tecnologia quimica

TECNOLOGIA QUIMICA
UNIDAD 1 Industria basada en compuestos inorgánicos
PRODUCCIÓN DE CLORO E
HIDRÓXIDO DE SODIO
• La industria cloro –alcali produce cloro Cl2 e hidróxido de
sodio a partir de la electrólisis de una solución salina de NaCl.
• En la electrólisis, se forma hidrógeno en el cátodo y cloro en el
ánodo
PRODUCCIÓN DE CLORO E
HIDRÓXIDO DE SODIO
• Electrolisis con celda de amalgama de mercurio
• Fue el primer método empleado para producir cloro a escala
industrial.
• Se emplea un cátodo de mercurio y un ánodo de titanio
recubierto de platino u óxido de platino.
PRODUCCIÓN DE CLORO E
HIDRÓXIDO DE SODIO
• Proceso de Diafragma: En este proceso se emplean
disoluciones acuosas de NaCl. Las celdas industriales de
diafragma consisten en un depósito en el cual los ánodos se
montan verticalmente y paralelos unos a otros. Los cátodos se
sitúan entre los ánodos, son planos y de acero, recubiertos
por fibras de asbesto impregnados con resinas flúor-orgánicas.
PRODUCCIÓN DE CLORO E
HIDRÓXIDO DE SODIO
• Proceso de Membrana: En este proceso el cátodo y el ánodo
se encuentran separados por una membrana conductora
iónica que es impermeable al agua, pero es permeable al paso
de iones.
Acido clorhídrico
• Acido Clorhídrico: El Cloruro de Hidrógeno se produce
comercialmente por cualquiera de las siguientes vías:
•
Proceso Hargreaves : Este proceso está en desuso, debido a la
dificultad de lograr Acido concentrado a partir de soluciones
diluidas de gas y al incremento en la mano de obra.
•
Acido clorhídrico
• Proceso Sintético: El Cloruro de Hidrógeno se puede sintetizar
por la combustión de una mezcla controlada de Cloro e
Hidrógeno.
• Cloruro de Hidrógeno como Subproducto: La cloración de
muchos químicos orgánicos genera Cloruro de Hidrógeno
como subproducto.
• R-H + Cl2 → R-Cl + HCl (Reacción 1)
R-Cl + HF → R-F + HCl (Reacción 2)
CARBONATO DE SODIO
• Proceso Leblanc :Fue el primer proceso para obtener
artificialmente carbonato de sodio (sosa).Haciendo reaccionar
sal común (HCl)con ácido sulfúrico (H2SO4) para dar sulfato de
sodio (Na2SO4)(1), que posteriormente se quema con carbón y
piedra caliza para obtener carbonato de sodio (Na2CO3)
CARBONATO DE SODIO
• Proceso Solvay: El proceso Solvay utiliza sal común NaCl y
piedra caliza CaCO3 como materias primas, el amoniaco NH3
también necesario para producir carbonato de sodio no se
considera materia prima, ya que se regenerado y reciclado en
el proceso.
•
• El proceso puede resumirse en la siguiente ecuación:
•
2NaCl + CaCO3 Na2CO3 + CaCl2
HIERRO Y ACERO
• El alto horno : El alto horno es la instalación industrial donde
se transforma o trabaja el mineral de hierro. En general los
altos hornos tienen un diámetro mayor a 8 m y llegan a tener
una altura superior de los 60 m. Están revestidos de
refractario de alta calidad
HIERRO Y ACERO
• Reducción directa del mineral de hierro : Para la producción
del hierro también se puede utilizar el método de reducción
directa, el que emplea agentes reactivos reductores como gas
natural, coque, aceite combustible, monóxido de carbono,
hidrógeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la
merma de hierro y pasarla por un reactor con los agentes
reductores, con lo que algunos elementos no convenientes
para la fusión del hierro son eliminados
HIERRO Y ACERO
• El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de
carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los
mínimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo
es el producto de un proceso conocido como la fusión
primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros
comerciales proceden.
HIERRO Y ACERO
HIERRO Y ACERO
• Otros métodos de refinado del hierro
• Método directo para fabricar hierro y acero a partir del
mineral, sin producir arrabio. En este proceso se mezclan
mineral de hierro y coque en un horno de calcinación rotatorio
y se calientan a una temperatura de unos 950 ºC. El coque
caliente desprende monóxido de carbono, igual que en un alto
horno, y reduce los óxidos del mineral a hierro metálico
HIERRO Y ACERO
• Horno de hogar abierto : Es uno de los hornos más populares
en los procesos de producción del acero.
• Lingote al rojo vivo: El acero se vende en una gran variedad de
formas y tamaños, como varillas, tubos, raíles (rieles) de
ferrocarril o perfiles en H o en T. Estas formas se obtienen en
las instalaciones siderúrgicas laminando los lingotes calientes
o modelándolos de algún otro modo.
HIERRO Y ACERO
• El sistema de colada continua, en cambio, produce una
plancha continua de acero con un espesor inferior a 5 cm, lo
que elimina la necesidad de trenes de desbaste y laminado en
bruto
AMONIACO
• El amoniaco, es uno de los productos intermedios más
importantes de la industria química.
• El NH3 se obtiene exclusivamente por el método denominado
Haber-Bosh (Fritz Haber y Carl Bosh). El proceso consiste en la
reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos,
de acuerdo a la reacción:
•
• 3H (2)+ N (2) 2NH (3 ) +Calor
ACIDO NÍTRICO
• La materia prima para al producción de ácido nítrico
corresponde al amoniaco que se produce en el proceso Haber
– Bosch. El proceso implica tres reacciones:
• Oxidación catalítica de amoníaco en aire
• Oxidación de monóxido de nitrógeno
• Absorción de dióxido de nitrógeno para producir el ácido.
• La reacción global del proceso, es la siguiente:
•
• 1. NH3 (g)+ 2O2 (g)→HNO3(ac)+ H2O(l)
UREA
• La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de
amoníaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2) gaseoso.
La reacción se verifica en 2 pasos. En el primer paso, los
reactivos mencionados forman un producto intermedio
llamado carbamato de amonio y, en la segunda etapa, el
carbamato se deshidrata para formar urea.
ABONOS NITROGENADOS
• Sulfato de amonio. ( NH4)2SO4
• Se obtiene por la reacción del hidróxido de amonio con ácido
sulfúrico
• Nitrato de amonio (NH4)NO3
• Se obtiene a partir del ácido nítrico, usando el proceso
Otsvald
• Nitrato sódico NaNO3
• Se obtiene al reaccionar carbonato de sodio con ácido nítrico
• Nitrato potásico. KNO3
• NaNO3 + KCl KNO3 + NaCl
•
INDUSTRIA DEL AZUFRE
• Método Frasch: inventado en 1891 por el químico
estadounidense Herman Frasch, éste método consiste en la
inyección de agua sobrecalentada o de vapor de agua en las
formaciones que contiene este elemento.
• El azufre también puede extraerse de las piritas por
destilación en retortas de hierro o arcilla refractaria, aunque
con este proceso el azufre obtenido suele contener porciones
de arsénico
ÁCIDO SULFÚRICO
• Cámaras de plomo :El proceso de cámaras de plomo es el más
antiguo de los dos procesos y es utilizado actualmente para
producir gran parte del acido consumido en la fabricación de
fertilizantes. Este método produce un ácido relativamente
diluido (62%-78% H2SO4)
• Proceso de contacto : El proceso se basa en el empleo de un
catalizador para convertir el SO2 en SO3, del que se obtiene
ácido sulfúrico por hidratación
Fósforo y derivados( Vía
seca)
• De la roca fosfórica se obtiene el fósforo elemental, mediante
reducción con coque y en presencia de sílice en hornos
eléctricos a más de 1.300°C, temperatura a la que escapa en
forma de vapor junto con los gases del horno, condensando
en electro filtros y siendo purificado a continuación.
• Cloruros: Tricloruro y pentacloruro por combustión de fósforo
blanco en atmósfera de cloro.
• Óxidos: Pentóxido, por combustión de fósforo blanco en
exceso de aire.
Ácido fosfórico ( Vía
húmeda)
• El producto principal derivado de la roca fosfórica es el ácido
fosfórico, que se produce masivamente por ataque directo de
aquella con otro acido mas fuerte: sulfúrico, clorhídrico o
nítrico, según procesos vía húmeda.
• Ca5(PO4)3F + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 ↓ + HF ↑
Ácido fosfórico ( Vía
húmeda)
• Proceso dihidrato: El proceso convencional consta de tres
secciones principales: el ataque, donde tiene lugar la reacción
sólido-líquido; la filtración, para separar el yeso del acido
producido; y la concentración, en la que se lleva esta al 5254%, con la que se almacena.
Ácido fosfórico ( Vía
húmeda)
• Procesos hemihidrato y anhidrita : La formación del sulfato
cálcico hemihidrato en presencia de ácido débil (del orden del
30% P2O5) obliga a subir la temperatura en el ataque hasta casi
100°C, con graves problemas de corrosión, eliminando el
enfriamiento evaporativo
Ácido fosfórico ( Vía
húmeda)
• Proceso de horno de arco eléctrico : El proceso de horno
eléctrico se basa en el hecho de que la sílice tiene
propiedades de ácido fuerte a temperaturas elevadas. Si una
mezcla de roca fosfórica, sílice y carbón se calienta a
temperatura suficientemente alta, la sílice puede reemplazar
al radical fosfato para formar un silicato de calcio, y el fósforo
elemental puede destilarse de la mezcla reaccionante
FOSFATOS Y FERTILIZANTES
• Fosfatos: Se obtienen por la acción del ácido fosfórico con
diferentes bases
• Fertilizantes fosfatados: En general son productos obtenidos
por acción de ácidos sobre minerales de fósforo (fosfatos),
comprenden tanto a los fosfatos como a las sales derivadas
del ácido empleado.
Fertilizantes sólidos y
líquidos
• Dentro de los abonos minerales sólidos encontramos los
abonos simples (un solo nutriente), compuestos (más de un
nutriente) y blending (mezcla de los anteriores).
•
• Dentro de los abonos minerales líquidos encontramos los
abonos simples y los compuestos.
• Ejemplos:
• KNO3
• (NH2)2CO
• (NH4)2H2PO4
Cloruro de potasio y otros
derivados del potasio
• El cloruro de potasio se encuentra naturalmente como silvita,
y puede extraerse de la silvinita. También puede extraerse de
agua salada y puede producirse por cristalización, por
flotación o por separación electrostática de minerales
apropiados. Es un subproducto de la fabricación de ácido
nítrico a partir de nitrato de potasio y ácido clorhídrico.
• El potasio constituye del orden del 2,4% en peso de la corteza
terrestre siendo el séptimo más abundante. Debido a su
solubilidad es muy difícil obtener el metal puro a partir de sus
minerales
Cloruro de potasio y otros
derivados del potasio
• El potasio metal se usa en células fotoeléctricas.
• El cloruro y el nitrato se emplean como fertilizantes.
• El peróxido de potasio se usa en aparatos de respiración
autónomos de bomberos y mineros.
• El nitrato se usa en la fabricación de pólvora y el cromato y
dicromato en pirotecnia.
• El carbonato potásico se emplea en la fabricación de cristales.
• La aleación NaK, una aleación de sodio y potasio, es un
material empleado para la transferencia de calor.
• Todos los fertilizantes de potasio se fabrican con salmueras o
depósitos subterráneos de potasa. Las formulaciones
principales son cloruro de potasio, sulfato de potasio y nitrato
de potasio.