Pentoxido De Vanadio

DIMENSIONAMIENTO DE REACTOR PARA LA OXIDACIÓN DE SO2

Equilibrio en Sistemas Reactivos y Fenómenos de Superficie

Profesor: Carlos Ignacio Sánchez

Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín

Medellín, Abril 11 de 2012 

Antecedentes

Inicialmente habíamos decidido trabajar con el proceso de producción de fosfato diamónico DAP, un fertilizante soluble en agua que se obtiene por la neutralización del ácido fosfórico con el amoniaco:

Una de las materias primas más importantes en la formación de ácido fosfórico es el ácido sulfúrico, este es usado para atacar el mineral de fosfato a través de la siguiente reacción:

El ácido sulfúrico es un químico muy importante a nivel industrial, es usado ampliamente en la manufactura de fertilizantes, como en el caso del DAP, sales sulfatadas, celofán, ácido clorhídrico, ácido nítrico, rayón, pigmentos, tintes, explosivos, refinación de petróleo, en el tratamiento de agua industrial, entre otros. Por está razón una de las formas en que podría estimarse el nivel de desarrollo técnico de una nación es por su consumo de ácido sulfúrico per cápita.

Empresas productoras de ácido sulfúrico en Colombia:

Productos Químicos Panamericanos (y comercialización)

Monómeros Colombo-Venezolanos (y comercialización)

Acerías Paz del Río

Ecopetrol (Complejo Industrial de Barrancabermeja)

Química Básica Colombiana S.A. Caloto-Cauca

Químicos del Cauca LTDA Caloto-Cauca

Industrias Básicas de Calda

No encontramos datos exactos sobre la producción de ácido sulfúrico en Colombia, sin embargo es claro que la demanda de ácido sulfúrico por parte de la industria colombiana es más alta que su oferta.

Algunas de las industrias que en Colombia requieren de ácido sulfúrico:

Fertilizantes Nitrogenados

Refinerías de Petróleo

Obtención de otros Productos Químicos

Industria del Hierro y del Acero

Procesamiento de minerales

Pinturas y Pigmentos

Explosivos

Pesticidas

Pulpa y Papel

Textiles

Tratamiento de Aguas

Productos Farmacéuticos

Dado la importancia del ácido sulfúrico en la industria colombiana y la gran cantidad que de este debe comprarse por fuera del país, decidimos dimensionar un reactor para la producción de óleum, tomando como base de producción, la importación de fosfato diamónico.

Impacto ambiental

El ácido sulfúrico puede causar severas quemaduras en el organismo pues deshidrata las sales de compuestos orgánicos en una reacción tan fuerte que los carboniza.

Respecto a la contaminación producida, este proceso genera neblinas de ácido, SO2 y SO3 que representan los contaminantes principales emitidos a la atmósfera por las industrias de fabricación de ácido sulfúrico.

El dióxido azufre que puede liberarse tiene un nivel de toxicidad alto y al contacto con la piel ocasiona graves quemaduras.

El principal impacto ambiental del ácido sulfúrico es sobre el pH del agua. Cuando el PH baja a 5 se da una rápida disminución de las especies de peces y de la biota que los sustenta.

Para minimizar el impacto ambiental ocasionado por la producción de ácido sulfúrico:

Se deberá neutralizar lo más rápido posible los derrames de ácido sulfúrico en el suelo. La cal es apropiada para este procedimiento.

La descarga del ácido debe hacerse de acuerdo a un diseño cuidadoso para evitar posibles derrames y el riesgo de daños a los trabajadores.

Ninguno de estos productos debe ser desechado sin tratar al suelo o al agua. El tratamiento básico consiste en neutralizarlo con un agente alcalino, tal como la cal, soda cáustica, carbonato de sodio, garantizando que los residuos tengan un pH que esté en el rango de 5-9 unidades.

Los sulfatos pueden ser dispuestos en rellenos sanitarios o escombreras, en forma segura.

En el caso de las emisiones a la atmosfera, las empresas productoras de ácido sulfúrico se rigen según la resolución 619 del 7 de julio de 1997 del Ministerio del Medio Ambiente, por el cual se establece parcialmente los factores a partir de los cuales se requiere el permiso de emisión atmosférica para fuentes fijas.

Las consecuencias más graves de las emisiones atmosféricas de industrias productoras de ácido sulfúrico son:

Una gran parte del ácido sulfúrico en el aire se forma de la liberación de anhídrido sulfuroso cuando se incinera carbón, aceite y gasolina.

El ácido sulfúrico se disuelve en agua en el aire y puede permanecer suspendido en el aire por períodos de tiempo variables.

El ácido sulfúrico es removido del aire en la lluvia contribuyendo a la formación de la lluvia ácida.

Dimensionamiento del Reactor

En Colombia se importan 37’274.645 Kg de DAP anualmente, provenientes en un 41% de los Estados Unidos. De esta cantidad vamos a producir el 15%, es decir, 5.591.204,25kg/año.

La ecuación que representa la reacción entre el mineral de fosforo y el acido sulfúrico:

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 ───→ 2H3PO4 + 3CaSO4

Ecuación que representa el papel del ácido fosfórico en la producción de DAP:

H3PO4 + NH3────→ (NH4)2HPO4

Se puede ver que la relación estequiométrica que hay entre el ácido sulfúrico y el producto final DAP es de 3:2, así por cada mol de DAP a producir se requiere 3/2 de ácido sulfúrico.

Moles de (NH4)2HPO4 a producir anualmente = (5.591.204,25 Kg)/(131,987Kg/mol)=42.361,78

Moles de H2SO4 necesarias = 42.361,78×3/2=63.542,67 mol de H_2 〖SO〗_4

Basándonos en el artículo “Dynamic modeling and process optimization of an industrial sulfuric acid plant”, de Anton A. Kiss, Costin S. Bildea y Johan Grievink, publicado en la Chemical Engineering Journal

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