INDUSTRIA DE CIDO SLFURICO

UNIVERSIDAD DE LAMBAYEQUEINDUSTRIA DE ACIDOS SULFURICOS

UNIVERSIDAD DE LAMBAYEQUE

INDICE

I.INTRODUCCIN2II.DEFINICIN:3III.PROPIEDADES FSICAS Y QUMICAS41.Propiedades fsicas:42.Propiedades qumicas:42.1.Propiedades cidas:42.2.Accin deshidratante:42.3.Reacciones orgnicas :42.4.Reactividad:5IV.APLICACIONES5V.PROCESOS DE OBTENCIN61.Origen de las materias primas:62.Procesos principales para la produccin industrial de cido sulfrico:6b)Mtodo de contacto:103.La fabricacin de cido sulfrico involucra tres operaciones o fases distintas:113.1.Combustin del azufre:113.2.Oxidacin del SO2 :123.3.Absorcin de SO3:124.Almacenamiento12VI.IMPACTOS AMBIENTALES12VII.DIAGRAMA DE FLUJO141.Descripcin del proceso:14VIII.CONCLUSIONES17IX.REFERENCIAS BIBLIOGRAFCAS18

I. INTRODUCCIN

El cido sulfrico es uno de los qumicos industriales ms importantes. Es de gran significado, la observacin que frecuentemente se hace, es que el per cpita usado de cido sulfrico es un ndice del desarrollo tcnico de una nacin. El cido sulfrico es importante en casi todas las industrias, y es usada ampliamente en la manufactura de fertilizantes superfosfatos, sales sulfatadas, celofn, rayn, detergentes, cido clorhdrico, cido ntrico, tintes, pigmentos, explosivos, refinacin de petrleo, en el almacenaje de bateras, en el tratamiento de agua industrial, y en el blanqueado de minerales.

El cido sulfrico fue producido por primera vez aproximadamente en el ao 1,000 de la era cristiana. Por 18 siglos, el cido sulfrico fue preparado por el quemado de salitre con azufre. En el siglo XVIII y XIX, este fue esencialmente producido por una cmara procesadora en la cual el xido de nitrgeno era usado como un catalizador homogneo para la oxidacin del xido de azufre. El producto hecho por este proceso era de baja concentracin, no era lo suficientemente alto para los muchos usos comerciales.El proceso de contacto ha sido mejorado en todo detalle y es ahora una de las industrias de bajo costo, con un proceso automtico continuo. Todas las nuevas plantas de cido sulfrico usan el proceso de contacto. Las pocas plantas de pequea capacidad emplean la cmara de procesamiento que representa el 5% de las plantas de cido sulfrico.

II. DEFINICIN:

El cido sulfrico es un compuesto qumico inorgnico constituido por hidrgeno, oxgeno y azufre, de frmula molecular H2SO4 y de nombre vulgar aceite de vitriolo. Es una de las combinaciones qumicas inorgnicas de mayor importancia.El cido sulfrico es un lquido oleoso, de densidad 1,8342 g/ml, es transparente e incoloro cuando se encuentra en estado puro, y de color marrn cuando contiene impureza. En su forma comercia est usualmente impuro y su coloracin es pardusca.Es un cido fuerte que cuando se calienta por encima de 30C deprende vapores y por encima de 200C emite trixidos de azufre, en frio reacciona con todos los metales y en caliente su reactividad se intensifica. Tiene una gran afinidad por el agua y por esta razn que extrae el agua de las materias orgnicas.En la molcula del cido sulfrico, presenta que el tomo de azufre en el centro y los otros cuatro tomos de oxgeno en los vrtices, los dos tomos de hidrogeno estn unidos a los tomos de oxigeno no unidos por enlace doble al azufre. En agua se comporta como un cido fuerte.Actualmente el cido sulfrico (H2SO4) se produce y comercializa con concentraciones comprendidas entre el 98 y el 99%, diluido a concentraciones por debajo del 94% slo se comercializa en circunstancias muy justificadas (cido residual de diversos tratamientos). En general prefiere transportar cido concentrado y diluirlo en el lugar de su utilizacin por problema de corrosin y para evitar sobrecoste del transporte de agua.

III. PROPIEDADES FSICAS Y QUMICAS1. Propiedades fsicas:Peso Molecular (g/mol) 98.08

Estado fsicoLquido viscoso

ColorIncoloro-marrn

OlorEn fro : InodoroEn calor: Picante

Punto de Ebullicin ( C)290;100%310-335;98%

Punto de Fuson10.4-10.5:100%

Gravedad especfica (Aire=1)10841;100%

Densidad del Vapor ( Aire=1)3.4

Solubilidad en Agua (g/ml)Total

Solubilidad en otros productos qumicosSe descompone en alcohol

Temperatura de descomposicin trmicaA partir de 30C y totalmente a 450C

PH0.3;Solucin 1.2; Solucin 0.12.1; Solucin 0.01

2. Propiedades qumicas:

2.1. Propiedades cidas: El cido sulfrico de todas las reacciones caractersticas de los cidos reacciona con los xidos e hidrxidos de los metales formado la sal correspondiente, ataca a los metales que se encuentran por encima del hidrogeno en la serie de tensiones.2.2. Accin deshidratante: El cido sulfrico, especialmente si es concentrado , tiene una fuerte apetencia por el agua, dando lugar a una serie de hidratos( monohidratos H2SO4.H2O) , el dehidrato (H0SO4.2H2O), el trihidrato, el tetrahidrato y por ltimo el hexahidrato. Esta reaccin con el agua es tan pronunciada que no solamente elimina agua de los materiales que la contiene, sino que en ocasiones elimina los dos elementos que la forma (hidrgeno y oxgeno).2.3. Reacciones orgnicas : El cido sulfrico interviene tambin en numerosas reacciones orgnicas, bien como reactivo, bien como catalizador.

2.4. Reactividad:El cido sulfrico no es un material combustible en s mismo, pero por ser altamente reactivo es capaz de iniciar la ignicin sustancias combustibles cuando entra en contacto con ellas (materia orgnica y compuestos tales como nitratos, carburos, cloratos,etc)IV. APLICACIONES

La enorme importancia de la industria de cido sulfrico, a consecuencia del nmero tan elevado de procesos industriales y de laboratorio en que interviene, as como de volumen del cido que entra en juego en muchos de ellos. Su enumeracin es imposible, as que nos limitaremos a resear aqullos que implican un mayor consumo del producto. 1. Abonos: En el caso de la industria de los fertilizantes, la mayor parte del cido sulfrico en la produccin del cido fosfrico, que a su vez utiliza para fabricar materiales fertilizantes como el superfosfato triple y los fosfatos de mono y diamonio.2. Obtencin de productos qumicos: El cido sulfrico se emplea como materia prima en la obtencin de numerosos productos qumicos, como por ejemplo: los cidos clorhdrico y ntrico3. Refinado de petrleo: En la industria petroqumica se utiliza el cido sulfrico para la refinacin, alquilacin y purificacin de destilados de crudo, tales como: gasolina, disolventes y otros.4. Colorantes y drogas: El cido sulfrico es asimismo la sustancia de partida de la fabricacin de muchos colorantes, algunos de cuyos pigmentos son sulfatos metlicos. Asimismo tiene amplio uso en la obtencin de drogas, desinfectantes, etc.

5. Metalurgia: En el procesado de metales del cido sulfrico se utiliza para el tratamiento del hacer, cobre, uranio y vanadio y en la preparacin de baos electrolticos para la purificacin y plateado de metales no ferrosos.

6. Pulpa y papel: Algunos procesos en la industria de la madera y el papel requieren de cido sulfrico.

7. Usos diversos: Otros usos, no de menor importancia que las anteriores son, como por ejemplo: la fabricacin de seda artificial, plsticos de diversas naturaleza, explosivos, acumuladores, etc.

V. PROCESOS DE OBTENCIN

1. Origen de las materias primas: Azufre: Es la materia prima en la fabricacin del cido sulfrico y procede de la desullfuriracion del gas natural y del crudo del petrleo.El azufre se puede recibir en la planta de forma slida o liquida, El azufre slido se recibe normalmente por barco carretera , y el azufre liquido por carretera.El azufre en estado slido es tratado previamente en una instalacin de fusin, filtrado y posteriormente almacenado en estado lquido. Aire: El aire antes de ser introducido en el proceso pasa por una torre de secado.

2. Procesos principales para la produccin industrial de cido sulfrico:

a) Mtodo de las cmaras de plomo: Es el ms antiguo de los dos procesos y fue el ms importante en los primeros aos del siglo XX pero ahora ha cado en desuso, este mtodo produce un cido relativamente diluido (62%-78% H2SO4).

Posee un rendimiento terico superior al 85% y proporciona un cido moderadamente concentrado, est mtodo consta de las siguientes unidades bsicas, donde tiene lugar lo procesos que se indican: Fuente de SO2 (aparatos para su obtencin, limpieza y secado) Toree de Glover , donde tienen lugar: Liberacin de xido de nitrgeno Reciclaje de estos xidos de nitrgeno Oxidacin parcial del SO2 Concentracin de H2SO4 que cae de la torre. Cmaras de plomo, en las que se forma el H2SO4. Torre de Gay- Lussac, donde ocurre: Absorcin de xidos de nitrgeno sobrante de las cmaras de plomo. Formacin de la nitrosa.

Si consideramos que la formacin del cido sulfrico en este procesos tiene lugar segn la ecuacin:SO2 (gas)+ H2O (vapor)+ O2(gas) H2SO4(lquido)+ 54Kcal

Lo que significa en primer lugar es la necesidad de emplear catalizador para que se produzca a una velocidad satisfactoria para la industria, en el caso de las cmaras de plomo desempea este papel el xido nitrosos.

Cuando decimos que en el mtodo de las cmaras de plomo se utiliza una catalizada homognea, nos referimos a que el catalizador est en el mismo estado de agregacin que los reactivos (gaseoso).En lo esencial hoy son conocidos los productos intermedios que se producen en la oxidacin cataltica del dixido de azufre, pero no est aun perfectamente aclarado si se trata de ci compuestos qumicos bien definidos, o si son productos de adicin menos fijos que van convirtindose unos en otros y formndose bajo la influencia de condiciones siempre cambiante, provocadas por continua variacin de la concentracin del cido sulfrico durante el curso de su proceso formativo.Los gases del horno , purificados , entran en la torre de Glover , donde se ponen en contacto con los cidos que riegan esta torre: cido de cmaras diluido ( 70%) y cidos procedentes de las torres de Gay- Lussac a unos 100C se desprenden completamente los nitrosos y se concentra el cido sulfrico, que sale por la parte baja del Glover, de unos 78% , Al aadir el cido ntrico al Glover , por su parte superior para compensar las prdidas de nitrgeno , este cido es completamente expulsado. Como consecuencia de la elevada concentracin en SO2 y xidos de nitrgeno de los gases del horno que entran en el Glover y su mezcla intensa en dicha torre se producen cantidades importantes de cido sulfrico, peor no acaba all su formacin por falta de espacio necesario para su oxidacin con los xidos de nitrgeno.Los gases al abandonar la torre de Glover tienen una temperatura de 100-110C y son completamente opacos como consecuencia de las espesas nieblas de cido sulfrico que arrastran consigo, En las cmaras de plomo unidad a la torre de Glover tiene lugar la oxidacin de SO2 , que con el auxilio del xido de nitrgeno se tranforman en cido sulfrico que se deposita en las paredes fras de la cmara ; pueden existir de tres a seis cmaras en serie, donde los gases pasan por casa una de las cmaras en sucesin., en la parte superior de las cmaras se pulveriza agua, y en tal cantidad que el cido que se deposita en las paredes y en la cubeta de las cmaras no contengan nitrosos.A la entrada de la primera cmara la temperaturas es de 40-45C , en las tuberas que enlazan las cmaras entre su y con las torres se disponen mitrillas de observacin , que permiten ver el color de los gases , a medida que progresa la formacin de cido sulfrico los gases son cada vez ms claro , y su color vuelve ms rojizo y oscuro, porque los xidos de nitrgeno pueden ser oxidados y convertidos en NO2 o en N2O4 que tienen este color.El cido producido en las cmaras, generalmente llamado cido de cmara o pacido de fertilizante, contiene de 62,5-5 a 70,5-% de

H2SO4 y es enviado a la torre de Glover para aumentar su concentracin.Luego que los gases pasaron por las cmaras se los hace pasar a un reactor llamado torre de Gay-Lussc donde tiene lugar la absorcin, lo ms completa posible de los nitrosos, se las riega con este fin con cidos que tiene que ser lo ms concentrado posible, por lo menos con 78% H2SO4 y estar muy frio (proveniente de la torre de Glover),

Con este procedimiento slo se puede obtener un cido sulfrico de 78%, nicamente pueden conseguir concentraciones ms elevadas por evaporaciones de est cido, el lmite terico corresponde al cido de 98,3-5 pero prcticamente slo se obtienen cidos de 95-96%, el mtodo de este contacto permite obtener directamente el monohidrato , el leum y el S03 libre.

b) Mtodo de contacto: Ms moderno, se caracteriza por el empleo de catalizadores heterogneos que permiten obtener cidos muy puros y concentrados, peor requiere de materias primas ms puras y el uso de catalizadores costosos.La materia primaria fundamental en el proceso lo constituye el azufre contenido en diversos minerales y que se usa en gran medida en procesos donde se van formando xidos de azufre que luego se alimentan a la planta de produccin de pacido sulfrico, el objetico en este caso es la generacin de una corriente de gases con alta concentracin de dixido de azufreS (o mena sulfurada) + O2 SO2(+ oxido metlico).

La mezcla de gases que contiene del 7 al 10% de SO2 segn la fuente de produccin de SO2 , y de un 3 a 7% de O2 se le hace pasar a travs de unas cmaras de polvo precipitadores electrostlisis y torres de lavado. Esta purificacin es de extraordinaria importancia, de manera que se eliminan los posibles venenos del catalizador.Existe una marcada diferencia entre la fabricacin del SO2 por combustin del azufre y por tostacin de menas sulfuradas, sobre todo si son arsenicales, el polvo producido en el proceso de tostacin nunca puede eliminarse en su totalidad y junto con las impurezas principalmente arsnico y antimonio , influyen sensiblemente sobre el rendimiento general de la planta.Una vez los gases perfectamente depurados se envan a la siguienteseccin , etapa de catlisis u oxidacin , en donde el SO2 se oxida a SO3 en presencia de un catalizador.El secado de los gases ayuda a la proteccin del catalizador contra la formacin de cido sulfrico en su superficie cuando la planta entra en periodos de recesi para reparacin.La mezcla de SO2 y aire una vez depurada al mximo y seca, pasa por un cambiador de calor, donde alcanza una temperatura ptima para un mayor rendimiento de la reaccin reversible del SO2 a SO3.

Los gases que salen de la torre de absorcin intermedia son recalentados y enviado a una nueva etapa de catlisis.Una vez restablecidos el equilibrio los gases se enfran y se les hace pasar por una torre de absorcin final para absorber el SO3 producido en la etapa secundaria.En procesos de doble contacto la eficacia de la primera conversin es de 80-93%.Este es un proceso lento y muy exotrmico, lo que supone un problema, porque el calor desprendido suele provocar la evaporacin de parte de agua, generando una niebla que adems de ser muy difcil de manejar. Impide que el proceso tenga lugar correctamente.El SO3 no se absorbe sobre agua , porque la niebla formada est compuesta de gotita de cido sulfrico que no son absorbidas, mientras que sobre cido sulfrico concentrado del 98% esta absorcin tiene lugar rpidamente , debido a que esta concentracin el cido presenta un mnimo en su presin de vapor.Normalmente en estas instalaciones industriales , los gases procedentes de la catlisis se enfran a unos 100C aproximadamente a atraviesan una torre de leum , para lograr la absorcin parcial de SO3.La concentracin del cido sulfrico en la torre debe ser vigilada con atencin , ha de tener una concentracin de 98,3% , la concentracin del pacido de absorcin asegura que no exista formacin de nieblas de pacido sulfrico y que los gases de cola no posean trixidos de azufre en concentraciones importantes.

3. La fabricacin de cido sulfrico involucra tres operaciones o fases distintas:3.1. Combustin del azufre:La reaccin que se produce en esta operacin es: S + O2SO2 + caloEl azufre, se oxida en una unidad de combustin a 900- 1.800C la unidad de combustin es un horno caldera consiste en una cmara de combustin y refrigerador de gases.

3.2. Oxidacin del SO2 : La reaccin de conversin de SO2 en SO3 est basada en la siguiente reaccin de equilibrio en presencia de catalizador: SO2 + O2SO3

3.3. Absorcin de SO3:Es una solucin de agua para formar el cido sulfrico.

4. Almacenamiento El producto terminando se almacena a temperatura ambiente y presin atmosfrica.

VI. IMPACTOS AMBIENTALES

Los principales impactos ambientales que se pueden dar de forma general en cualquier planta de produccin de cido sulfrico son:

1. Consumos energticos:

Los procesos de oxidacin del azufre, oxidacin de SO2 a SO3 y el proceso de absorcin, so procesos exotrmicos, por lo que la recuperacin de calor en las plantas de produccin de cido sulfrico , es clave tanto econmico como ambientalmente, este calor se usa en otros puntos de la planta o en la produccin de energa para la red.

La oxidacin del azufre junto con la doble absorcin es el proceso ms eficiente energticamente, comparando con cualquier proceso industrial.La produccin de energa a partir de estos procesos tiene adems la ventaja de que no se forma CO2 como cuando se utiliza fuel o gas natural. Esta energa se obtiene como subproducto.

2. Consumo de agua:La mayora de las plantas tienen instaladas medidas para controlar el consumo de agua de refrigeracin (normalmente circuito cerrado) y para ajustar la concentracin, mediante la adicin de agua, en el sistema de absorcin.El control de la adicin de agua es importante para asegurar la correcta concentracin en la torre de absorcin y para prevenir nieblas cidas en la chimenea.El agua utilizada para la produccin de vapor tiene que ser tratada previamente, dependiendo de su procedencia.

3. Emisiones gaseosas:En el proceso de fabricacin de cido sulfrico se pueden producir emisiones a la atmsfera de SO2, SO3y H2SO4. Estas emisiones tienen diferentes orgenes en el proceso y existen diferentes tcnicas para minimizar su emisin.

4. Vertidos al agua:Se pueden producir los siguientes vertidos al agua en una planta de fabricacin de cido sulfrico: Vertidos accidentales.Las plantas de tratamiento de aguas de vertido derivadas de este proceso pueden tener vertidos de metales pesados, dependiendo de cual sea el origen del azufre.

5. Residuos slidosSe pueden producir los siguientes residuos slidos debidos a la fabricacin del cido sulfrico: Catalizadores gastados: Algunos materiales del catalizador, como el Vanadio, se pueden volver a usar en siguientes catalizadores,

la recuperacin de estos materiales generalmente la realiza el propio fabricante. Residuos de envases y embalajes: Tienen que ser tratados con cuidado porque dependiendo de su contenido pueden ser residuos peligrosos.

VII. DIAGRAMA DE FLUJO

1. Descripcin del proceso:La planta de cido sulfrico descrita en la descripcin del equipo es diseada para producir 98% de cido sulfrico desde el azufre de 99.5% de pureza con una produccin mxima de presin de vapor 17 Kg/Cm2.

El azufre es enviado dentro de una tolva medidora de azufre, luego ser fundido por una bobina de vapor, el ndice de fusin ser acelerado por medio de un agitador. El azufre fundido es derramado en los compartimentos de almacenaje de azufre. Dos equipos tipo bombas, sern instalados en el compartimento de almacenaje de azufre del medidor de azufre, uno ser operado y el otro ser parado.

La bomba entregar azufre derretido a travs de una lnea elevadora de vapor al azufre quemado. Una presin de vapor de 5 Kg/Cm2 ser usada para calentar la lnea elevadora.

El azufre ser rociado en la parte superior de la cmara de combustin de azufre. El aire para la combustin ser proporcionado por una tolva conducida por un motor elctrico. El aire de la tolva pasar a travs de una torre de secado para precalentar el aire y sobre el azufre quemado para proporcionar el oxgeno necesario para producir el gas SO2.

El gas caliente deja al azufre quemado pasar directamente a la tolva de desechos calientes, donde este ser enfriado por una temperatura intercambiada con agua de coccin de alta presin para producir vapor saturado. Una porcin posterior de vapor ser utilizada en la alimentacin del calentador de agua. El resto del vapor ser enviado a la planta de cido con una presin lmite de 17 Kg/Cm2. La temperatura del gas SO2 entregada a la caldera ser controlada por medio de una vlvula de ajuste de gas. El gas refrigerado ser pasado a travs de un filtro de gas caliente para generar la oxidacin exotrmica de SO2a SO3en presencia del catalizador de vanadio. El gas convertido entra al intercambiador de calor NX1 donde este intercambiar calor con el gas SO2desde la torre de absorcin NX1, en camino a la conversin.

El gas convertido, el cual pasa a travs del intercambiador de calor NX1 ser reingresado al convertidor a una temperatura adecuada para obtener una conversin adicional ptima en el

segundo paso. El gas liberado en este segundo paso ser enfriado a una temperatura adecuada en el precalentador de aire antes de entrar a la torre de absorcin NX1. Despus de la primera seccin de absorcin, el gas convertido, SO3 ser absorbido, el gas SO2pasar al intercambiador de calor NX1 y NX2, luego reingresar nuevamente al tercer paso.

El gas liberado en el tercer paso ser enfriado y diluido con aire refrigerado desde la torre de secado, antes de entrar al paso final (cuarto paso).

El gas convertido desde el cuarto paso del convertidor pasar a travs de un ahorrador el cual enfriar el gas aproximadamente a 180XC, luego tomar lugar en la tubera principal de la torre de absorcin NX2, la temperatura final del gas entrando a la torre de absorcin NX2 ser aproximadamente de 170XC. El calor removido desde el gas por el ahorrador ser usado para precalentar la tolva alimentador de agua antes de que este entre a la tolva de desechos calientes.

El gas liberado del ahorrador entrar a la torre de absorcin NX2, donde el SO3, ser absorbido en un 98% del cido circulado, en consecuencia, se incrementar la fuerza del cido circulado.

VIII. CONCLUSIONES

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFCAS

http://foundrynews.com.br/upload/artigos/acido-sulfurico-tostacion-de-blenda512de820e4d78.pdf http://turnkey.taiwantrade.com.tw/showpage.asp?subid=122&fdname=CHEMICAL+MATERIAL&pagename=Planta+de+produccion+de+acido+sulfurico http://www.omaaragon.org/riesgos/ficheros/_3379.pdf

DOCENTE: ING. CESAR CABREJOS BARRIGAPgina 1