Tema 4 Acido nitrico - Producción de ácido nítrico PDF

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Producción de ácido nítrico...

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TEMA 4. ÁCIDO NÍTRICO

APLICACIONES DEL HNO3 Forma con el ácido clorhídrico y con el ácido sulfúrico la terna de ácidos de mayor aplicación industrial.

1) La mayor parte del HNO3 (75 - 85 %) se destina a la fabricación de fertilizantes 2) Industria de los colorantes (nitrobenceno ⇒ anilina), explosivos, fabricación de ácido sulfúrico, medicamentos, grabado de metales..

ETAPAS DE LA PRODUCCIÓN DE HNO3

1) Oxidación de NH3: 4NH3 + 5O2 ↔ 4NO + 6H2O 2) Oxidación de NO: 2NO + O2 ↔ 2NO2 3) Absorción de NO2 en agua: 3NO2 + H2O ↔ 2HNO3 + NO

OXIDACIÓN DE NH3 ESTEQUIOMETRÍA:

1) NH3 + (5/4)O2 ↔ NO + (3/2)H2O H298 K = -226 kJ/mol NH3

G298 K = -240 kJ/mol NH3

2) NH3 + O2 ↔ (1/2)N2O + (3/2)H2O H298 K = -275.7 kJ/mol NH3

G298 K = -274 kJ/mol NH3

3) NH3 + (3/4)O2 ↔ (1/2)N2 + (3/2)H2O H298 K = -316 kJ/mol NH3

G298 K = -326 kJ/mol NH3

OXIDACIÓN DE NH3 VALORES DE ∆G EN LA OXIDACIÓN DE NH3

OXIDACIÓN DE NH3 Fácil conseguir alta conversión de NH3 Hay que conseguir alta selectividad a NO

Variables: 

Catalizador



Estequiometría



Temperatura



Tiempo de residencia → Velocidad del gas



Presión

OXIDACIÓN DE NH3 CATALIZADOR

 Altamente selectivos: Metales preciosos  Tiempo de residencia muy bajo

MALLAS de Pt-Rh (5 – 10 %) Diámetro: 0.06 – 0.076 mm

OXIDACIÓN DE NH3 INFLUENCIA DE LA PRESIÓN 

TERMODINÁMICA •





Desfavorece el equilibrio

PÉRDIDA DE CATALIZADOR •

Por vaporización y abrasión

•

Altas temperaturas aumentan la vaporización

RECUPERACIÓN DEL CATALIZADOR •

Filtros mecánicos Para temperaturas bajas < 400 ºC

•

Mallas recuperadoras  Paladio-Níquel 0.1 mm  Estable a altas temperaturas  Adsorción de PtO2 vapor  Se forma una aleación

OXIDACIÓN DE NH3 DATOS TÍPICOS

Pérdida de catalizador (g/Tm HNO3)

Presión (MPa)

Número de mallas

Velocidad del gas (m/s)

T (ºC)

0.1-0.2

3-5

0.4-1

840-850

0.05-0.10

0.3-0.7

6-10

1-3

880-900

0.15-0.20

0.8-1.2

20-50

2-4

900-950

0.25-0.50

OXIDACIÓN DE NO NO + ½O2 → NO2

H298 K = 7.96 – 2.16 = -13.64 kcal/mol NO2 = -56.9 kJ/mol NO2 G298 K = 12.26 - 20.719 = -8.459 kcal/mol NO2 = -35.3 kJ/mol NO2 •

Ecuación cinética:

•

Presión: Favorece

OXIDACIÓN DE NO CONSTANTES DE VELOCIDAD DE REACCIÓN EN LA OXIDACIÓN DE NO

ABSORCIÓN CON REACCIÓN QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA GLOBAL:

Absorción de NO2 en H2O 3NO2(g) + H2O(l) ↔ 2HNO3(l) + NO(g) Posterior oxidación de NO NO(g) + ½O2(g) ↔ NO2(g) Varias etapas Variables: •

Presión: Favorece

•

Temperatura: Desfavorece

PRODUCCIÓN DE HNO3

EMISIONES DE NOx

1) Absorción completa en agua •

Presión

•

Temperatura

•

Volumen de reactor

•

Eficacia de las torres de absorción

EMISIONES DE NOx 2) Eliminación posterior •

Reducción catalítica con NH3 6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O 4NO + O2 + 4NH3 → 4N2 + 6H2O T = 250 - 300 ºC

•

Tipos de catalizadores: Pt, Rh, Ru, Pd Fe, CO, Ni Óxidos

•

El más económico: V2O5 sobre Al2O3

PROCESOS DE FABRICACIÓN DE HNO3

1) Oxidación y absorción a la misma presión •

Baja presión ~ Presión atmosférica

•

Media presión: 230 – 600 kPa (2 – 6 atm)

•

Alta presión: 700 – 1100 kPa (7 – 11 atm)

2) Oxidación y absorción a distinta presión •

Oxidación: 400 – 600 kPa (4 – 6 atm)

•

Absorción: 900 – 1400 kPa (9 – 14 atm)

PRODUCTO OBTENIDO

•

HNO3 (50 – 70 %) en peso

•

Suficiente para fertilizante, no para nitración

•

El HNO3 forma azeótropo con agua (68 % HNO3) a presión atmosférica

HNO3 CONCENTRADO: •

Procesos directos

•

Procesos indirectos (Destilación extractiva) 

Ácido sulfúrico



Nitrato magnésico disuelto...