Ácido Nítrico

INTRODUCCIÓN

El ácido nítrico fue conocido en la antigüedad; los alquimistas le llamaban agua fuerte, nombre por el que aún se le conoce y lo usaban para separar la plata del oro. Las primeras obtenciones fueron a partir de los nitratos mediante tratamiento con un ácido de mayor punto de ebullición. Es un ácido fuerte y un agente oxidante poderoso.

A finales del siglo XIX y principios del XX, W.F. Ostwald (1853 – 1932) pone a punto el método que lleva su nombre para la obtención del acido nítrico a partir del amoniaco.

El HNO3 es un líquido incoloro que se descompone lentamente por la acción de la luz, adoptando una coloración amarilla por el NO2 que se produce en la reacción. En el aire húmedo despide humos blancos.

Su punto de fusión es de -43 ºC.

Su punto de ebullición es de 83 ºC.

Su densidad es de 1,5 g/ml.

Pero a esa temperatura se acentúa su descomposición (punto de ebullición). Es soluble en agua en cualquier proporción y cantidad. El Ácido Nítrico es uno de los más fuertes desde el punto de vista iónico. Pero lo que lo caracteriza químicamente es su energía de acción oxidante. La misma se manifiesta sobre casi todos los metales excepto por el Oro y el Platino, ciertas sales, sustancias orgánicas y en general sobre toda sustancia capaz de oxidarse. Así, una astilla de madera con un punto en ignición, al contacto con el Ácido Nítrico, sigue ardiendo con formación de CO2 y vapores rutilantes.

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el proceso de obtención, balances de materia y energía en la Industria del Ácido Nítrico.

ÁCIDO NÍTRICO

MATERIAS PRIMAS

Amoniaco

Se puede almacenar en:

1. Almacenamientos refrigerados a presión atmosférica y aproximadamente -33ºC con capacidades de 10.000Tm a 30.000Tm (hasta 50 000Tm en casos extremos).

2. Esferas o tanques a presión a temperatura ambiente y su presión de vapor con capacidades de hasta 1.300Tm.

3. Esferas refrigeradas a presiones intermedias (4 atm) y 0ºC, y capacidades intermedias entre los dos sistemas anteriores.

Aire

Agua

Catalizador (Platino)

DESCRIPCIÓN DE LOS DIFERENTES METODOS Y TECNOLOGIAS DE INDUSTRIALIZACION DEL PROCESO

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 desaireador para su acondicionamiento final.

Proceso Directo o Industrial (Método de OSTWALD)

El ácido nítrico se prepara industrialmente por oxidación catalítica del amoníaco a alta temperatura con exceso de aire. El procedimiento fue desarrollado en 1902 por el químico alemán Wilhem Ostwald (1853-1932), quien recibió el premio Nobel en 1909 por su trabajo sobre la importancia de la catálisis en las reacciones químicas. En el proceso Ostwald, se utilizan altas temperaturas y catalizadores de platino para convertir amoníaco en ácido nítrico. Este proceso consiste en tres reacciones exotérmicas:

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

4 NH3(g) + 5 O2(g) ; (Pt, 850°C)  4 NO(g) + 6 H2O(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 (10-11 s) y con una alta selectividad. Los rendimientos son:

El contenido de NH3 de la mezcla debe mantenerse bajo, debido al riesgo de explosión, que llega a 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 platino (Pt) que contiene rodio (Rh) o paladio (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/ton de HNO3 de Pt, en forma de dióxido de platino (PtO2). Debido al elevado costo del platino (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 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:

2 NO(g) + O2(g)  2 NO2(g) ; (∆H°= -56 KJ/mol)

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

2 NO2 ↔ N2O4 ; (∆H°= -57 KJ/mol)

Desproporción del NO2(g) en agua:

3 NO2(g) + H2O(L)  2 HNO3(ac) + NO(g) ; (∆H°= -73 KJ/mol)

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 nitrato de amonio (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.

DIAGRAMA DE PROCESO DEL ÁCIDO NÍTRICO

MODELOS Y/O REACCIONES QUÍMICAS, CONVERSIONES, CONCENTRACIÓN,

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