ácido sulfúrico

• 1. EL CIDO SULFRICO (H 2 SO 4 )Sara Lozano.

2. Historia del cido sulfrico El cido sulfrico fue producido por primera vez aproximadamente en el ao 1,000. Por 8 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 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. Enel siglo XIX, dicha cmara fue gradualmente reemplazada por el proceso de contacto, y ahora el mtodo de la cmara procesadora es considerado obsoleto. 3. Historia cido sulfrico En el ao de 1963, se desarrolla el primer proceso de doble absorcin en gran escala. En este proceso, el gas SO2 parcialmente convertido en SO3por medio de un catalizador es refrigerado, pasa a travs del cido sulfrico para remover SO3recalentado, y luego es pasado a travs de una o dos cmaras catalizadores. Por este mtodo, la conversin total puede ser incrementada desde el 98% al 99.5-99.8%, por consiguiente reduciendo la emisin del SO2convertido a la atmsfera. 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 representan el 5% de las plantas de cido sulfrico. 4. Propiedades del cido sulfrico El cido sulfrico al 100% es un lquido incoloro, inodoro, denso y viscoso. Esto se refiere al monohidrato, el cual puede ser considerado con una composicin equimolecular de agua y trixido de azufre. Este pierde trixido de azufre en el calentamiento hasta que, aproximadamente a los 338C, resulta un cido de 98.3 %.- Frmula: H 2 SO 4 - Peso molecular: 98.08 - Sp. gr.: 1.834 18 C /4 - Punto de Fusin: 10.49 C - Punto de Ebullicin: se descompone a 340 C 5. Propiedades cido sulfrico Es soluble en todas las proporciones en agua, produciendo una gran cantidad de calor. Una libra de cido sulfrico al 100 por ciento diluido a 90 por ciento libera 80 Btu y diluido a 20 por ciento libera 300 Btu. Es muy fuerte y corrosivo para la vida de los materiales estructurales. Posee punto de ebullicin alto y se puede emplear para producir cidos voltiles como HCl y HCN. Es un agente oxidante suave. No se puede usar para preparar HBr o HI. Concentrado y en caliente disuelve al Cu. Es deshidratante. 6. Propiedades del cido sulfrico El cido sulfrico es capaz de disolver grandes cantidades de trixido de azufre, produciendo varios grados de oleum. Cuando estas soluciones (cido sulfrico-xido sulfrico) es mezclado con agua, el oxido se combina con agua, formando mas cido sulfrico. La siguiente tabla muestra varios grados que son comercializados para satisfacer los requerimientos de las industrias. Nombre Porcentaje H 2 SO 4 Densidad Especfica a 15.6 C cido de batera cido 50 Be 33.5 1.250 cido de fertilizante cido 60 Be 62.2 1.526 cido de torre cido 66 Be 77.671.706 7. Propiedades del cido sulfrico a) Propiedades cidas: El cido sulfrico da todas las reacciones caractersticas de los cidos: reacciona con los xidos e hidrxidos de los metales formando la sal correspondiente, ataca a los metales que se encuentran por encima del hidrgeno en la serie de tensiones, etc. CaO + H 2 SO 4----- >CaSO 4+ H 2 O 2 NaOH + H 2 SO 4-- >Na 2 SO 4+ 2 H 2 O Mg + H 2 SO 4------- >MgSO 4+ H 2 Es un cido fuerte.Debido al elevado punto de ebullicin del cido sulfrico, se utiliza este cido para desplazar de sus sales a cido que hierven a temperaturas ms bajas 8. Propiedades del cido sulfrico b ) Accin deshidratante: el cido sulfrico no solamente elimina agua de los materiales sino que elimina los dos elementos que la forman ( hidrgeno y oxgeno), tiene una fuerte apetencia por el agua, dando lugar a una serie de hidratos. Como ocurre en muchos hidratos de carbono:C 12 H 22 O 11 (s) + 11 H 2 SO 4(cc) ---- >11 HSO 4 - (ac) + 12 C(s) + 11 H 3 O + (ac)HCOOH(s) + H 2 SO 4(cc) ---- > HSO 4 - (ac) + CO(g) + H 3 O +(ac) c) Accin oxidante: el cido sulfrico no tiene un poder oxidante notable. Este poder viene determinado por los valores de los diferentes potenciales redox:H 2 SO 3+ H 2 O ----> SO 4 2-+4 H ++ 2e -E=-0.20V H 2 SO 3+ 4OH -----> SO 4 2-+3H 2 O + 2e -E=0.90V 9. Propiedades del cido sulfrico Slo concentrado y en caliente el potencial es suficiente para oxidar metales como el cobre, a los que disuelve. Los productos de la reduccin del H 2 SO 4pueden ser el SO 2 , el S, el H 2 S, segn las fuerzas relativas de oxidante-reductor. Cu +2H 2 SO 4----> CuSO 4+2H 2 O + SO 2 C +2H 2 SO 4----> CO 2+2SO 2 +2H 2 O d) Reacciones orgnicas: e l cido sulfrico interviene tambin en numerosas reacciones orgnicas, bien como reactivo, bien como catalizador. S ulfonacin de hidrocarburos aromticos:C 6 H 6+ H 2 SO 4---- C 6 H 5. SO 2. OH + H 2 O 10. Plantas de cido sulfrico La planta de cido sulfrico est 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. - Capacidad de produccin: una unidad de quemado de una serie simple de azufre puede producir 30 toneladas de cido sulfrico (98%) por da (capacidad mnima).- Mano de obra requerida: 7 personas - Materia prima: 3,300 Kg. de azufre por tonelada mtrica de cido sulfrico (98%) producida. Y 186-190 Kg. de agua por tonelada mtrica de cido sulfrico (98%) producido - Maquinaria y equipo: agitador de azufre derretido, soplador de aire, tolva de desechos calientes... -Instrumentos y aparatos de control: instrumentos de programacin y indicadores de alarma de la planta. 11. Plantas de cido sulfrico -Localizacin de la planta: la planta de cido sulfrico podra ser ubicada cerca de un suministro de azufre, con una buena facilidad de transporte para el mercado y en una rea aceptable para el desecho del afluente del gas. - Proteccin de la planta: El soplador y las bombas de azufre estn unidos, cuando el soplador pare, la bomba de azufre tambin parar. La bomba de azufre no puede ser reiniciada hasta que el soplador sea primero iniciado. La condicin de alarma de una caldera de un nivel extremadamente bajo, cerrar el soplador con fuerza hacia abajo, y la bomba de azufre se parar. 12. Produccin de cido sulfrico El cido sulfrico se encuentra disponible comercialmente en un gran nmero de concentraciones. dos procesos principales para la produccin de cido sulfrico, elmtodo de cmaras de plomoyel proceso de contacto.Elproceso de cmaras de plomoes el ms antiguo y es utilizado para producir gran parte del cido consumido en la fabricacin de fertilizantes.El proceso de contactoproduce un cido ms puro y concentrado. En ambos procesos el dixido de azufre (SO 2 ) es oxidado y disuelto en agua. El dixido de azufre es obtenido mediante la incineracin azufre, tostando piritas (Bisulfuro de Hierro), tostando otros sulfuros no ferrosos, o mediante la combustin de sulfuro de hidrgeno (H 2 S) gaseoso. 13. Proceso de cmaras de plomo El dixido de azufre (SO 2 ) gaseoso caliente entra por la parte inferior de un reactor llamado torre de Glover donde es lavado con vitriolo nitroso (cido sulfrico con oxido de nitrgeno (NO) y dixido de nitrgeno (NO 2 ) disueltos en l), y mezclado con oxido de nitrgeno (NO) y dixido de nitrgeno (NO 2 ) gaseosos. Parte de dixido de azufre es oxidado a trixido de azufre (SO 3 ) y disuelto en el bao cido para formar el cido de torre o cido de Glover (aproximadamente 78% de H 2 SO 4 ).SO 2+ NO 2->NO + SO 3 SO 3+ H 2 O H 2 SO 4->(cido de Glover) 14. Proceso de cmaras de plomo De la torre de Glover una mezcla de gases dixido y tritxido de azufre, xidos de nitrgeno, nitrgeno, oxigeno y vapor) es transferida a una cmara recubierta de plomo donde es tratado con ms agua. La cmara puede ser un gran espacio en forma de caja o un recinto con forma de cono truncado. El cido sulfrico es formado por una serie compleja de reacciones; condensa en las paredes y es acumulado en el piso del la cmara. Pueden existir de tres a seis cmaras en serie, donde los gases pasan por cada una de las cmaras en sucesin. El cido producido en las cmaras, generalmente llamado cido de cmara o cido de fertilizante, contiene de 62% a 68% de H 2 SO 4 . NO + NO 2+ H 2 O-> 2 HNO 2 HNO 2+ H 2 SO 3 ->H 2 SO 4(cido de cmara) 15. Proceso de cmaras de plomo Luego de que los gases pasaron por las cmaras se los hace pasar a un reactor llamado torre de Gay-Lussac donde son lavados con cido concentrado enfriado (proveniente de la torre de Glover). Los xidos de nitrgeno y el dixido de azufre que no haya reaccionado se disuelven en el cido formando el vitriolo nitroso utilizado en la torre de Glover. Los gases remanentes son usualmente liberados en la atmsfera. En la siguiente diapositiva encontraremos un diagrama del proceso de cmaras de plomo. 16. Proceso de cmaras de plomo 17. Proceso de contacto Este proceso se basa en el empleo de un catalizador para convertir el SO 2en SO 3 , del que se obtiene cido sulfrico por hidratacin. 2 SO 2+ O 2 -> 2 SO 3 SO 3+ H 2 O-> H 2 SO 4 En este proceso, una mezcla de gases secos que contiene del 7 al 10% de SO 2 , segn la fuente de produccin de SO 2(el valor inferior corresponde a plantas que tuestan piritas y el superior a las que queman azufre), y de un 11 a 14% de O 2 , se precalienta y una vez depurada al mximo, pasa a un convertidor de uno o ms lechos catalticos, por regla general de platino o pentaxido de vanadio, donde se forma el SO 3 . Se suelen emplear dos o ms convertidores. 18. Proceso de contacto Los rendimientos de conversin del SO 2a SO 3en una planta en funcionamiento normal oscilan entre el 96 y 97%, pues la eficacia inicial del 98% se reduce con el paso del tiempo. Este efecto de reducciones se ve ms acusado en las plantas donde se utilizan piritas con un alto contenido de arsnico, que no se elimina totalmente y acompaa a los gases que se someten a catlisis, provocando el envenenamiento del catalizador. En ocasiones, el rendimiento puede descender hasta alcanzar valores prximos al 95%. En el segundo convertidor, la temperatura varia entre 500 y 600C. Se selecciona para obtener una constante ptima de equilibrio con una conversin mxima a un coste mnimo. El tiempo de residencia de los gases en el convertidor es aproximadamente de 2-4 segundos. 19. Proceso de contacto Los gases procedentes de la catlisis se enfran a unos 100C aproximadamente y atraviesan una torre de leum, para lograr la absorcin parcial de SO 3 .Los gases residuales atraviesan una segunda torre, donde el SO 3se lava con cido sulfrico de 98%. Por ultimo, los gases no absorbidos se descargan a la atmsfera a travs de una chimenea. Existe una diferencia entre la fabricacin del SO 2por combustin del azufre y por tostacin de piritas, sobre todo si son arsenicales. El polvo producido en el proceso de tostacin nunca puede eliminarse en su totalidad y, junto con las impurezas, influye sensiblemente sobre el rendimiento general de la planta.La produccin de cido sulfrico por combustin de azufre elemental presenta un mejor balance energtico pues no tiene que ajustarse a los sistemas de depuracin tan rgidos forzosamente necesarios en las plantas de tostacin de piritas. 20. Proceso de contacto 21. Usos cido sulfrico El cido sulfrico tiene una gran importancia a nivel industrial,consecuencia del nmero tan elevado de procesos industriales y de laboratorio en que interviene, as como del volumen del cido que entra en juego en muchos de ellos. Peronos limitaremos a nombrar aquellos que implican un mayor consumo del producto:-Abonos.Una gran parte del cido sulfrico que se fabrica se destina a la obtencin de diversos fertilizantes, como son el sulfato amnico y derivados y los superfosfatos: Ca 3 (PO 4 ) 2+ H 2 SO 4---- Ca(H 2PO 4 ) 2 + 2 CaSO 4 - 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 ntrico. 22. Usos cido sulfrico - 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 un amplio uso en la obtencin de drogas, desinfectantes, etc.- Refinado del petrleo.En la industria petroqumica se emplea el cido sulfrico para eliminar diversas impurezas de muchas de las fracciones del destilado del petrleo, tales como gasolinas, disolventes y otros. - Siderurgia.En esta industria el cido sulfrico se emplea, fundamentalmente, en el decapado del acero(tambin se usa en este proceso el HCl) antes de someterlo a procesos finales, como son los diversos recubrimientos. -Otros usos.Comola fabricacin de seda artificial, plsticos de diversa naturaleza, explosivos, acumuladores, etc. 23. FIN