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Ácido nitrico. Ingeniería química
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Producción de Ácido
Nítrico
Capítulo 4
Prof. Glenda Noboa
Sem A-2015
*Se obtenía a partir de la reacción: de NaNO3 y Ac Sulfúrico.
*Se obtiene Industrialmente a partir de la oxidación catalítica del amoníaco, patentado por el químico alemán Wilhelm Ostwald (1902)
* Se conoce como “Aqua Fortis”
* Se descompone en: 4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2
(amarillo)
* densidad: 1,522 kg/m3
Ac. 100% Azéotropo, 68% Ac fumante
Pto Eb. (1 atm) °C 84 121.8 60
Pto fusión °C -41.6 -41 -52
P vapor (mmHg) 62 42 103
*Oxidante de todos los metales (excepto Au y Pt)
*60% Fabricación de NH4NO3 (fertilizantes y explosivos)
*15% fibras sintéticas
*15% nitrocelulosa, pólvora, pinturas acrílicas, poliuretanos, TNT, entre otros
*Producción de agua regia (disuelve Au y Pt, purifica metales)
*El proceso involucra 3 etapas:
*
Oxidación de NH3
NH3
Aire
Oxidación de NO
NO
Aire
Absorción de NO2 Agua
HNO3
NO2
2𝑁𝐻3 +52 𝑂2 → 2𝑁𝑂 + 3𝐻2𝑂 + Q
2𝑁𝑂 + 𝑂2 ↔ 2𝑁𝑂2 + Q
3𝑁𝑂2 + 2𝐻2𝑂 ↔ 2𝐻𝑁𝑂3 + NO + Q
1.Oxidación de amoníaco: Al oxidar el amoníaco se pueden presentar las sig. reacciones:
La selectividad se logra con catalizador: Pt con 2-10% Rh
Variables de Operación:
*
4𝑁𝐻3 + 5𝑂2 → 4𝑁𝑂 + 6𝐻2𝑂 + Q
4𝑁𝐻3 + 3𝑂2 → 2𝑁2 + 6𝐻2𝑂 + Q
Deseada
2𝑁𝐻3 + 2𝑂2 → 𝑁2𝑂 + 3𝐻2𝑂 + Q
4𝑁𝐻3 + 6𝑁𝑂 → 5𝑁2 + 6𝐻2𝑂 + Q
T: 800-900°C
P 100 atm
t 10-4 s si NO N2 + O2
si Reacc. 4
%NH3 10-14% (mezclas con aire entre 15-
27% NH3 son explosivas)
*
1.Oxidación de amoníaco:
Convertidor:
*
NH3
Aire
NO, N2, NH3, H2O, O2
Empaque cerámico
Malla Pt-Rh
Filtro de recuperación
de Pt
Intercambiador
Acero
inoxidable
Austenítico
2. Oxidación del NO a NO2:
𝑣𝑑 =𝐾𝑝
𝑅. 𝑇𝑃𝑁𝑂2 ∗ 𝑃𝑂2
𝑙𝑜𝑘𝐾𝑝 =652,1
𝑇− 1,033
Variables de operación:
S T>200°C Dimerización: 2NO2 N2O4
NO + NO2 N2O3
*
2𝑁𝑂 + 𝑂2 ↔ 2𝑁𝑂2 + Q
Exotérmica
Reversible
Antiarhenius
T: 100-200°C
P: altas
3. Absorción del NO2:
En presencia de agua y aire, se presenta las sig. reacciones:
Variables de Operación:
Se obtiene [HNO3] 61 -65%
*
2𝑁𝑂2 + 𝐻2𝑂 ↔ 𝐻𝑁𝑂3 + 𝑁𝑁𝑂2 + Q
3𝐻𝑁𝑂2 ↔ 𝐻𝑁𝑂3 + 2𝑁𝑂 + 𝐻2𝑂 + Q
2NO+ 𝑂2 ↔ 2𝑁𝑂2 + Q
4𝑁𝑂2 + 2𝐻2𝑂 + 𝑂2 ↔ 4𝐻𝑁𝑂3 + Q
T: 25-40 °C
P: altas
Torre de platos perforados
Material de la torre: Acero Austenítico
Concentración del ácido
1. Por destilación simple: [HNO3] azéotropo
1. Por destilación extractiva con Acido Sulfúrico
2. Con Nitrato de Mg a 100% HNO3
Finalmente se usa una Torre de blanqueo con aire, para retirar los NOx
*
H2SO4
98%
HNO3
90%
HNO3
60-65%%
H2SO4
70-75%
HNO3 del
Abs
Aire
NOx : NO, NO2, aire
HNO3
*
*
*Nitrógeno fijo: Todo el N que se encuentra en
forma de NO, NH3 o HNO3, excluyendo el N2
*Oxigeno Activo: es aquel que se encuentra en
forma de Nox y O2, excluyendo el que está en
forma de H2O