PROCESO INDUSTRIAL DE PRODUCCIÓN DEL ÁCIDO NÍTRICO

III. MACO TEÓRICO

3.1. Proceso descriptivo

3.1.1. Proceso Directo o método de Ostwald

Emplea amoniaco y aire atmosférico como materias primas. El Amoniaco se oxida con aire primero en una combustión y luego pasa a un lecho catalítico. La corriente gaseosa generada contiene vapor de agua, óxidos de Nitrógeno y material no reactivo. Se induce la eliminación del vapor de agua por medio de un enfriamiento rápido. Los óxidos de Nitrógeno totalmente oxidados pueden seguir dos vías para producir Ácido Nítrico concentrado; la primera es absorber los óxidos en Ácido Nítrico concentrado que luego reacciona con ácido débil para generar más ácido concentrado; la segunda metodología implica el enriquecimiento de Ácido Nítrico Azeotrópico con los Óxidos de Nitrógeno hasta producir un ácido de mayor concentración que la azeotrópica para luego por medio de una destilación obtener Ácido Nítrico concentrado y Ácido Nítrico Azeotrópico.

3.1.2. Proceso Indirecto

El proceso indirecto opera con una tecnología conocida como destilación extractiva. Existen dos posibles vías en las que se puede obtener Ácido Nítrico concentrado por medio de esta tecnología; proceso de ácido sulfúrico y proceso de Nitrato de Magnesio. La idea fundamental en este tipo de tecnologías es aprovechar la mayor afinidad existente entre el agua y otro material que entre el agua y el Ácido Nítrico. Así pues, se usa el ácido sulfúrico con una concentración mínima de 80% o soluciones de nitrato de magnesio de concentración del 72% para deshidratar Ácido Nítrico Azeotrópico. La deshidratación se realiza en una torre donde se alimenta en la parte superior una de las dos sustancias deshidratantes y en algún punto lateral el Ácido Nítrico diluido en forma de vapor. Las soluciones deshidratantes se reconcentran y se alimentan de nuevo al proceso y la corriente de Ácido Nítrico concentrado (concentración mayor del 97% en peso) se pasa por un condensador y un des aireador para su acondicionamiento final.

3.2. Descripción del proceso principal

3.2.1. Oxidación catalítica de NH3(g) a NO(g)

Es un proceso exotérmico (ΔH°= -292.5 KJ/mol). Se lleva a cabo en presencia de un catalizador a temperaturas entre 820-950 °C y a presiones de 1-12 bar. Esta reacción es uno de los procesos catalíticos más eficaces industrialmente hablando. Es una reacción extremadamente rápida (10-11s) y con una alta selectividad. Los rendimientos son:

Presión de trabajo (bar) % Rendimiento

1 94 – 98

5 95 – 96

8 - 10 94

El contenido de NH3 de la mezcla debe mantenerse bajo debido al riesgo de explosión, que llega ser peligroso cuando el porcentaje en volumen de NH3 en la mezcla supera el 15.5 %. El catalizador empleado en la reacción es una aleación de Pt que contiene Rh o Pd: Pt/Rh (90:10) o Pt/Rh/Pd (90:5:5). En las condiciones de trabajo pierde entre un 0.05-0.45 g/tn de HNO3 de Pt, en forma de PtO2. Debido al elevado coste del Pt este metal debe ser recuperado por absorción. Puede llegar a recuperarse hasta el 80% de las pérdidas en forma de óxido.

3.2.2. Oxidación del NO(g) a NO2(g)

El gas que se obtiene de la primera reacción de oxidación catalítica y que contiene entre un 10-12% de NO, se enfría, y el calor que se genera se emplea para calentar agua. El gas enfriado se hace reaccionar con oxígeno atmosférico para producir NO2.

Esta reacción se favorece a bajas temperaturas y a elevadas presiones, condiciones que también favorecen la dimerización del NO2.

3.2.3. Desproporción del NO2 (g) en agua:

El NO (g) procedente de esta reacción se recicla para formar más NO2 (g). El ácido nítrico obtenido por el proceso Ostwald suele tener una riqueza del 60% y resulta así adecuado para los procesos industriales como la síntesis de fertilizantes, como el NH4NO3. Sin embargo, si se requiere emplear HNO3 para reacciones de nitración de compuestos orgánicos, se precisan concentraciones más elevadas, del orden del 98 al 99 %. Debido a que el HNO3 forma una zeótropo con el agua al 68.8%, no es posible eliminar el agua por destilación. El ácido nítrico concentrado debe obtenerse por un método directo (variación del proceso normal de síntesis del HNO3 o indirecto, que emplea ácido sulfúrico para eliminar el agua. Este método es conocido como la destilación extractiva.

3.3. Propiedades

3.3.1. Propiedades físicas

Propiedad Valor

Peso molecular 63

Estado físico Liquido

Punto de ebullición 83 – 87; 100%

121.8; 69.2% en agua

Punto de fusión - 41.6; 100%

-41.69 en agua

-52; fumante rojo

pH 1 solución acuosa 0.1 M

Solubilidad en agua; g/100 Soluble en toda proporción

Límites de inflamabilidad No inflamable

3.3.2. Propiedades químicas

El Ácido Nítrico concentrado es un agente oxidante muy fuerte y ataca metales nobles como el Cobre y la Plata aunque no el oro y ni el Platino; no obstante, estas propiedades oxidantes desaparecen cuando se encuentra en forma diluida. De esta manera, el Ácido Nítrico interviene de dos formas diferentes en las reacciones dependiendo de su concentración:

• La primera de las semirreacciones corresponde a su forma concentrada y la segunda a la diluida

3.4. Equipos

• Cámara de mezcla: primera reacción.

• Reactor: segunda reacción.

• Torre de absorción: el agua en contracorriente (tercera reacción).

• Depósitos.

• Hornos de contacto.

• Cambiador de calor.

• Caldera.

• Refrigerantes.

• Bombas de circulación.

• Torre de inversión.

• Destilador.

3.5. Obtención

Se obtiene por el método de Ostwald, desarrollado en Alemania, basado en la oxidación de amoniaco con O2 utilizando platino como catalizador.

El ácido nítrico puro también puede obtenerse calentando una mezcla de nitrato de sodio con ácido sulfúrico.

3.6. Síntesis

Cerca de la mitad del amoníaco que se produce a nivel industrial se convierte en ácido nítrico mediante el “Proceso Ostwald” según el siguiente esquema de reacciones:

• Oxidación catalítica de NH3 (g) a NO (g)

• Oxidación del NO(g) a NO2(g)

• Desproporción del NO2 (g) en agua:

3.7. Diagrama de bloques

3.8. Diagrama de flujo

IV. USOS, APLICACIONES Y PRODUCCIÓN

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