UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL ¨FRANCISCO DE MIRANDA¨ COMPLEJO ACADÉMICO “EL SABINO”
ÁREA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA INDUSTRIAL
INTEGRANTES: Báez Macarena C.I: 24.149.274 Bracho Luis C.I: 21.669.302 Curty Emily C.I: 20.795.151 Mangles Raúl C.I: 20.511.973 Punto Fijo, Abril de 2014.
INTRODUCCIÓN El ácido sulfúrico al 100% es un líquido incoloro, inodoro, denso y viscoso. Esto se refiere al monohidrato, el cual puede ser considerado con una composición equimolecular de agua y trióxido de azufre. Haciéndolo uno de los químicos industriales más importantes en su producción y por lo tanto desarrollo del país, así como de otros países. Es usado ampliamente en la manufactura de fertilizantes superfosfatos, sales sulfatadas, celofán, rayón, detergentes, ácido clorhídrico, ácido nítrico, tintes, pigmentos, explosivos, refinación de petróleo, en el tratamiento de agua potable y en el blanqueado de minerales. En el siglo XVIII el ácido sulfúrico se utilizaba en la fabricación de yeso, botones y tintes, razón por la cual el químico francés Jean Antoine Chaptal (1756-1832) comprendió la necesidad de producirlo a gran escala para esas y otras industrias florecientes. Estableció la primera fábrica comercial de ácido sulfúrico en Montpellier, Francia. En 1746, Roebuck de Birmingham, Inglaterra, introdujo el proceso de cámaras de plomo. El proceso de contacto fue descubierto por primera vez en 1831 por Phillips, un inglés cuya patente incluía las características esenciales del proceso de contacto moderno, en particular el paso de una mezcla de Dióxido de Azufre y aire sobre un catalizador, seguido por la absorción del Trióxido de Azufre en Ácido Sulfúrico de 98.5 al 99%. Todas las plantas nuevas de ácido sulfúrico utilizan el proceso de contacto; en el que se aprecian mejores resultados. Cabe destacar que en la producción de H2SO4 existen
emisiones de SO2 que son dañinas para el medio ambiente, sin embargo existen catalizadores que reducen estas emisiones, así mismo que aumenta la vida útil de la planta. Es de vital importancia en la producción de Ácido Cítrico y Acético, ya que estos son usados en la industria de las gaseosas, drogas y alimentos, y en la producción de jabones, detergentes y papel.
HISTORIA DEL ÁCIDO SULFÚRICO Fue producido por primera vez aproximadamente en el año 1,000. Por 8 siglos, el ácido sulfúrico fue preparado por el quemado de salitre con azufre. En el siglo XVIII y XIX, este fue esencialmente producido por una cámara procesadora en la cual el óxido de nitrógeno era usado como un catalizador para la oxidación del óxido de azufre. El producto hecho por este proceso era de baja concentración, no era lo suficientemente alto para los muchos usos comerciales. En el siglo XIX, dicha cámara fue gradualmente reemplazada por el proceso de contacto, y ahora el método de la cámara procesadora es considerado obsoleto. El proceso de contacto ha sido mejorado a través de los años y es ahora una de las industrias de bajo costo, con un proceso automático continuo. Todas las nuevas plantas de ácido sulfúrico usan el proceso de contacto. Las pocas plantas de pequeña capacidad emplean la cámara de procesamiento que representa el 5% de las plantas de ácido sulfúrico.
ACIDO SULFÚRICO El Ácido Sulfúrico, de fórmula H2SO4 (óleum: H2SO4 con SO3 en solución), a temperatura ambiente es un líquido corrosivo, es más
pesado que el agua e incoloro (a temperatura y presión ambiente). El óleum tiene un olor picante y penetrante. Esta es la sustancia más importante de la industria química mundial. Sus nombres químicos son ácido sulfúrico y ácido sulfúrico fumante. También es llamado aceite de vitriolo, ácido de baterías y ácido de fertilizantes. El ácido sulfúrico es un ácido diprótico, ya que cada unidad de ácido produce dos iones H en dos etapas independientes: H2SO4(ac)
H +(ac) + HSO-4 (ac)
HSO4(ac)
H+ (ac) + SO-24 (ac)
PROPIEDADES: 1. PROPIEDADES FÍSICAS:
Peso Molecular: 98.08 g/mol
Punto de ebullición: 337 ºC
Densidad @20 ºC: 1,84 g/cm3.
Punto de fusión: 10 ºC
Solubilidad: Soluble en agua, pero reacciona violentamente al mezclarse con ella, generando calor. Con otros solventes no hay mezcla, es decir, no hay reacción.
Temperatura de descomposición: 340 ºC.
REACTIVIDAD:
Además de atacar muchos metales, el ácido sulfúrico concentrado es fuerte agente oxidante y puede dar lugar a la ignición (inicio de explosión) al entrar en contacto con materia orgánica y compuestos tales como nitratos, carburos, cloratos, etc. También reacciona de forma exotérmica con el agua; tiene mayor desprendimiento de calor cuando la proporción
es de dos moléculas gramo de agua por molécula gramo de ácido sulfúrico, alcanzando una temperatura de 158ºC. Presenta una gran afinidad por el agua, debido a lo cual, produce deshidratación de los compuestos orgánicos a veces tan fuerte que llega a carbonizarlos. El ácido sulfúrico puede contener ciertas cantidades de anhídrido sulfúrico libre y en estas condiciones se conoce como óleum, el cual presenta un aspecto nebuloso; sus vapores son irritantes, de color penetrante y tóxico.
CORROSION:
Es un líquido altamente corrosivo, particularmente en concentraciones bajo 77,67%, corroe los metales, con excepción del oro, iridio y rodio, dando lugar al desprendimiento de hidrógeno. 2. PROPIEDADES QUÍMICAS:
El Ácido Sulfúrico es un ácido fuerte, es decir, en disolución acuosa se disocia fácilmente en iones de hidrogeno (H+) e iones sulfato (SO 24). Sus disoluciones diluidas muestran todas las características de los ácidos: tienen sabor amargo, conducen la electricidad, neutralizan los álcalis y corroen los metales activos desprendiéndose gas hidrógeno. A partir del ácido sulfúrico se pueden preparar sales que contienen el grupo sulfato SO 4, y sales ácidas que contienen el grupo hidrógeno sulfato, HSO4. El Ácido Sulfúrico concentrado, llamado antiguamente aceite de vitriolo, es un importante agente desecante. Actúa tan vigorosamente en este aspecto que extrae el agua, y por lo tanto carboniza, la madera, el algodón, el azúcar y el papel. Debido a estas propiedades desecantes, se usa para fabricar
éter, nitroglicerina y tintes. Cuando se calienta, el ácido sulfúrico concentrado se comporta como un agente oxidante capaz de disolver metales tan poco reactivos como el cobre, el mercurio y el plomo, produciendo el sulfato del metal, dióxido de azufre y agua.
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ACIDO SULFÚRICO. El ácido sulfúrico se encuentra disponible comercialmente en un gran número de concentraciones y grados de pureza. Existen dos procesos principales para la producción de ácido sulfúrico: El Método de Cámaras de Plomo y el Proceso de Contacto. El Proceso de Cámaras de Plomo es el más antiguo de los dos procesos y es utilizado actualmente para producir gran parte del ácido consumido en la fabricación de fertilizantes. Este método produce un ácido relativamente diluido (62%78% H2SO4). El proceso de contacto produce un ácido más puro y concentrado, pero requiere de materias primas más puras y el uso de catalizadores costosos. En ambos procesos el dióxido de azufre (SO2) es oxidado y disuelto en agua. El dióxido de azufre es obtenido mediante la incineración azufre, tostando piritas (Bisulfuro de Hierro), tostando otros sulfuros no ferrosos, o mediante la combustión de sulfuro de hidrogeno (H 2S) gaseoso.
1. CAMARA DE PLOMO Es un método de oxidación del SO 2 con óxidos de nitrógeno, la figura 1 representa una instalación para obtener el ácido sulfúrico por éste método. En ella se presentan los hornos en los que se produce el SO 2 por la combustión del azufre, piritas, blendas, etc., es decir, de
compuestos de azufre; el SO2 pasa a una cámara de polvo, y penetra, por la parte inferior de una elevada torre llamada Glover cilíndrica, de paredes de piedra de Volvic (lava volcánica), las tres cuartas partes de su altura está rellena de materia porosa inatacable por los ácidos. De su parte superior se hace caer, en forma de lluvia fina, ácido sulfúrico diluido, rico en vapores nitrosos. En ella se producen varios efectos: Desnitrificación del ácido sulfúrico, que cede sus vapores nitrosos a los gases que ascienden; concentración del ácido que cae, el cual, al mismo tiempo que cede el agua, enfría los gases procedentes de los hornos. Estos gases se mezclan con el vapor de agua y los vapores nitrosos, y por un ancho tubo de plomo dispuesto en la parte superior de la torre penetran en la primera cámara. Del techo de éstas, y mediante pulverizadores, cae una fina lluvia de agua pulverizada, o de su vapor, que sirve como disolvente del SO 3 que se forma en las cámaras. Los gases que no se han combinado en la primera cámara pasan a una segunda, y a veces a una tercera cámara, de capacidad cada vez menor, después de lo cual los gases son conducidos por anchos tubos de plomo a la parte inferior de otra torre semejantemente dispuesta a la torre de Glover. Esta segunda torre es la torre de Gay Lussac, de cuya parte superior cae en lluvia fina el ácido sulfúrico desprovisto parcialmente de vapores nitrosos que se recoge en la base de la torre de Glover. Este ácido sulfúrico que cae se apodera de los vapores nitrosos que no se han combinado en las cámaras y se concentra, aunque poco; los gases fríos y desprovistos de vapores nitrosos se difunden en la atmósfera y el ácido sulfúrico que se recoge al pie de la torre de Gay-Lussac (torre desnitrificadora) es enviado a lo alto de la torre de Glover, para
cerrar o completar así el ciclo. El ácido se envía de un lugar a otro de la fábrica mediante aparatos que funcionan con aire comprimido, llamados montajugos.
aumenta rápidamente con la temperatura, alcanzándose el máximo hacia los 400º; a partir de este límite, en el cual el 98 por 100 de SO2 se transforma en SO3, sin poder llegarse al 100 por 100.
2. METODO DE CONTACTO Este método que predomina hoy, permite obtener grandes cantidades de SO 3 puro.
El gas SO3 producido en el convertidor debe
Como la transformación del SO 2 + O en SO 3,
estas condiciones el SO3 se une fácilmente
es una reacción exotérmica, pues se desprenden en la misma 22.600 calorías, no conviene calentar mucho la mezcla, pues, pudiera llegarse a una temperatura tan alta que se descompusiese el SO 3 formado; es, pues,
con el agua contenida en el Ácido. Esta
una reacción de equilibrio que se favorece aumentando uno de los cuerpos que entran en el primer miembro, por lo que se hace reaccionar el SO3 con un gran exceso de
completado, denominado ínter absorción. El
oxígeno o aire. Esta reacción se realiza en el interior de tubos de porcelana que contienen amianto platinado u otro catalizador apropiado; para impedir que las impurezas que acompañan a los gases de la tostación (impurezas constituidas por arsénico, selenio, etc.) hagan perder la actividad al catalizador, se depuran los gases lavándolos, con lo cual se enfrían, por cuya razón se calientan de nuevo, si es preciso, en un aparato recalentador antes de entrar en los tubos de porcelana. Para evitar que por efecto del calor desprendido en la reacción se calienten los tubos excesivamente, los mismos gases, cuya temperatura no debe ser superior a 350º, los rodean y refrigeran primeramente, penetrando luego en ellos, poniéndose en contacto con la materia activante o catalítica. El SO3 se comienza a formar hacia los 200º-300º; el porcentaje de SO2 que se transforma en SO 3
combinarse
indirectamente
mediante
absorción en Ácido Sulfúrico de 98-99%, en
operación se lleva a cabo en las torres de absorción donde se efectúan dos etapas, la primera antes que la conversión a SO3 se haya SO3 absorbido en la torre intermedia sigue hacia adelante y el restante es absorbido en la torre de absorción final (segunda etapa). La adición de agua a las corrientes combinadas también es necesaria para mantener la concentración adecuada del Ácido para lograr la absorción del SO3 y un buen secado. REACCIONES INVOLUCRADAS S(s) + O2 (g)
SO2(g)
2SO2 (g) + ½ O2 (g)
SO3 (g) + H2O(l) (ac)+Calor
2SO3 (g)
H2SO4
PRODUCCION EN EL PAIS. PEQUIVEN MORON: usado como Insumo para la purificación del agua y múltiples usos
industriales, Ácido Sulfúrico 98 % y mayor porcentaje de Óleum, además de ser la planta con mayor producción de este complejo, con 460 MTMA* (miles toneladas métricas año).
geométricamente optimizada, superficie mejorada, mejoramiento de actividad y reducción de caída de presión.
PRINCIPALES USOS: MONOMEROS COLOMBO VENEZOLANOS: convenio con sede principal en barranquilla entre sus productos se encuentra el ácido sulfúrico y este se emplea principalmente en la producción de Sulfato de Aluminio o Alumbre, producto básico para el tratamiento de aguas potables; en la producción de los Ácido Cítrico y Acético de uso en la industria de las gaseosas, drogas y alimentos, y en la producción de jabones, detergentes y papel.
El Ácido Sulfúrico es un producto industrial fundamental. Sus aplicaciones son muy numerosas y su consumo es extraordinario, por su facilidad de reacción con otras materias, eliminando metales, oxígeno, agua y otras sustancias no deseadas. Los usos del ácido sulfúrico son tan variados que el volumen de su producción proporciona un índice aproximado de la actividad general industrial. Este Ácido es un producto que directa o indirectamente está presente en toda industria.
TECNOLOGIAS La empresa MECS provee catalizadores de alto rendimiento convierten SO2 en SO3 para su uso en la producción de ácido sulfúrico. Al equilibrar la actividad y la dureza, mientras se optimiza la caída de presión y la vida útil, estos catalizadores incrementan la capacidad de la planta, mientras reducen los costos y las emisiones de SO2. La investigación y el desarrollo de catalizadores MECS® están dedicados a equilibrar y optimizar cuatro atributos de rendimiento clave: actividad, caída de presión, resistencia y vida útil. Los catalizadores más modernos se llaman Serie GEAR™, presentan forma de anillo de seis lóbulos y una mayor capacidad para reducir la caída de presión y mejorar el rendimiento. El diseño distintivo de la serie GEAR™ a yuda a incrementar el ahorro de energía, extender el tiempo de servicio, cualquier tipo la producción de ácido y reducir en general las emisiones de SO2 de la planta. El innovador catalizador de ácido sulfúrico se caracteriza por su forma
Sus principales usos son:
Producción de superfosfato de calcio (fertilizantes). Potabilización de agua: para producir sulfato de aluminio a partir de bauxita. Este también se utiliza en la depuración de aguas residuales. Detergentes: en la sulfonación de dodecilbenceno, que es la materia prima básica para la mayoría de los detergentes utilizados en el hogar y la industria. También para esto se utiliza óleum 22%. Fábricas de Papel: En el proceso producción de la pulpa de papel, indirectamente en el uso de sulfato aluminio. Agro-Fito Sanitario: en producción de sulfato de cobre.
de e de la
Refinación de Petróleo: para las calderas y procesos químicos. Generación térmica de energía: para el tratamiento de las calderas.
Metalurgia: para el decapado de metales.
Producción de ácido para baterías eléctricas.
Producción de sulfato de cromo: se lo utiliza en reacción con dicromato de potasio y un agente reductor. El sulfato de cromo se utiliza principalmente para el curtido de cueros (curtido al cromo).
este último en todas las industrias alrededor del mundo, ya que el primero (proceso de cámaras de plomo) desapareció debido a que se puede producir el ácido sólo en una concentración del 78%.
Fabricación de productos orgánicos, pinturas, pigmentos y rayón. Explosivos: por su gran capacidad de reacción.
IMPACTO AMBIENTAL El principal impacto ambiental del ácido sulfúrico es sobre el pH del agua. El rango de pH acuoso que no es del todo letal para los peces es de 5-9. Por debajo de un pH de 5.0 se produce una rápida disminución de las especies de peces y de la biota que los sustenta. El impacto ambiental secundario del ácido sulfúrico está en que su presencia que incrementa la toxicidad de otros contaminantes, tales como los sulfuros y los metales, a través de su disolución
CONCLUSIONES
La fabricación de ácido sulfúrico es económica, ya que el calor que se desaprovecha en una etapa del proceso puede utilizarse en la etapa siguiente.
Antiguamente se utilizaban dos procesos para obtener ácido sulfúrico: el proceso de cámaras de plomo y el de contacto. Actualmente se usa sólo
Existe una marcada diferencia entre la fabricación del SO2 por combustión del azufre y por tostación de piritas, sobre todo si son arsenicales. El polvo producido en el proceso de tostación nunca puede eliminarse en su totalidad y, junto con las impurezas, principalmente arsénico y antimonio, influye sensiblemente sobre el rendimiento general de la planta. La producción de ácido sulfúrico por combustión de azufre elemental presenta un mejor balance energético pues no tiene que ajustarse a los sistemas de depuración tan rígidos forzosamente necesarios en las plantas de tostación de piritas. De todos los productos químicos industriales, el ácido sulfúrico es probablemente uno de los más importantes por su gran cantidad de usos.
FIGURA 1. CAMARA DE PLOMO
FIGURA 2. PROCESO: OBTENCION DE ACIDO SULFURICO POR METODO DE CONTACTO
Horno de Fundición 115-150°C
