UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Sección de Procesos y Tecnología

PROCESOS INDUSTRIALES INORGÁNICOS (PII)

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL ÁCIDO CLORÍDRICO

EQUIPO INVESTIGADOR DE TRABAJO:

Nº Apellidos y nombres CT CE CR NP

1 BARRIGA LEYTON LESLIE

2 SABINO GRAUS KATHERYNE

3 VASQUEZ BAYONA MARQUINHO

EVALUADO POR: Dr. PEDRO QUIÑONES PAREDES

22 Abril del 2016

1. RRNN INORGÁNICOS POTENCIALES DE EXPLOTACIÓN

Potencialidades de ExplotaciónPrincipales yacimientos mundo

Alemania, Gran Bretaña, España, Suiza, Portugal, Noruega,Grecia, Argentina, Chile, EEUU, Sudáfrica, Australia.

En Perú, Oquendo y Paramonga. QUIMPAC S.A. es el único productor de ácido clorhídrico.

El cloruro de potasio (KCl) en su estado puro es inodoro. Se presenta naturalmente como el mineral silvita y en combinación con cloruro de sodio como silvinita. K=60.8% y Cl=46%

El potasio es vital para el cuerpo humano y si bien se encuentra en una enorme cantidad de vegetales usuales en la cocina.

La mayoría del Cloruro de Potasio producido es utilizado en la fabricación de fertilizante, ya que el crecimiento de muchas plantas es limitado por el consumo de potasio.

El ácido sulfúrico (H 2 SO4) es más pesado que el agua e incoloro. Es la sustancia más importante de la industria química mundial. H=2.04%, S=32.65% y O=65.31%

Es un líquido altamente corrosivo a temperatura ambiente, particularmente en concentraciones bajo 77,67%, corroe los metales, con excepción del oro, iridio y rodio, dando lugar al desprendimiento de hidrógeno.Las aplicaciones importantes se encuentran en la refinación del petróleo, extracción de metales no ferrosos, detergentes, plásticos y fibras.

2. DEFINICIÓN OPERACIONAL DEL PROCESO EN ESTUDIOLa obtención industrial de HCl es un proceso en el cual se obtiene cloruro de hidrogeno, gas que posteriormente se disuelve en agua hasta 38 g/100 mL aunque a baja temperatura se pueden formar cristales de HCl·H2O con un contenido del 68% de HCl.

3. PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS, TERMODINÁMICAS Y AMBIENTALES DE KCL

Es un cristal blanco pequeño, inodoro.

Peso molecular: 74,5513 g/mo

Composición: Contenido de K2O: 60 a 63% Contenido de Cl- : 45 a 47%

Brillo y color: Blanco cristalino

Densidad: 1,984 g/cm3

Solubilidad: 34,4 g/100 cm3 agua 0,4 g/100 cm3 etanol

Punto de ebullición: 1770 K (1497 °C)

Punto de fusión: 1049 K (776 °C)

Pureza: 96,4 %

Propiedades física, químicas, térmicas y ambientales del HCl

- Es un gas incoloro de olor picante, corrosivo, fumante al aire - Peso Molecular: 36,46094 g/mol

- ρ= 1,19 g/cm3

.- Punto de fusión: -26 °C (38%) -Punto de congelación: -34 a -15 °C - Punto de ebullición:48 °C (38%)- Presión de vapor: 28.000 PA (38%)Con agentes oxidantes como peróxido de hidrógeno, ácido selénico y pentóxido de vanadio, genera cloro, ΔH líquido: -34900 cal /mol

4. DESCRIPCIÓN DE LOS MÉTODOS DE OBTENCIÓN DEL HCL

Se reconocen alrededor de 50 procesos industriales que tienen como subproducto al ácido clorhídrico y alrededor de 110 que lo requieren como materia prima.

1. Por cloración de hidrocarburos y la producción de cloroflurocarbonados: En estos procesos, la concentración final de HCl está por debajo de su valor azeotrópico y suele contener cantidades considerables de contaminantes orgánicos.

𝑅𝐻 + Cl2 → 𝑅𝐶𝑙 + 𝐻𝐶𝑙𝑅𝐶𝑙 + 𝐻𝐹 → 𝑅𝐹 + 𝐻𝐶𝑙Ejemplo:

C6 H6+ Cl2→ C6 H5+HCl

2. Proceso Mannheim: Método a explicar

3. Método sintético de Roberts:

En ausencia de catalizador , la formación de HCl sólo empieza a ser apreciable a partir de los 200°C (La reacción es exotérmica)

H 2(g) + Cl2(g) → 2 HCl

El producto posee tanto alta concentración como alta pureza; por este procedimiento sin mayor purificación se llega hasta 98% de pureza y luego de los tratamientos de purificación a 99,7%.

4. Incineración o pirolisis de compuestos orgánicos clorados:

C4 H 6Cl2+5O2 → 4CO2 + 2H 2O+ 2HCl

5. DESCRIPCIÓN DE PROCESO PRINCIPAL, ENTRADA, PROCESO Y PRODUCTO

2. Método de Método de Mannheim , 1940.

A. PRIMERA ETAPA : Producción del KHSO 4

a. 2 KHSO4 K 2 S O 4(s ) + H 2 S O4 (l) (Reacción directa, generando un mol de ácido sulfúrico y una de sulfato de potasio).

b. KCl + H 2 S O4 KH S O4 + HCl (Cristalización reactiva, El HCl producido que se encuentra en solución (antisolvente – agua).

PROCESO DE CRISTALIZACIÓNLa cristalización es un proceso químico por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. La cristalización se emplea con bastante frecuencia en Química para purificar una sustancia sólida. Ej:

CRISTALIZACIÓN

2 KHS O4 K 2 S O4(s ) + H 2 SO4 (l)

6. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL HCl

Método de Mannheim

7. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL MÉTODO DE CONTACTO

8. MODELOS Y/O REACCIONES QUÍMICASEn la década de 1940, se implementó en Alemania el proceso “Mannheim” cuya reacción se muestra en la ecuación.

2 KCl+H 2 S O4 → K 2 S O4+2 HCl

Este proceso se caracteriza por requerir de altas temperaturas (~500°C).En la actualidad es poco usado, reportándose solo algunas plantas en China.

9. REACCIONES QUÍMICAS SECUNDARIAS

La producción de K2 S O4 y HCl de forma conjunta es poco usual, teniendo solo como ejemplo el ya mencionado proceso “Mannheim”. Se han propuesto varios procesos para purificar las fuentes inorgánicas con alto contenido de KCl mediante la reacción con ácido sulfúrico para obtener directamente el sulfato de potasio.

En un proceso que involucra ,secuencialmente un reactor y un evaporador. Aburri (2003) propuso un proceso basándose en disoluciones de las sales de potasio que se van formando a lo largo de un proceso continuo. La separación de esas sales se da por diferencia en los puntos de solubilidad.

Este proceso utiliza múltiples etapas intermedias de cristalización y propone la obtención paulatina de sulfato de potasio a medida que éste se separa del resto de la mezcla por ser menos miscible.

Los dos reciclos tienen presencia de KHS O4 y K2 S O4, producto directo de las reacciones mostradas en las ecuaciones:

KCl+H 2 SO4 → KH SO4+2 HCl

2 KH SO4→ K2 SO4+H 2 SO4

Según la segunda reacción, se genera un mol de ácido sulfúrico y una de sulfato de potasio en solución. Parte del sulfato de potasio se cristaliza. Al ácido sulfúrico estequiométrico alimentado al reactor debe restársele el ácido que produce el KHS O4 recirculado.

El agua perdida en el evaporador, para extraer la mezcla en el punto azeotrópico, se repone en el cristalizador. La diferencia de solubilidades hace que se separe parte del K2 SO 4 producido.

10. CONDICIONES OPERATIVES: T, P, H, CATALIZADOR, % RENDIMIENTO

Este proceso se caracteriza por requerir de altas temperaturas (500°C). La diferencia de solubilidades hace que se separe parte del K2 SO4,

producido. La concentración del intermediario sulfato ácido de potasio es imperceptible

generando, de manera simultánea, los productos buscados. La planta de producción contará con dos zonas principales: una de reacción

y una de separación. La zona reactiva tiene en cuenta las unidades de adecuación de los

reactivos como tanques de disolución, y reactores donde se da la transformación química.

El área de separación se divide en dos secciones: la primera, aparta los sólidos de la corriente global de salida.

Proceso de producción simultanea de sulfato de potasio y ácido clorhídrico en el reactor, y la segunda, retira y adecua el ácido clorhídrico como producto por medio de la destilación.

11. MECANISMO DE REACCIÓN

A. INICIACIÓN

1. H 2 SO4 → 2 H+¿+SO43−¿ ¿¿

B. PROPAGACIÓN

2. H+¿+KCl→ K +¿+HCl¿ ¿

3. K+¿+H 2 SO4 → KH SO 4+H+¿¿ ¿

4. SO42−¿+KCl → KSO4

−¿+Cl−¿¿¿ ¿

5. Cl−¿+H 2 SO4 → HCl+HSO4−¿¿ ¿

C.FINALIZACIÓN

6. K+¿+KSO4−¿ →K 2SO4 ¿¿

7. H+¿+KSO4−¿→ H 2SO4 ¿ ¿

8. Cl−¿+H+¿→ HCl¿¿

12. CINÉTICA Y TERMODINÁMICA DE LA REACCIÓN PRINCIPAL13. TECNOLOGÍA DE PURIFICACIÓN DEL PRODUCTO A OBTENER

Procedimiento para la purificación de acido clorhídrico gaseoso, especialmente por síntesis de ácidos cloro acéticos por cloración de acido acético en presencia de anhídrido acético o de cloruro de acetilo y que genera como subproducto una corriente gaseosa de acido clorhídrico bruto, comprendiendo el perfeccionamiento.

La puesta en contacto de corriente gaseosa con carbón activo hasta desaparición del cloro que esta contenida en la misma.

La separación de la corriente obtenida por medio de al menos una compresión y de una refrigeración del acido clorhídrico puro y de otros productos.

El reciclado de los otros productos hasta el reactor de síntesis de ácidos cloro acéticos.

14. IMPACTO AMBIENTALEl Acido Clorhídrico si se vierte al agua, reduce el pH de la misma. Si el vertido es de pequeñas cantidades, estas se diluyen y se neutralizan mediante la reacción con las sustancias básicas presentes en las aguas naturales y el suelo. Si se vierte una gran cantidad o si hubiera otros ácidos, el pH del agua podría disminuir hasta valores dañinos para los animales y plantas acuáticas (a pH de 3 a 5), en el suelo ocasionan un daño temporal, caracterizado por una coloración rojiza.

La sustancia, tanto en forma de gas como de solución acuosa, es un ácido fuerte y por tanto extremadamente corrosivo para los tejidos humanos. La exposición a la sustancia puede causar quemaduras graves a los ojos sin protección y a la piel. La inhalación del gas y vapores (humos) puede causar irritación y, en casos extremos, puede causar un edema pulmonar y la muerte.

15. APLICACIÓN Y FINES DEL PRODUCTO ELABORADO

El uso más conocido es el de desincrustante para eliminar residuos de caliza(carbonato cálcico: CaCO3). En esta aplicación se transforma el carbonato cálcico en cloruro cálcico más soluble y se liberan dióxido de carbono (CO2) y agua:

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2+ H 2O

En la refinación de grasas, jabones y aceites comestibles, en la curtación del cuero, elaboración del PVC , producción de fertilizantes, colorantes y pigmentos.

En la industria de los metales se usa en la refinación de minerales metálicos, en limpieza, des incrustación ácida y en electro plateado.

Acidificante y activador de pozos petroleros, con el fin de aumentar el flujo del crudo a través de estructuras de roca calcárea.

Utilizado en el tratamiento de aguas industriales y de potabilización de agua.

Es solvente de diferentes químicos y materias primas.

16. RESUMIR CASOS PROBLEMÁTICOS DE INTERÉS INDUSTRIALSegún el informe Hoar, publicado en Gran Bretaña en 1971, las perdidas anuales causadas por la corrosión están comprendidas entre el 2 y 4% de P.I.B. Estos resultados, que han sido refrendados posteriormente en otros estudios, se refieren únicamente a costos directos. Pero como ya sabemos, los costes indirectos exceden a los directos ( pueden llegar a ser 4 o 5 veces mas que los costes directos), lo que supone un despilfarro intolerable de recursos.

El tantalio es el único metal que es resistente al acido clorhídrico en todo el rango de concentraciones y temperatura. Es demasiado caro para tener una aplicación generalizada, pero su uso se hace imprescindible en el caso de líneas de conducción de vapor, para calentar el acido puro o para proteger sondas de instrumentos.

El Mo es el elemento clave en la preparación de aleaciones resistentes al acido clorhídrico HCl ; la aleación Níquel – Mo con un 28% en Mo es la mas resistente de las aleaciones forjadas. De la misma manera, la fundición con un alto contenido en Mo es también relativamente resistente. Hay que señalar que estas aleaciones no soportan bien la presencia de impurezas de fluoruro Cu2+¿ ¿o de Fe3+¿¿.

En muchas ocasiones no hay mas remedio que utilizar recipientes de vidrio o caucho.

17. DF Y DB DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIOInforme de trabajos y prácticas