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CIDO SULFRICO

QUMICA INDUSTRIAL I TECNOLOGIA DE FARBICAO DE H2SO4 E NAOH

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARABA

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA QUMICA E DE ALIMENTOS

TECNOLOGIA DE FABRICAO DE CIDO SULFURICO E SODA CUSTICA

NDICE

1.0 CIDO SULFRICO

1.1 PROPRIEDADES ............................................................................. 03

1.2 - EMPREGOS PRINCIPAIS DO CIDO SULFRICO ....................... 03

1.3 FABRICAO PROCESSO DAS CMARAS DE CHUMBO........ 04

1.3.1 REAES ........................................................................... 04

1.3.2 FINALIDADES DAS UNIDADES DO PROCESSO ............. 05

1.4 USTULAO DA PIRITA ( FeS2) .................................................. 06

1.4.1 PREPARAO DE SO2 A PARTIR DA PIRITA .................. 06

1.5 PROCESSO CATALTICO ............................................................. 07

1.5.1 PURIFICAO E OXIDAO DO SO2 ................................ 08

1.5.2 ABSORO DO SO3 ........................................................... 08

1.5.3 INSTALAES COMPLEMENTARES ................................ 08

1.5.4 PRINCIPAIS MATRIAS PRIMAS PARA OBTENO DO ENXOFRE .............................................................................. 09

1.5.5 REAES QUE LEVAM A FORMAO DO SO2 .............. 09

2.0 HIDRXIDO DE SDIO

2.1 PROPRIEDADES ................................................................................. 10

2.2 APLICAES DA SODA ..................................................................... 10

2.3 MTODOS DE OBTENO ........................................................ 10 15

3.0 CONTROLE DE QUALIDADE

3.1 CIDO SULFURICO ............................................................................. 15

3.1.1 DETERMINAO DA CONCENTRAO................................. 15

3.1.2 DETERMINAO DO RESDUO FIXO..................................... 16

3.2 NALISE DE SALMOURA PARA ELETRLISE.................................. 17

3.2.1 DOSAGEM DE CLORETO DE SDIO ................................. 17

3.2.2 DETERMINAO DE CLORETOS ........................................... 17

3.2.3 DETERMINAO DE SULFATO .............................................. 19

3.2.4 DOSAGEM DE SULFATO ........................................................ 20

3.3 SOLUO DE HIPOCLORITO DE SDIO............................................ 21

3.3.1 DOSAGEM DE CLORO ATIVO ................................................. 21

1.0 - O CIDO SULFRICO(H2SO4)

o mais importante cido inorgnico da indstria. Seu consumo serve como ndice de progresso industrial de uma nao.

1.1 - Propriedades Principais

a) Lquido incolor, oleoso e corrosivo;

b) Densidade - 1,85 g/cm3;

c) Tem grande afinidade com a gua;

d) Agente oxidante e desidratante, principalmente para os compostos orgnicos;

e) A ao desidratante importante na absoro da gua formada em processos como nitrificao, esterificao e sulfonao, assegurando alto rendimento aos processos;

f) Sua manipulao requer cuidados, pois bastante perigoso para a pele, mucosas e olhos;

g) gua mais cido, h um forte desprendimento de calor;

Nota: Nunca se deve derramar gua no cido.

h) Reage com certos metais liberando hidrognio e o sal correspondente;

Ex.: Sn + H2SO4(SnSO4 + H2

2Al + 3H2SO4(Al2(SO4)3 + 3H2

i) Desidrata os hidratos de carbono, carbonizando-os;

Ex.: C12H22O11 + m H2SO4(12C + mH2SO4 + 11H2O

j) Tambm desidrata o algodo, papel, madeira e os tecidos, agindo sobre a celulose(C6H10O5) que entra na constituio dessas substncias.

Ex.: (C6H10O5)n + m H2SO4(6nC + mH2SO4 + 5nH2O

1.2 - Empregos Principais do cido Sulfrico

a) Na agricultura atravs da fabricao de superfosfatos, usados como fertilizantes;

Ex.: Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 + 6H2O (2H3PO4 + 3CaSO4 + 2H2O

b) Na fabricao de aucares a partir de amido;

c) Na fabricao de explosivos(trinitrotolueno, trinitrocelulose, trinitroglicerina);

d) Na fabricao de sulfato de alumnio;

e) Na decapagem de ferro e ao;

f) Na refinao de petrleos e leos minerais.

1.3 - Fabricao - Processo das Cmaras de Chumbo

o processo mais antigo de fabricao do cido sulfrico. O SO2 usado como uma das matrias-primas, que provm da queima do enxofre ou da ustulao da pirita.

a - Veja esquema:

b - Procedimentos

As cmaras de chumbo so divididas em trs partes:

- Torre de Glover;

- Cmaras de Chumbo;

- Torre de Gay-Lussac.

1.3.1 - Reaes

3.1 - Torre de Glover

Reaes que ocorrem na parte inferior da Torre de Glover. So endotrmicas.

2SO2OHONO + H2O(2H2SO4 + N2O3

2HNO3(H2O + 2NO2 + O2

N2O3 + 3SO2 + 3H2O(3H2SO4 + N2

Outras reaes que ocorrem na Torre:

SO2 + NO2 + H2O(H2SO4 + NO

SO2 + N2O3 + H2O(H2SO4 + 2NO

HNO + O2(2N2O3

2SO2 + N2O3 + H2O + O2(2SO2OHONO(Sulfato cido

de Nitrosila)

Cmaras de Chumbo

N2O3(g) + H2O(2HNO2(Soluo)

SO2(g) + H2O(H2SO3(Soluo)

2HNO2(s) + H2SO3(s)(H2SO4(s) + 2NO(s) + H2O(liq)

2NO(s)(2NO(g)

2NO(g) + O2( N2O3(gs)

Torre de Gay-Lussac

O cido de alta concentrao absorve NO, NO2 e o N2 livre escapa pela chamin.

2H2SO4 + NO + NO2(2(NO)HSO4 + H2O(Nitrosao)

O sulfato cido de nitrosila dissolvido no cido sulfrico em excesso conduzido para a Torre de Glover onde acontece a desnitrificao, isto , a hidrlise do sulfato cido de nitrosila. Ex.:

2(NO)HSO4 + H2O(2H2SO4 + NO + NO2

1.3.2 - Finalidades das Unidades do Processo

Torre de Glover

a) Concentrar o cido de 65% a 80%;

b) Decompor o sulfato cido de nitrosila e o cido ntrico;

c) Formar cido sulfrico que em parte para consumo e para a Torre de Gay-Lussac;

d) Resfriar os gases para enviar as Cmaras de Chumbo.

Cmaras de Chumbo

a) Oxidao do SO2 a SO3;

b) Obteno do cido sulfrico, etc.

Torre de Gay-Lussac

a) Formao da soluo nitrosa devido a baixa temperatura e a concentrao do cido;

b) Envio da soluo nitrosa a Torre de Glover;

c) Absorver o NO e NO2 que saem das Cmaras de Chumbo.

1.4 - Ustulao da Pirita(FeS2)

- As cinzas descarregadas no contm mais de 2% de enxofre;

- A temperatura dos planos varia entre 600 a 160 C;

- O eixo e braos so ocos e refrigerados com gua circulando em seu interior. O carregamento do forno e o movimento do eixo so efetuados por mecanismos automticos.

1.4.1 - Preparao do SO2 a partir da Pirita

Minrio:- Dureza de 6 a 6,5 na escala de Mohr;

- Contm traos de arsnio, cobre, ouro e prata;

- Depsitos: - Espanha;

- Noruega;

- Sucia;

- Alemanha, Brasil(MG), etc...

O processo de preparao do dixido de enxofre, parte da pirita em dois estados:

- Pirita pulverizada;

- Pirita granulada.

A pirita pulverizada misturada com gua a 20%. Neste caso a pirita conduzida para fornos especiais onde recebe ar sob presso de modo a agitar a massa, alm de manter o processo de combusto.

- A pirita granulada simplesmente peneirada e conduzida para o forno de ustulao.

1.5 - Processo Cataltico

Fases:

a- Pulverizao dos gases provenientes da Torre de Ustulao;

b- Pr-aquecimento dos gases;

c- Oxidao cataltica;

d- Resfriamento dos gases na sada cataltica;

e- Absoro do SO3 em gua com formao de H2SO4.

Descrio:

I- O SO2 + ar provenientes da Torre de Ustulao e do sistema de purificao, entram nos misturadores lavadores(M), onde a mistura lavada e enriquecida com ar;

II- Passagem para os trocadores de calor, onde atingem 450 C;

III- Passagem para a Torre de Sntese onde entram em contato com o catalisador(V2O5);

IV- Devido a reao, a temperatura aumenta e os gases aquecidos em tubos em forma de U, circulam pelos trocadores de calor onde se resfriam;

V- Da Torre de Sntese o SO3 passa a Torre de Absoro onde absorvido em H2SO4 de concentrao adequada, produzindo H2SO4 concentrado.

Legenda:

M - Misturadores Lavadores;

S - Trocadores de Calor;

TS - Torre de Sntese;

A - Torre de Absoro.

1.5.1 - Purificao e Oxidao do SO2

a- Os gases provenientes dos fornos de ustulao trazem impurezas de: trixido de arsnio, poeiras, etc;

b- Nas cmaras de chumbo, basta uma despulverizao;

c- Os gases com 14% de SO2 vo para os ciclones para uma despulverizao;

d- Passam para os eletrofiltros a quente;

e- Torre de lavagem;

f- Passam para eletrofiltros a frio para precipitao eletrosttica;

g- Passa por uma torre de secagem e trocadores de calor onde adquire a temperatura ideal para a torre de catlise onde h a oxidao.

1.5.2 - Absoro do SO3

- SO3 obtido na torre de catlise enviado a torre de absoro onde absorvido em H2SO4 a 80%;

- Da torre resfriado em serpentinas para em seguida ser armazenado.

1.5.3 - Instalaes Complementares

I- Da torre de ustulao as cinzas so tratadas para reduzir o teor de enxofre(fica abaixo de 0,10%);

II- Da torre de lavagem a gua tratada para reutilizao.

1.5.4 - Principais Matrias-primas para obteno do Enxofre

- Enxofre;

- Pirita(FeS2);

- Sulfeto de zinco(ZnS);

- Sulfato de clcio(CaSO4).

1,5,5 - Reaes que levam a formao do SO2

- S + O2 ( SO2;

- 2FeS2 + 5,5O2 ( Fe2O3 + 4SO2;

- ZnS + 1,5O2 ( ZNO + SO2;

- CaSO4 + 1/2O2 ( CaO + CO2 + SO2.

Na torre de absoro o SO3 reage com a gua produzindo o H2SO4, temperatura de 450 C. Se a temperatura subir para 500 C, o SO3 decompe-se em SO2 e O2.

Para operar entre essas duas temperaturas usa-se um catalisador para acelerar a reao. Se a substncia for slida, ter de ser bem dividida para aumentar a superfcie de contato.

Catalisadores:

- Platina, finamente pulverizada. Desvantagens: alto custo e sensibilidade a impurezas;

Pentxido de vandio(V2O5).

2.0 - HIDRXIDO DE SDIO(NaOH)

2.1 PROPRIEDADES

um produto solvel em gua produzindo grande desprendimento de calor. Reage com os halognios. Ex.:

2NaOH + Cl2(NaCl + NaClO + H2O(Soluo diluda e a frio)

uma base corrosiva, da nome soda custica . Corri o tecido animal e vegetal. Corri at o vidro. No comrcio aparece nas formas de basto e escamas.

A soda custica pura um slido branco quebradio que absorve com rapidez a umidade e o dixido de carbono do ar. vendida a base do teor de Na2O e contm usualmente 76% deste xido ou 98% de Na(OH).

2.2 - APLICAES DA SODA

- Fabricao de sabes;

- Matria-prima de obteno de sais de sdio;

- Reagente para preparao de hidrxidos insolveis;

- Fabricao de papel;

- Como, base forte em laboratrio e na indstria.

2.3 - MTODOS DE OBTENO

a- Caustificao da soda. Faz-se reagir a quente uma soluo de Na2CO3 com cal extinta [Ca(OH)2] em suspenso aquosa.

Na2CO3 + Ca(OH)2(CaCO3 + 2NaOH

b- Eletrlise da Soluo Saturada de NaCl.

Esquema

Purificao da Salmoura

So eliminados da soluo de NaCl: o clcio, o ferro e o magnsio atravs da barrilha e um pouco de soda custica. Isto para a soda ser mais pura e consequentemente diminuir o entupimento do diafragma da clula e elevao de tenso. Em alguns casos removem-se os sulfatos por meio de BaCl2.

A salmoura em seguida estocada e depois aquecida e levada as cubas atravs de um sistema de bia de alimentao destinado a manter um nvel constante no compartimento do nodo. Cada clula usa de 3 a 4,5 V. Por isto so ligadas em srie para aumentar a voltagem de cada grupo.

Clulas de Mercrio: o mtodo de obteno de cloro e soda numa cuba eletroltica com ctodo de mercrio foi descoberto ao mesmo tempo por dois senhores: H. Y. Castner(americano) e K. Kellner(austraco). Na cuba o mercrio a salmoura afluente praticamente decomposta no compartimento chamado eletrolizador entre um nodo(grafite) e um ctodo mvel(Hg), formando cloro gasoso no nodo e amlgama de sdio no ctodo.

Reaes:

- CLULA PRIMRIA

Andica:

2Cl-(aq)(Cl2(aq) + 2e-

Cl2(aq) (Cl2(g)

Catdica:

2Na+(aq) + 2Hg(2NaHg - 2e-

Reao Global: 2Na+(aq) + 2Cl-(aq) + Hg( Cl2(g) + 2NaHg

A temperatura da eletrlise em torno de 65 C e a concentrao do NaCl de 290 g/L.

O amlgama flui continuamente para um segundo compartimento(decomponedor) do amlgama, clula secundria, que se torna um nodo de um ctodo de ferro ou de grafite num eletrlito de soluo de Na(OH). A gua injetada purificada e entra em contracorrente com o amlgama de sdio que forma o H2 e a concentrao do NaOH sobe a 40-50 g/litro

A salmoura esgotada(anlito) perde o cloro e depois de restaurada com sal slido e puro, retorna a clula.

Escolha entre as clulas a diafragma ou a mercrio.

A clula a Hg, produz NaOH de qualidade superior a 50%. A clula a diafragma produz um licor custico diludo(10%) de soda e 15% de sal no

convertido. Entretanto a clula a Hg consome mais 15% de energia por tonelada de produto.

Reaes na Clula Secundria

Andica:

2NaHg(2Na+(aq) + 2Hg + 2e-

Catdica:

2H2O + 2e-(2OH- + H2

Reao Global: 2NaHg + 2H2O(2NaOH + 2Hg + H2

Secagem do Cloro

O cloro que sai do nodo arrasta bastante gua. Inicialmente resfriado para condensar o vapor dgua.

Depois seco num purificador a cido sulfrico. At a torre, o cloro deve ser conduzido em material resistente, como polister, ou cloreto de polivinilo, ou outro anlogo.

Compresso e Liquefao do Cloro

O cloro seco comprimido. O calor de compresso removido e o gs condensado e em seguida estocado. Este cloro usado para fabricao de derivados do cloro, orgnicos ou inorgnicos.

Hidrognio

O hidrognio transformado em outros compostos tais como: HCl, NH3, etc.

Hipoclorito de Clcio(Reao de formao:

Ca(OH)2 + Cl2(CaOCl2 + H2O

Absorve o CO2, dando:

2CaCl(OCl) + CO2 + H2O(CaCl2 + CaCO3 + 2HClO

2HClO(2HCl + O2

Reao em repouso:

2CaCl(OCl)(2CaCl2 + O2

Para o cloro:

Cl2 + H2O(HOCl + HCl

Hipoclorito de Sdio

Cl2 + 2NaOH(NaCl + H2O + NaOCl

Fluxograma para Fabricao de Soda Custica

No reator queima o H2 em presena do

cloro e gua. para formar HCl.

Para o enchimento dos cilindros, usa-se um compressor cujo ar desumidificado para comprimir o cloro e carregar os cilindros.

A barrilha usada no tratamento da salmoura produzida com CO2 proveniente das dornas da destilaria com soda custica.

3.0 CONTROLE DE QUALIDADE

3.1. CIDO SULFURICO

3.1.1 DETERMINAO DA CONCENTRAO

Objetivo

Conhecer o teor de H2SO4 em uma amostra de cido sulfrico, atravs de uma titulao acidimtrica direta.

Aparelhagem

Pipetas de 10ml e de 50ml; pra de borracha; erlenmeyer de 250ml; proveta de graduada de 50ml; bureta de 50ml.

Reagentes

Soluo de NaOH; soluo alcolica de vermelho de metila a 0,1%; cido ntrico 1N; amostra de anlise.

ORDEM DE EXECUO

1. Pipete, atravs de pra de borracha, 10ml da amostra, transfira para um balo volumtrico de 500ml, complete o volume com gua destilada at a marca e homogeneize a soluo.

2. Pipete 50ml da soluo acima ( 1m...