Obtención De ácido nítrico

ÁCIDO NÍTRICO

Introducción

El ácido nítrico es un ácido fuerte, corrosivo; su forma común corresponde a sales del tipo (X(NO3)n) y no a su forma ácida debido a la alta reactividad.

El ácido nítrico puro es líquido a la temperatura ordinaria e incoloro o amarillento. Posee un olor irritante muy fuerte en concentraciones altas.

Las soluciones comerciales incluyen entre un 52% y 68% de ácido nítrico. Si la solución incluye más de un 86%, se nombra como ácido nítrico fumante y viene en dos variedades, blanco y rojo. Al ácido nítrico blanco fumante también se lo conoce como ácido nítrico 100%.

Es completamente soluble en agua, se descompone por el calentamiento formando agua, oxígeno y dióxido de nitrógeno. Se descompone también en presencia de alcoholes.

El ácido nítrico concentrado es un agente oxidante muy fuerte y ataca metales nobles como el cobre y la plata, aunque no el oro ni el platino; estas propiedades oxidantes desaparecen cuando se encuentra en forma diluida.

Cuando el ácido nítrico ataca metales como el aluminio o el cromo, se genera en la superficie de estos metales una capa de óxido que les impide seguir siendo atacados y los protege contra ataques posteriores, éste fenómeno se conoce como pasivación.

Reacciona violentamente con las sustancias básicas y con sustancias orgánicas; en presencia de polvos metálicos, carburos y sulfuro de hidrogeno da lugar a reacciones explosivas.

El ácido nítrico concentrado libera calor y gases tóxicos cuando se mezcla con agua, y cuando se calienta genera óxidos de nitrógeno irritantes.

Proceso de obtención de ácido nítrico por oxidación del amoníaco

En el proceso de obtención de ácido nítrico por oxidación de amoníaco, se utiliza el amoníaco (NH3) proveniente del proceso Haber-Bosh como materia prima.

El proceso global consta de las siguientes reacciones:

Oxidación catalítica de amoníaco en aire.

Oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) del proceso anterior hasta dióxido de nitrógeno (NO2) o tetraóxido de dinitrógeno (N2O4).

Absorción del dióxido de nitrógeno para generar el ácido nítrico (HNO3).

El esquema general para el proceso de producción recibe el nombre de Oswald; las diferentes tecnologías existentes para la producción de ácido nítrico varían en la forma en la que se llevan a cabo las reacciones.

Proceso de ácido débil

El ácido nítrico se prepara industrialmente por oxidación catalítica del amoníaco a alta temperatura con exceso de aire, ambos elementos se combinan ante la presencia de un catalizador metálico que debido a las altas temperaturas que soportan (820-950°C), se utilizan metales tales como el platino.

Este proceso consiste en tres reacciones exotérmicas, cuyas etapas son las siguientes:

Oxidación catalítica de NH3 (g) a NO(g) (óxido nítrico).

〖NH〗_3 (g)+ □(5/4)O_2 □(→┴(Pt.10Rh;850°C) ) NO(g)+ □(3/2)H_2 O(g) ∆H=-292,5 □(kJ/mol)

La mezcla gaseosa de amoníaco y aire enriquecido en oxígeno se lleva a cabo en presencia de un catalizador a temperaturas entre 820-950°C y a presiones similares a la atmosférica (1-1,2 bar).

Esta reacción es extremadamente rápida (10-11 s), casi completa y con una alta selectividad. Los rendimientos varían en función a las presiones utilizadas:

Presión de trabajo (bar) % Rendimiento

1 94-98

65 95-96

8-10 94

Debido al elevado costo del Pt, este metal debe ser recuperado por absorción. Puede llegar a recuperarse hasta el 80% de las pérdidas en forma de óxido.

Oxidación del NO(g) a NO2(g)

El gas obtenido en la primer reacción contiene entre un 10-12% de NO, se enfría y el calor que se genera se emplea para calentar agua. El gas enfriado pasa a la torre donde se añade aire sin filtrar para producir NO2.

NO(g)+ □(1/2)O_2 (g) □(→┴ )〖NO〗_2 (g) ∆H=-56□(kJ/mol)

La constante de equilibrio de esta reacción se favorece a bajas temperaturas (150°C) y a elevadas presiones.

2 〖NO〗_2 □(↔┴ )N_2 O_4 ∆H=-57,4 □(kJ/mol)

Desproporción del NO2 en agua.

Se produce la absorción de los óxidos de nitrógeno para producir ácido nítrico. El NO(g) procedente de esta reacción se recicla para formar más NO2(g).

□(3/2)〖NO〗_2 (g)+ □(1/2)H_2 O(l) □(→┴ ) HNO_3 (ac)+ □(1/2) NO(g) ∆H=-73 □(kJ/mol)

El ácido nítrico obtenido por el proceso Ostwald suele tener una riqueza del 60% y resulta adecuado para los procesos industriales como la síntesis de fertilizantes, como el NH4NO3.

Si se requiere emplear HNO3 para reacciones de nitración de compuestos orgánicos, se precisan concentraciones más elevadas.

Fig. 1 Diagrama de flujo del proceso Ostwald

La producción de ácido nítrico incluye la oxidación del amoníaco, previamente tratado para eliminar agua e impurezas, con aire atmosférico. El aire se debe suministrar sin oscilaciones (presión constante), porque un descenso en su concentración elevaría la del amoniaco, pudiéndose formar una mezcla explosiva (la mezcla no debe sobrepasar el 13,8% en volumen de amoníaco).

El amoníaco líquido, se evapora y precalienta a la misma temperatura por medio de vapor, con el fin de evitar paso de amoníaco líquido al mezclador, donde se oxida el amoníaco a NO y forma gases nitrosos con el aire de exceso.

Se genera una corriente que contiene óxidos de nitrógeno, vapor de agua y material no reactivo o sin reaccionar. La corriente gaseosa se alimenta a una torre de absorción con agua donde se produce en el fondo el ácido nítrico cuya concentración es de alrededor de 50 a 68%. Se incluye un sistema de filtros que evitan el paso del aceite y metales (óxidos de hierro) que podrían contaminar el catalizador.

La eficiencia de generación de ácido y de aprovechamiento de la energía se encuentra relacionada con la presión a la que se lleve a cabo la combustión del amoníaco con el aire y de la presión en la que se efectúe el proceso de absorción de los óxidos de nitrógeno en el agua. Los procesos de baja presión no se usan actualmente por su baja eficiencia. Los procesos de presión media operan a 550 kPa. Los de presiones altas operan en presiones alrededor de 1 MPa y los procesos de presión dual operan en el mismo intervalo de presiones que los de presiones medias en la sección de oxidación catalítica del amoniaco pero a presiones altas en la sección de absorción de óxidos de nitrógeno en el agua.

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