ÁCIDO SULFÚRICO Y ÁCIDO CLORHÍDRICO

J. Calderón1, G. Flórez1, A. Martínez1, L. Morales1, K. Ojeda1.1Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena. Cartagena. Colombia.

2Docente de Procesos Químicos Industriales, Universidad de Cartagena. Cartagena. Colombia.

1. ÁCIDO SULFÚRICO

El ácido sulfúrico (H 2 SO3) es un producto industrial fundamental: sus aplicaciones son numerosas y su consumo extraordinario. Los usos del ácido sulfúrico son tan variados que el volumen de su producción proporción un índice aproximado de la actividad general industrial. Este acido es un producto que directa o indirectamente está presente en toda industria, y su consumo es el termómetro de la industria de un país.

1.1. Obtención del H2SO4

• Se utilizan dos métodos fundamentales:• Cámaras de plomo. Prácticamente en desuso hoy por obtener concentraciones de

H2SO4 no superiores al 80 %. • De Contacto

• En ambos métodos se parte del SO2 que se obtiene a partir de la pirita o del azufre natural, seguida de su oxidación e hidratación.

• 4 FeS2 + 11 O2 8 SO2 + 2 Fe2 O3• S + O2 SO2

1.1.1. Método de contacto• Etapa 1 : 2 SO2 + O2 2 SO3

• Al ser exotérmica esta reacción debe realizarse a temperatura poco elevada; la velocidad de reacción es, por tanto muy pequeña y se tiene que emplear un catalizador (platino u óxidos de metales).

• Tiene un rendimiento mayor y se utiliza para preparar ácido muy concentrado (fumante) u óleum (normalmente al 98 %).

• Etapa 2 : SO3 + H2SO4 H2S2O7

H2S2O7 + H2O 2 H2SO4

1.1.2. Descripción del proceso En la actualidad se usa el método de contacto que ha sustituido al de las cámaras de plomo. A partir de las materias primas, azufre/pirita y oxígeno, se obtiene el SO2.

S (s) + O2 (g) SO2 (g) 4 FeS2 (s) + 11 O2 (g) 8 SO2 (g) + 2Fe2O3 (s)Esta reacción se da por combustión en una caldera a temperaturas que van de los 900°C- 1800°C.

Éste método tiene un rendimiento máximo en fabricar SO3 a partir de SO2 por la relación:2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)

Esta reacción de presenta en el convertidor (reactor catalítico), al ser exotérmica esta reacción debe realizarse a temperatura poco elevada; la velocidad de reacción es, por tanto muy pequeña y se tiene que emplear un catalizador (pentóxido de vanadio). V2O5

2 SO2 + O2 2 SO3

Absorción de SO3

• Ya en las torres de absorción. Se obtiene un mayor rendimiento si en vez de adicionar agua directamente, formamos como producto intermedio el ácido disulfúrico:

SO3 + H2SO4 H2 S2 O7

H2 S2 O7 + H2 O 2 H2 SO4

• Reacción:• SO3(g)+ H2O(l) H2SO4(l)

• Hº = -89 kJ/mol• La reacción directa no se utiliza, porque el fuerte desprendimiento de calor

lleva a ebullición la solución• El SO3 se absorbe en ácido sulfúrico 98%• En exceso de SO3, puede formarse H2SO4·SO3 (óleum 20%)

Figura 1. Producción de H2SO4.

De todos los productos químicos industriales, El ácido sulfúrico o el óleum (ácido sulfúrico + SO3) es probablemente uno de los más importantes por su gran cantidad de usos.La industria que más utiliza el ácido sulfúrico es la de los fertilizantes. Otras aplicaciones importantes se encuentran en la refinación del petróleo, producción de pigmentos, tratamiento del acero, extracción de metales no ferrosos, manufactura de explosivos, detergentes, plásticos y

fibras. En muchos casos el ácido sulfúrico funge como una materia prima indirecta y pocas veces aparece en el producto final.

1.2. Impacto Ambiental

Por impacto ambiental se entiende el efecto que produce una determinada acción humana sobre el medio ambiente en sus distintos aspectos. El concepto puede extenderse, con poca utilidad, a los efectos de un fenómeno natural catastrófico. Técnicamente, es la alteración de la línea de base (medio ambiente) el principal impacto ambiental del ácido sulfúrico es sobre el pH del agua. El rango de pH acuoso que no es del todo letal para los peces es de 5-9. Por debajo de un pH de 5.0 se produce una rápida disminución de las especies de peces y de la biota que los sustenta.

Todas las instalaciones para productos a granel deberán contar con dispositivos de contención secundaria y estar construidos de material que no reaccione (y por lo tanto reduzca la fuerza del H2SO4) con el ácido. Se deberá desarrollar procedimientos especiales para la descarga del ácido para reducir al mínimo los posibles derrames y el riesgo de daños a los trabajadores.

1.3. Empresas Nacionales e Internacionales

Productos Químicos Panamericanos Monómeros Colombo-Venezolanos Acerías Paz del Río Ecopetrol Bramar Chemie A&E Fischer-Chemie Antraco Chemie Berzelius Stolberg Boss Oil Brenntag Büfa Caldic

2. ÁCIDO CLORHÍDRICO

Este compuesto se puede encontrar como gas licuado, donde se conoce como Cloruro de Hidrógeno, o como soluciones acuosas de diferentes concentraciones, que corresponden al ácido propiamente dicho. A temperatura ambiente, el Cloruro de Hidrógeno es un gas incoloro o ligeramente amarillo con olor fuerte. En contacto con el aire, el gas forma vapores densos de color blanco debido a la condensación con la humedad atmosférica. El vapor es corrosivo y, a concentraciones superiores a 5 ppm, puede causar irritación.

Está disponible comercialmente como un gas Anhidro o en forma de soluciones acuosas (Ácido Clorhídrico). El Ácido Clorhídrico comercial contiene entre 33% y 37% de Cloruro de Hidrógeno en agua. Las soluciones acuosas son generalmente incoloras pero pueden generar ligero color azul o amarillo a causa de trazas de Hierro, Cloro e impurezas orgánicas. Esta no es una sustancia combustible

2.1. Producción

El ácido clorhídrico se produce en los Estados Unidos principalmente por dos métodos básicos: La cloración de sustancias químicas orgánicas, por reacción del cloruro sódico con ácido sulfúrico y la combinación directa de hidrógeno y cloro. La mayoría del ácido clorhídrico se produce a partir de la cloración de sustancias químicas orgánicas.

2.1.1. Mediante cloración

La gran mayoría de ácido clorhídrico se forma como un coproducto, la obtención como coproducto representa aproximadamente el 90% de la producción total, un ejemplo de esto se observa en la obtención de PVC.

La cloración de muchos químicos orgánicos genera Cloruro de Hidrógeno como subproducto. Como ejemplo se destaca la cloración de Metano y Benceno. El Cloruro de Hidrógeno producido a partir de reacciones de cloración puede estar contaminado con Cloro, aire, productos orgánicos clorados, reactantes en exceso y humedad, dependiendo del proceso individual así que la corriente de productos debe ser purificada en operaciones posteriores.

2.1.2 Reacción de H 2 SO 4

Se obtiene por reacción del cloruro sódico con ácido sulfúrico en un horno a la temperatura de 600°C.

NaCl+H 2 SO 4 NaHS O4+HCl

La reacción trascurre en dos etapas; la primera se desarrolla a temperatura relativamente baja, y produce bisulfato sódico y ácido clorhídrico; una vez terminada la primera fase, la mezcla de NaHSO 4 y NaCl se lleva a una retorta, donde se calienta al rojo, produciéndose por reacción entre bisulfito de sodio y cloruro de sodio a temperaturas comprendidas entre 400 y 800°C.

2.1.3. Síntesis directa

El Cloruro de Hidrógeno se puede sintetizar por la combustión de una mezcla controlada de Cloro e Hidrógeno. El producto posee tanto alta concentración como alta pureza; por este procedimiento sin mayor purificación se llega hasta 98% de pureza y luego de los tratamientos de purificación a 99,7%. Las temperaturas de reacción alcanzan los 1.200 ºC (2200 ºF), siendo una reacción altamente exotérmica.

2.2. Aplicaciones y usos.

La producción de Cloruro de Vinilo. También se consume para la producción de cauchos y polímeros clorados.

En la extracción de petróleo, en forma acuosa, se usa para acidificar los pozos petroleros con el fin de aumentar el flujo del crudo a través de estructuras de roca calcárea.

Se encuentra como aditivo o componente principal de muchos productos de limpieza, desinfección.

En la industria de los metales se usa en la refinación de minerales metálicos.

Se usa en la refinación de grasas, jabones y aceites comestibles.

2.3. Efectos sobre la salud.

Ácido Clorhídrico, Concentración Mayor a 25%.

R34: Provoca quemaduras.

R37: Irrita las vías respiratorias.

Ácido Clorhídrico, Concentración Entre 10% y 25%.

R36: Irrita los ojos.

R38: Irrita la piel.

NaCl+NaHSO 4 N a2 SO4+HCl

2.4. Comportamiento en el ambiente

AIRE: No hay suficiente evidencia del impacto ambiental del ácido clorhídrico en el aire (atmósfera)

AGUA: El ácido clorhídrico se disocia casi completamente y reacciona rápidamente con sales presentes sobre las aguas residuales. Esta reacción produce cloruros, los cuales son perjudiciales.

SUELO: El ácido clorhídrico reacciona con todos los componentes químicos del suelo formando cloruros que dependiendo de su solubilidad, son fácilmente lavados con agua así mismo disuelve todos los carbonatos. Un derrame de ácido pudiera dañar temporalmente la zona del suelo afectada formando cloruro férrico y manchando el suelo de color amarillento rojizo.

FLORA Y FAUNA: El ácido es tóxico para los seres vivos (plantas y animales) sobre todo para el medio acuático (peces y microorganismos).

2.5. Almacenamiento y Transporte.

Almacenamiento:

Bidones y jerricanes (garrafas) plásticos de diferentes tamaños. Estanques Tambores cilindros en acero inoxidable Sacos (soda caustica en escamas)

Transporte:

Camiones señalizados Cisternas señalizadas

3. CONCLUSIONES:

• Los ácidos sulfúrico y clorhídrico son materias primas de gran importancia en la industria.

• El proceso unitario más importante en la producción de ácido sulfúrico es la absorción.

• El proceso producción de ácido sulfúrico incluye la recuperación de calor en forma de energía eléctrica.

• El manejo de los ácidos sulfúrico y clorhídrico debe ser muy cuidadoso ya que son compuestos químicos muy corrosivos y por tanto peligrosos.

4. REFERENCIAS:

1. Austin, G. Manual de los Procesos Químicos de la Industria. McGraw Hill. 1ra ed. en español. México, 1992.

2. Kirck & Othmer; Enciclopedia of Chemical Technology; Volumen 11, Hexanes to Ion Exchange; Interscience Publishers; Jhon Wiley & Sons, Inc.; New York, U.S.A.; 1966.

3. Environmental Protection Agency (EPA). List of IRIS substances, Hydrogen Chloride [en línea]. Enero de 1989, revisado enero de 1995 [citado abril 3 de 2003]. Disponible en http://www.epa.gov/iris/subst/0396.htm

4. http://www.ecopetrol.com.co/

5. http://www.pazdelrio.com.co/

6. http://www.solvaychemicals.com/Chemicals%20Literature%20Documents/Chlorinated_inorganics/DOC-1300-0008-W-EN_WW_.pdf

7. http://www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/hydrogen-chloride.html

8. http://www.pvc.org/en/p/vinyl-chloride-monomer-vcm