Presentación del tema - Universidad de Granada

Procesos Químicos Industriales
Ingeniero Químico
Universidad de Granada
Tema 7. Ácido nítrico y
derivados
Dr. Rafael Bailón Moreno
Sumario
Ácido nítrico y derivados
 Producción del ácido nitrico y nitratos.
Ejemplo de Fertiberia
 Fundamentos del proceso Ostwald
 Proceso Ostwald dual

Ácido nítrico y derivados

El ácido nítrico puro es un líquido viscoso, incoloro e inodoro. Distintas impurezas
lo colorean de amarillo-marrón. A temperatura ambiente libera humos rojos o
amarillos

Es un ácido fuerte que concentrado tiene además poder oxidante

Es una materia prima muy importante de la industria:
◦ 1.Como agente nitrante en la fabricación de explosivos: Nitrocelulosa,
trinitrotolueno (TNT), nitroglicerina
◦ 2.En la fabricación de abonos. Nitrato de sodio (Nitrato de Chile), nitrato
potásico, nitrato de calcio (Nitrato de Noruega), nitrato amónico.
◦ 3.El ácido nítrico es empleado, en algunos casos, en procesos de pasivación.
◦ 4.El ácido nítrico es utilizado en grabado artístico (aguafuerte y agua regia) y
también se usa para comprobar el oro y el platino
HNO3
Producción de ácido nítrico y nitratos en España
Año
Cantidad (Tm)
Valor (miles de
€)
Precio unitario
(€/kg)
2011
855.959
11.768
0,062
2010
724.176
9.182
0,057
2009
2.241.631
10.869
0,020
2008
1.691.820
12.365
0,033
2007
1.838.694
9.856
0,024
2006
1.630.500
4.249
0,012
Producción española de ácido nítrico. Fuente: Instituto Nacional de Estadística
Producción instalada
de Fertiberia de ácido
nítrico y nitratos
Productos
Tm/Año
Ácido nítrico (100%)
300.000
Nitratos amónicos
500.000
Solución nitrogenada
10.000
Solución Nitrato Cálcico
10.000
Fertiberia
Web de Fertiberia: www.fertibera.es
2012
Ácido nítrico
y nitratos
Web fábrica de Avilés
Web fábrica de Sagunto
Web fábrica de Puertollano
2011
Producción industrial del ácido
nítrico
1. A partir de nitrato sódico (nitrato de Chile) con ácido sulfúrico. Método
obsoleto por agotamiento de las reservas de nitrato de chile.
2. Proceso directo: A partir de monóxido de nitrógeno mediante reacción
de nitrógeno y oxígeno atmosféricos a >2000 ºC. Se realiza con arco
eléctrico y abandonado por su ineficiencia energética.
3. Método de Ostwald de oxidación de amoniaco procedente de la
hidrólisis de la cianamida cálcica bajo presión. Abandonado a favor
del siguiente proceso.
4. Método de Ostwald de oxidación de amoniaco procedente de la
reacción directa de nitrógeno e hidrógeno según Haber-Bosch
El método de oxidación del amoniaco (realmente su combustión)
fue desarrollado y patentado en 1902 por Wilhelm Ostwald. Es de
los primeros procesos diseñados inicialmente en laboratorio y
llevados luego a nivel industrial usando los fundamentos de la
química y la ingeniería química
Wilhelm Ostwald (1853-1932)
• Ley de Ostwald de la
disociación de los electrolitos.
• Inventor del viscosímetro “de
Ostwald”
Ostwald
Ostwald y Van’t Hoff
• Teoría del color “de Ostwald”
• Nacido en Riga (Letonia, antes Rusia) en
1853 y fallecido en 1932 en Alemania
• Doctrina energética de
carácter filosófico
• Químico
• Uno de los padres de la
catálisis, el equilibrio químico y
la cinética química
• Profesor de universidad. Pedagogo.
• Filósofo
• Promotor del esperanto y posteriormente
del ido.
• Creador del Instituto Internacional para la
Organización del Trabajo Intelectual, primer
centro de documentación científica
• Premio Nobel de Química en 1909
• Inventor de la síntesis del
ácido nítrico a partir de
amoniaco, revolucionando la
química de los fertilizantes y la
agricultura
Esquema del Proceso Ostwald
Aire
Aire
Amoniaco
Combustión
catalítica de
amoniaco
(NO)
Rendimiento: 93-98%
Catalizador: Platino-Rodio
Monopresión: Igual
presión en combustión y en
oxidación: Baja presión
(100-220 kPa), media
presión (230-600 kPa y alta
presión (700-1100 kPa)
Oxidación
(NO2)
Agua
Absorción
en agua
(HNO3)
Ácido nítrico
Gas de cola
Presión dual: Presión
diferente, más alta en
oxidación (900–1400 kPa) y
más baja en combustión
(400-600 kPa)
Combustión catalítica del amoniaco (I)
Reacción principal
Reacciones indeseables
Combustión catalítica del amoniaco (II)
Modelo de absorción de óxidos de
nitrógeno en agua
Masa
gaseosa
Película
gaseosa
Interface
Película
líquida
Masa
líquida
Absorción de óxidos de
nitrógeno y formación de ácido
nítrico
• La formación de ácido nítrico depende
de la concentración de NO y de NO2,
tanto en su forma monómero como
dímera (la suma de las dos se
representa por ÑO2)
• Según la gráfica los mayores
rendimientos se consiguen cuando la
concentración de ÑO2 es unas 8 veces
superior a la concentración de NO
Diagrama de bloques
Diagrama de flujo del proceso dual
Salida vapor de agua alta
presión
Alimentador
de agua
Mezclador de
aire y amoniaco
Evaporador de
amoniaco
Reactor
Salida vapor de
agua baja
presión
Torre de
absorción
Blanqueador
(arrastre gases
nitrosos con
aire)
Compresor de
gases
nitrosos
Producto final
(60%)
Fertilizantes nitrogenados
Los macronutrientes vegetales fundamentales son el N, el P y el K. Los
fertilizantes se comercializan como sustancias puras para aportar algunos
de estos macronutrientes o bien mezclas complejas (abonos complejos
NPK). El nitrógeno puede aportarse además como nitrógeno amónico,
nítrico o uréico o mezclas de ellos.
Abonos NPK
Los abonos complejos NPK se representan mediante un código de 3 números:
NN – PP – KK
NN.- Porcentaje de nitrógeno expresado como átomo de nitrógeno tal cual
PP.- Porcentaje de fósforo expresado como P2O5
KK.- Porcentaje de potasio expresado como K2O
El nitrógeno debe expresarse además como porcentaje de nitrógeno uréico,
amónico y nítrico.
Fisiológicamente los vegetales solo absorben nitrógeno en forma nítrica, por lo
que el nitrógeno nítrico es de absorción muy rápida. Con absorción mas lenta
es el amónico (que pasa mediante bacterias nitrificantes a nítrico), y más lento
todavía es el ureico (la urea, que pasa a amónico y éste a su vez a nítrico)
N ureico -> N amónico -> N nítrico
Compuestos orgánicos nitrogenados
Trinitrotolueno (TNT o trilita)
Nitroglicerina
Nitrato de celulosa (Celuloide – Nitrocelulosa)