UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
INGENIERÍA QUÍMICA
CINÉTICA
REPORTE SOBRE LA PRODUCCIÓN
DE ÁCIDO NÍTRICO
NOMBRE DEL ALUMNO:
JOSUE DAVID VALERIO MORENO
NOMBRE DE LOS PROFESORES:
DRA. MARÍA GUADALUPE CÁRDENAS GALINDO
DR. JORGE GUILLERMO HUERTA MUÑOZ
FECHA DE ENTREGA: 05/02/2025
PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO (II)
En el presente reporte se hablará acerca del proceso para la producción de ácido
nítrico el cual tiene aplicaciones en colorantes, fertilizantes, farmacéutica y en
explosivos. Uno de los principales procesos para producir este compuesto es el
método Oswald u oxidación de amoniaco
Para poder obtener ácido nítrico se requieren las siguientes etapas:
Oxidación del amoniaco
anhidrido con aire a óxido
nítrico
Oxidación del ácido
nítrico para formar óxido
de nitrógeno
Absorción en agua del
nitrógeno dióxido para
generar la disolución de
ácido nítrico
OXIDACIÓN CATALÍTICA DEL AMONIACO
4𝑁𝐻3 + 5𝑂2 → 4𝑁𝑂 + 6𝐻2 𝑂
En un reactor catalítico se hace reaccionar una mezcla de amoniaco y aire, el cual
esta enriquecido en oxígeno, lo cual no permite obtener el óxido nítrico.
Antes de llegar a la reacción en el reactor catalítico se necesita de ciertas etapas de
proceso:
AIRE
Filtración
POTENCIA
Compresión
CALOR
E
Calentamiento
Evaporación
AMONIACO
Filtración
B
Filtración
A
C
Mezclado
Reactor
Catalítico
D
ETAPAS: A+B→C
•
Cuando el amoniaco es vaporizado y filtrado se une a la corriente de aire la cual ha
sido filtrada y comprimida anteriormente en la que se aprovecho la potencia que se
genero en la turbina de gas y vapor
ETAPA D
•
•
•
Si la mezcla amoniaco/aire tiene un 10.2% de amoniaco se adiciona un catalizador el
cual da lugar a una reacción rápida de aproximadamente 60.000-600.00 ℎ−1
Debido a que se tiene un ∆H < 0 se produce una reacción exotérmica de -226 kJ/mol,
siguiendo el principio de Le Chatelier el equilibrio se desplaza hacia los reactivos
reduciendo la conversión de 𝑁𝑂
En esta etapa existen reacciones que pueden generarse en la oxidación del amoniaco
para esto se muestra la siguiente tabla en donde se mencionan con sus respectivas
entalpias, datos obtenidos a 1 bar de presión y 900ºC, dichas entalpias están
expresadas por mol de 𝑁𝐻3 a excepción de las reacciones 7 (por mol de NO) 9 y 10
(por mol de 𝑁2 𝑂)
Ilustración 2: Reacciones que pueden generarse en la oxidación del
amoniaco y sus respectivas entalpias de reacción
La absorción del 𝑁𝐻3 y 𝑂2 varía en función de la temperatura, para esto se tiene que al
trabajar con temperaturas bajas se tiene una mayor adsorción del nitrógeno, en cambio, a
temperaturas altas se incrementa la adsorción en las moléculas de oxigeno obteniendo
mayor producto de NO.
Ilustración 3: Actividad de la reacción hacia N2 y NO en función de la temperatura
USO DE CATALIZADOR
Catalizada por platino a 800ºC
Se usa platino porque reduce la energía de activación generando así una velocidad alta,
además de que facilita la adsorción del amoniaco y el oxigeno en su superficie lo que
promueve la reacción para la formación de óxido nítrico.
El platino se usa en forma de mallas finas de platino-rodio la cual permite una mayor área
superficial, lo que aumenta el contacto entre los gases reactivos y el catalizador.
Ilustración 4: Proceso esquemático de la reacción de oxidación del amoniaco sobre la superficie catalítica
La adsorción del amoniaco es seguida por su deshidrogenación por medio del oxígeno
adsorbido, en otra etapa los átomos de nitrógeno adsorbidos pueden dar a 𝑁2 o NO
OXIDACIÓN DEL ÓXIDO NÍTRICO
2𝑁𝑂(𝑔) + 𝑂2 (𝑔) → 2𝑁𝑂2 (𝑔)
Esta reacción homogénea es altamente dependiente de la temperatura y presión del proceso.
Opera a bajas temperaturas y altas presiones, obteniendo una producción de 𝑁𝑂2 en un
tiempo de reacción mínimo.
Reactor
Catalítico
E
INTERCAMBIADOR
DE CALOR
G
Vapor
sobrecalentado
Turbina de vapor
Potencia
Gas caliente
INTERCAMBIADOR
DE CALOR
Agente reductor
Agua fria
CONDENSADOR
Disminución
NO
Agua procesada
Agua fría
ABSORCION
PRODUCTO DE
ACIDO NITRICO
Expansor
potencia
atmosfera
ETAPA E (TREN DE INTERCAMBIADORES DE CALOR)
El gas que sale del reactor de la oxidación del amoniaco se enfría unos 150-200 ºC, el calor
generado se usa en la producción de vapor que posterior se convierte en potencia eléctrica
en una turbina, así mismo para calentar el aire de entrada en la oxidación del amoniaco y
también aumentar la temperatura de los gases salientes del absorbedor.
ETAPA F (CONDENSADO)
•
•
•
•
Se alcanzan temperaturas de 40-50 ºC
Hay una conversión del 50% del monóxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno, el
cual está en equilibrio con su dinero 𝑁2 𝑂2 sin presencia de catalizadores
El calor de combustión de la reacción es de -56 kJ/mol
En la parte de condiciones frías el agua que se forma en la oxidación del amoniaco es
condensada y absorbe algo del dióxido de nitrógeno para formar ácido nítrico, la
corriente de salida se alimenta a la torre de adsorción.
ABSORCIÓN DEL DIÓXIDO DE NITRÓGENO
3𝑁𝑂2(𝑔) + 𝐻2 𝑂(𝑙) → 2𝐻𝑁𝑂3(𝑔) + 𝑁𝑂𝑔
La reacción de oxidación ocurre entre los platos
de la columna mientras que la reacción de
absorción tiene lugar en los platos
Se obtiene una corriente de la disolución
acuosa por fondo de la columna con un 55-65%
de ácido nítrico el cual su concentración varia
entre el 30% y 68% (esto por el azeótropo que
forma con el agua)
La temperatura se mantiene baja (50ºC) y
presión elevada (9-10 atm) esto para maximizar
el rendimiento
La absorción del nitrógeno dióxido en afua para
formar ácido nítrico cuenta con un rendimiento
del 99.9% dejando así un rendimiento global del
95% a partir del amoniaco
Se consumen 300kg de amoniaco por tonelada
de ácido nítrico
La concentración de ácido a la salida depende de la presión, temperatura, numero de etapas
de absorción y la concentración de óxido nítrico en la entrada del absorbedor.
En la torre se usan platos perforados o burbujeadores que optimizan la eficiencia del
proceso. La separación entre los platos aumenta conforme se asciende en el absorbedor.
Varias bandejas tienen serpentines de enfriamiento internos para controlar la temperatura, ya
que la reacción genera algo de calor. La parte de absorción puede estar compuesta por una o
más columna
CORRIENTE G
•
•
•
•
La solución ácida que sale de la sección de absorción contiene una alta
concentración de óxidos de nitrógeno disueltos. Para eliminar estos óxidos, la
solución se dirige a una torre de blanqueo, donde se pone en contacto con un flujo de
aire que circula en sentido contrario.
El aire y los óxidos de nitrógeno que se han eliminado se unen a los gases de salida de
la sección de enfriamiento y se reciclan a la sección de absorción.
El gas que sale de la sección de absorción se envía a un separador de arrastre para
eliminar las nieblas ácidas. Luego, el gas se recalienta utilizando el calor generado
por la oxidación del amoníaco, hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente
200°C.
Finalmente, el gas (con una concentración reducida de óxidos de nitrógeno) se
expande en una turbina, lo que permite aprovechar la energía generada para
accionar el compresor.
CONCLUSIÓN:
La producción de ácido nítrico mediante el método Ostwald es un proceso industrial
complejo que involucra la oxidación del amoníaco en presencia de un catalizador, seguida de
la absorción del óxido nítrico en agua y la posterior reacción con el oxígeno. La eficiencia y la
productividad de este proceso dependen de una serie de variables clave, como la
temperatura, la presión, la concentración de los reactivos y la velocidad de reacción.
La temperatura es una variable crítica en el proceso Ostwald, ya que influye directamente en
la velocidad de reacción y la selectividad hacia la formación de ácido nítrico. La temperatura
óptima para la reacción es alrededor de 800-900°C
La presión también es una variable importante en el proceso Ostwald, ya que influye en la
solubilidad del óxido nítrico en agua y la velocidad de reacción. A presiones más altas se
puede producir una mayor cantidad de ácido nítrico, pero también se puede aumentar la
formación de óxidos de nitrógeno indeseados.
BIBLIOGRAFÍA
Gascue, I. (2013). PRODUCCION DE ACIDO NITRICO (II). INGENIERIA QUIMICA.NET.
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