação ao alvejante de EMB nas mesmas condições. Os pontos de dados mostrados são a média de duas dupli- catas.

[0021] Figura 4: é um gráfico que compara a estabilidade em rela- ção ao tempo do alvejante sólido produzido de acordo com os proces- sos descritos no presente documento, onde o alvejante contem níveis variados de cáustico. Amostras armazenadas a 10C +/- 1ºC.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0022] Tal como descrito acima, no presente documento são divul- gados métodos de preparação de pastas de alvejante altamente con- centrado, e composições de alvejante altamente concentrado. Um as- pecto da presente invenção engloba a reação de NaOH aquoso com um agente de cloração em um reator, para formar o alvejante. De pre- ferência, o alvejante isolado produzido de acordo com os processos descritos no presente documento é uma pasta ou um alvejante sólido. Agente de cloração

[0023] De preferência, o agente de cloração é o cloro. O cloro po- de ser um gás, um líquido ou uma mistura dos mesmos. O cloro gaso- so pode ser um gás úmido e o cloro líquido pode ser um líquido seco. Se o cloro líquido for usado, ele irá vaporizar, o que ajuda a resfriar a mistura de reação. Trocadores de calor internos e/ou externos podem ser usados para controlar a temperatura da reação. Os exemplos dos refrigeradores incluem trocadores de calor de placa e armação, troca- dores de calor de envoltório e tubo, trocadores de calor de superfície raspada e refrigeradores de evaporação a vácuo. Hidróxido de sódio

[0024] O hidróxido de sódio aquoso é usado nos processos divul- gados no presente documento. Tipicamente, a concentração de hidró- xido de sódio é de pelo menos cerca de 10% em peso, 15% em peso, 20% em peso, 24% em peso, 25% em peso, 30% em peso, 35% em peso, 40% em peso, 45% em peso, 50% em peso ou mais. Concen- trações mais elevadas de hidróxido de sódio podem ser usadas. Em uma modalidade, o NaOH é mais do que 20% em peso. Em uma outra modalidade, é de pelo menos 24% em peso. O hidróxido de sódio aquoso pode ser preparado no local ou pode ser comprado. Condições da reação

[0025] Em uma modalidade, o reator é mantido a uma temperatura menor do que de cerca de 30ºC. Com mais preferência, o reator é mantido a uma temperatura menor do que de cerca de 25ºC. Ainda com mais preferência, o reator é mantido a uma temperatura de cerca de 15ºC a cerca de 20ºC. Com maior preferência ainda, a temperatura é de cerca de 18 a cerca de 20ºC. Geralmente é preferível manter a temperatura do reator a temperaturas mais baixas, ao invés de tempe- raturas mais altas. Isto ajuda a impedir a degradação do alvejante forte através da formação de clorato. A temperaturas mais baixas do que cerca de 15ºC, o alvejante forte irá começar a formar cristais de penta- hidrato no reator e/ou no refrigerador. Isto pode entupir o refrigerador e reduzir o rendimento do processo. Para ficar desobstruído, é desejável minimizar a cocristalização dos cristais de penta-hidrato e NaCl, uma vez que a cocristalização reduz o rendimento dos cristais de penta- hidrato. A temperaturas mais altas do que cerca de 25ºC, e especial- mente acima de 30ºC, o alvejante forte se decompõe a uma taxa que produz um nível indesejado de clorato, o que reduz o rendimento. Com a redução da formação de clorato no reator, menos clorato se acumula do material filtrado reciclado, de modo que, em equilíbrio, o material filtrado carregado com o sólido na etapa de separação é suficiente pa- ra eliminar completamente a necessidade de uma purga de material filtrado.

[0026] A pressão no reator é tipicamente próxima da pressão am- biente, ou, em uma variação do processo, pode ser menor do que a pressão ambiente, por exemplo, sob o vácuo definido pela pressão do vapor de água em equilíbrio com a solução de alvejante aquosa, uma vez que não há nenhum outro componente volátil do reator. Um valor típico da operação sob vácuo é 0,2 psia. Nesta variação do processo, o vapor de água é evaporado da superfície do alvejante para prover o resfriamento e remover uma parcela de calor da reação do cloro com o hidróxido de sódio. A temperatura no reator pode ser mantida ao ope- rar a reação a uma pressão mais baixa do que a pressão ambiente e também em combinação com um ou mais refrigeradores externos. Se a reação for executada à pressão ambiente, a temperatura é mantida através do uso de refrigeradores.

No reator e no fluxo de materiais

[0027] Assim como se forma o alvejante forte, também é formado o cloreto de sódio (sal). O sal fica supersaturado na mistura de reação e pelo menos uma parte do sal precipita. Se o sal já estiver presente na mistura de reação, isto pode ajudar a facilitar a precipitação do sal.

[0028] Tipicamente, a concentração do alvejante forte dentro do reator é menor do que cerca de 30% em peso de NaOClI, ou menor do que cerca de 25% em peso de NaOClI, ou maior do que cerca de 10% em peso de NaOClI, ou maior do que cerca de 15% em peso de Na- OCI. As variáveis que afetam esta concentração são a razão entre a solução de alvejante reciclada e cloro e/ou o cáustico.

[0029] Quando o sal (NaCl) precipita, a mistura de reação restante fica enriquecida no alvejante. O sal é removido mediante a decantação da mistura de reação do sal, permitindo que o sal sedimente, e é re- movida pelo menos uma parte do sal sedimentado do fundo do reator, a mistura de reação é filtrada ao usar uma centrífuga ou ao usar duas ou mais destas técnicas de separação, em combinação. As centrífugas preferidas para a separação de sal incluem uma centrífuga do tipo de- cantador, uma centrífuga de tela-rolo, parafuso/tela ou tela-bacia. À centrífuga de bacia sólida pode obter a remoção rápida e essencial- mente completa de sal do alvejante. Mas quando o sal é separado efi- cientemente em uma zona de sedimentação do reator, a centrífuga de tela-bacia pode produzir um bolo de sal com um menor teor de líquido, o que melhora o rendimento do processo. Quando uma pasta mais grossa de sal é requerida, um hidrociclone pode ser usado para con- centrar a pasta de sal antes que ela seja alimentada na centrífuga. Um benefício de centrífugas de tela-rolo e de parafuso-tela é a sua capaci- dade de aceitar uma pasta de sal a uma baixa concentração.

[0030] Caso desejado, pelo menos uma parte do alvejante forte é retirada do reator, resfriada em um refrigerador, e então reciclada ao reator. A parcela da mistura de reação que é retirada do reator é reti- rada de uma região de baixa concentração de sólidos. Frequentemen- te, esta é a porção superior do reator.

[0031] Quando o reator de cloração não contém uma zona de se- dimentação, onde as partículas de sal são separadas da mistura de reação, o próprio reator é menor. Porém, nesses casos, a pasta que circula através da bomba e do refrigerador é mais abrasiva para a bomba e irá mais provavelmente entupir o refrigerador.

[0032] A mistura de reação no reator é tipicamente agitada, por exemplo, pelo uso de um impulsor, ou pela indução de um jato de fluxo de alvejante através do uso de um bocal. Em uma modalidade, o bocal fica próximo do fundo do reator. Outro meio de misturação ou agitação conhecido no estado da técnica pode ser usado. As combinações de dois ou mais métodos de misturação também podem ser usadas.

[0033] O tempo de residência do alvejante forte no reator é de cer- ca de 0,25 a cerca de 5 horas, onde o tempo de residência é a razão do volume cheio de líquido do reator dividido pela vazão do alvejante forte com uma parte de NaCl removida do mesmo. Em uma modalida- de, o tempo de residência é de meia a duas horas. Para minimizar a decomposição do alvejante forte no reator de cloração, um baixo tem- po de residência é desejado. Quando o processo é executado na ex- tremidade inferior da faixa de temperatura preferida, um tempo de re- sidência mais longo pode ser empregado.

[0034] Um excesso de hidróxido de sódio está presente no reator de cloração e no alvejante forte separado do sal. Este excesso de hi- dróxido de sódio é de cerca de 1% a cerca de 10% em peso do licor depois que o sal foi removido, ou de cerca de 2% a cerca de 8%, ou de cerca de 3% a cerca de 6%. Em uma modalidade, o excesso de hidróxido de sódio é de cerca de 3% a cerca de 4% em peso do licor depois que o sal foi removido. O hidróxido de sódio em excesso me-

lhora a eficiência do reator com a elevação do pH do reator na zona de misturação onde o cloro é introduzido. Quando o hidróxido de sódio em excesso usado é demasiadamente baixo, o pH localizado na regi- ão de misturação de cloro pode ser tão baixo quanto cerca de 5 a cer- ca de 7, e quando o pH de soluções de hipoclorito de sódio é tão bai- xo, ocorre uma decomposição rápida. Uma parte ou tudo esse exces- so pode ser provido pela reciclagem do licor de alvejante fraco alcalino do cristalizador de penta-hidrato.

[0035] Uma vez que uma parte do sal sólido é removida, o alvejan- te forte é resfriado em um refrigerador, e o alvejante forte resfriado é formado. Os exemplos de refrigeradores incluem refrigeradores de placa e armação, refrigeradores de envoltório e tubo e refrigeradores de evaporação a vácuo. Caso desejado, dois ou mais refrigeradores podem ser usados. Uma parcela do alvejante forte resfriado pode ser reciclada ao reator. O alvejante forte resfriado entra então no cristali- zador de alvejante, onde são formados pelo menos alguns cristais de alvejante (cristais de hipoclorito de sódio penta-hidratado). A tempera- tura do alvejante forte resfriado é de cerca de 15ºC ou mais.

[0036] O cristalizador de alvejante é conectado a pelo menos um refrigerador, o que ajuda a manter a temperatura no cristalizador. Em uma modalidade, o refrigerador é pelo menos um dentre um trocador de calor de envoltório e tubo ou um trocador de calor de parede raspa- da.

[0037] A temperatura no cristalizador de alvejante é mais fria do que aquela no reator. O cristalizador pode ser operado a temperaturas tão baixas quanto cerca de -15ºC, em cuja temperatura a água na so- lução pode congelar. De modo mais genérico, o cristalizador é opera- do a cerca de 0ºC e o material que sai do cristalizador está a uma temperatura de cerca de -0,5 a -5ºC.

[0038] Um balanço de calor no processo mostra que o calor é adi-

cionado da reação de cloro com soda cáustica para formar hipoclorito (esta reação é exotérmica), e através do calor da diluição da soda cáustica (que também é exotérmica). Uma quantidade menor de calor é gerada da ineficiência de bombeamento e pela decomposição inde- sejada do hipoclorito. O calor também é adicionado durante a cristali- zação do calor da fusão do hipoclorito de sódio penta-hidratado. O ca- lor é tipicamente removido do processo em dois locais, no refrigerador do reator e no refrigerador do cristalizador. O calor de cristalização é em sua maior parte, quando não completamente, removido pelo refri- gerador de cristalização.

[0039] Tal como observado acima, a execução da reação a pres- sões subambientes irá causar a evaporação, o que também pode aju- dar a manter a temperatura da reação. Devido ao fato que a adição de calor ao processo ocorre quase que inteiramente no reator de cloração e em seu circuito de circulação, o reator de cloração opera a uma tem- peratura substancialmente mais alta do que o cristalizador. A solubili- dade do cloreto de sódio é insensível à temperatura, ao passo que a solubilidade do hipoclorito de sódio penta-hidratado (cristais de alve- jante) é altamente dependente da temperatura. Além disso, a solubili- dade de cada sólido é bastante dependente das concentrações da quantidade total de íons de sódio na solução. Por esta razão, uma di- ferença da temperatura operacional entre o reator e o cristalizador é crítica para a operação bem sucedida deste processo de modo que no reator de cloração e em seu circuito de circulação, predominantemente (e de preferência somente) o cloreto de sódio é precipitado, ao passo que no cristalizador de alvejante, predominantemente (e de preferên- cia somente) o hipoclorito de sódio penta-hidratado é precipitado. Em- bora tenha sido mostrado que o processo pode ser operado em uma ampla faixa de temperaturas, a separação em temperaturas operacio- nais que é a mais preferida pode ser descrita pela parcela da carga de resfriamento que ocorre em cada circuito de resfriamento. Quando mais do que cerca de 60% do calor removido do processo ocorre no circuito de resfriamento do reator, a temperatura operacional do reator é muito próxima daquela do cristalizador. Quando a temperatura de saída do refrigerador do reator cai abaixo de cerca de 15ºC, os cristais de alvejante começam a coprecipitar com o sal, o que é indesejável. No outro extremo, o processo pode ser operado com todo o calor re- movido pelo refrigerador do cristalizador. Neste caso, a diferença da temperatura entre o reator de cloração e o cristalizador de alvejante é maximizada. A uma temperatura operacional do reator de alvejante acima de cerca de 40ºC, a decomposição de hipoclorito é demasiada- mente elevada e o rendimento total cai abaixo de 90% para o proces- so. Idealmente, entre 30% e 50% do calor total é removido através do refrigerador do cristalizador. Quando todo o calor removido do proces- so é removido no cristalizador, a taxa de reciclagem do material filtrado frio do cristalizador ao reator controla a temperatura do reator de clo- ração.

[0040] Para um tipo de envoltório e tubo de refrigerador, a obstru- ção das superfícies mais resfriadas é reduzida ao minimizar a queda da temperatura através do refrigerador, mas quando o refrigerador é de um desenho de parede raspada a queda da temperatura pode ser maior. Quando a queda da temperatura através do refrigerador do cris- talizador é baixa, a taxa de circulação através do refrigerador deve ser maior para remover o calor, tal como o calor de cristalização que é re- movido quando são formados os cristais. Em uma modalidade, mais de um refrigerador é usado.

[0041] Em uma modalidade, o reator de cloração é mantido a uma temperatura menor do que 25ºC, e com mais preferência de cerca de a cerca de 20 graus C, e o reator de cloração opera tipicamente a uma temperatura que é cerca de 15 a 20ºC mais quente do que o cris-

talizador de alvejante.

[0042] Quando o refrigerador é um refrigerador de envoltório e tu- bo, os tubos são maiores do que cerca de 1 cm de diâmetro interno, e o refrigerador tem uma velocidade do lado do tubo maior do que cerca de 2 metros por segundo. O tamanho exato do refrigerador e a veloci- dade do tubo lateral dependem da quantidade de alvejante que está sendo preparada. O refrigerador para o cristalizador pode ser um refri- gerante que ferve dentro da camisa mais fresca. Este desenho de res- friamento direto minimiza os custos operacionais ao reduzir a entrada de energia mecânica e/ou elétrica requerida.

[0043] O teor de sólidos sedimentados do cristalizador é a fração volumétrica observada quando uma amostra da pasta é deixada sedi- mentar por um período de tempo de pelo menos 1 minuto em um reci- piente que minimiza a mudança de temperatura da pasta. Foi obser- vado que um teor de sólidos sedimentados de mais de cerca de 70% foi observado irá tornar mais provável o entupimento do trocador de calor, da bomba, ou das linhas de circulação da pasta e causa uma viscosidade elevada da pasta. Em um teor de sólidos sedimentados menor do que de cerca de 20%, ocorre uma supersaturação do crista- lizador, e cristais finos com uma razão C/D maior do que cerca de 10/1 irão provavelmente se formar. Estes têm um efeito indesejável no pro- duto. A operação do cristalizador dentro dessa janela pode ser provida ao reciclar uma parcela do material filtrado ao cristalizador ou ao mu- dar a temperatura operacional do cristalizador para que fique mais próxima daquela do reator de cloração.

[0044] A corrente que sai do cristalizador é então tratada, ao re- mover pelo menos uma parte dos cristais de alvejante. Em uma moda- lidade, todos os cristais de alvejante são removidos. A corrente pode ser filtrada ao usar a filtração por gravidade ou a vácuo. Alternativa- mente, uma centrífuga pode ser usada. A filtração a vácuo é geralmen-

te mais rápida do que a filtração por gravidade. O aparelho de filtração ou a centrífuga podem ser isolados, de modo a ajudar a manter a tem- peratura do material filtrado. Quando a filtração a vácuo é usada, o ar que passa através dos cristais contém dióxido de carbono, o qual rea- ge com pelo menos uma parte do hidróxido de sódio residual em ex- cesso presente no material filtrado, e reduz a alcalinidade do produto cristalino. Acredita-se que esta reação com o dióxido de carbono seja indesejável, uma vez que torna o produto menos estável. Uma manei- ra preferida de minimizar a reação com o dióxido de carbono consiste em capturar o ar que é extraído através do filtro e reciclar o mesmo. Por exemplo, a saída de uma bomba de vácuo que fornece vácuo ao filtro é retornada a uma saia que cobre a parte externa do filtro, impe- dindo desse modo que ar ambiente adicional seja extraído através do filtro. Os cristais de alvejante isolados contêm menos de 10% de líqui- do (não incluindo a água nos cristais de penta-hidrato). Alternativa- mente, eles contêm menos de 5% de líquido (não incluindo a água nos cristais de penta-hidrato). O alvejante líquido residual pode ser recicla- do total ou parcialmente ao reator de cloração. Se algum alvejante re- sidual for reciclado, pelo menos cerca de 10% é reciclado. Com mais preferência cerca de 50% a 100% do líquido residual são reciclados ao reator de cloração. Com a reciclagem do material filtrado, a concentra- ção de hipoclorito de sódio no reator é reduzida, desse modo também reduzindo as taxas de decomposição do alvejante no reator e tornando possível obter o rendimento total do alvejante de cloro de 99% ou mais.

[0045] Qualquer material filtrado que não é reciclado é vendido tipicamente como alvejante equimolar convencional. No entanto, a al- calinidade em excesso do reator permanece no material filtrado e não nos cristais, de modo que a alcalinidade em excesso no reator deve ser minimizada a fim de impedir que seja produzida uma corrente de subproduto com uma alcalinidade indesejavelmente alta, isto é, uma alcalinidade que é mais alta do que é aceitável para os clientes da so- lução de alvejante convencional.

[0046] Quando pelo menos uma parte do material filtrado é reci- clada, o reator é operado mais vantajosamente com cerca de 1% a cerca de 10% de alcalinidade em excesso de modo a minimizar a pro- babilidade de supercloração no reator e redução do clorato formado quando o cloro é adicionado ao reator. Foi mostrado de maneira ines- perada que a cristalização do hipoclorito de sódio penta-hidratado do licor que contém de 1% a 10% de hidróxido de sódio resulta em um produto com uma pureza igual e uma estabilidade maior do que quan- do da cristalização do alvejante preparado com pouco excesso de al- calinidade.

[0047] Em uma modalidade, os cristais separados do alvejante são combinados com água e/ou o material filtrado da etapa de filtração an- terior para formar um produto de pasta de alvejante. Em uma modali- dade, os cristais de alvejante separados são combinados com água para formar um produto de pasta de alvejante. Em uma outra modali- dade, os cristais de alvejante são combinados com o material filtrado da etapa de filtração anterior.

[0048] Nos processos acima, a água é adicionada opcionalmente ao reator, ao cristalizador de alvejante, ao separador, ou às combina- ções de pelo menos dois dos mesmos. O elemento versado na técnica irá apreciar se e quando a água é necessária para manter uma visco- sidade mais baixa e/ou para facilitar a reação, por exemplo. A quanti- dade total de água que entra no processo através da adição de rea- gentes e água opcional deve ser igual à água que sai na corrente do produto. Esse balanço da água é melhor mantido por um operador há- bil mediante a purga de uma parcela do material filtrado (tal como des- crito acima) para a produção de uma solução de alvejante como co-

produto. A produção do coproduto é idealmente minimizada mediante a minimização da adição de água e o uso de somente a soda cáustica com mais de 40% em peso de NaOH, de preferência pelo menos 50% em peso de NaOH. Cristais

[0049] Os cristais podem ser reduzidos no tamanho por meio de trituração. Isto irá resultar em uma pasta que pode ser bombeada e/ou transferida ao usar mangueiras, encanamento e outros equipamentos usados tipicamente quando o alvejante convencional é manipulado. O tamanho dos cristais, e em particular o seu comprimento, pode ser re- duzido ao usar os meios conhecidos no estado da técnica, tais como o esmagamento mecânico, a trituração, a misturação com elevado cisa- lhamento, a abrasão, ou combinações de dois ou mais dos mesmos. À trituração dos cristais é executada para minimizar a viscosidade.

[0050] Em uma modalidade, os cristais de penta-hidrato têm uma razão entre o comprimento e o diâmetro menor do que cerca de 5:1. Em uma outra modalidade, a razão é menor do que cerca de 4:1, o que ajuda a assegurar que uma pasta bombeável seja produzida. À razões de C/D maiores do que cerca de 5:1, a pasta é menos fluível. Potencialmente, podem ser identificadas condições do processo de cristalização que irão produzir essa forma de cristal desejada sem uma etapa mecânica. Em uma modalidade, os cristais foram produzidos ou tratados para terem uma razão entre o comprimento e o diâmetro (C/D) menor do que 4:1.

[0051] Foi verificado que cristais mais redondos fluem melhor e têm uma viscosidade mais baixa do que os cristais não arredondados. Uma maneira para preparar cristais arredondados consiste em sujeitar os cristais a uma misturação de elevado cisalhamento, a qual quebra as quinas dos cristais de modo que eles se tornam mais arredonda- dos.

Composições

[0052] Embora tenha sido verificado que os cristais de hipoclorito de sódio penta-hidratado são relativamente estáveis quando precipita- dos de um licor que contém cerca de 1% a cerca de 5% de hidróxido de sódio em excesso, há surpreendentemente um benefício de estabi- lidade adicional obtido mediante a adição de uma base adicional que não estava presente durante a preparação do alvejante. Outros sais de sódio inorgânicos alcalinos podem ser usados. Os exemplos de sais de sódio inorgânicos alcalinos apropriados incluem o hidróxido de só- dio, o carbonato de sódio, o metasilicato de sódio, o silicato de sódio, o fosfato de sódio, o aluminato de sódio, o borato de sódio, ou as mistu- ras de dois ou mais dos mesmos podem ser usadas. Em uma modali- dade, o sal de sódio inorgânico alcalino compreende o NaOH. Em uma outra modalidade, o sal de sódio inorgânico alcalino é o NAOH. O KOH ou sais de potássio também podem ser usados. Desse modo, no pre- sente documento são apresentadas composições que compreendem o alvejante sólido, a água e um composto básico que compreende hidró- xido de sódio, carbonato de sódio, metasilicato de sódio, silicato de sódio, fosfato de sódio, aluminato de sódio, borato de sódio, ou mistu- ras de dois ou mais dos mesmos, onde o composto básico não foi pre- parado durante a preparação do alvejante sólido. De preferência, o composto básico compreende o hidróxido de sódio.

[0053] Foi verificado que a adição de um sal de sódio inorgânico alcalino adicional, tal como o hidróxido de sódio, ao bolo de alvejante úmido confere mais estabilidade ao alvejante. Em uma modalidade, menos de 5% em peso ou menos de 3% em peso ou menos de 2% em peso ou mais de 0,5% em peso de hidróxido de sódio são adicionados. Para ficar claro, o sal de sódio alcalino adicionado pode ser líquido, sólido ou uma combinação dos mesmos. Um exemplo de um sal de sódio alcalino líquido é uma solução a 50% em peso ou mais. Em uma modalidade, a solução tem uma concentração de 25 a 65% em peso da solução. Em uma modalidade, pelo menos 35% em pesos de sal de sódio alcalino aquoso são usados. Em uma modalidade adicional, são usados pelo menos 50% em peso. Alternativamente, 50% em peso do sal de sódio alcalino aquoso são usados. Os sais de sódio alcalinos sólidos, tal como o NaOH sólido, estão comercialmente disponíveis.

[0054] O sal de sódio alcalino não faz parte da reação de produ- ção de alvejante. Ao invés disto, esse sal de sódio alcalino é externo à reação de produção de alvejante. Para ficar claro, o sal de sódio alca- lino é adicionado ao alvejante altamente concentrado depois que é formado. Mas deve ser observado que se o NaOH for recuperado e/ou isolado e/ou reciclado do processo de produção de alvejante, ele pode ser adicionado ao alvejante ou ser combinado com o sal de sódio alca- lino fresco e então adicionado ao alvejante. Embora mais de 10% do sal de sódio alcalino adicional possa ser adicionado ao alvejante con- centrado, tipicamente menos de 10% em peso é usado. Em uma mo- dalidade, menos de cerca de 5% em peso de sal de sódio alcalino po- de ser usado. Em uma modalidade adicional, mais de 0,5% em peso de sal de sódio alcalino pode ser usado. Em uma modalidade, a con- centração da base, por exemplo, o hidróxido de sódio que não foi pre- parado durante a preparação do alvejante sólido, é menor do que 4% em peso. Com mais preferência, a concentração da base é menor do que cerca de 3% em peso ou menor do que cerca de 2,5% em peso. Ainda com mais preferência, de cerca de 1,5% em peso a 2,5% em peso de sal de sódio alcalino de sódio são usados. Em uma outra mo- dalidade, 2% em peso são usados. Em uma outra modalidade ainda, cerca de 2% em peso a 50-% em peso de uma solução de NaOH aquosa são adicionados ao alvejante. Este produto pode ser criado ao adicionar o hidróxido de sódio como uma solução a 50% em peso ou como o hidróxido de sódio sólido moído essencialmente com o mesmo resultado. As composições de alvejante sólido também compreendem cerca de 1 a 5% em peso de NaCl.

[0055] Na Figura 2 os resultados de experimentos de armazena- gem com alvejante sólido são mostrados e comparados com a taxa de decomposição conhecida de soluções do alvejante. Para todos os ex- perimentos de armazenagem, o alvejante foi armazenado em recipien- tes individuais a 5ºC por um período de 50 a 200 dias. Em cada inter- valo de amostragem, um recipiente foi aberto, pesado e dissolvido em uma quantidade conhecida de água deionizada, a seguir analisada, e o teor de hipoclorito medido foi então calculado, com ajuste para a di- luição. O hipoclorito de sódio é analisado ao tomar uma amostra, e ao reagir a mesma com uma solução tamponada de iodeto de potássio, e então pelo menos uma parcela da mistura resultante é titulada com uma solução de tiosulfato de sódio padronizada.

[0056] Tal como mostrado na Figura 1, em uma modalidade, as correntes básicas deste processo são tal como segue:

[0057] Soda cáustica (NaOH, de preferência a 50% ou uma con- centração maior) é alimentada no reator de alvejante de alta força (reator de cloração). (Corrente 1)

[0058] O cloro (tanto um gás úmido quanto um líquido seco) tam- bém é alimentado no reator de cloração (Corrente 2). O cloro e o Na- OH reagem para formar NaCl e NaOClI. Tal como descrito acima, esta reação é exotérmica e a temperatura no reator também é tal como descrito acima. À medida que a reação prossegue, o NaCl começa a precipitar, tipicamente em uma zona de sedimentação. Uma mistura de NaCl precipitado e do NaOCI aquoso sai do reator (Corrente 3) e entra em uma centrífuga, onde o NaCl sólido é removido (Corrente 4). Caso necessário, a temperatura desse material pode ser ajustada para facilitar a remoção do NaCl. Uma parte, se não todo, do NaOCI aquoso que sai da centrífuga é reciclada ao reator de cloração (Corrente 5), ao passo que o NaCl sólido é isolado. Embora não seja mostrado na Fi- gura 1, o NaOCI aquoso pode ser tratado para ajustar a sua tempera- tura. Tipicamente, o NaOCI aquoso é resfriado antes de ser reciclado ao reator de cloração.

[0059] À medida que a reação prossegue, o material é retirado, resfriado e reciclado ao reator de cloração (Corrente 6). De preferên- cia, o reator é mantido a uma temperatura constante próxima, tal como descrito acima.

[0060] Quando o alvejante forte é formado, ele sai do reator de cloração (Corrente 7) e entra no hidrociclone de polimento, onde os sólidos adicionais são removidos do alvejante forte. Os materiais que contêm os sólidos adicionais saem tipicamente do fundo do hidrociclo- ne e são reciclados ao reator de cloração (Corrente 8). Caso desejado, uma parte ou todo do material que sai do fundo do hidrociclone são descartados. Se o reator for projetado de uma maneira tal que propicia a separação adequada do cloreto de sódio, então o uso do hidrociclo- ne de polimento é opcional. Se o hidrociclone de polimento não for usado, a corrente que sai do reator (Corrente 7) vai para o cristaliza- dor. Embora não seja mostrado na Figura 1, a corrente que sai do rea- tor (Corrente 7) pode ser resfriada ou parcialmente resfriada antes de entrar no cristalizador. Se o hidrociclone de polimento não for usado, nenhuma corrente irá entrar no mesmo e nenhuma corrente pode ser reciclada ao mesmo.

[0061] O material que sai do alto do hidrociclone (Corrente 9) entra em um cristalizador, onde os cristais de NaOCI penta-hidratado são formados. Os cristais podem então ser triturados em um dispositivo de trituração, por exemplo, um macerador ou um outro dispositivo, a fim de reduzir o tamanho dos cristais. O líquido, e opcionalmente algum sólido, que sai do macerador (Corrente 10) é resfriado e reciclado ao cristalizador (Corrente 11). Os cristais triturados são então enviados a um dispositivo de filtração, tal como um dispositivo de filtração a vácuo (Corrente 12). O NaOClI penta-hidratado desejado é então isolado (Corrente 13). O alvejante fraco residual pode ser reciclado ao reator de cloração (Corrente 14), ao cristalizador (Corrente 15) ou às combi- nações dos mesmos. Além disso, todo ou uma parte do mesmo podem ser removidos (Corrente 16).

[0062] Pelo menos uma parte do alvejante fraco pode estar a uma temperatura ajustada, tanto aquecido quanto resfriado, dependendo de onde deve ser enviado.

[0063] Caso necessário ou desejado, a água pode ser alimentada ao processo em um ou em mais dos seguintes locais. Ela pode ser adicionada ao circuito de reciclagem e resfriamento do reator, antes do reator de cloração; o cristalizador pode ser usado como uma lavagem no dispositivo de filtração a vácuo; pode ser como uma lavagem para a centrífuga; e/ou como um diluente para o produto alvejante isolado no final do processo. Quando a água é adicionada, ela não deve conter nenhum composto que catalise ou acelere a decomposição do alvejan- te. Por exemplo, o cobalto e/ou o níquel são de preferência excluídos da água. Idealmente, nenhuma água é adicionada ao processo em qualquer um desses locais.

[0064] Tal como mostrado na Figura 1, várias correntes podem ser recicladas ao reator de cloração ou a outras partes do processo. Tipi- camente, as correntes de reciclagem para o reator ou outras partes do processo reduzem o custo e são ecologicamente corretas.

[0065] As composições contendo alvejante produzidas pelos mé- todos divulgados no presente documento podem ser carregadas e descarregadas como uma pasta ou uma pasta bombeável, ou, alterna- tivamente, podem ser manipuladas como um sólido com uma densida- de compactada de pelo menos 0,9 g/cc. As pastas podem conter mais de 25% em peso de hipoclorito de sódio, e a forma sólida pode ter concentrações de até 45% em peso, de modo que o peso e o volume do transporte são mais ou menos iguais ou menores do que o alvejan- te equivalente produzido convencionalmente por uma reação de 50% de hidróxido de sódio e cloro.

[0066] A pasta divulgada no presente documento é estável por um período de tempo de pelo menos 200 dias a 5ºC, sem perder mais de 5% de seu valor de hipoclorito contido. E após a armazenagem a uma temperatura de 5ºC, o clorato formado pela decomposição do alvejan- te é menor do que uma quantidade de clorato contida no alvejante convencional que contém 15% de hipoclorito de sódio que foi armaze- nado a 5ºC. E as pastas e os sólidos podem ser diluídos para a produ- ção do alvejante em todas as concentrações de uso prático como pro- dutos alvejantes industriais ou comerciais. Além disso, essas composi- ções diluídas podem ser obtidas com níveis comercialmente desejá- veis de alcalinidade total e de hidróxido de sódio em excesso, e níveis desejavelmente baixos de clorato de sódio.

[0067] A forma sólida de alvejante produzida pelos métodos divul- gados no presente documento não forma um bolo duro sob armazena- gem e pode ser quebrada com uma força de menos de cerca de 10 libras por polegada linear aplicada à parte externa de uma embala- gem. Além disso, o líquido contido no produto não se separa do sólido sob armazenagem, de modo que o produto permanece homogêneo. Em algumas modalidades, o teor de clorato do alvejante sólido é me- nor do que cerca de 500 ppm.

[0068] Os processos divulgados no presente documento podem ser executados em larga escala, em locais onde o sal e a eletricidade são usados para produzir cloro e soda cáustica. E o alvejante sólido resultante pode ser transportado por umas distâncias mais longas a custos de transporte mais baixo do que outras soluções de alvejante menos concentradas. O alvejante sólido é produzido a um rendimento elevado cloro e soda cáustica. Ele pode ser vendido como uma solu- ção concentrada de alvejante, mas os subprodutos constituem menos de cerca de 10% do hipoclorito de sódio total produzido na reação.

[0069] Os processos divulgados no presente documento podem ser operados continuamente, o que aumenta substancialmente a utilização do equipamento dedicado para esta finalidade. E os processos podem ser executados sem obstruir as linhas e os trocadores de calor usados por pelo menos várias horas de cada vez. E embora os processos utili- zem a eletricidade, por exemplo, para o bombeamento, a trituração e o resfriamento, este uso é minimizado. Os subprodutos dos processos di- vulgados no presente documento podem ser vendidos como uma solu- ção de alvejante concentrada. Estes subprodutos constituem tipicamente menos de cerca de 10% do hipoclorito de sódio total produzido.

DEFINIÇÕES

[0070] Quando são introduzidos elementos das modalidades des- critas no presente documento, os artigos "um" e "uma" e "o/a" e "di- to/a" se prestam a indicar que há um ou mais dos elementos. Os ter- mos "compreende" e "inclui" e "tem" devem ser inclusivos e significam que pode haver elementos adicionais além dos elementos listados.

EXEMPLOS

[0071] Os exemplos a seguir ilustram várias modalidades da in- venção. Exemplo 1

[0072] No Exemplo 1, o alvejante foi preparado com uma força ini- cial de 43,5% em peso pela cristalização com resfriamento de uma so- lução de alvejante que continha 3,5% de hidróxido de sódio. Uma par- cela desse alvejante sólido foi misturada no dispositivo de misturação com elevado cisalhamento com uma quantidade de 50% em pesos de uma solução de hidróxido de sódio de modo que o produto continha 2% em peso de hidróxido de sódio, e o teor de hipoclorito de sódio foi reduzido para 42% em peso. Foi verificado que este material exibe uma análise muito consistente e força perdida a uma taxa média de 0,027% por dia de sua concentração original de 41,90%. A taxa de de- composição foi medida pela regressão linear dos pontos de dados da análise do alvejante tomados pelo menos uma vez por semana para um total de 200 dias. A análise foi realizada ao dissolver a amostra de alvejante armazenada inteira e ao usar um método de titulação de io- deto de potássio/tiossulfato de sódio como é normalmente praticado nas técnicas de alvejante. Exemplo 2

[0073] No Exemplo 2, a preparação do alvejante foi executada ao usar o mesmo material de partida que no Exemplo 1, exceto pelo fato que 99% de hidróxido de sódio sólido foram adicionados para obter o mesmo teor de 2% de hidróxido de sódio adicionado que no Exemplo 1, mas com ligeiramente menos diluição de hipoclorito de sódio. O produto obtido neste exemplo teve uma análise consistente e uma for- ça perdida a uma taxa média de 0,034% por dia de sua concentração original de 42,87% em peso. Exemplo 3

[0074] No Exemplo 3, o alvejante foi preparado na mesma maneira que no Exemplo 1, exceto pelo fato que nenhum hidróxido de sódio adicional foi adicionado aos cristais de alvejante. A análise de amos- tras do alvejante durante a armazenagem mostrou um grau elevado de variabilidade, e uma taxa média de decomposição de 0,19% por dia de sua concentração original de 43,5%. Desse modo, o material sem base adicionada tinha uma taxa de decomposição que era 7,0 vezes mais alta do que no Exemplo 1, e 5,6 vezes mais alta do que no Exemplo 2. Exemplo 4

[0075] No Exemplo 4, o alvejante foi preparado tal como no Exem- plo 1, exceto pelo fato que 4% de hidróxido de sódio foram adiciona-

dos. A taxa de decomposição foi medida como sendo de 0,055% por dia de sua concentração original de 40,57%.

[0076] Exemplo 5

[0077] No Exemplo 5, o produto alvejante foi preparado tal como no Exemplo 2, exceto pelo fato que 4% em peso de hidróxido de sódio sólido foram adicionados. A taxa de decomposição foi medida como sendo de 0,092% por dia de sua concentração original de 41,59%.

[0078] Exemplo 6

[0079] Os dados representativos para três bateladas do produto alvejante foram tomados ao usar os métodos divulgados no presente documento. O teor de água aumenta da amostra 10 à amostra 12 Amostra tt |% em peso de | pom de CIO;3 | Razão de CIO3/NaOCI o leamão Rd poe eo ss —

[0080] Os dados na tabela acima ilustram que as amostras que têm o teor de umidade mais elevado tendem a ter uma concentração mais elevada de clorato que aumenta a razão entre o clorato e o hipo- clorito.

[0081] Todos os exemplos acima mostram que a adição de uma base extra ao alvejante concentrado resulta em um material alvejante que melhora a estabilidade, quando comparado ao alvejante que não teve o alvejante adicional adicionado. Para ilustrar isso de uma outra maneira, a taxa de decomposição da composição de alvejante que contém hidróxido de sódio extra é menor do que a taxa de decomposi- ção das composições de alvejante que não contêm nenhum hidróxido de sódio adicionado.

[0082] É sabido que a estabilidade das soluções de alvejante ar- mazenadas a 5ºC com o baixo teor de sal conhecidas na técnica ante-

rior com uma concentração inicial de 22% de hipoclorito de sódio, que é significativamente menos concentrado do que o alvejante nos exem- plos acima, perde cerca de 0,08% em peso por dia de sua força inicial. Também a título de referência, é sabido que as soluções de alvejante produzidas sem precipitação de cloreto de sódio, isto é, as soluções de alvejante equimolares, com uma concentração inicial de 16% arma- zenadas a 5ºC perdem cerca de 0,092% em peso por dia de sua força inicial.

Contraexemplo 1: Um primeiro processo de um só passe modelado pelo balanço de massa

[0083] Em um reator onde o alvejante é produzido e o sal é crista- lizado, cloro gasoso e hidróxido de sódio diluído a cerca de 35,5% são alimentados e reagidos produzir uma solução de alvejante que contém 28,4% de hipoclorito de sódio, 0,4% clorato de sódio e 7,8% de cloreto de sódio a 25 graus centígrados. O sal precipita nesse reator e é re- movido por meio de filtração. O bolo de sal removido por este proces- so contém cerca de 30% em peso do licor do reator arrastado no sóli- do. A solução do reator filtrada é alimentada a uma etapa de cristaliza- ção com resfriamento onde uma temperatura final de O grau centígra- do é obtida e cristais de hipoclorito de sódio penta-hidratado são pro- duzidos. Os cristais precipitados são então filtrados como um produto alvejante sólido que contém 9% do licor mãe e uma concentração total de hipoclorito de 43% em peso como hipoclorito de sódio. O licor mãe restante contém 17,1% de hipoclorito de sódio e 13,1% de cloreto de sódio, bem como 0,67% de clorato de sódio. Esse licor pode ser diluí- do como soluções a 12% ou 15% padrão, e tem uma razão entre o hi- poclorito e o cloreto similar àquela do alvejante equimolar. Neste exemplo, o rendimento total do produto alvejante sólido é de 57,9% com base no cloro, e o rendimento total do alvejante é de 90,5% no cloro. A composição do subproduto alvejante da solução contém mais do que uma concentração desejada de clorato de sódio para aplica- ções com água potável. Contraexemplo 2: Um segundo processo de um só passe modelado pelo balanço de massa

[0084] Em um reator onde o alvejante é produzido e o sal é crista- lizado, cloro gasoso e hidróxido diluído de sódio a cerca de 36,5% são alimentados e reagidos para produzir uma solução de alvejante que contém 28,4% de hipoclorito de sódio, 0,4% de clorato sódio e 7,8% de cloreto de sódio a 25 graus centígrados. O sal precipita nesse rea- tor e é removido por meio de filtração. O bolo de sal removido por este processo contém cerca de 30% em peso do licor do reator arrastado no sólido. A solução do reator filtrada é alimentada a uma etapa de cristalização com resfriamento onde uma temperatura final de -5 graus centígrados é obtida e cristais de hipoclorito de sódio penta-hidratado são produzidos. Os cristais precipitados são então filtrados como um produto alvejante sólido que contém 9% do licor de mãe e uma con- centração total de hipoclorito de 43% em peso como hipoclorito de só- dio. O licor mãe restante contém 14,4% de hipoclorito de sódio e 14,1% de cloreto de sódio, bem como 0,72% de clorato de sódio. Esse licor não pode ser diluído como soluções a 12% ou 15% padrão por- que a razão entre o hipoclorito e o cloreto é menor do que aquela do alvejante equimolar padrão. Neste exemplo, o rendimento total do pro- duto alvejante sólido é de 62,5% com base no cloro, mas o rendimento total do alvejante também é de 62,5% porque a corrente de coproduto não é comercialmente útil.

[0085] Com a descrição em detalhes da invenção, será aparente que modificações e variações são possíveis sem desviar do âmbito da invenção definido nas reivindicações anexas.

Claims (37)

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a preparação de um alvejante, caracteri- zado pelo fato de que compreende: a formação de uma mistura que compreende hidróxido de sódio, água e cloro em um reator; a formação de um alvejante forte e NaCl, em que pelo me- nos uma parte do NaCl é um sólido; a separação do alvejante forte de pelo menos uma parte do NaCl sólido e a remoção do material que compreende pelo menos uma parte do NaCl sólido do reator; o resfriamento do alvejante forte em um refrigerador para obter um alvejante forte resfriado; a introdução do alvejante forte resfriado em um cristalizador de alvejante, onde pelo menos alguns cristais de alvejante são formados; uma corrente que compreende o alvejante forte resfriado e cristais de alvejante sai do cristalizador de alvejante e pelo menos uma parcela dessa corrente entra em um separador, onde pelo menos al- guns dos cristais de alvejante são separados do restante da corrente.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o hidróxido de sódio tem uma concentração de 50% em peso ou mais.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizado pelo fato de que o cloro é um gás úmido ou um líquido seco.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o reator é operado a uma temperatura que é mais alta do que a temperatura no cristalizador de alvejante.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o reator é mantido a uma temperatura menor do que 35ºC ou menor do que cerca de 25ºC ou de cerca de 15ºC a 20ºC.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o alvejante forte resfriado tem uma temperatura de cerca de 15ºC ou mais.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a temperatura dentro do cristalizador de alvejante é de cerca de 0ºC.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o refrigerador é um refrige- rador de placa e armação, um refrigerador de envoltório e tubo, ou um refrigerador de evaporação a vácuo.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o cristalizador de alvejante é um trocador de calor de envoltório e tubo ou um trocador de calor de parede raspada.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 9, caracterizado pelo fato de que no reator há um excesso de hidróxido de sódio, em relação ao cloro.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 10, caracterizado pelo fato de que há de 1% a 6% em peso de hidróxido de sódio em excesso no alvejante forte, depois que pelo menos uma parte do NaCl sólido é removida.

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracteri- zado pelo fato de que há de 3% a 4% de hidróxido de sódio em exces- so no alvejante forte, depois que pelo menos uma parte do NaCl sólido é removida.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o cloro é cloro líquido.

14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o NaCl sólido é removido do reator por meio de sedimentação, ou uma centrífuga ou um filtro, ou combinações de dois ou mais dos mesmos.

15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracteri- zado pelo fato de que é usada uma centrífuga do tipo decantador e/ou uma centrífuga de tela/bacia.

16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o tempo de residência do alvejante forte no reator é de cerca de 0,25 a cerca de 5 horas, onde o tempo de residência é a razão do volume cheio de líquido do reator dividido pela vazão do alvejante forte com uma parte de NaCl removi- da do mesmo.

17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o tempo de residência do alvejante forte no reator é de cerca de 0,5 a cerca de 2 horas.

18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 17, caracterizado pelo fato de que a corrente que compreen- de o alvejante e os cristais de alvejante é filtrada.

19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracteri- zado pelo fato de que a corrente que compreende o alvejante e os cristais de alvejante é filtrada por meio de filtração a vácuo.

20. Processo de acordo com a reivindicação 18 ou 19, ca- racterizado pelo fato de que os cristais de alvejante contêm menos de 5% de líquido.

21. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 20, caracterizado pelo fato de que uma parcela do alvejante forte resfriado é reciclada ao reator.

22. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 21, caracterizado pelo fato de que uma parcela da corrente que compreende o alvejante forte resfriado e os cristais de alvejante que saem do cristalizador de alvejante é reciclada ao cristalizador de alvejante.

23. Processo de acordo com a reivindicação 22, caracteri- zado pelo fato de que o alvejante forte e os cristais de alvejante que saem do cristalizador de alvejante são resfriados antes de serem reci- clados ao cristalizador de alvejante.

24. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 23, caracterizado pelo fato de que depois que pelo menos alguns dos cristais de alvejante são separados do restante da corren- te, pelo menos uma parcela do restante da corrente é reciclada ao rea- tor de cloração.

25. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 24, caracterizado pelo fato de que os cristais de alvejante se- parados são combinados com água para formar um produto de pasta de alvejante.

26. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 25, caracterizado pelo fato de que a água é opcionalmente adicionada ao reator, ao cristalizador de alvejante, ao separador ou combinações de pelo menos dois dos mesmos.

27. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 26, caracterizado pelo fato de que os cristais de alvejante são triturados.

28. Processo de acordo com a reivindicação 27, caracteri- zado pelo fato de que os cristais de alvejante triturados têm uma razão entre o comprimento e o diâmetro de menos de cerca de 5 para 1.

29. Alvejante, caracterizado pelo fato de que é obtido de acordo com os processos como definidos em qualquer uma das reivin- dicações 1 a 28.

30. Composição, caracterizada pelo fato de que compreen- de um alvejante sólido, água e um composto básico que compreende hidróxido de sódio, carbonato de sódio, metassilicato de sódio, silicato de sódio, fosfato de sódio, aluminato de sódio, borato de sódio, ou misturas de dois ou mais dos mesmos, onde o composto básico não foi preparado durante a preparação do alvejante sólido.

31. Composição de acordo com a reivindicação 33, caracte- rizada pelo fato de que o composto básico compreende o hidróxido de sódio.

32. Composição de acordo com a reivindicação 30 ou 31, caracterizada pelo fato de que a concentração do hidróxido de sódio que não foi preparado durante a preparação do alvejante sólido é me- nor do que 4% em peso ou menor do que cerca de 3% em peso ou menor do que cerca de 2,5% em peso.

33. Composição de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 30 a 32, caracterizada pelo fato de que o hidróxido de sódio que não foi preparado durante a preparação do alvejante sólido é um sólido quando é adicionado à composição.

34. Composição de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 30 a 33, caracterizada pelo fato de que o hidróxido de sódio que não foi preparado durante a preparação do alvejante sólido é uma solução quando é adicionado à composição.

35. Composição de acordo com a reivindicação 34, caracte- rizada pelo fato de que a solução do hidróxido de sódio que não foi preparada durante a preparação do alvejante sólido contém 50% em peso de hidróxido de sódio.

36. Composição de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 30 a 35, caracterizada pelo fato de que a taxa de decomposição da composição é menor do que a taxa de decomposição das composições de alvejante que não contêm nenhum hidróxido de sódio adicionado.

37. Composição de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 30 a 36, caracterizada pelo fato de que a composição também compreende cerca de 1 a 5% em peso de NaCl.