Producción de ácido nítrico.
01
Fundación universidad de AméricaDiseño de procesos 2021-2
Edición nº
Resumen
Autores
Abstract
Introducción
Cristian David CaleroBrayan Steven Pulido Ana Maria Contreras Brayan Osorio Sharon Daniela Velásquez
Mercado Global
Índicede contenidos
Mercado en Colombia
Potencial Económico
Caminos de reacción
Peligrosidad
Análisis termodinámico
Análisis cinético
Conclusiones
Bibliografía
Resumen
El ácido nítrico es un compuesto químico, líquido incoloro a amarillo con un característico olor irritante, el cual cuenta con grandes usos industriales como lo son la fabricación de fertilizantes como el nitrato de amonio, explosivos como la nitroglicerina y trinitrotolueno, como reactivo de laboratorio, o para la limpieza y grabación de metales. Por otro lado, esté debe de ser usado con todos los protocolos de seguridad en el laboratorio ya que es altamente corrosivo lo cual puede ocasionar grandes quemaduras e irritaciones en la piel, teniendo también tiene implicaciones en la respiración. Para la producción de este compuesto se llevan a cabo generalmente dos tipos de proceso: Ostwald, el cual consiste en la oxidación catalítica del amoniaco a monóxido de nitrógeno, y el Birkeland-Eyde, que lleva a cabo la oxidación
Directa del nitrógeno con el oxígeno produciendo óxidos de nitrógeno. En este artículo se van a dar a conocer aspectos importantes sobre el proceso de producción del ácido nítrico, cuál será la mejor ruta para obtener un proceso rentable con una alta conversión del producto deseado, teniendo en cuenta análisis cinéticos y termodinámicos, caminos de reacción y heurísticas empleadas en la síntesis del diseño del proceso. Palabras clave: reacción, proceso, heurísticas, compuesto, termodinámica, cinética
Abstract
This article will present important aspects of the nitric acid production process, which will be the best route to obtain a profitable process with a high conversion of the desired product, taking into account kinetic and thermodynamic analyzes, reaction paths and heuristics used in the synthesis of the process design. Key words: reaction, process, heuristics, compound, thermodynamics, kinetics.
Nitric acid is a chemical compound, a colorless to yellow liquid with a characteristic irritating odor, which has great industrial uses such as the manufacture of fertilizers such as ammonium nitrate, explosives such as nitroglycerin and trinitrotoluene, as a laboratory reagent, or for cleaning and etching metals. On the other hand, it must be used with all safety protocols in the laboratory since it is highly corrosive which can cause great burns and irritations to the skin, and also has implications for respiration. For the production of this compound, two types of process are generally carried out: Ostwald, which consists of the catalytic oxidation of ammonia to nitrogen monoxide, and the Birkeland-Eyde, which carries out the direct oxidation of nitrogen with oxygen producing nitrogen oxides.
Title 1
Introducción
El ácido nítrico es uno de los ácidos más importantes a nivel industrial como en laboratorio, ya que este es consumido en diferentes procesos como los colorantes por su acción nitrante, abonos, explosivos, fabricación de ácido sulfúrico, medicamentos, grabado de metales, comprobación de oro y platino gracias a su capacidad oxidativa, por lo cual es de gran comercialización e importancia en la industria.
A continuación se podrá observar su proceso de producción, llevando a cabo diferentes tipos de análisis en cuanto a factores como la presión, la temperatura, el tipo de reactor, entre otros, los cuales nos permiten entender la obtención del producto de una forma rentable y eficaz.
Nota. Captura mapa Saldo en valor producto 2020. Tomado de: https://www.trademap.org/Country_SelProduct_TS_Map.aspx?nvpm=3%7c%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c3%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c3
Mercado Global
El ácido nítrico en la actualidad es el ácido más importante y consumido de los ácidos inorgánicos solo por detras del Ácido Sulfúrico.
Title 1
MERCADO EN COLOMBIA
En Colombia se utiliza el ácido nítrico para su exportación a otros países de Latinoamérica, además de su uso en la industria nacional, las cuales se centran en la agricultura, metalurgia y la industria química.
Nota. Captura Grafica mercado de exportaciones Colombia por años. Tomado de:https://www.trademap.org/Country_SelProductCountry_TS_Graph.aspx?nvpm=3%7c170%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c2%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c2
Nota. Captura Grafica exportaciones Colombia por años. Tomado de:https://www.trademap.org/Country_SelProductCountry_TS_Graph.aspx?nvpm=3%7c170%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c2%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c2
Title 1
POTENCIAL ECONOMICO
El ácido nítrico tiene diversas aplicaciones en ámbitos muy diferentes lo cual le da gran utilidad en diferentes sectores económicos tales como los sectores agrícola, farmaceutico, quimico, metalurgia, etc...
Nota. Captura mapa Exportaciones producto 2020. Tomado de: https://www.trademap.org/Country_SelProduct_TS_Map.aspx?nvpm=3%7c%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c2%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c33
Nota. Captura mapa importaciones producto 2020. Tomado de: https://www.trademap.org/Country_SelProduct_TS_Map.aspx?nvpm=3%7c%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c1%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c3
Title 1
Caminos de reacción
Reacciones que participan
Oxidación del amoniaco
Es el método actual con mayor implementación en la industria, patentado en 1902 por el químico alemán wilhelm ostwald, después de comprobar su eficacia se determinó que es uno de los mayores hitos en la industria química moderna. Descripción: Se utiliza amoníaco líquido el cual se evaporara sobre un catalizador (tamiz) que está hecho de platino y rodio (750-800ºC), posteriormente se producirán otras reacciones de forma simultánea, dando como resultado la conversión de amoniaco en óxido nítrico, quea su vez se convertirá en dióxido de nitrógeno, y sobre una columna de absorción, el agua de proceso absorberá este dióxido de nitrógeno formando el producto de interés.
Title 1
Impacto ambiental
Ventajas:
- Las condiciones de operación son óptimas para escala industrial (en comparación de otros métodos).
- Es subsecuente al proceso de Haber-Bosch (es decir que después de producir amoniaco se puede implementar una planta para su producción).
- Mayor gama de aplicación debido a sus subproductos.
- Las materias primas no son tan costosas.
El producto terminado, debido a su acidez provoca acidificación de tierras y aguas (por ácidos y nitratos) siendo peligroso para los organismos acuáticos, además, dependiendo las condiciones del proceso y los equipos se pueden producir óxidos de nitrógeno
Desventajas:
- De no trabajarse en las condiciones adecuadas se producirán óxidos de nitrógeno, tóxicos y dañinos ambientalmente hablando.
- dependiendo de la concentración a producir de ácido nítrico se producirá óxido nítrico, y se tendrán que utilizar más equipos en el proceso con el fin de hacer reaccionar este óxido nítrico de forma no catalítica con oxígeno, para poder entrar en la etapa de absorción.
- La máxima pureza alcanzable por el método de ostwald para el ácido nítrico es del 68%
Acidificación
(NOx)
Title 1
Caminos de reacción
Reacciones que participan
Nitrato de Sodio
se usa la reacción entre el nitrato sódico y el ácido sulfúrico concentrado en caliente, Aunque se trata de una reacción reversible (vemos que es un equilibrio químico) el ácido nítrico producido se halla en forma gaseosa, por lo que, al desprenderse, el equilibrio se va desplazando a la derecha por el principio de Le Chatelier. Estos vapores desprendidos de ácido nítrico son posteriormente condensados, por lo que tenemos un ácido nítrico líquido y totalmente puro. El hidróxido de sodio La solución acuosa que se va a formar está disponible industrialmente. Capaz en el respeto de la concentración, como con el Löwig proceso. Además, las materias primas para este proceso son solo NaNO3 y H2O. Como se conoce generalmente, NaNO3 está contenido en gran cantidad en el salitre de Chile que Como recurso natural abundante en Chile y Perú
Title 1
Impacto ambiental
Ventajas:
- No libera gases a la atmósfera, ni producir cualquier subproducto innecesario.
- Es una de pocas formas que hay de obtener ácido nítrico porque el método más usado es el de ostwald
A nivel ambiental no tiene ninguna repercusión, pero se descompone por calentamiento. Esto aumenta el peligro de incendio. La sustancia es un oxidante fuerte. Reacciona con materiales reductores y combustibles. Esto genera peligro de incendio y explosión al no tener un control adecuado de este.
Desventajas:
- Al ser un proceso realizado a escala de laboratorio y también al ser hecho con materiales costosos se volvería obsoleto a muy corto plazo debido a que no es tan rentable de producir en términos operativo
- Es un Método obsoleto por agotamiento de las reservas de nitrato de chile.
Title 1
El ácido nítrico puede detonar si se derrama sobre gasolina inflamada. Una disolución diluida oxida los materiales orgánicos, produciendo óxidos de nitrógeno.
Peligrosidad
Es corrosivo, no inflamable. Reacciona con algunos compuestos orgánicos (acetona, ácido acético) y con sustancias inflamables (trementina, carbón, alcohol) con peligro de incendio, explosión y formación de gases tóxicos.
Nota. Representación de la combustión, tomado de : https://www.esss.co/es/blog/reaccion-de-combustion-que-es/
Nota. Pictograma que denota compuesto corrosivo, liquido comburente. Tomado de: https://www.ciafa.org.ar/files/t8nqSMsoIxouFBASKVgK1UinhYtE1aaeCY7UkvV2
Title 1
Peligrosidad
Óxido de nitrógeno
(otros compuestos)
Amoniaco
Nota. Peligros y advertencias generales. Tomado de: https://www.ciafa.org.ar/files/CifCcpW51KkMYg09bNKhIpCOQInCwDiq5DiEB99T.pdf
Nota. Peligros y advertencias generales. Tomado de: file:///C:/Users/cristian/Downloads/%C3%93XIDO%20NITROSO%20-%20PROT%C3%93XIDO%20DE%20NITR%C3%93GENO.pdf
Title 1
Análisis Termodinámico
Tabla 1. Criterios a tener en cuenta para evaluar las reacciones
El camino de reacción seleccionado para realizar un análisis termodinámico fue el proceso de oxidación del amoniaco,, en el cual veremos la favorabilidad de la reacción y su naturaleza térmica.
Tomado de: https://www.quimitube.com/videos/termodinamica-teoria-20-concepto-de-energia-libre-de-gibbs/
Polinomio utilizado, extraido de yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Title 1
Gráfico 2. Comportamiento de la entalpia de las reacciones 1 ,2 y 3 con respecto a un rango de temperaturas.
Gráfico 1. Comportamiento de la energía libre de Gibbs con respecto a un rango de temperaturas
Fuente: yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Fuente: yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Title 1
Gráfico 4. Comportamiento de la entropia de la reacción 3 con respecto a un rango de temperaturas.
Gráfico 3. Comportamiento de la entalpia de la reacción 3 con respecto a un rango de temperaturas.
Fuente: yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Fuente: yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Analisis
- El camino de reacción se presenta de forma espontanea y bastante exotérmica, eso debido a que las reacciones 2 y 3 sobre todo alcanzan valores menores a 0 en el caso de la entalpia, y hay un rango especifico en el cual se debe trabajar para que se cumpla el criterio de reversibilidad.
- La primera reacción tiene un comportamiento bastante particular, siendo esta la reacción de oxidación del amoniaco, es esperable que empiece con un criterio de espontaneidad de derecha a izquierda siempre con tendencia a la no reversibilidad, y como se puede observar en la grafica de entalpia, es bastante endotérmica al comienzo del camino secuencial de las reacciones.
- Las reacciones 2 y 3 trabajan en un rango óptimo de temperaturas (según la literatura lo mejor siendo entre 700 y 900 °C) en el cual presentan bajos valores de Gibbs y de entalpia, coincidiendo con el criterio de reversibilidad y siendo exotérmicas, se puede observar también que el valor de Gibbs para estas reacciones aumenta con la temperatura.
- • La reacción final interpretada a partir de la entropía obtenida según los cálculos realizados con el libro de Yaws, permite ver que el sistema presenta bajo desorden molecular en cuanto a los reactivos (esto quiere decir que el caos o desorden que se puede presentar en determinado punto de la reacción impidiendo que se dé correctamente se va a ver disminuido).
Title 1
Se observan tendencias directas sobre otros factores disponibles como lo es la temperatura, la presencia de inertes, etc. Hasta la presión se convierte en factor de consideración en el diseño de proceso
Gráfica de la conversión respecto a la temperatura
Fuente: Smith - Van Ness - Abbott. Septima edición, Mc Graw Hill. Elaboración Propia
Análisis Cinético
Gráfica de la conversión respecto al flujo de inerte
Debido a que la reacción de este proceso es del tipo irreversible y exotérmica, se debe realizar el análisis del proceso del amoniaco
Title 1
En este caso se observa que existe un máximo para las variaciones en la conversión respecto a la condición dada, como en la isoconversa que alcanza un máximo a una T entre los 900 y 1000 K. Que luego decae por efecto de la reacción inversa.
Isocinéticas
Fuente: Smith - Van Ness - Abbott. Septima edición, Mc Graw Hill. Elaboración Propia
Análisis Cinético
Isoconversa
Debido a que la reacción de este proceso es del tipo irreversible y exotérmica, se debe realizar el análisis del proceso del amoniaco
Fuente: Smith - Van Ness - Abbott. Septima edición, Mc Graw Hill. Elaboración Propia
Title 1
Grafico de respuesta
Debido a que la reacción de este proceso es del tipo irreversible y exotérmica, se debe realizar el análisis del proceso del amoniaco
Fuente: Smith - Van Ness - Abbott. Septima edición, Mc Graw Hill. Elaboración Propia
Simulación
Análisis paramétrico
Title 1
Heurísticas
Diagrama preliminar de bloques
Elección del tipo de proceso
Nivel 1
Estructura de entrada y salida
Nivel 2
Estructura de reciclo y purga
Nivel 3
Title 1
Conclusiones
- Se determino que para el camino de reacción fue escogido el más eficientes el cual es desarrollado por el alemán wilhelm ostwald, tanto en producción como en rentabilidad de materias primas y metas de producción, dado que los otros mencionados se desarrollan a escala laboratorio y esto genera que los costó de producción sean altos dados las materias primeas utilizadas en estos, además se tiene que tener en cuenta que con el método de Ostwald las reacciones implicadas en este son directas por ende la producción de acido nítrico es mayor dado que no tiene reacciones reversibles sino que en ves de este tiene reacciones simultaneas para la producción de nuestro producto de interés además destaca por las características termodinámicas dado que es un proceso espontaneo y exotérmico.
- La evaluación correcta de la energía de Gibbs y de la entalpia de la reacción es importante dentro de la determinación del funcionamiento del proceso, de variar o cambiarse podría dejar a su paso productos indeseados y esto afecta en términos de rendimientos al producto final..
- Se logra observar la importancia del acido nitrico en la industria, teniendo en cuenta todas sus aplicaciones en distintos campos, por lo cual es de vital importancia una producción con un buen porcentaje de conversión del ácido nitrico.
- Tal y como se ha podido comprobar, la utilización de las heuristicas en la contrucción del diagrama de bloques del proceso, son de gran importancia ya que estas nos dan una base para conseguir la conversión deseada del producto final , evitando accidentes durante el proceso.
Title 1
Bibliografía
- Tandfonline.com. 2021. [online] Available at: <https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/00022470.1964.10468252#:~:text=In%20general%2C%20the%20process%20for,then%20absorb%2D%20ing%20the%20nitrogen> [Accessed 8 September 2021].
- Upo.es. 2021. cinética de las reacciones químicas.. [online] Available at: <https://www.upo.es/depa/webdex/quimfis/quimbiotec_termo_files/Temas%20y%20programa%20de%20Termo/Tema%206%20ByN.pdf> [Accessed 3 September 2021].
- Yaws, C., 2021. yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals.. [online] App-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co. Available at: <https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default> [Accessed 8 September 2021].
- Sspa.juntadeandalucia.es. 2021. [online] Available at: <https://www.sspa.juntadeandalucia.es/servicioandaluzdesalud/hrs3/fileadmin/user_upload/area_servicios_generales/prevencion_riesgoslaborales/fichas_seguridad/acido_nitrico.pdf> [Accessed 8 September 2021].
Title 1
Gracias por su atencion
photografía: Thought Catalog
ÁCIDO NITRICO
cristian.calero
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Producción de ácido nítrico.
01
Fundación universidad de AméricaDiseño de procesos 2021-2
Edición nº
Resumen
Autores
Abstract
Introducción
Cristian David CaleroBrayan Steven Pulido Ana Maria Contreras Brayan Osorio Sharon Daniela Velásquez
Mercado Global
Índicede contenidos
Mercado en Colombia
Potencial Económico
Caminos de reacción
Peligrosidad
Análisis termodinámico
Análisis cinético
Conclusiones
Bibliografía
Resumen
El ácido nítrico es un compuesto químico, líquido incoloro a amarillo con un característico olor irritante, el cual cuenta con grandes usos industriales como lo son la fabricación de fertilizantes como el nitrato de amonio, explosivos como la nitroglicerina y trinitrotolueno, como reactivo de laboratorio, o para la limpieza y grabación de metales. Por otro lado, esté debe de ser usado con todos los protocolos de seguridad en el laboratorio ya que es altamente corrosivo lo cual puede ocasionar grandes quemaduras e irritaciones en la piel, teniendo también tiene implicaciones en la respiración. Para la producción de este compuesto se llevan a cabo generalmente dos tipos de proceso: Ostwald, el cual consiste en la oxidación catalítica del amoniaco a monóxido de nitrógeno, y el Birkeland-Eyde, que lleva a cabo la oxidación
Directa del nitrógeno con el oxígeno produciendo óxidos de nitrógeno. En este artículo se van a dar a conocer aspectos importantes sobre el proceso de producción del ácido nítrico, cuál será la mejor ruta para obtener un proceso rentable con una alta conversión del producto deseado, teniendo en cuenta análisis cinéticos y termodinámicos, caminos de reacción y heurísticas empleadas en la síntesis del diseño del proceso. Palabras clave: reacción, proceso, heurísticas, compuesto, termodinámica, cinética
Abstract
This article will present important aspects of the nitric acid production process, which will be the best route to obtain a profitable process with a high conversion of the desired product, taking into account kinetic and thermodynamic analyzes, reaction paths and heuristics used in the synthesis of the process design. Key words: reaction, process, heuristics, compound, thermodynamics, kinetics.
Nitric acid is a chemical compound, a colorless to yellow liquid with a characteristic irritating odor, which has great industrial uses such as the manufacture of fertilizers such as ammonium nitrate, explosives such as nitroglycerin and trinitrotoluene, as a laboratory reagent, or for cleaning and etching metals. On the other hand, it must be used with all safety protocols in the laboratory since it is highly corrosive which can cause great burns and irritations to the skin, and also has implications for respiration. For the production of this compound, two types of process are generally carried out: Ostwald, which consists of the catalytic oxidation of ammonia to nitrogen monoxide, and the Birkeland-Eyde, which carries out the direct oxidation of nitrogen with oxygen producing nitrogen oxides.
Title 1
Introducción
El ácido nítrico es uno de los ácidos más importantes a nivel industrial como en laboratorio, ya que este es consumido en diferentes procesos como los colorantes por su acción nitrante, abonos, explosivos, fabricación de ácido sulfúrico, medicamentos, grabado de metales, comprobación de oro y platino gracias a su capacidad oxidativa, por lo cual es de gran comercialización e importancia en la industria.
A continuación se podrá observar su proceso de producción, llevando a cabo diferentes tipos de análisis en cuanto a factores como la presión, la temperatura, el tipo de reactor, entre otros, los cuales nos permiten entender la obtención del producto de una forma rentable y eficaz.
Nota. Captura mapa Saldo en valor producto 2020. Tomado de: https://www.trademap.org/Country_SelProduct_TS_Map.aspx?nvpm=3%7c%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c3%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c3
Mercado Global
El ácido nítrico en la actualidad es el ácido más importante y consumido de los ácidos inorgánicos solo por detras del Ácido Sulfúrico.
Title 1
MERCADO EN COLOMBIA
En Colombia se utiliza el ácido nítrico para su exportación a otros países de Latinoamérica, además de su uso en la industria nacional, las cuales se centran en la agricultura, metalurgia y la industria química.
Nota. Captura Grafica mercado de exportaciones Colombia por años. Tomado de:https://www.trademap.org/Country_SelProductCountry_TS_Graph.aspx?nvpm=3%7c170%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c2%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c2
Nota. Captura Grafica exportaciones Colombia por años. Tomado de:https://www.trademap.org/Country_SelProductCountry_TS_Graph.aspx?nvpm=3%7c170%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c2%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c2
Title 1
POTENCIAL ECONOMICO
El ácido nítrico tiene diversas aplicaciones en ámbitos muy diferentes lo cual le da gran utilidad en diferentes sectores económicos tales como los sectores agrícola, farmaceutico, quimico, metalurgia, etc...
Nota. Captura mapa Exportaciones producto 2020. Tomado de: https://www.trademap.org/Country_SelProduct_TS_Map.aspx?nvpm=3%7c%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c2%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c33
Nota. Captura mapa importaciones producto 2020. Tomado de: https://www.trademap.org/Country_SelProduct_TS_Map.aspx?nvpm=3%7c%7c%7c%7c%7c2808%7c%7c%7c4%7c1%7c1%7c1%7c2%7c1%7c2%7c1%7c1%7c3
Title 1
Caminos de reacción
Reacciones que participan
Oxidación del amoniaco
Es el método actual con mayor implementación en la industria, patentado en 1902 por el químico alemán wilhelm ostwald, después de comprobar su eficacia se determinó que es uno de los mayores hitos en la industria química moderna. Descripción: Se utiliza amoníaco líquido el cual se evaporara sobre un catalizador (tamiz) que está hecho de platino y rodio (750-800ºC), posteriormente se producirán otras reacciones de forma simultánea, dando como resultado la conversión de amoniaco en óxido nítrico, quea su vez se convertirá en dióxido de nitrógeno, y sobre una columna de absorción, el agua de proceso absorberá este dióxido de nitrógeno formando el producto de interés.
Title 1
Impacto ambiental
Ventajas:
El producto terminado, debido a su acidez provoca acidificación de tierras y aguas (por ácidos y nitratos) siendo peligroso para los organismos acuáticos, además, dependiendo las condiciones del proceso y los equipos se pueden producir óxidos de nitrógeno
Desventajas:
Acidificación
(NOx)
Title 1
Caminos de reacción
Reacciones que participan
Nitrato de Sodio
se usa la reacción entre el nitrato sódico y el ácido sulfúrico concentrado en caliente, Aunque se trata de una reacción reversible (vemos que es un equilibrio químico) el ácido nítrico producido se halla en forma gaseosa, por lo que, al desprenderse, el equilibrio se va desplazando a la derecha por el principio de Le Chatelier. Estos vapores desprendidos de ácido nítrico son posteriormente condensados, por lo que tenemos un ácido nítrico líquido y totalmente puro. El hidróxido de sodio La solución acuosa que se va a formar está disponible industrialmente. Capaz en el respeto de la concentración, como con el Löwig proceso. Además, las materias primas para este proceso son solo NaNO3 y H2O. Como se conoce generalmente, NaNO3 está contenido en gran cantidad en el salitre de Chile que Como recurso natural abundante en Chile y Perú
Title 1
Impacto ambiental
Ventajas:
A nivel ambiental no tiene ninguna repercusión, pero se descompone por calentamiento. Esto aumenta el peligro de incendio. La sustancia es un oxidante fuerte. Reacciona con materiales reductores y combustibles. Esto genera peligro de incendio y explosión al no tener un control adecuado de este.
Desventajas:
Title 1
El ácido nítrico puede detonar si se derrama sobre gasolina inflamada. Una disolución diluida oxida los materiales orgánicos, produciendo óxidos de nitrógeno.
Peligrosidad
Es corrosivo, no inflamable. Reacciona con algunos compuestos orgánicos (acetona, ácido acético) y con sustancias inflamables (trementina, carbón, alcohol) con peligro de incendio, explosión y formación de gases tóxicos.
Nota. Representación de la combustión, tomado de : https://www.esss.co/es/blog/reaccion-de-combustion-que-es/
Nota. Pictograma que denota compuesto corrosivo, liquido comburente. Tomado de: https://www.ciafa.org.ar/files/t8nqSMsoIxouFBASKVgK1UinhYtE1aaeCY7UkvV2
Title 1
Peligrosidad
Óxido de nitrógeno
(otros compuestos)
Amoniaco
Nota. Peligros y advertencias generales. Tomado de: https://www.ciafa.org.ar/files/CifCcpW51KkMYg09bNKhIpCOQInCwDiq5DiEB99T.pdf
Nota. Peligros y advertencias generales. Tomado de: file:///C:/Users/cristian/Downloads/%C3%93XIDO%20NITROSO%20-%20PROT%C3%93XIDO%20DE%20NITR%C3%93GENO.pdf
Title 1
Análisis Termodinámico
Tabla 1. Criterios a tener en cuenta para evaluar las reacciones
El camino de reacción seleccionado para realizar un análisis termodinámico fue el proceso de oxidación del amoniaco,, en el cual veremos la favorabilidad de la reacción y su naturaleza térmica.
Tomado de: https://www.quimitube.com/videos/termodinamica-teoria-20-concepto-de-energia-libre-de-gibbs/
Polinomio utilizado, extraido de yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Title 1
Gráfico 2. Comportamiento de la entalpia de las reacciones 1 ,2 y 3 con respecto a un rango de temperaturas.
Gráfico 1. Comportamiento de la energía libre de Gibbs con respecto a un rango de temperaturas
Fuente: yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Fuente: yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Title 1
Gráfico 4. Comportamiento de la entropia de la reacción 3 con respecto a un rango de temperaturas.
Gráfico 3. Comportamiento de la entalpia de la reacción 3 con respecto a un rango de temperaturas.
Fuente: yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Fuente: yaws - handbook Thermodynamic Properties for Hydrocarbons and Chemicals. Tomado de: https://app-knovel-com.ezproxy.uamerica.edu.co/web/toc.v/cid:kpYHTPHC09/viewerType:toc//root_slug:yaws-handbook-thermodynamic/url_slug:yaws-handbook-thermodynamic?b-q=yaws&include_synonyms=no&q=yaws%20&sort_on=default.
Analisis
Title 1
Se observan tendencias directas sobre otros factores disponibles como lo es la temperatura, la presencia de inertes, etc. Hasta la presión se convierte en factor de consideración en el diseño de proceso
Gráfica de la conversión respecto a la temperatura
Fuente: Smith - Van Ness - Abbott. Septima edición, Mc Graw Hill. Elaboración Propia
Análisis Cinético
Gráfica de la conversión respecto al flujo de inerte
Debido a que la reacción de este proceso es del tipo irreversible y exotérmica, se debe realizar el análisis del proceso del amoniaco
Title 1
En este caso se observa que existe un máximo para las variaciones en la conversión respecto a la condición dada, como en la isoconversa que alcanza un máximo a una T entre los 900 y 1000 K. Que luego decae por efecto de la reacción inversa.
Isocinéticas
Fuente: Smith - Van Ness - Abbott. Septima edición, Mc Graw Hill. Elaboración Propia
Análisis Cinético
Isoconversa
Debido a que la reacción de este proceso es del tipo irreversible y exotérmica, se debe realizar el análisis del proceso del amoniaco
Fuente: Smith - Van Ness - Abbott. Septima edición, Mc Graw Hill. Elaboración Propia
Title 1
Grafico de respuesta
Debido a que la reacción de este proceso es del tipo irreversible y exotérmica, se debe realizar el análisis del proceso del amoniaco
Fuente: Smith - Van Ness - Abbott. Septima edición, Mc Graw Hill. Elaboración Propia
Simulación
Análisis paramétrico
Title 1
Heurísticas
Diagrama preliminar de bloques
Elección del tipo de proceso
Nivel 1
Estructura de entrada y salida
Nivel 2
Estructura de reciclo y purga
Nivel 3
Title 1
Conclusiones
Title 1
Bibliografía
Title 1
Gracias por su atencion
photografía: Thought Catalog