indústrias do Ácido sulfúrico

8/3/2019 Indstrias do cido Sulfrico

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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARANDEPARTAMENTO ACADMICO DE QUMICA E BIOLOGIA

BACHARELADO EM QUMICA TECNOLGICA COM NFASE EM AMBIENTAL /LICENCIATURA EM QUMICA

CAMILA FERNANDA PADILHAFILIPE LEONARDO DOS SANTOS LEITZKE

INDSTRIA DO CIDO SULFRICO

RELATRIO ACADMICO

CURITIBA2010


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CAMILA FERNANDA PADILHAFILIPE LEONARDO DOS SANTOS LEITZKE

INDSTRIA DO CIDO SULFRICO

CURITIBA2010

Relatrio acadmico apresentado a

disciplina de Processos Industriais A do

curso de Bacharelado em Qumica

Tecnolgica / Licenciatura em Qumica

da Universidade Tecnolgica Federal do

Paran - UTFPR para obteno de

nota parcial.
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1 INTRODUO

O enxofre uma das matrias-primas bsicas mais importantes nas indstrias

qumicas (SHREVE; BRINK JR., 1977, p 261). Sendo que esse calcognio o 16elemento mais abundante e constitui 0,034% em peso da crosta terrestre, ele ocorre

principalmente na forma combinada, ou seja, na forma dos diversos minrios do grupo

dos sulfetos e como sulfatos (LEE, 1999, p. 268).

O enxofre elementar um slido amarelo, inspido, quase inodoro, insolvel,

que tem carter de ametal. As duas formas cristalinas mais comuns do enxofre so o

enxofre monoclnico e o enxofre rmbico (ATKINS; JONES, 2006, p. 675). As

propriedades do enxofre, comparadas aos demais compostos do grupo, podem serobservadas na tabela 1.

Tabela 1: Propriedades selecionadas dos elementosO S Se Te Po

Raio covalente/PM 74 104 117 137 140Raio Inico/PM 140 184 198 221Primeira energia de ionizao/(kJ mol-1) 1310 1000 941 870 812Ponto de fuso/C 218 113 217 450 254Ponto de ebulio/C 183 445 685 990 960

Eletronegatividade de Pauling 3,5 2,5 2,4 2,1 2,0Afinidade eletrnica1/(kJ mol-1)

141-844

200-532 195 190 183

Autoria: ATKINS; SHRIVER, 2008, p. 399

Os valores referentes s propriedades fsicas da tabela 1 devem-se

principalmente ao carter metlico, que aumenta ao descermos no grupo e, tambm,

devido a eletronegatividade que tem uma grande influncia nas propriedades qumicas

dos elementos. A configurao eletrnica, ns2np4, tambm, influenciam na propriedades

dos compostos (ATKINS; SHRIVER, 2008). O aspecto mais marcante do enxofre que

ele forma compostos estveis com nmeros de oxidao entre 2 e + 6 (ATKINS;

SHRIVER, 2008, p. 398).

A mais importante aplicao do enxofre na fabricao de cido sulfrico

(SHREVE; BRINK JR., 1977, p 261). O cido sulfrico, H2SO4, um cido forte,

1 O primeiro valor para X(g) + e- X-(g) e o segundo valor para X-(g) + e- X-2(g)


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dibsico e, alm disso, um agente oxidante e desidratante, por exemplo, na

preparao de teres; ele pode desidratar alguns compostos orgnicos de forma to

eficientes que provoca a sua carbonizao (LEE, 1999).

O cido sulfrico puro funde a 10,5 C, formando um lquido viscoso. Apresentafortes ligaes de hidrognio, e na ausncia de gua no reage com metais para

produzir H2. Muitos metais reduzem o H2SO4 (S +VI) a SO4( S +IV), especialmente a

quente Quando o cido sulfrico puro aquecido, h liberao de pequenas

quantidades de SO3, at ocorrer a formao de uma mistura azeotrpica de 98,3% de

H2SO4 e 1,7% de gua. Essa mistura tem P.E.=338 C. Em solues aquosas diludas,

o H2SO4 atua como um cido forte, sendo que o primeiro prton dissocia prontamente

formando o on hidrogenossulfato, HSO4-

, j o segundo prton se dissocia com menorfacilidade, formando o on sulfato, SO4-2. (LEE, 1999).

O incio da histria da fabricao do cido sulfrico desconhecida, porm ela

mencionada, pelo menos, desde o sculo 10. No sculo XV, Valentinus, preparou o

cido pela queima do salitre com o enxofre; j em 1754, Roebuck de Birmingham,

introduziu a cmara de chumbo. No nicio do sculo XIX comearam a usar as

operaes contnuas, sendo que em 1827, foi adicionado ao processo a torre de Gay-

Lussac para a recuperao de xidos de nitrognio e em 1859, foi complementada com

a torre de Glover, pois esta usa o mtodo de desnitrificao, sem diluio do cido

nitroso da torre de Gay- Lussac. Ento, at hoje as duas torres fazem parte do

equipamento padro de todos os processos a cmaras de chumbo (SHREVE; BRINK

JR., 1977, p 264).


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2 DISCUSSO

2.1 ASPECTOS AMBIENTAIS

O gs dixido de enxofre (SO2) um dos principais poluentes atmosfricos que

afeta a vida do homem. Sua presena na atmosfera resulta em danos aos vegetais,

aos corpos de guas superficiais, aos bens artsticos e arquitetnicos e sade dos

seres vivos. A principal fonte de emisso desse gs para a atmosfera a combusto de

materiais que contenham enxofre na sua composio. Na maioria das vezes, o enxofre

est presente no material como contaminante e sua eliminao economicamenteinvivel, j que envolveria gastos proibitivos que elevariam o preo do produto final. o

caso do enxofre presente nos combustveis fsseis (CARDOSO; FRANCO, 2002).

O dixido de enxofre o responsvel pelo maior aumento na acidez da chuva.

Este produzido diretamente como subproduto da queima de combustveis fsseis

como a gasolina, carvo e leo diesel. O leo diesel e o carvo so muito impuros, e

contm grandes quantidades de enxofre em sua composio, sendo responsveis por

uma grande parcela da emisso de SO2 para a atmosfera. Atualmente no Brasil, a

Petrobrs tem investido muito na purificao do diesel a fim de diminuir drasticamente

as impurezas que contm enxofre (POLUIO ATMOSFRIA E CHUVA CIDA).

O SO2 reage com a gua formando o cido sulfuroso:

SO2 (g) + H2O (l) H2SO3 (aq)

H2SO3 (aq) H+

(aq) + HSO3-

(aq)

O dixido de enxofre tambm pode sofrer oxidao na atmosfera e formar otrixido de enxofre (SO3), que por sua vez, em contato com a gua da chuva ir formar

o cido sulfrico (H2SO4), que um cido forte.

SO2 (g) + O2 (g) SO3 (g)

SO3 (g) + H2O (l) H2SO4 (aq)


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H2SO4 (aq) 2H+(aq) + SO4

2-(aq)

A gua de um lago em condies naturais tem o pH em torno de 6,5 7,0,

podendo manter uma grande variedade de peixes, plantas e insetos, alm de manteranimais e aves que vivem no seu entorno e se alimentam no lago. O excesso de acidez

na chuva pode provocar a acidificao de lagos, principalmente aqueles de pequeno

porte. O pH em torno de 5,5 j pode matar larvas, pequenas algas e insetos,

prejudicando tambm os animais que dependem desses organismos para se alimentar.

No caso do pH da gua chegar a 4,0 4,5, j pode ocorrer a intoxicao da maioria das

espcies de peixes e lev-los at a morte (POLUIO ATMOSFRIA E CHUVA

CIDA).O solo tambm pode ser acidificado pela chuva, porm alguns tipos de solo so

capazes de neutralizar pelo menos parcialmente a acidez da chuva por causa da

presena de calcrio e cal (CaCO3 e CaO) natural. Os solos que no tm calcrio so

mais suscetveis acidificao. A neutralizao natural da gua de chuva pelo solo

minimiza o impacto da gua que atinge os lagos pelas suas encostas (lixiviao). Uma

chuva cida provoca um maior arreste de metais pesados do solo para lagos e rios,

podendo intoxicar a vida aqutica.

Um outro fator muito importante sobre a emisso de SO2 a formao de

cidos no corpo humano, a medida que respiramos. Este cido pode provocar

problemas como coriza, irritao na garganta e olhos e at afetar o pulmo de forma

irreversvel. No ano de 1952, na cidade de Londres, aproximadamente 4000 pessoas

morreram em poucos dias como conseqncia da alta emisso de SO2 na atmosfera,

proveniente da queima do carvo nas casas e nas indstrias naquela regio.

Normalmente esses gases eram dispersos para camadas mais elevadas na atmosfera,

mas na poca houve um fenmeno metereolgico (inverso trmica) que causou umresfriamento sbito da atmosfera impedindo a disperso dos gases. Hoje em dia a

cidade de Londres tem uma atmosfera muito menos contaminada por SO 2, e, portanto

um desastre de propores to grandes como as de 1952 muito improvvel de

ocorrer (POLUIO ATMOSFRIA E CHUVA CIDA).


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2.2 FABRICAO

2.2.1 Processo de Contato

O fluxograma tpico de uma fbrica de cido sulfrico pelo processo de contato

mostrada na figura 1.

Figura 1: Fluxograma tpico de uma fabrica de cido sulfrico pelo processo de contato.Fonte: SHREVE; BRINK JR., 1977, p 268

As etapas do fluxograma pode ser dividido em: transporte do enxofre para a

usina (Op), fuso do enxonfre, quando no recebido fundido (Op), e frequentemente

filtrao do enxofre fundido para remover traos de cinzas, bombeamento e atomizao

do enxofre (Op), secagem do ar de combusto (Cq), queimado enxofre (Cq),

recuperao do calor do SO2 gasoso quente e resfriamento do gs (Op), purificao do

SO2 gasoso quente e resfriamento do gs (Op), purificao do SO2 gasosopor filtrao

a quente (Op), oxidao do SO2 a SO3 em conversores (Cq), controle da temperatura

com transferncia de calor para assegurar elevados rendimentos em SO 3 (Op),

absoro do SO3 em cido concentrado, a 98,5 99 % (Cq), resfriamentodo cido dos

absorevedores (Op) e bombeamento do cido para o topo das torres de absoro (Op);

nesse caso Op representa as operaes de operao unitrias, enquanto Cq

representa processo unitrio ou converso qumica (SHREVE; BRINK JR., 1977, p

267).


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As reaes presentes nesse processo so:

S (g) + O2(g) SO2 (g)

SO2 (g) + O2(g) SO3 (g)

A oxidao do SO2 nos conversores de uma usina de contato um bom

exemplo entre as inmeras aplicaes industriais dos princpios da fsico-qumica [...], a

converso do SO2 a SO3 uma reao exotrmica reversvel (SHREVE; BRINK JR.,

1977, p 270) portanto, atravs da remoo de uma parcela do SO3, a maior quantidade

de SO2 ser convertida, para dessa forma restabelecer o equilbrio.

Os catalisadores do processo so por terras diatomcias impregnadas commais de 7% de V2O5; em alguns casos usa-se dois tipos de conversores, sendo um

menos ativo, porm mais resistente, na primeiro parte do conversoor, e outro mais

ativo, porm mais frgil (SHREVE; BRINK JR., 1977).

As diversas variedades de equipamento empregado so os queimadores,

tambm tem o tratamento do gs do queimador, o SO2 gasoso do queimador para o

processo de contato pode conter, alm de poeira, do dixido de carbono, do nitrognio

e do oxignio, impurezas, como o cloro, o arsnio e o flor. Tambm quando se

queimam sulfetos, necessrio acrescentar coletores eficientes de poeira, resfriadores

e torres de depurao, alm de precipitadores da nvoa cida. Nos trocadores de calor

e resfriamento, antes de os gases serem conduzidos ao primeiro estgio do conversor,

a temperatura ajutada ao mnimo, em que o catalisador elevado substancialmente a

velocidade da reao. J nos conservadores, a converso qumica SO2 a SO3, visa a

mxima a taxa de converso. E os absorvedores de trixido de enxofre realizada com

o cido sulfrico com a concentrao entre 98,5% e 99% o agente mais eficiente para

a absoro do SO3.

2.2.2 Catlise Molhada

O processo de cido sulfrico a mido, tambm conhecido como processo de

cido sulfrico por catlise molhada, do ingls WSA, ou seja, Wet Sulfuric Acid. Tal


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processo na atualidade um dos processos chave de dessulfurizao no mercado de

produo de combustveis a partir de petrleo, como por exemplo, gs natural e gs de

sntese (WET GAS SULPHURIC ACID PRODUCTION). A companhia dinamarquesa de

catalisadores Haldor Topsoe foi quem introduziu e patenteou tal tecnologia no final de1980, sendo que tem sido reconhecido como um processo eficiente para a recuperao

de enxofre de gases, sendo que esse composto recuperado na forma de cido

sulfrico de qualidade comercial, e de diferentes processos; com produo simultnea

de vapor de alta presso. O processo de catlise molhada aplicado em todos os

setores onde a remoo de enxofre um problema.

O processo de catlise molhada especialmente adequado para o

processamento de um ou mais fluxos contendo enxofre, tais como: gs H2S de unidadede tratamento de gs com aminas; gs produto do processo Rectisol; gases de

processos metalrgicos; produo de cido sulfrico; cido gasto, exaurido de

alquilao; gs final do processo Claus; gs de resduo de coque de petrleo pesado ou

de instalaes com caldeiras; gs de exausto de removedor de gua cida e gases de

combusto de caldeiras de vrios processos dessulfurizao de gases de combusto

SNOX (WET GAS SULPHURIC ACID PRODUCTION).

O fluxograma do processo demonstrado na figura 2:

Figura 1: Fluxograma tpico de uma fabrica de cido sulfrico pelo processo de catlise molhada.

Fonte: QUIUMENTO, Francisco, 2011

As principais reaes envolvidas no processo so: combusto (H2S + O2

H2O + SO2), oxidao (SO2 + O2 SO3), hidratao (SO3 + H2O H2SO4 (g)) e

condensao (H2SO4 (g) H2SO4 (l)).


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3 CONCLUSO

A importncia do cido sulfrico to grande que freqentemente se observa

que o consumo per capita do cido sulfrico consiste em um ndice de desenvolvimentotcnico de um pas, podendo dessa maneira representar pases ricos. Alm disso, o

cido participa de inmeras indstrias, embora seja pouco freqente no material

acabado. Os processos de produo desse cido sofreu muitos avanos, no decorrer

da histria do processo de produo, isso com o objetivo de aumentar a produo de

cido sulfrico. O processo possui diversas etapas, sendo que tem tanto processos

unitrios e operaes unitrias. Apesar de ser uma das substncias mais usadas e mais

importantes nas indstrias o cido sulfrico pode trazer diversos problemas ambientaisde poluio da gua, solo e ar, acarretando prejuzos.


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4 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princpios de qumica: Questionando a vida moderna

e o meio ambiente. 3 ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.ATKINS, P. W; SHRIVER, D. F. Qumica inorgnica. 4. ed. Porto Alegre: Bookman,2008.

CARDOSO, Arnaldo A., FRANCO, Alexandre. Algumas reaes do enxofre deimportncia ambiental. QNESC- Qumica Nova na Escola. n. 15. Maio, 2002.

QUIUMENTO, Francisco. cido Sulfrico Produo: Como obtido o mais tildos produtos qumicos [internet]. Verso 45. Knol. 2011 set 17. Disponvel em:. Acesso 01 de outubro de 2011.LEE, John D. Qumica inorgnica no to concisa. So Paulo: Edgard Bcher, 1999.

POLUIO ATMOSFRIA E CHUVA CIDA. Disponvel em: Acesso em 01 de Outubro de2011

SHREVE, R. Norris; BRINK JR., Joseph A. Indstrias de processos qumicos. 4. ed.Rio de Janeiro, RJ: Guanabara Koogan, 1997.

WET GAS SULPHURIC ACID PRODUCTION. Disponvel em. Acesso em 01de Outubro de 2011

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