Acido sulfurico manual de acido sulfurico

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  • PPRROOCCEESSSSOOSS DDEE FFAABBRRIICCAAOO

    DDEE

    CCIIDDOO SSUULLFFRRIICCOO

    MB CONSULTORES LTDA.

  • MB CONSULTORES PG. 1 UNIDADE DE CIDO SULFRICO PROCESSOS DE FABRICAO

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    NDICE

    1. INTRODUO 2. FUNDAMENTOS DO PROCESSO DE CONTATO 2.1 Matrias Primas 2.2 Reaes Qumicas 2.3 Estgios Bsicos 2.4 Caractersticas do Produto 2.5 Efluentes Secundrios 3. MODALIDADES DO PROCESSO DE CONTATO 3.1 Objetivos Principais 3.2 Caracterizao 3.3 Apreciao Geral 3.4 Aspectos Econmicos 4. PROCESSOS DE DUPLA ABSORO 4.1 Consumos Tpicos 4.2 Rendimentos do Processo 4.3 Descrio Sumria do Processo - Sistema 2/2 4.4 Descrio Sumria do Processo - Sistema 3/1 5. PROCESSO DE SIMPLES ABSORO 5.1 Consumos Tpicos do Processo 5.2 Rendimentos do Processo 5.3 Descrio Sumria do Processo

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    1. INTRODUO O presente trabalho tem por objetivo descrever os principais processos de fabricao de cido sulfrico, enfatizando os conceitos bsicos e vantagens de cada uma das principais rotas utilizadas na indstria. O cido sulfrico pode ser obtido industrialmente por duas tecnologias distintas, conhecidas como processo de cmara de chumbo e processo de contato. O primeiro, muito utilizado no sculo passado, caiu em desuso, devido principalmente limitao de no permitir produzir cido com concentrao superior 78% em peso. A tecnologia de contato atualmente empregada na quase totalidade das instalaes industriais de produo de cido sulfrico. Basicamente, tal tecnologia envolve as seguintes etapas: - Obteno do dixido de enxofre (SO2); - Converso cataltica do dixido de enxofre a trixido de enxofre (SO3), e - Absoro do trixido de enxofre O processo de contato praticado segundo diversas variantes, que podem ser grupadas de acordo com a matria prima utilizada para obteno do dixido de enxofre. O SO2 pode ser obtido a partir de enxofre, sulfetos, notadamente o de ferro, tambm conhecido como pirita, sulfatos e resduos de tratamento diversos com cido sulfrico, usualmente denominados "acid sludges". A seleo da matria prima a ser processada depende da influncia de diversos fatores, tais como disponibilidade, aproveitamento de subprodutos e custos de secagem e de limpeza do gs. De uma forma geral, o efeito combinado desses fatores conduz, na maioria dos casos, seleo de piritas e enxofre como matria prima preferencial, ficando a utilizao das demais reservada s situaes em que prevalecem condies muito particulares de disponibilidade a custos reduzidos. Ressaltada a preferncia do enxofre como matria prima usualmente empregada para a produo de cido sulfrico, pelo processo de contato, o presente documento foi estruturado e desenvolvido com base em tal constatao.

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    2. FUNDAMENTOS DO PROCESSO DE CONTATO Como anteriormente indicado, na quase totalidade das instalaes industriais de produo de cido sulfrico pelo processo de contato, utilizado o enxofre como matria prima para obteno do SO2. Os elementos informativos, a seguir apresentados, fornecem, primordialmente, uma apreciao geral sobre as fontes e caractersticas bsicas dessa matria prima. 2.1 MATRIAS PRIMAS Alm do enxofre natural, que ocorre em depsitos subterrneos dos quais extrado pelo processo "Frasch", esse elemento qumico pode ser obtido pela oxidao do gs sufdrico (H2S) existente nos efluentes gasosos de diversas instalaes industriais, notadamente refinarias de petrleo, e no gs natural cido, mediante aplicao do processo "Claus". No processo "Frasch", o enxofre obtido com pureza entre 99 e 99,9%, sem traos de arsnico, selnio ou telrio. As impurezas presentes so normalmente constitudas por pequenas quantidades de cinzas e cido sulfrico, e tambm de traos de leo ou material carbonoso, nos caso em que o depsito de enxofre est localizado perto de poos de petrleo. Quando a concentrao de leo ou material carbonoso no ultrapassa a contratao de 0,02%, o enxofre denominado tipo "Bright". Para maiores teores dessa impureza, cujo limite superior atinge 1%, o enxofre comercializado como tipo "Dark" denominao decorrente da colorao escura que o material adquire com tal ndice desses contaminados. O enxofre produzido pelo processamento de gs natural ou de refinarias de petrleo - tem contribudo, nos ltimos anos, com substancial parcela da oferta mundial dessa matria prima. O emprego do processo Claus aos efluentes gasosos anteriormente referidos permite produzir enxofre com grau de pureza superior ao material obtido pelo processo Frasch. As caractersticas e a concentrao de impurezas presentes no enxofre merecem especial ateno, face aos efeitos que determinam sobre o investimento e os custos de operao da instalao produtora de cido sulfrico. O enxofre tipo "Bright" usualmente fornecido sob a forma de gros amarelos, brilhantes e frgeis, com at 20 cm de comprimento. Durante o transporte para o local de consumo, o material sofre um ulterior degradao, permitindo que seu manuseio seja efetuado por ps carregadeiras, correias transportadoras ou ps manuais. Atualmente existe uma tendncia a transportar e armazenar o enxofre sob forma de escamas ou em estado lquido, a fim de minimizar perdas e reduzir os problemas de poluio atmosfrica.

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    Para obteno do SO2, o enxofre sofre um processo de combusto, no qual so utilizados, como agentes comburentes, o oxignio ou, mais comumente ar previamente submetido a uma operao de secagem com cido sulfrico. Tal operao de secagem visa basicamente a impedir a formao de cidos sulfurosos ou sulfrico, mediante reao do SO2 e do SO3 com a umidade do ar nas tubulaes e equipamentos da unidade no protegidos para suportar a agressividade qumica desses produtos. A utilizao de oxignio em lugar de ar seco, no processo de combusto do enxofre, proporciona as seguintes vantagens: - reduo considervel das dimenses dos equipamentos da instalao - diminuio substancial de gases residuais poluentes, com consequente aumento de eficincia global do processo. Em contrapartida a essas vantagens, a utilizao de enriquecimento de oxignio na combusto do enxofre exige o emprego de materiais especiais, e consequentemente mais caros, para a fabricao de equipamentos, que os exigidos quando utilizado ar seco na referida reao de combusto. A exigncia de materiais mais nobres, na alternativa de uso de oxignio devida aos nveis mais elevados de temperatura em que se processa a combusto do enxofre. Computados os efeitos favorveis e desfavorveis, tanto sob o aspecto investimento quanto no de custos de operao, a alternativa de uso de ar seco na reao de combusto do enxofre via de regra, mais econmica que a utilizao de oxignio. O uso de oxignio somente praticado em condies especiais, representadas basicamente pela existncia de disponibilidade desse gs, como produto marginal, nas proximidades da unidade de cido sulfrico, especialmente em plantas do tipo metalrgico. 2.2 REAES QUMICAS Conforme anteriormente referido, a produo de cido sulfrico pelo processo de contato envolve, como primeira etapa, a obteno de SO2, indicada esquematicamente pela seguinte equao. S + O2 SO2 + Calor Esta reao ocorre em uma cmara, onde o enxofre vaporizado pelo prprio calor da combusto. No estado gasoso, o enxofre reage com ar, elevando a temperatura do meio reacional a 1 000 oC, aproximadamente. A mistura gasosa efluente da cmara ou forno de combusto, contendo N2, O2, SO2 e pequenas quantidades de SO3, resfriada e alimentada ao conversor, onde em meio cataltico ocorre a reao de oxidao do SO2, representada pela seguinte equao:

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    SO2 + 1/2 O2 SO3 + Calor Esta reao reversvel, sendo o seu equilbrio e velocidade, funo dos seguintes fatores: - Temperatura - Presso - Relao O2/SO2 - Concentrao de SO3 A temperatura influi diretamente na constante de equilbrio e na velocidade da reao. O equilbrio da reao de converso varia com a temperatura, de acordo com as seguintes relaes:

    TBAK log p +=

    )PO()PSO(

    )PSO(Kp22

    3=

    Onde: KP = Constante de equilbrio T = Temperatura absoluta PSO3 = Presso parcial de SO3 PSO2 = Presso parcial de SO2 PO2 = Presso parcial de O2 As referidas relaes permitem deduzir que quanto menor a temperatura, maior ser o valor de KP e, consequentemente , maior a presso parcial ou concentrao de SO3 no equilbrio. A velocidade da reao, por sua vez, favorecida pela elevao de temperatura, como indicado pelas relaes seguintes: r = k CaSO2 x CbO2

    = RTEa

    ekk 0 Onde: r = velocidade da reao k = constante de velocidade

    2SOC = concentrao de SO2 (g/litro)

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    2O

    C = concentrao de O2 (g/litro) a = ordem da reao em relao ao SO2 b = ordem da reao em relao ao O2 KO = fator de