cinética de la producción de sulfato de cobre pentahidratado a partir de chatarra de cobre

7/26/2019 Cintica de La Produccin de Sulfato de Cobre Pentahidratado a Partir de Chatarra de Cobre

1/13

Cintica de la produccin de sulfato de cobre pentahidratado a partir de chatarra

de cobre

Resumen

Para mejorar la produccin industrial de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O)

a partir de chatarra de cobre ! "cido sulf#rico aireado es aconsejable conocer la cin$tica

de la reaccin. %a metodolo&'a usada consisti en determinar el efecto de diferentes

condiciones de temperatura presin ! caudal de aire sobre la ariacin de la conersin

del "cido sulf#rico con el tiempo. Para ello se constru! un reactor cil'ndrico de 4 litros.

%a alimentacin consisti en chatarra de cobre "cido sulf#rico ! una corriente de aire

aadida por el fondo del reactor. Se reco&ieron muestras ! anali*aron por titulacin

durante el transcurso de la reaccin hasta +ue la solucin alcan*a apro,imadamente un

2- en peso de "cido sulf#rico. %os resultados e,perimentales indican +ue el proceso es

controlado por la difusin del o,'&eno del aire desde la interfase burbujasl'+uido a la

solucin l'+uida. / las condiciones e,perimentales empleadas la ecuacin de elocidadrecomendada es dada por

donde ages el "rea interfacial burbujasl'+uido por unidad de olumen l'+uido libre de

burbujaskLel coeficiente de transferencia de masa del o,'&eno !Hla constante de la

le! de Henr!. %os alores del producto agkLaumentan con el flujo de aire debido al

incremento en el "rea ag.

Palabras clave:Sulfato de cobre "cido sulf#rico cin$tica de reacciones reactor en tres

fases.

0ecibido1 3 de iciembre de 22

0eisado1 6 de 7unio de 26

Introduccin

8l sulfato de cobre pentahidratado es utili*ado como in&rediente en alimentos de

animales en la a&ricultura por su efectia accin fun&icida en procesos industrialescomo &alanoplastia como anticorrosio de metales ! en el tratamiento de a&ua

eliminando al&as ! malos olores. 9ambi$n es utili*ado como al&icida en a&uas de

piscinas la&os ! reseras acu'feras ! en otras aplicaciones tales como tratamiento de

alcantarillas preseracin de madera pi&mentos usos eterinarios ! +u'micos.

Chapman :; plantea el creciente inter$s por la inesti&acin sobre los mecanismos de

accin ! resistencia del sulfato de cobre como biocida.

8l proceso de produccin del sulfato de cobre pentahidratado a partir de chatarra de

cobre consta b"sicamente de siete etapas1 recepcin ! seleccin de la chatarra reaccin

cristali*acin escurrimiento secado cernido ! molienda pesado ! ensacado. %a

reaccin se efect#a a


2/13

unas > horas por lo +ue el tiempo de elaboracin del producto final es alto. e all' +ue

es coneniente estudiar la cin$tica del proceso de reaccin con el fin de reducir el

tiempo de reaccin ! los costos de operacin.

%os trabajos publicados en la literatura se han limitado a estudios de corrosin. 8ntre

ellos se pueden mencionar el de ?uartarone et al.:2; +ue probaron el efecto del indol(ben*otria*ol) como un inhibidor de corrosin de cobre en solucin H2SO4.5@ aireado

a temperaturas entre 25 ! 55=C. 9romans ! /hmed :6; determinaron la resistencia a la

corrosin de pel'culas de cobre en soluciones de "cido sulf#rico con concentraciones

entre ! moleslitro. Care! ! Aheatcraft :4; en un estudio del transporte de sulfato

de cobre en una solucin de "cido sulf#rico su&ieren +ue la rata de difusin en la

solucin electrol'tica puede causar ariaciones de densidad en el olumen de l'+uido.

Publicaciones recientes se han orientado al estudio de la cin$tica del proceso de

cristali*acin. @ohan et al. :5; determinaron la cin$tica de crecimiento de cristales de

sulfato de cobre usando un calor'metro de barrido diferencial (SC) a temperaturas

entre ! 2=C. @ahon ! @!erson :B; anali*aron datos de cristali*acin mediante unmodelo termodin"mico.

Mecanismo de Reaccin y Procesos de Transferencia de Masa

%a i&ura muestra un es+uema del mecanismo de o,idacin del cobre en solucin

"cida aireada :3;. %as etapas del proceso son1 () mi&racin de iones hidr&eno a la

superficie del cobreD (2) flujo de electrones sobre la superficie met"lica de cobre a los

iones hidr&enoD (6) formacin de hidr&eno atmicoD (4) formacin de mol$culas de

hidr&enoD (5) liberacin de hidr&eno molecular desde la superficie del cobre. %a

reaccin &lobal es

2Cu E 2H2SO4E O22CuSO4E 2H2O ()

i&ura . @ecanismo de reaccin del cobre en "cido sulf#rico aireado.
http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Figura1http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Figura1


3/13


4/13

2

F rO G kLag( Ci%F C%)

2

F rO G ksas( C%F Cs ) (2)

2

donde ages el "rea interfacial burbujal'+uido por unidad de olumen de l'+uido libre de

burbujas kg kL ! ksson los coeficientes de transferencia de masa.

Considerando +ue e,iste e+uilibrio en la interfase burbujaFl'+uido las

concentraciones Cig! CiL est"n relacionadas por medio de la le! de Henr!

CigG HCiL (6)

! +ue la reaccin es irreersible ! de primer orden con respecto a la concentracin de

o,'&eno sobre la superficie la elocidad puede escribirse

F rO G kasCs (4)

2

donde kses el "rea e,terna del slido por unidad de olumen de l'+uido (libre de

burbujas cm2cm6) kla constante de elocidad (cms) Csla concentracin del o,'&eno

en la superficie e,terna del slido (&mollitro). %ue&o combinando las 8cuaciones

(2) (6)! (4) la elocidad &lobal puede e,presarse en t$rminos de la concentracin de

o,'&eno en la fase &as como si&ue

F rO G koasCg (5)

2

donde

as as H

G E E H ( E ) (B)

ko ag kg ag kL ks k

Parte Experimental

8l reactor es un cil'ndro de acero ino,idable de 4 litros altura de 5 cm ! di"metro de

cm. %ai&ura 4muestra un es+uema del e+uipo ! componentes au,iliares. 8n la

parte inferior tiene una "lula (IF5) +ue permite la descar&a de la solucin del reactoradem"s posee un tubo perforado para producir las burbujas de aire dentro del reactor un
http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Ecua2http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Ecua2http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Ecua3http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Ecua4http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Figura4http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Figura4http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Ecua2http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Ecua2http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Ecua3http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Ecua4http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Figura4


5/13

rot"metro ! una "lula (IF6) con los cuales se mide ! controla el caudal de aire. Jna

cha+ueta de calentamiento por apor de a&ua permite mantener la temperatura de

reaccin mediante la re&ulacin de la presin del apor con las "lulas IF ! IF2. %a

temperatura de reaccin se mide con un termopar conectado a un indicador di&ital. %a

presin se miden con un manmetro Kourdon (LP F5 bar M . bar) conectado a la

salida. %a "lula IF4 se usa para re&ular la presin de aire.

i&ura 4. ia&rama es+uem"tico del e+uipo e,perimental.

Procedimiento Experimental

8n esta seccin se presentan las e,periencias reali*adas para determinar los efectos de la

temperatura presin flujo de aire ! a&ente o,idante. 8nsa!os preliminares demostraron

+ue la m",ima cantidad de aire a la +ue es posible operar es .4 litrosmin !a +ue por

encima de este flujo el aire arrastra el l'+uido del reactor. %a car&a se fij en 22


6/13

9abla

Condiciones e,perimentales

8,perimento 9emperatura

(=C)

Presin manom$trica

(bar)

Caudal de aire

(ltmin)

/&ente o,idante


7/13

6

/n"lisis +u'mico del producto obtenido en todos los e,perimentos lue&o de cristali*ado

! filtrado indicaron una composicin promedio de ! < con una

temperatura de


8/13

i&ura B. 8fectos del flujo de aire ! la &eneracin de o,'&eno sobre la ariacin de laacide* con el tiempo. 8,perimentos B3> ! < (


9/13

i&ura 3. 8fectos del flujo de aire prsin ! temperatura sobre la ariacin de la

concentracin de "cido con el tiempo. 8,perimentos 3 ! 6 a las condiciones

mostradas en la 9abla .

Obs$rese tambi$n en la i&ura B +ue con los a&entes o,idantes "cido n'trico !

per,ido de hidr&eno (8,perimentos > ! ; ! o&ler :


10/13


11/13

9abla 2

Concentraciones de o,'&eno ! elocidadesde reaccin para las condiciones

e,perimentales dadas en la 9abla

8,perimento

lujo de aire q

litrosmin

(CO )2 g

&moleslitro

dCH SO dt

2 4

&moles(litro min)

agkL/H

minF

agkL

minF

4 652 23 2>> 3>6

2 4 666B 6>

4 4 B264 44

5 4 >>33 45

B > 652 B4 4352 B642

> B264 >B2 5

3 2 652 >4 B2B4 254>

2 B6 <

2 2 >>33 2
http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Tabla%201http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Tabla%201


12/13

Figura 8. Velocidades de reaccin del H2SO4en funcin de la concentracin deoxgeno para tres flujos de aire (q ! las condiciones indicadas en la "a#la $.

Conclusiones y Recomendaciones

%a elocidad de reaccin aumenta al incrementar el flujo de aire la presin ! la

temperatura. Sobre la base de los e,perimentos ! las mediciones e,perimentales

reali*adas se presume +ue el proceso es controlado por la transferencia de o,'&eno del

aire a la fase l'+uida.

Sobre las obseraciones e,perimentales se conclu!e +ue la cin$tica es de primer orden

en la concentracin de o,'&eno ! es dada por

. %os alores del t$rmino agkL/Haumentan con el flujo de aire debido al incremento +ue

e,perimenta el "rea de transferencia de masa por unidad de olumen l'+uido ag.

Se recomienda planificar otra serie de e,perimentos con el fin de determinar el efecto de

otras ariables ! las resistencias indiiduales del proceso. 8s aconsejable reali*ar una

seleccin e,haustia de la chatarra con el fin de eitar la contaminacin con otros

materiales lo cual puede acarrear desiaciones del comportamiento cin$tico del

proceso. /dicionalmente es aconsejable un estudio del efecto del tamao de la chatarra

sobre los resultados de este trabajo.

Para disminuir el tiempo de reaccin en un reactor industrial se recomienda operar el

reactor a presin atmosf$rica temperatura de . % &in's
http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Tabla%201http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-07702003000200004#Tabla%201


13/13

2.?uartarone @. Kellomi and Tin&ales1QJsin& indole (Ken*otria*ole) to inhibit

copper corrosion in aerated 5 @ sulfuric acidR. 9he 7ournal of Science and

8n&ineerin& Iol. 54 N=> (5. % &in's

3.ontana @.W. and Wreene N..1XCorrosion 8n&ieneerin&X,2Y 8d @cWraVFHill NeV

ZorU NZ

cinética de la producción de sulfato de cobre pentahidratado a partir de chatarra de cobre

Documents