Industria Del Acido Sulfurico2 Final-1

7/25/2019 Industria Del Acido Sulfurico2 Final-1

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INDUSTRIA DE ÁCIDO SULFÚRICO

1. MATERIA PRIMAEl ácido sulfúrico se produce mayoritariamente a partir delazufre elemental, pero además es un

subproducto importante de la industria metalúrgica que utiliza como materias primas menas desulfuros de cobre (piritas y calcopiritas), de zinc (blendas), mercurio (cinabrio), plomo (galenas),etc. y otros complejos.Las tres materias primas fundamentales empleadas por las industrias son: azufre, aire y agua.

1.1.-De !r"#!"$n %el Azufre&1.1.1.-Pr'#"e%a%e f( "!a

El azufre presenta diferentesformas alotr picas. La más estable es elazufre r mbico, un s lido cristalino decolor amarillo con una densidad de!,"# g$cm%

&odas las formas de azufre son

'nsolubles en agua, y las formascristalinas son solubles en di sulfuro decarbono.

&iene tres is topos %!, %% y %*, siendo el más abundante el primero (+ ,- ).us puntos de fusi n y de ebullici n son: --!,/ 01 (r) --+ 01 (m) y ***,# 01. tiene una electronegati2idad alta, con gran tendencia a captar ! electrones.

1.1.).-Pr'#"e%a%e *u(m"!ae combina directamente con mayor3a de los elementos para formar sulfuros. Ej: 1on el4idr geno forma 5! (gas2enenoso e incoloro, con olor a 4ue2o podrido)6 arde en el aire conformaci n del 7! (gas pesado e incoloro, con un caracter3stico olor sofocante)6 con aire 4úmedose o8ida lentamente a ácido sulfúrico.e une a todos los metales con e8cepci n del oro y del platino.



).-M+TODOS DE O,TENCI N DE LA MATERIA PRIMA

9 partir de grandes%e#$ "t' de origen 2olcánico, algunos relati2amente someros, otros agrandes profundidades. e tales dep sitos se e8trae mediante calentamiento 4asta

la fusi n, este proceso fue desarrollado en icilia y denominado 1alcaroni:

5ornos a cielo abierto, e8ca2ados en elterreno, en los que parte del azufre sequema formando di 8ido de azufre ysuministrando calor al azufreremanente que al fundir se colaba en

moldes.

El azufre obtenido por este m;todo conten3a un ! de impurezas, y a 2eces más. <arasepararlas se recurri a la destilaci n. El rendimiento que se obten3a con el procedimiento delos calcaroni rondaba el #"

La fuente más directa y más barata sonl' a!"m"ent' en los que se encuentra naturalmente,

de donde se e8trae mediante fusi n.El azufre de los dep sitos a grandes profundidades se e8trae con una t;cnica conocida como

Frasch , que consiste en la perforaci n de pozos de peque=o diámetro similares a los dee8tracci n del crudo del petr leo, pero entubados con dos tubos conc;ntricos. <or el tuboe8terior se inyecta agua caliente o 2apor de agua a presi n, que funde parte del azufre deldep sito, 4aci;ndole salir a la



superficie a tra2;s del tubo interior6 inmediatamente se le depura mediantedecantaci n, tanto de los fangos acuosos, como de los 4idrocarburos, con los que aparececasi siempre contaminado (su color es negro).

5oy en d3a, las cantidades más importantes de azufre (alrededor del */ ) se obtienen por %e ulfura!"$n %el /a natural y del petr leo. 1antidades menores se obtienen por purificaci n de los gases residuales de la industria del carb n. Los procesos de desulfuraci nde los combustibles s lidos, l3quidos y gaseosos deben lle2arse a cabo para cumplir con las

reglamentaciones acerca de las emisiones de 7! producidas por la combusti n. >ediante ladesulfuraci n se con2ierten los mercaptanos, sulfuros, disulfuros, en sulfuro de 4idr geno.El proceso se lle2a a cabo por0"%r'/ena!"$n !atal(t"!aa temperaturas de %"" *"" ?1 ya -" -! atm de presi n.

Esquema de una

instalación de

hidrotratamiento para la

conversión de

compuestos azufrados

en sulfuro de hidrógeno



%. L9 7@&EA1'BA EL 9CD FE 9 <9F&'F E G9 E 17A&EA'EA 7 5 !

%.-. HDE E EL <F71E 7 E 1L9D .

E' principal objeti2o de este proceso es con2ertir el 5! (sulfuro de 4idrogeno) presente en elgas acido y en el gas agrio en azufre elemental. El proceso 1laus trabaja correctamente congases que contengan más del !" (en 2olumen de sulfuro de 4idrogeno y menos del en4idrocarburos).El rendimiento global no es superior al + .

9 partir del 5! que se encuentra en el gas natural y el gas de 4ulla el sulfuro de

4idr geno que resulta de la 4idrodesulfuracion se transforma en azufre elementalmediante el proceso 1laus, este proceso se realiza en dos etapas.:

9. En la #r"mera eta#a el 5! se quema con una cantidad controlada de aire a -."""

-.*"" ?1 de modo que solo se produzca la combusti n de un tercio del total de

5 ! . % 5! I %$! 7! J ! 5 ! I 7 ! I 5 ! 7 6 K5" -+ MN

@. En la e/un%a eta#a, el remanente de 5! reacciona con el 7 ! a !"" %"" ?1

formado en la primera etapa, obteni;ndose azufre y agua.

! 5 ! I 7 ! J % I ! 5 !7 6 K5" !%%,# MN

El catalizador más usado en el proceso 1laus para la con2ersi n del 5! y 7 ! en azufre

es al m"na a!t"2a%a. >ediante el proceso 1laus se con2ierte el +" + del 5! en . e4an desarrollado m;todos que mejoran el rendimiento lle2ándolo 4asta el ++, . Entre ellos,se encuentra el Suplerclaus R que en el 4orno 1laus emplea un catalizador especial que

o8ida selecti2amente el 5! a azufre, e2itando la formaci n de 7!.

*. >9&EF'9 E 'AGFE 7 <9F9 L9 <F7 D11'7A*.-.9ire

El aire antes de ser introducido en el proceso pasa por una torre de secado. Este aire esinyectado al 4orno o quemador, con el fin de obtener el suficiente o83geno para la con2ersi n

del azufre a 7! . En el caso del o83geno gastado en el con2ertidor, el aire tomado de laatm sfera antes de ser inyectado a ;ste, es sometido a un proceso de precalentamiento con el



fin de no alterar el normal desempe=o del catalizador y la con2ersi n que se está lle2ando a

cabo, el o83geno del aire es utilizado para obtener tri 8ido de azufre ( 7%) a partir del di 8ido

de azufre ( 7 ! ) pro2eniente del 4orno en presencia de un catalizador de pent 8ido de 2anadio

(O!7 ).

*.!. 9gua.

e utiliza para 2arias finalidades como retirar impurezas del gas que sale del 4orno, comoagua de enfriamiento para reducir la temperatura de los gases a la requerida para la reacci n ytambi;n como agua de diluci n para diluir el ácido que sale como leum de las torresabsorbedoras.

*.%. <ent 8ido de Oanadio.

La forma mineral de este compuesto es la s4c4erbinaite, es e8tremadamente rara casi siemprese encuentra en las fumarolas. Es un mineral tri4idratado, O!7 %5!7, tambi;n seconoce con el nombre de na2ajoite.

9ctúa como catalizador, que por supuesto no forma parte de la reacci n, pero s3 constituye parte de la materia prima necesaria para el proceso, es un o8ido anf tero, de color

anaranjado, de formula O!7 , es una agente o8idante, y constituye el compuesto de 2anadiomás estable.E te '3"%' !atal"za 2ar"a rea!!"'ne %e '3"%a!"$n aer$4"!a5 entre ella la#r'%u!!"$n %e 6!"%' ulf r"!' a #art"r %e %"$3"%' %e azufre. 9 diferencia de la mayor3ade los 8idos metálicos, se disuel2e ligeramente en agua para dar color amarillo pálido,originando una soluci n ácida.



El catalizador es pento8ido de 2anadio y sulfato de potasio dispersado en una base de s3liceque forma un soporte poroso.

. <F7<'E 9 E P 19F91&EF' &'19 .

• El ácido sulfúrico al ++ por ciento es un l3quido incoloro, inodoro, denso y 2iscoso.• Es soluble en todas las proporciones en agua, produciendo una gran cantidad de

calor.• Es muy fuerte y corrosi2o para la 2ida de los materiales estructurales.

• e todos los productos qu3micos industriales el ácido sulfúrico es el producto másutilizado para un sin fin de aplicaciones

Esquema del procesode Claus para laobtención de asufre apartir de gas quecontiene H2S



-

#. FE911'7AE P 17A D>7 E EAEFGQ9

El azufre fundido se bombea a tra2;s de unas tuber3as precalentadas, y se roc3a en un 4orno queemplea quemadores reacciona entonces el con el e8ceso de aire.

e produce la o8idaci n del azufre elemental a i 8ido de 9zufre con el siguientedesprendimiento de energ3a

S + O! → S O ! H = − %"" Kj mol −

El i 8ido de azufre formado anteriormente con un e8ceso residual de aire se pasa a unacolumna

empacada en donde se obtendrá el tri 8ido de azufre.

La con2ersi n total a partir de azufre en ácido sulfúrico es mayor que +/. . en la segunda torre deabsorci n los gases fluyen en contracorriente con el agua para llegar a producir ácido sulfúricoconcentrado

R. '9GF9>9 E @L7HDE P E LDN7 <9F9 L9 <F7 D11'7A 'A D &F'9L.



/. <F71E 7 E 9@F'191'BA 'A D &F'9L.

9 lo largo de la 4istoria, podemos 4ablar de dos grandes procesos de producci n del ácido sulfúrico:

/.-. >S&7 7 E L9 1T>9F9 E <L7>7.

Este m;todo es menos utilizado que el de contacto, ya que s lo es capaz de producir un ácido sulfúricocon una concentraci n de entre el #! y el R/ .

9qu3 2emos un esquema general y, despu;s, se describirá el proceso paso a paso, si bien se trata de un proceso de producci n continuo (todos los elementos del sistema están en funcionamientosimultáneamente y de forma constante, con un aporte continuo de reacti2os):

Las etapas principales de que consta la fabricaci n del ácido sulfúrico por el m;todo de las cámaras de plomo son:

/.-.-. 7@&EA1'BA EL 'BU' 7 E 9CD FE, 7!.

Generalmente a partir de la principal materia prima: el mineral conocido como pirita, de f rmula e !.Este proceso se lle2a a cabo en un 4orno de tostaci n de pirita. La tostaci n de la pirita produce un gas

que contiene el 7! requerido en una proporci n apro8imada del -" 6 el +" restante son otros gases.



/.-.!. 7U' 91'BA E 7! <F7 D1' 7 9 &F'BU' 7 E 9CD FE, 7%, <7F L9 911'BAEL 9'FE EA <FE EA1'9 E DA 19&9L'C9 7F.

El gas procedente del 4orno de tostaci n de pirita, con un -" de 7!, pasa a un segundo elemento delsistema, la llamada &orre de Glo2er. Esta torre, de unos -# metros de altura, está rellena con anillos de

porcelana. <or la parte superior de la torre entra una corriente de la llamada mezcla nitrosa. ic4amezcla contiene ácido sulfúrico y 8idos de nitr geno, A7 y A7!, principalmente, que son los queactúan como catalizadores.

En esta &orre de Glo2er, tiene lugar, en parte, la reacci n:

7! I 7! VJ 7%

El 7! que se o8ida es el que está presente en la mezcla de gases procedente del 4orno de tostaci n de pirita.

9simismo, tambi;n cierta cantidad del 7% que se 2a produciendo (en torno al -" del 7! inicial) pasa a ácido sulfúrico según:

7% I 5!7 VJ 5! 7*

En realidad, la reacci n es más compleja y parece ser que tambi;n 4ay inter2enci n aqu3, en la torre deGlo2er (no solo en las cámaras de plomo posteriores) del 8ido de nitr geno:

7! I A7! VJ A7 I 7%

7% I 5!7 VJ 5! 7*

Sste es el llamado ácido de torre o ácido de Glo2er, que tiene apro8imadamente una concentraci n delR/ , pero no es el producto final. El ácido considerado producto final es el que se produce en las

cámaras de plomo en la siguiente etapa.

En este proceso de producci n de sulfúrico en la torre de Glo2er, los 8idos de nitr geno son liberadossin consumir (son catalizadores, no se consumen en el proceso) y quedan en disposici n de seguir siendo utilizados. Estos 8idos de nitr geno, junto con otros gases, reciben el nombre de mezcla degases de la torre de Glo2er. ic4a corriente sale de la torre de Glo2er y es dirigida a las cámaras de plomo. La mezcla de gases de la torre de Glo2er está formada esencialmente por:

7!, 7%, A7!, A7, A!7%, A!, 7! y 2apor de agua.



/.-.%. 17>@'A91'BA EL &F'BU' 7 E 9CD FE 17A EL 9GD9 <9F9 7F>9F EL T1' 7DL WF'17 E 1T>9F9, 5! 7*.

9unque ya 4emos comentado que cerca del -" del 7! inicial se transforma en sulfúrico en la torrede Glo2er, el +" restante lo 4ace en las cámaras de plomo. 9 estas cámaras (que suelen ser de -!metros de anc4o, -/ de alto y de %" a #" de largo) llega la mezcla de gases de la &orre de Glo2er formada, como dijimos, por: 7!, 7%, A7!, A7, A!7%, A!, 7! y 2apor de agua.

uelen ser de % a # cámaras colocadas en serie. Las cámaras desempe=an una triple funci n:suministran el espacio necesario para que se mezclen los gases con2enientemente y se puedan lle2ar acabo las di2ersas reacciones de producci n del ácido, eliminar el calor producido en dic4as reacciones

(porque, al tener una gran superficie por su gran tama=o, facilitan la disipaci n del calor) y pro2eer unasuperficie de condensaci n para el ácido que se 2a formando (como en el caso del calor, a mayor superficie más eficaz será la condensaci n).

El mecanismo de reacci n postulado para la producci n de sulfúrico en las cámarasde plomo es un proceso complejo que se puede resumir del modo siguiente:

! 7! I A!7% I 7! I 5!7 VJ ! 7!(75)(7A7) (ácido nitrosilsulfúrico)

Este compuesto, en forma de niebla, se disocia al enfriarse, regenerando el catalizador A!7%:

! 7!(75)(7A7) I 5!7 VJ !5! 7* I A!7%

7tro mecanismo más sencillo propuesto para la reacci n de formaci n del 5! 7* en las cámaras es elsiguiente:

7! I 5!7 VJ 5! 7%

A7 I A7! I 5!7 VJ !5A7!

5A7! I 5! 7% VJ 5! 7*

El ácido sulfúrico que condensa en las paredes de las cámaras se acumula en el fondo de las mismas yse e8trae. Sste es nuestro producto final, y tiene una concentraci n en torno al #! V #/ . Ao obstante,en el interior de las cámaras de plomo quedan gases residuales.



ic4os gases residuales, compuestos principalmente por nitr geno, o83geno y tri 8ido de nitr geno, A!7%, pasan a un nue2o elemento del sistema posterior a las cámaras: la torre de Gay Lussac.

/.-.*. FEGEAEF91'BA E L9 >EC1L9 A'&F7 9 EA L9 &7FFE E G9P LD 91.

1uando los gases residuales de las cámaras entran en la torre de Gay Lussac, se mezclan con el ácidosulfúrico de la torre de Glo2er. Fecordemos que en la torre de Glo2er se produce cierta cantidad de5! 7*, en torno al -" del 7! inicial, y que tiene una concentraci n del R/ apro8imadamente.1uando en la torre de Gay Lussac se mezcla la corriente de gases residuales procedente de las cámarascon el sulfúrico, se regenera la llamada mezcla nitrosa, necesaria para la catálisis de la reacci n de producci n de sulfúrico. 9s3, esta mezcla nitrosa producida se recircula (se retorna nue2amente) a latorre de Glo2er, 4aciendo que se trate de un proceso cerrado y continuo.

9demás, si queda 7! o 7% en el gas residual que sale de las cámaras, como es mezclado en la torrede Gay Lussac y recirculado de nue2o al principio del proceso, no se malgasta, sino que 2uel2e a entrar en el ciclo de producci n.

i durante el proceso e8isten fugas o p;rdidas de gases que 4agan que se 2ayan perdiendo 8idos denitr geno, es decir, que se 2aya perdiendo catalizador, se compensa con la adici n de ácido n3trico en latorre de Glo2er.

/.!. >S&7 7 E 17A&91&7.

El m;todo de contacto para la producci n de ácido sulfúrico es un m;todo que utiliza una catálisis4eterog;nea, es decir, el catalizador empleado está en una fase de agregaci n distinta. En concreto,suele utilizarse un catalizador s lido, el pent 8ido de di2anadio, O!7 . Este m;todo permite obtener



un ácido sulfúrico con una concentraci n en torno al +/ en peso (es decir, +/ gramos de ácidosulfúrico por cada -"" gramos de disoluci n6 los dos gramos restantes son agua), que es el que sueleutilizarse en el laboratorio, por ejemplo, para preparar posteriormente disoluciones menosconcentradas.

'gual que el m;todo de las cámaras de plomo, el m;todo de contacto parte del di 8ido de azufreobtenido por distintos m;todos. Oeamos cada etapa de forma indi2idual.

/.!.-. <F'>EF9 E&9<9: <F7 D11'BA E 'BU' 7 E 9CD FE, 7!.

En general, la producci n de 7! se puede escribir como:

(s) I 7!(g) 7!(g)

in embargo, esta reacci n será 2álida únicamente si la producci n del di 8ido de azufre se lle2a acabo a partir de azufre puro s lido. 9unque esta es la situaci n ideal, por la menor producci n desubproductos o presencia de impurezas y el mayor rendimiento, lo cierto es que 4ay muc4as plantas de producci n de sulfúrico que emplean otras fuentes para la producci n inicial de 7!. Dna fuente usadamuy 4abitualmente es la pirita, mineral disulfuro de 4ierro, e !, que por tostaci n con e8ceso de aire produce 8ido de 4ierro(''') y di 8ido de azufre en una reacci n redo8.

* e !(s) I --7!(g) ! e!7%(s) I / 7!(g)

&ostaci n de pirita para obtener 7! 1odelco $ <lanta de tostaci n $ otograf3a tomada en septiembre de !"-% $ Licencia by nc nd

&rabajar con e8ceso de aire 4ará que el 7! producido est; ya mezclado con o83geno en la corriente desalida 4acia la siguiente etapa, lo cual será necesario para la obtenci n de 7%. Dna 2ez obtenido eldi 8ido de azufre y antes de entrar en el reactor, se debe purificar, ya que puede estar mezclado conrestos de otros compuestos. <ara ello se pueden emplear di2ersos m;todos, como 4acerlo pasar por

separadores de pol2o, mecánicos o electrostáticos, y el la2ado con agua y ácido sulfúrico concentrado.



Pa purificado pasará al reactor para la producci n de 7%.

/.!.!. EGDA 9 E&9<9: <F7 D11'BA E &F'BU' 7 E 9CD FE, 7%, 9 <9F&'F E 7!

La producci n de tri 8ido de azufre a partir de la reacci n del di 8ido de azufre con el o83geno es una

reacci n e8ot;rmica y re2ersible (no se produce de forma completa sino que alcanza un equilibrioqu3mico, en el que sigue 4abiendo presencia tanto de reacti2os como de productos). <odemos escribirsu ecuaci n termoqu3mica como:

! 7!(g) I 7!(g) ! 7%(g) K5 -+#MNXmol -

La reacci n se lle2a a cabo en presencia de un catalizador s lido, que puede ser platino o penta 8ido de2anadio, O!7 , aunque este último es más 4abitual porque es menos susceptible de en2enenamiento y

desgaste que el platino (especialmente en plantas en las que se obtiene el 7! por tostaci n de pirita,ya que está a menudo contiene ars;nico).

El ars;nico no se puede eliminar en su totalidad de la corriente de gases producidos y en2enena el platino en el con2ertidor. La actuaci n del catalizador es ptima entre *"" y * "01, y es por estemoti2o que se emplean estas temperaturas, a pesar de que una disminuci n de la temperaturafa2orecer3a la reacci n termodinámicamente (por ser e8ot;rmica) pero afectar3a negati2amente a lacin;tica de reacci n. En cuanto a la presi n, se mantiene a - o ! atm sfera, pues si bien un aumento de

la presi n fa2orecer3a el desplazamiento de la reacci n a la derec4a (principio de Le 14Ytelier)supondr3a un sobrecoste no asumible del proceso industrial. e 4ec4o, esto ocurre a menudo y es unalimitaci n importante en la industria: las mejores condiciones para el proceso qu3mico no tienen porqu; ser (y generalmente nunca son) las mejores condiciones para el bolsillo de la industria, principalmente considerando los costes de la energ3a el;ctrica.

/.!.%. &EF1EF9 E&9<9: 17AOEF 'BA EL 7% EA T1' 7 DL WF'17.

La con2ersi n del 7% en ácido sulfúrico no se puede lle2ar a cabo por simple reacci n del tri 8ido deazufre con agua. Z<or qu;[ El moti2o es que la reacci n 7% I 5!7 5! 7* es incontrolable y creauna niebla de ácido sulfúrico y de tri 8ido de azufre que afecta negati2amente al proceso. <or ello, enlugar de esto, lo que se 4ace primero es disol2er el tri 8ido de azufre en ácido sulfúrico concentrado, loque produce ácido disulfúrico ( i4idrogeno(4eptao8idodisulfato) para los amigos de la 'D<91 desde!"" y leum para los qu3micos más anticuados, debido a su consistencia aceitosa y color caf; oscuro):

5! 7*(l) I 7%(g) 5! !7R



9 este ácido tambi;n se le denomina ácido sulfúrico fumante, por su tendencia a emitir 2apores. El5! !7R s3 que puede reaccionar con agua de forma segura en una reacci n fa2orabletermodinámicamente, descomponi;ndose para producir ácido sulfúrico concentrado del +R al ++ .

5! !7R I 5!7 !5! 7*

Grandes tanques de ácido sulfúrico en una instalaci n industrial en 14ile

+. ' E\7 EL <F7 D1&7.

Las caracter3sticas finales del producto son presentadas en la siguiente tabla.

-". @9L9A1E E >9&EF'9 P E EAEFGQ9

-".-. @9L9A1E E >9&EF'9

La formula del ácido sulfúrico es H 2 SO 4 y su peso molecular seria

2 ! "#$$%&' ( " ! )2#$*' ( ' ! "+#&&&' , &-#$%%'- gramos por mol



Se obser.a que en &-#$%%'- gramos de H 2 SO 4 /ay 2#$"+-- gramos de/idrógeno0 )2#$*' gramos de a1ufre y *)#&&%* gramos de o!igeno

ara calcular la composición centesimal de cada elemento0 obtendremos losgramos de elemento que /ay en "&& g# 3el compuesto#

"$$ g H 2 SO 4 2.01588 g H

98.07748 gH 2 s O 4

, 2#$++)&+)-% g# H

"$$ g H 2 SO 4 32.064 g S

98.07748 gH 2 s O 4

,)2#*&2+2$2' g# S

"$$ g H 2 SO 4 63.9976 g O

98.07748 gH 2 s O 4

, *+#2+2$-')%2 g# 4

Entonces la composición centesimal del ácido sulfúrico es 2#$++)&+)-% 5 deHidrógeno6 )2#*&2+2$2' 5 de a1ufre y *+#2+2$-')%2 5 de 4!igeno#

7/ora la pregunta seria cuanto de ácido sulfúrico se podrá obtener a partir de " 8g# 3ea1ufre de &-5 de pure1a que es el que se encuentra a ni.el industrial#

La ecuación de formación del trió!ido de a1ufre es la siguiente

2 S + 3 O 2 → 2 S O3



2 ! )2#$*' g ( ) ! 2 ! "+#&&&' g , 2 ! )2#$*' g ( ) ! 2 ! "+0&&&'

*'#"2- g ( &+#&&*' g , "*$#"2'' g

mediante una regla de tres simple calculamos que masa de a1ufre puro inter.ine

"$$ 5 → "$$$ g de a1ufre

&- 5 → m a1ufre

m a1ufre , &- 5 ! "$$$ g de S 9 "$$ , &-$ gramos de a1ufre es puro

Con este resultado y mediante regla de tres simple calculamos la masa de trio!ido dea1ufre obtenido

*'#"2- g de S → "*$#"2'' g de S4)

&-$ g de S → m trio!ido de a1ufre

m trió!ido de a1ufre 2''%#$"$-+)2&) g de trió!ido de a1ufre puros

luego la ecuación de obtención de ácido sulfúrico es la siguiente



S O 3 ( g ) + H 2 O ( l ) → H 2 SO 4 ( l )

)2#$*' g ( ) ! "+#&&&' g ( 2 ! "#$$%&% g ("+#&&&' g , 2 ! "#$$%&% g ( )20$*' g(' ! "+#&&&' g

-$#$*22 g ( "-#$"+)' g , &-#$%%+' g

Con el .alor de m trió!ido de a1ufre y mediante regla de tres simple calculamos la masa

de ácido sulfúrico obtenido#

-$#$*22 g de S4) → &-#$%%+' g de H 2 SO 4

2''%#$"$-+)2&) g de S4) → m ácido sulfúrico

m ácido sulfúrico , 2&&%#*2&'$)*&2 g de H 2 SO 4 puro#

Si se desea tener idea de los volúmenes producidos:

<ara el efecto consideramos una planta con una capacidad de producci n de -""" Mg de asufre al dia enmateria prima6 es decir el proceso inicia con la entrada de -""" Mg de asufre.

P la primera pregunta seria cuantos litros de gas de so! se produce de estos -""" Mg de azufre[

S + O2 → S O2

- mol -mol -mol

%!."# g %-.++ g !!.* l 2 nF&$< !!.* l

-" 8-" g 8 #+/ /-.""R% litros de so!



luego necesitariamos saber que .olumen de so) se produce desde el so2 gaseosoobtenido

S O 2 + 1 / 2 O 2 2 → S O 3

" mol "92 mol " mol

*'#$*) g 22#' l

"&&%)'&#")+ g ! , *&-+-"#$$%) l de so )

luego obtenemos el oleum

SO3 + H 2 S O 4

→ H 2 S2 O7

" mol " mol " mol

-$#$*2g "%-#$* g

2'&*$2)#%$2 g +++)$&+#2%* g

luego la producción :nal de acido sulfurico mediente la adicion de agua#

H 2 S2 O 7 + H 2 O → 2 H 2 S O 4

" mol " mol 2 moles

"%-#$* g 2 ! &-#$2+

+++)$&+#2%* g *""'"')#"'% g

a/ora considerando que la densidad del acido sulfurico es de "#-' g9 ml tenemos

"$$$ ml ! "#-' g9ml , "-'$ g

considerando que el producto :nal es al &- 5 tenemos



"-'$ ! $#&- , "-$)#2 g por litro

como obtenemos

*""'"')#"'* g de ácido sulfúrico se le di.ide entre "-$)#2 g y obtenemos

))&$#%" litros de producción de ácido sulfúrico#

10.2 BALANCE DE ENER !A

EL ;4CES4 <=<C<7 C4= L7 E>?LL<C<4= 3EL 7@?A;E 7;7 4>BE=E; S4 2 para lo cualutili1amos calor debido a que el punto de ebullicion de a1ufre es de ))% C entonces

D, m c t"Ft2G

asi si el proceso inicia con "$$$ 8g de a1ufre y necesitamos lle.arlo a ))% c partiende deuna temperatura ambinte de "' c y sabiendo que la capacidad calori:ca especi:ca dela1ufre es %)$ 98g I entonces

D, "$$$ 8g# J %)$ 98g I ! *"$#"+ K 2-%#"+G

D , 2)+%&$$$$ uls de energ a requerida

luego

S + O 2→ S O 2

Δ H =− 300 Kj mol − 1

si tenemos "$ ! "$ + g de a1ufre tenemos )""-*#*+2"" moles de a1ufre lo que signi:caque se desprende )""-*#*+2"" ! F)$$ 8 9mol , &)++&&+#*)) 8 de energia

desprendida#

En la siguiente etapa de la reacción

S O 2+

1

2O 2

→ S O 3 Δ H =− 100 Kj mol− 1

aqui tenemos "+*$&#*)'2% moles de so 2 lo que indica que el desprendimiento de energ asera de "+$*&*)#'2% 8 de energia desprendida#



S O 3 ( g ) + H 2 O ( l ) → H 2 SO 4 ( l ) Δ H =− 200 KJ m − 1

En esta fase tenemos la reacción de )""-*#*+2"" moles de so ) entonces tenemos undesprendimiento de calor de *2)%))$#'2) 8 de energia#

E=B;7= IM S7LE= IM

E=E;NO7 3E 7CB<P7C<Q= 2)+%&$

E=B7L O7 S ( 42 &)++&&+#*))

E=B7L O7 S42 ( 42 "+$*&*)#'2%

E=B7L O7 S4) ( H24 "+$*&*)#'2%

2)+%&$ "2)*&&22#'&

Dueda un e!ceso de "2")'")'#'& 8 que se utili1an para la generación de energ amediante turbinas0 las cuales abastecen a la fabrica de se requerimiento energRtico#

""# BE; 43<=T <C7

S O 2 + 1 / 2 O 2 → S O 3

Constante de equilibrio# El a.ance de la reacción es dependiente de latemperaturas

log( Kp)= 4.956T −4.678

B , temperatura absoluta en 8el.in

Ip, constante de equilibrio como una función de la presión parcial de los gases

Kp= ( PSO3)( PSO2)( PO2)0.5



3<7N;7 3E ED?<L<>;<4 4; EB7 7S

3<SB;<>?C<Q= BO <C7 3EL C7B7L<@734;

C7B7LOB<C4 5 C7B7L<@734; C4=PE;S<Q= 5

" "&#' +*

2 2+ -%

) 2*#% &&#"

' 2-#& &&#%

S O 2+

1

2O 2

→ S O 3 Δ H =− 100 Kj mol− 1

S O 3 ( g ) + H 2 O ( l ) → H 2 SO 4 ( l ) Δ H =− 200 KJ m − 1



Kp= ( PSO3)( PSO2)( PO2)0.5

atm F"92

log( Kp)= 5186.5

T −0.611 logT −6.75 T =[ K ]

7=TL<S<S BE; 43<=T <C4 E= A?=C<Q= 3E L7 BE E;7B?;7

12. TECNOLO78AS LIMPIAS.

Lavadores de Gases Húmedos DynaWave® es el único proceso de lavado de gases húmedos que puede utilizar una variedad de reactivos yrealizar múltiples funciones, lo que incluye la absorción de gas ácido SO , enfriamiento, eliminaciónde part!culas y o"idación, todo en un solo lavador# $yna%ave®, una tecnolog!a ambiental e"clusiva yde alto rendimiento, ha sido implementada por &E'S® en más de ()) soluciones mundiales, endiversas industrias#

http://www.dupont.es/productos-y-servicios/consulting-services-process-technologies/marcas/sustainable-solutions/submarcas/tecnologias-limpias/usos-y-aplicaciones/dynaware.html

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Eliminadores de Niebla Brink® para el control de las emisiones atmosféricas&E'S® ofrece la gama más amplia de la industria de productos dise*ados para eliminar prácticamente cualquier tipo de niebla de cualquier corriente de gas, incluidas las nieblas fugaces deaerosoles de tama*o submicrónico# &iles de nuestros sistemas han sido instalados en cientos deaplicaciones+ desde la manufactura de ácido sulfúrico hasta la de asfalto, e"trusiones de plástico,metalurgia y más#

Tecnolo !as "nnovadoras de "ntercambio de #alor a tecnolog!a de intercambiado de calor de gas a gas de &E'S® ofrece uno de los medios máseficientes del mercado para recuperar el calor de las aplicaciones que consumen energ!a en unaamplia gama de industrias# -uestra placa fle"ible totalmente soldada y modular o unidades de placa.flotantes/ no soldadas han dado resultados en la planta de ácido sulfúrico, e instalaciones defertilizantes, refinación, metales no ferrosos, productos qu!micos en general y gasificación de carbón,as! como en muchas otras#

Tratamiento del as del $orno en donde se %&ema a'&fre( En las plantas en las que se quemaazufre el tratamiento del gas que sale del horno es m!nimo, comparado con el tratamiento que se lerealiza al gas que sale del horno al quemar ácidos gastado y sulfh!drico#

El gas al salir del horno es pasado a trav0s de una caldera de tipo piro tubular para ba1ar sutemperatura y a la vez se aprovecha este calor para crear vapor saturado de alta presión, con el cualse realizará el proceso de fusión del azufre# uego de haber ba1ado la temperatura del gas, 0ste sepasa a trav0s de un filtro, para retirar las cenizas que posee el azufre y sólidos posibles contenidosen el gas2 este proceso se lleva a cabo por medio de un filtro de lecho inerte como puede ser el casodel cuarzo#

Este filtro es de forma cil!ndrica y está dispuesto en forma vertical# Es fabricado en acero al carbono,ya que el gas a la temperatura que entra no acarrea mayores problemas de corrosión# El lecho defiltrado está dispuesto de manera aleatoria en un solo lecho de filtrado y posee unas boquillasrociadoras de agua de lavado en la parte superior del filtro#

Generaci)n de vapor( El gas que sale del horno a 34)) 5 6 es enfriado por medio de una caldera detipo pirotubular hasta 78) 5 6 utilizando agua para hacer vapor saturado de alta presión, paraposteriormente llevar el gas hacia el proceso de limpieza#+

Este proceso es e"plicado más profundamente en la parte de generación de vapor como servicioindustrial#

H&midificaci)n y lavado( 9iene por ob1etivos+ enfriar el gas proveniente de la caldera, desde 78) 5 6hasta 37: 5 6, temperatura óptima para entrar al enfriador de gas húmedo2 eliminar el SO ( del flu1o degases utilizando ácido d0bil al 8; de < SO : 2 eliminar sólidos e impurezas de los gases y remover elSO del ácido d0bil# El proceso se lleva a cabo en una torre de humidificación#

En esta torre de humidificación, los gases son enfriados adiabáticamente mediante circulación en

contracorriente de ácido sulfúrico d0bil del 8;#



El ácido d0bil es tomado por el fondo de la torre que actúa como tanque de bombeo por medio deuna bomba, se descarga en la parte superior de la torre cayendo nuevamente al fondo# =n flu1olateral de la descarga de la bomba pasa a trav0s de un separador de efluentes, donde se remuevecon aire el SO absorbido por el ácido d0bil, y que es retornado a la corriente de gas#

Esta torre es cil!ndrica vertical y revestida con plomo y ladrillo antiácido# Sobre la tapa superior seencuentran instaladas boquillas rociadoras de ácido d0bil# Se utiliza un flu1o alto con la finalidad delavar bien el gas para remover cenizas y otros sólidos, y lograr un buen contacto gas>l!quido# acantidad de sólidos es controlada tambi0n mediante la adición de una peque*a cantidad de agua delavado#

Limpie'a y *&rificaci)n del as( ?ara tal efecto se hace uso de un precipitador electrostático# Es elproceso de ionización al que se someten los gases mediante la aplicación de un potencial el0ctricoque induce la separación de neblina ácida @SO ( y vapor de aguaA y de sólidos remanentes @Bs, Se, 6,'lA que se encuentren en el gas de proceso#

?or efecto de un campo el0ctrico los electrones se aceleran y al golpear una mol0cula liberan unnuevo electrón causando una proliferación de iones libres, es decir, tanto el gas como las part!culassólidas se ionizan y estas últimas son repelidas hacia un electrodo receptor# os gases con neblinaentran por el costado superior del precipitador, fluyendo hacia el fondo de la cámara, donde inviertensu dirección penetrando por unos tubos, en los cuales por efecto de la ionización, la neblina y lossólidos migran hacia las paredes de los tubos y drenan al fondo de la cámara, saliendo el gas por laparte superior libre de neblina#

+ecado del as( <asta ahora no se ha eliminado el agua proveniente de la torre de humidificación ydel precipitador y que puede ocasionar da*os en los compresores que proporcionan el tiro con el cualfuncionan todos los equipos vistos hasta ahora @vac!oA y además si la humedad llega al reactor,provocar!a la desactivación del catalizador de pentó"ido de vanadio @C O 8A#

a torre en la que se realiza este proceso de secado, es cil!ndrica hecha de acero al carbono yrevestida interiormente con ladrillo refractario y antiácido# os gases entran por el fondo y se ponenen contacto con ácido sulfúrico circulante del D4; que entra por el tope de la torre y es distribuido demanera uniforme sobre un empaque de sillas cerámicas#

'omo el ácido sulfúrico es altamente higroscópico, absorbe el agua presente en la corriente de gases

e1ecutando as! la operación de secado#

En la mayor!a de casos se encontrará un eliminador de neblina ubicado en el tope de la torre desecado, y tiene por ob1etivo eliminar la neblina ácida que pudo haberse formado dentro de la torresecadora#

=na clase de eliminadores de neblina consiste en una almohadilla de teflón empacada entre dostamices cil!ndricos conc0ntricos y con una brida de monta1e en el e"tremo superior# El gas conneblina entra al elemento, el l!quido es atrapado en las fibras y escurre por el interior hasta el fondo y

es drenado por un tubo con copa de sello#



,bsorci)n de tri)-ido de a'&fre .+/ 01( 'onsiste en dos torres de absorción con sus respectivossistemas de bombeo, una intermedia en donde se absorbe todo el SO ( formado en los tres primerospasos del convertidor, y una torre final donde se absorbe el SO ( formado en el cuarto paso delconvertidor#

as torres de absorción de SO ( , son recipientes cil!ndricos verticales hechos en acero, en su mayor!arellenas de sillas intalo" de cerámica# 'ada una de estas torres poseen un eliminador de neblina en laparte superior#

os gases fluyen hacia arriba en contracorriente con ácido# El ácido luego de cumplir con su traba1ode absorción, fluye por gravedad desde el fondo de cada torre hacia los respectivos tanques debombeo y es recirculado con bombas a trav0s de los enfriadores a los distribuidores de las torres#

a concentración del ácido sulfúrico en las torres debe mantenerse entre D4#8>DD;, la cual es la queproduce mayor absorción de SO ( , debido a que la presión de vapor de dicha concentración es inferior a la de cualquier otra#

a absorción se produce al formarse oleum, el cual a su vez se va concentrando a lo largo de la torrey va de nuevo hacia los tanques de bombeo2 en estos, tanques se agrega agua de dilución que secombina con el SO ( del oleum para producir ácido sulfúrico del DD;# Bdemás del agua de dilución, altanque de bombeo llega una corriente de ácido del D(; proveniente de la torre de secado#

B la torre de absorción intermedia, el gas entra a una temperatura apro"imada de : 7 6 y sale a 34)6 para sufrir un proceso de calentamiento y ser entrados nuevamente al convertidor en el cuartopaso# uego de salir del cuarto paso, el gas entra a la torre de absorción final a una temperaturaapro"imada de :8) 6 y sale por el tope de la torre hacia la chimenea a una temperatura apro"imadade 34) 6#

Si se requiere oleum, este se fabrica en una torre especial para tal fin, llamada absorbedora deoleum# Este proceso se realiza al igual que para obtener ácido, con ácido sulfúrico del D4#8>DD;# acalidad de oleum que se obtiene por este m0todo es del );, esto quiere decir, 4); de ácidosulfúrico y ); de SO ( en peso#

Enfriadores de 2cido( El ácido que circula de las torres de absorción debe ser enfriado para eliminar el calor de absorción y el calor sensible del gas que entra# El ácido que circula en la torre deenfriamiento, debe ser enfriado para eliminar el calor de dilución y el calor de condensación de lahumedad del gas o aire que entran# Bntes, esto se hac!a pasando agua sobre unos serpentines osobre unas secciones especiales del enfriador de hierro fundido por el cual se bombea el ácido encirculación# Fecientemente se han introducido cambiadores de calor del tipo coraza y tubo#



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Industria Del Acido Sulfurico2 Final-1

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