CARACTERÍSTICAS DEL ÁCIDO SULFÚRICOEl ácido sulfúrico es un líquido viscoso, de densidad 1,83g/ml, transparente e incoloro cuando se encuentra en estadopuro, y de color marrón cuando contiene impurezas. Es unácido fuerte que, cuando se calienta por encima de 30ºCdesprende vapores y por encima de 200ºC emite trióxido deazufre. En frío reacciona con todos los metales y en calientesu reactividad se intensifica. Tiene gran afinidad por elagua y es por esta razón que extrae el agua de las materiasorgánicas, carbonizándolas.

Por la acción corrosiva sobre los metales, el ácido sulfúricogenera hidrógeno molecular, gas altamente inflamable yexplosivo.

Propiedades:

Nombre químico Acido SulfúricoFórmula H2SO4Estado Físico LíquidoColor Claro, de incoloro a turbioPunto deinflamación No tiene

Corrosión

Altamente corrosivo a casitodos los metales condesprendimiento dehidrógeno.

Reactividad

Además de atacar a muchosmetales, es un agentefuertemente oxidante y puedecausar inflamación encontacto con materialesorgánicos y productos comonitratos y cloratos.

Reacciona Exotérmicamente con el agua.Temperatura deebullición

160 a 332ºC dependiendo desu concentración.

Higroscopocidad Sí.

PROCESOS POSIBLES

EL azufre puede provenir de diferentesmaterias primas, y dependiendo de suorigen, una vez llevado a planta, seránecesario acondicionarlo o almacenarlo dediferente manera. Las posibles fuentes son:

Azufre líquido. Procedente de ladesulfuración del crudo y/o gas natural. Pirita. Minerales no férreos con azufre. Gases procedentes de diferentes fuentesque contengan azufre. Sales de sulfato.

Después de su recepción y almacenamiento,se preparan las materias primas paraobtener el SO2, según el tipo de materiaprima con la que trabajemos obtendremos SO2,de una manera u otra:

1. Combustión del Azufre. Se oxida en unao dos etapas entre los 900°-1800°. Esta

PROCESO

combustión se realiza en la caldera poniendo en contacto elazufre líquido con el aire seco.2. Tueste de la pirita. El equipo más utilizado es el lechofluidizado, además del azufre se obtienen como subproductosóxidos de hierro y energía, los gases de azufre de salidadeben ser tratados en varios ciclones filtros y depuradorasde alta eficacia.3. Tueste y fusión de metales con azufre. Se puede obtenerSO2 a partir de procesos de producción de cobre, de zinc yde plomo.4. Regeneración del ácido sulfúrico. Es la descomposicióntérmica de ácido sulfúrico agotado, que ha podido serutilizado como catalizador o para limpieza.5. Tueste de otros metales de azufre.6. Combustión del H2S y otros gases que contengan azufre.

En la oxidación catalítica el SO2 pasa a SO3 y luego en latorre de absorción se pasa de SO3 a H2SO4.

Existen siete procesos posibles en la fabricación del ácidosulfúrico, en función del contenido en % de SO2 a la entradadel horno de oxidación. Si es > 3% Vol. Los procesos posiblesson:

1. Proceso de contacto simple. Los gases de SO2 secos ylimpios se oxidan a SO3 y pasan a una torre de absorción,la concentración obtenida es aproximadamente del 99%,dependiendo del catalizador y del diseño.2. Proceso de doble contacto. Se puede alcanzar unaconversión del 98,5-99,5%. El ácido pasa por dos torres deabsorción, la torre intermedia desplaza la reacción y seforma más cantidad de SO3, el SO3 producido es absorbido enla torre de absorción final.3. Proceso de contacto húmedo. Este proceso se utiliza paratratar los gases que salen de la fusión del molibdeno.

Contenido de SO2 a la entrada de la caldera < 3% Vol.

1. Proceso modificado de cámara de plomo. Para gases conmezcla de SO2 y NOx. Este proceso es el desarrollo de otropor el cual los óxidos de nitrógeno se usan para promoverla producción de ácido sulfúrico a partir directamente delSO2 produciendo un producto intermedio de ácido nitrosulfurado.2. Proceso H2O2. Se utiliza el agua oxigenada en la etapa dela conversión de SO2 a SO3 El coste del agua oxigenada haceque sea una técnica muy cara.3. Proceso de presión. En las reacciones de formación delH2SO4 son muchos parámetros los que pueden influenciar laeficacia de la conversión, y la presión es uno de ellos,desplazando la reacción hacia los productos Proceso en elcual la oxidación y la absorción son afectadas por la altapresión. Las ventajas: mayor conversión con menoscatalizador, y volúmenes de gas más pequeños, losinconvenientes: mayor consumo de energía, y menorproducción de vapor.4. Unsteady state oxidation process. La corriente de SO2

fría entra en un lecho catalizador, y es calentado por elcalor almacenado, en ese momento se produce una conversiónen la reacción generándose calor. Cuando la parte delanterase cierra, el flujo del reactor cambia. El proceso esautotérmico con una concentración de SO2 de 0,5-3%.

1. Dilución. La concentración del ácido producido varíaentre 95,5-99,5 % y es diluido a las concentracionescomerciales de 78 %.2. Limpiado del SO2. Se sopla aire a través del ácidocaliente para reducir el SO2. Este aire con SO2, se devuelveal proceso.3. Purificación. Se puede filtrar el producto para eliminarimpurezas que provienen de los equipos.4. Desnitrificación. Hay varios métodos para eliminar losóxidos de nitrógeno.5. Decoloración. El ácido producido puede tener hidocarburoso residuos carbonosos que se absorben en el ácido y

provocan un color negro. Cuando esto ocurre, sueledecolorarse el producto final.

PROCESOS EXISTENTES EN LA COMUNIDAD AUTÓNOMA DEL PAÍS VASCO

Como se ha mencionado anteriormente en la Comunidad Autónomadel País Vasco hay una única planta de producción de ácidosulfúrico, por lo que sólo se da un proceso de fabricación,el cual se describe a continuación.El residuo procedente de la desulfuración del crudo essuministrado de forma sólida, constituyéndose así en la únicamateria prima de este proceso. Se trata primero en unainstalación de fusión, se filtra y se almacena de formalíquida.

El proceso productivo consiste en la combustión del azufrelíquido (cinco etapas de contacto sobre catalizador depentóxido de vanadio) donde el SO2 pasa a SO3 y se realiza unadoble absorción de este gas para obtener ácido sulfúrico yoleum.

Las distintas etapas de este proceso son altamenteexotérmicas por lo que se realiza un aprovechamiento de laenergía calorífica, parte utilizada en la fusión del azufre,y el resto para la producción de energía eléctrica (que seutiliza para autoconsumo y para exportar a la red).

Origen de las materias primas • Azufre

Es la materia prima en la fabricación del ácido sulfúrico yprocede de la desulfuración del gas natural y del crudo depetróleo.

El azufre se puede recibir en la planta de forma sólida olíquida. El azufre sólido se recibe normalmente por barco ocarretera, y el azufre líquido por carretera.El azufre en estado sólido es tratado previamente en unainstalación de fusión, filtrado y posteriormente alma-cenamiento en estado líquido.

Una vez que el azufre está en forma líquida, es necesaria sutransformación a SO2, sustancia a partir de la que seproducirá el H2SO4.

• Aire

El aire antes de ser introducido en el proceso pasa por unatorre de secado.

Combustión del azufre

La reacción que se produce en esta etapa es:

S+O2→SO2+cal

El azufre, se oxida en una unidad de combustión a 900° -1.800° C. La unidad de combustión es un horno calderaconsistente en una cámara de combustión y un refrigerador degases.

La relación SO2/O2 en los gases de entrada no suele sersuperior al 0,8 con objeto de alcanzar un elevado grado deconversión.

Conversión del SO2 a SO3

La reacción de conversión de SO2 en SO3 esta basada en lasiguiente reacción de equilibro en presencia de catalizador.

El catalizador utilizado es el pentóxido de vanadio.

SO2+12O2↔SO3

Esta reacción es exotérmica, y se puede maximizar surendimiento teniendo en cuenta: Que la eliminación del calor de reacción por medio derefrigeración favorece la formación de SO3.

Que el incremento de la cantidad de O2 hará que elequilibrio de la reacción se desplace produciendo mas

SO3. Que con la retirada del SO3 producido también conseguimosdesplazar el equilibrio de la reacción (esto se produce enlos procesos de doble absorción).

Que incrementando la presión también favorecemos laformación de SO3.

Que la elección del catalizador, que reduzca la temperaturade trabajo es importante para el rendimiento.

Que un mayor tiempo de reacción favorece así mismo laconversión.

Absorción de SO3

El ácido sulfúrico se obtiene absorbiendo SO3 en agua enpresencia de H2SO4 (con una concentración de al menos el 98%).

La eficiencia de este paso está relacionada con: La concentración de H2SO4 (98,5-99,5%) en el líquidoabsorbente. El rango de temperatura del líquido (normalmente entre70°C - 120°C). La técnica de distribución del ácido. El nivel de humedad del gas. El tipo separador de gotas o filtros de nieblas. La temperatura del gas de entrada.

Que el flujo de gas sea en contracorriente o no.

Las emisiones de SO3 dependen de:

La temperatura del gas que abandona la absorción. La construcción y el modo de operar de la torre deabsorción final. El equipamiento para separar las nieblas de H2SO4

Las nieblas de ácidos formadas antes de la torre deabsorción por la presencia de vapor de agua.

Procesos de Doble Contacto

En procesos de doble contacto la eficacia de la primeraconversión es de 80 - 93 %, dependiendo de la disposición delos lechos y del tiempo de contacto. Después de larefrigeración de los gases hasta los 190° C, el SO3 formadose pasa a una torre de absorción intermedia con ácidosulfúrico en una concentración de 98,5 - 99,5 %.

La torre de absorción intermedia es precedida en el procesode doble contacto por otra torre de absorción de oleum. Estatorre de oleum sólo entra en funcionamiento para obteneroleum. La absorción intermedia de este SO3 formado en lasprimeras etapas, desplaza la reacción hacia la formación demás SO3 en las siguientes etapas de conversión. El SO3

producido en la etapa secundaria es absorbido en la torre deabsorción final.

Con este tipo de proceso se alcanzan en condiciones normales,niveles de conversión del 99,6%.

UTILIZACIÓN DEL ÁCIDO SULFÚRICO EN LAINDUSTRIA

En variados procesos industriales, es utilizado como agentetratante; es el caso específico de la minería en que esempleado como agente lixiviador, para extraer en formaselectiva algunos elementos como Cu, Ni, Fe. En la industriade la refinación electroquímica del Cu es utilizado comoelectrólito conductor en las celdas.

Otros procesos industriales lo incluyen en la refinación depetróleo y la manufactura de químicos orgánicos.

PLANTAS DE ACIDO: UN CONCEPTO ECOLÓGICO

En el proceso de fundición de minerales sulfurados de cobre,se produce una gran cantidad de dióxido de azufre (SO2),compuesto altamente contaminante que se emite a la atmósfera.

Mediante la planta de ácido es posible retirar de los gaseseste compuesto tóxico, y convertirlo en ácido sulfúrico,utilizando una serie de procesos físicos y químicos.

Además el proceso de producción de ácido elimina de los gasesalgunas impurezas que son contaminantes atmosféricos, como elarsénico, mercurio, selenio y otros metales; lo que permitedescartar gases por la chimenea sin SO2 y limpio de estasimpurezas contaminantes.

CARACTERÍSTICAS DEL ÁCIDO FOSFÓRICODe fórmula química H3PO4, ácido que constituye la fuente decompuestos de importancia industrial llamados fosfatos. Atemperatura ambiente, el ácido fosfórico es una sustanciacristalina con una densidad relativa de 1,83. Tiene un puntode fusión de 42,35 °C. Normalmente, el ácido fosfórico sealmacena y distribuye en disolución. Se obtiene mediante eltratamiento de rocas de fosfato de calcio con ácidosulfúrico, filtrando posteriormente el líquido resultantepara extraer el sulfato de calcio. Otro modo de obtenciónconsiste en quemar vapores de fósforo y tratar el óxidoresultante con vapor de agua. El ácido es muy útil en ellaboratorio debido a su resistencia a la oxidación, a lareducción y a la evaporación. Entre otras aplicaciones, elácido fosfórico se emplea como ingrediente de bebidas noalcóholicas, como pegamento de prótesis dentales, comocatalizador, en metales inoxidables y para fosfatos que seutilizan, como ablandadores de agua, fertilizantes ydetergentes.

TECNOLOGÍA PARA LA OBTENCIÓN DELÁCIDO FOSFÓRICO

El ácido fosfórico, se pueden obtener por dos métodos.

Via Seca: Formación del ácido a partir de fósforo elemental.Este consta de los siguientes pasos:

1. Combustión del Fósforo

2P+5O2→2PO52. Hidratación del P2O5 resultante:

P2O5+3H2O→2H3PO4

3. Recogida de los humos. Precipitador electroestático

Vía Húmeda: Existen a nivel mundial varias tecnologías paraesta variante de obtención de H3PO4.

• Rhone Poulene: consta de 1 reactor con agitador central ycon baffles, existe una adición de H2SO4 en diversos puntosa través de dispersión. No posee sistema de recirculación.

• Prayon: consta de un único reactor dividido en tresdiferentes secciones. Consta con varios agitadores en cadasección y la adición de H2SO4 normalmente se realiza en las2 primera secciones.

• Siape: se recomienda para rocas de alto contenido decarbonatos donde se utiliza la emisión de CO2 como medio deagitación y conducción de fluido. Consiste en un reactorcon un cilindro interno donde se adiciona el H2SO4, acido dereciclo y la roca

Cámara de combustión

Cámara de hidratación Precipitador

• Molienda: Su función es el de disminuir el tamaño de loscristales de roca fosfática. En donde se debe tener uncontrol del tamaño de la partícula. Más gruesos:quedaría roca sin atacar por efectos del tiempo deresidencia en los reactores y la formación de capas deyeso sobre la superficie de la roca que impedirían lareacción completa. Más finos: alterarían el equilibriopor formación de cristales irregulares a focalizarsezonas de alta acidez libre y otras bajas.

• Reacción: En los 3 reactores colocados en conjunto,ocurre la reacción en donde se transforma la rocafosfática en ácido fosfórico al reaccionar con el ácidosulfúrico y agua. En donde la reacción principal es:

Ca3(PO4)2+3H2SO4+6H2O→3CaSO4.2H2O+2H3PO4

Esta reacción se realiza en 2 etapas

1. Fosfato Monocálcico

Ca3(PO4)2+4H3PO4→3Ca(H2PO4)2

2. Lodo de Reacción

3Ca(H2PO4)2+3H2SO4+6H2→3CaSO4.2H2O+6H3PO4

Los gases generados en la reacción están formados principalmente por tetrafluoruro de sílice el cual reacciona con agua para formar ácido fluorsilicico en solución y oxido de sílice.

Los gases generados en la reacción están formados principalmente por tetrafluoruro de sílice el cual reacciona con agua para formar ácido fluorsilicico en solución y oxido de sílice.

El agua rociada dentro del sistema del venturi (lavado de los gases y extracción a la atmósfera), reacciona conlos compuestos fluorados, reduciendo la emisión a la atmósfera.

Filtración: Consiste en separar el lodo proveniente de reacción, en yeso dihidratado y ácido fosfórico del 28% de P2O4

Tratamiento Químico: Se efectúa un tratamiento químico al ácido fosfórico a fin de hacerlo apto para el consumo de la planta de polifosfatos.

Decantación: Se pasa a un decantador para poder separar el ácido fosfórico de los demás componentes presente en la corriente.

Evaporización: Se evapora la solución para aumentar la concentración de ácido fosfórico producido de 28% P2O5 hasta una concentración deseada de 54% P2O5.

Almacenamiento: Por último se almacena el fluido en los tanques correspondientes

UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICACATEDRA DE PROCESOS QUIMICOS

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ÁCIDO SULFÚRICOY FOSFÓRICO

Profesor: Diana Acosta

Sección: 63Integrantes:

Barrera Taylor

Valencia, 21 de Octubre de 2013