Ácido fosfórico

of 22 /22
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ - UNIOESTE CENTRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIAS EXATAS - CECE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA DISCIPLINA: OPTATIVA II – FERTILIZANTES DOCENTE: DR. SALAH DIN MAHMUD HASAN PRODUÇÃO DO ÁCIDO FOSFÓRICO JOHNNY ROTTAVA

Embed Size (px)

Transcript of Ácido fosfórico

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARAN - UNIOESTE CENTRO DE ENGENHARIA E CINCIAS EXATAS - CECE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA DISCIPLINA: OPTATIVA II - FERTILIZANTES DOCENTE: DR. SALAH DIN MAHMUD HASAN PRODUO DO CIDO FOSFRICO JOHNNY ROTTAVA TOLEDO - PR 2010 ii JOHNNY ROTTAVA PRODUO DE CIDO FOSFRICO ReIatrioacadmicoapresentado comomtododeavaIiaoparciaI dadiscipIinadeOptativaIIdocurso deEngenhariaQumicada instituiodeensinoUNIOESTE- UniversidadeEstaduaIdoOestedo Paran. TOLEDO - PR 2010 iii Sumrio 1 cido fosfrico ........................................................................................ 11.1 Propriedades fsico-qumicas ........................................................... 11.2 dentificao de perigos ................................................................... 12 Aplicao ................................................................................................ 23 Histria ................................................................................................... 44 Economia ................................................................................................ 55 Produo ................................................................................................ 75.1 Via mida ......................................................................................... 75.2 Via seca ......................................................................................... 115.3 Via Kiln (via forno) .......................................................................... 126 Bibliografia ............................................................................................ 141 1cido fosfrico 1.1Propriedades fsico-qumicas OMassa molecular: 98 g/gmol; OSlido branco (at 21C) e lquido viscoso aps fuso (42C); Oncolor; OpH cido; OPonto de fuso: 42,4C; OPonto de ebulio: 158C; ODensidade: 1,685 g/cm; OMuito solvel em gua; OComercialmente vendido na concentrao de 85% em peso; OCorrosivo. 1.2Identificao de perigos vapordocidofosfricocorrosivo,irritanteparaosolhos,pele, membranasmucosasetratorespiratriosuperior.Soluesconcentradasso moderadamentetxicasquantoingestoecontatocomapele.Manuseieo produto com segurana. Podecontaminarcursosdeguas,tornando-osimprpriosparausoem qualquerfinalidade.cidofosfricoumcidofortequereagecomlcalis (bases),formandosaisdefosfato,quesocorrosivosparaalgunsmetaiseligas. Quandoreagecomcloroeaoinoxidvel,sobaquecimento,podehaverliberao de hidrognio. Evite o contato com metais, pois pode haver liberao de hidrognio. Previnir danosfsicosaostanquesetubulaes.Utilizarsemprematerialespecificado compatvelcomcidofosfrico(Tubulao:ferrofundido;Tanque:Aocarbono ASTMA283comrevestimentodeborrachaetijoloanticidografitado). nstabilidade:cidofosfricoestvelquandoarmazenadoemtemperatura ambiente,emequipamentosfechadossobcondiesnormaisdeestocageme manuseio. 2 2ApIicao Comofertilizante,ocidofosfricovendidodeformafareladagranelou em --, de 1000 kg. Na Tabela 1 apresenta-se a composio do produto tpico. Tabela 1 - Propriedades do cido fosfrico fertilizante. DeterminaoGarantia Registrada (%)VaIores Tpicos P2O5 soIveI em CNA+H2O16,0>16,0 P2O5 soIveI em H2O2,0>2,0 P2O5 totaI18,018,0 mnimo CIcio totaI14,0>14,0 Enxofre totaI3,0>3,0 Magnsio totaI2,0>2,0 Umidade-8,0 ~30,0 ndstria alimentcia: OAcidulante em refrigerantes e cervejas; OBranqueamento de acar, flotao do xarope e refino; OCarnes frigorificadas e fixador de corantes de salsichas; OCoadjuvantenaextraodegelatinasalimentciasdoscolgenosde animais; ODegomao e estabilizante de leos vegetais comestveis; OFabricao de fosfatos alimentcios e tcnicos (sais de fsforo); OFabricao de sucos ctricos; OFermento biolgico (panificao); OFontede fsforoparaprocessosbiotecnolgicos(produode fermentos biolgicos); OFosfatos alimentcios; OGeleificador de pectinas para espessamento de gelias e doces de frutas; OGlutamato monossdico; OLimpadorpararemoode"pedradeleite,nosequipamentosde produo de laticnios; OMolhos para saladas. ndstria farmacutica: OCoadjuvantenaextraodeinsulinaorgnicadepncreassunaparao uso humano; OCoadjuvante nas massas de sabonetes; OFabricao de glicerofosfatos; 3 OFonte de fsforo em tnicos fortificantes; OManufatura de produtos farmacuticos; ONutriente,acidulanteouagentetamponasoperaesmicro-biolgicas, tais como na produo de antibiticos; OTamponante em solues de enxgue bucal. Aplicaes indutriais OAlvejamento de caulin; OBiodiesel; OCaprolactana; ODecapantes ou desoxidantes; ODetergentes; OFormulaes de fertilizantes foliares; ONitro celulose; Oleo de pinho; OPigmentos e resinas; OPolimento qumico ou eletroqumico de peas de alumnio; OProduo de carvo ativo; OProduo de fosfato biclcico para rao animal; OProduo de refratrios; OProdutos para anlise PA; ORecuperao de amnia; OResinas plsticas; OTxtil; OTratamento biolgico de efluentes; OTratamento de superfcies metlicas. 4 Histria guano,excrementodeavesemorcegosfoiumadasprimeirasfontesde fsforo que o homem utilizou,mesmo desconhecendo a existncia desse elemento, posteriormentedescobertopeloalemoHenningBrand,em1669.sregistrosda utilizao do fsforo como fertilizante, datam desde 200 a.C., oscartagineses, povo queviveunonortedocontinenteafricano,emumacolniafencia,hojeTunis, atualmentecapitaldaTunsia,usavamoexcrementodeavesparaelevara produo de seus cultivos. sincasperuanosconsideramcrimematarpssaros,detantoque valorizavamseusexcrementos.sindgenasamericanos,emsuaagricultura, utilizavampeixeseossos.sossoseoguanoeram,mesmoqueemquantidade limitada, a principal fonte de fsforo e cido fosfrico. Somente em 1842, quando o ingls John B. Lawes adquiriu uma patente para o tratamento de cinzas de osso, foi que a indstria do fsforo teve seu marco inicial, apartirdessapoca,foramdescobertas,principalmentenanglaterra,diversas espciesdeminriosfosfticos,aplicaesetratamentosdessesmineraispara elevar sua eficincia, a acidulao com acido sulfrico foi uns dos primeiros mtodos deenriquecereficientementeessesminrios,atualmenteaacidulaocomcido ntrico ou com cido fosfrico leva a um maior fertilizante. 5 EconomiaParaproduodefosfatadosefosfatosanicafontevivelsoasrochas fosfticas.Cercade85%daproduomundialprovemderochasedimentareo restanteprovemderochagnea.NoBrasil,pelasituaogeolgica,quase95%da produo de fosfatados e fosfatos tem origem a rocha gnea. ConformemencionadonaSeo2,ocidofosfricotemumagrandegama deprodutos,entretantoestdestinadoadoisgrandessetores:fertilizantese nutrioanimal.esquemaindicadonaFigura1indicaqualademandadarocha fosftica explorada no Brasil. Figura 1 - Esquema da demanda nacional da rocha fosftica. Portratar-sedeumprodutodeorigemnaturalaqualidadedarochaest ligada qualidade do solo. Historicamente a qualidade da rocha fosftica explorada mundialmenteteveseupicomximonofinaldadcadade1970edesdeento declinou,isto,onveldeP2

5presentenarochadiminuieestima-seumaqueda moderadanaqualidadedarochadaquiparafrente.AcompanhandoaFigura2 possvel melhor compreender. 6 Figura 2 - Nvel de P2

5 na rocha fosftica.

7 5Produo A produo de cido fosfrico advm de dois processos distintos. No primeiro processo,obtm-seofsforoelementaratravsdareduotrmicadofosfatode clcioemfornoeltrico,oqualposteriormenteoxidadoeabsorvidoemgua, resultando o cido fosfrico. segundoprocesso,porviamida, baseadonareaodecidosulfrico com o concentrado fosftico.H ainda um terceiro processo, denominado processo Kiln,esseprocessoamaisrecentetecnologia,porissoaindapoucoutilizada, chamadadeprocessorigorosomelhorado,essatecnologiatornarreservasde rochafosfticadebaixosteoresviveise iraumentararecuperaodeP2

5das reservas de fosfatos existentes, isso estender a viabilidade comercial das reservas de fosfato. Figura 3 - Processo simplificado de produo de cido fosfrico e seus produtos. 5.1Via mida processoinicia-sepelaextraonasminasdeapatitas.Essaextrao denominada de desmonte.desmonte acontece por detonaes de explosivos que produzemfragmentosdevriostamanhos,queemseguidasoenviadosparaos processosdebritagem.Nabritagemprimriaestesfragmentossoreduzidosao 8 tamanhodeaproximadamentetrintacentmetrosenabritagemsecundriaso reduzidos ainda mais, atingindo at trs centmetros. material obtido nas britagens conduzido para o ptio de homogeneizao quegaranteaperfeitadistribuiodoselementoseemseguidapassapelos moinhos de barras, que reduzem o tamanho para ordem de um milmetro. Esseminriovai paraodesmagnetizador,queatravsdeummseparaos mineraisricosemferro.Continuandooprocesso,entraemaoosistemade flotao. Este processo permite a separao da apatita (que um fosfato triclcico), do calcrioedeoutrosmineraisumavezqueaspartculasdeapatitaaderemauma bolha e flotam para a superfcie do tanque. Aflotaoqueerainditaemtodoomundoaumentaconsideravelmentea concentrao de fsforo de 2,5% para 16%. cidosulfrico,queproduzidoapartirdoenxofreelementar.Nessa operaooenxofrefundido,filtradoeoxidadoaS2comooxigniodoar. Passando pelo catalisador transformado em S3, que segue ento para a torre de absoro,depoisparaatorrefinal.Apsresfriado,finalmenteestocadocomo cido sulfrico. Arochaconcentradaemfsforoqueresultadosistemadeflotao adicionadaaocidofosfricoprovenientedareciclagemdoresfriadordelamae cidosulfriconoreatordaunidadede cidofosfrico.reatordeveserrevestido porchumbo,aoinoxidveloutijolosaprovadecidoeatemperaturadotanque deveserbaixaparagarantiraprecipitaodogesso(CaS4*2H2)enoda anidrita.Aformaodaanidritaesuahidrataoprovocamoentupimentoda tubulao. CaF2 - Ca3(P04)2 +B2S04+B20- CaS04- B20 + BF + B3P04 florpassaporumlavadordegasesedescartadoparaaatmosfera.A massadelamarecicladapeloresfriamentodalamaedevolvidaaotanquede misturaro,orestodalamavaiparaotanquedecargadofiltroeparaafiltrao, executada em bandejas basculantes rotatrias, conhecido como filtro Bird-Prayon. 9 Figura 4 Esquema de funcionamento das bandejas basculantes do filtro Bird-Prayon. No processo continuo das bandejas basculantes, a lama filtrada a vcuo de duasatrsvezes,eaofinaldociclo,abadeja,emumgirode180,descartao gesso(torta),ogessosegueparaoutroprocessoquevisasuacomercializao, ainda a 180 a bandeja limpa e ento volta para sua posio normal, para receber uma nova carga de lama e continuar o ciclo. cido fosfrico, logo na sada das bandejas basculantes, apresenta de 30 a 32%deP2

5,edessaformapodeserusadodiretamente,oupodeaindaser concentrado. cidofosfricoenviadoparaostanquesdearmazenagemeparao sistemadeevaporao,ondeocorreaconcentraoepurificaodestecido, atendendo s normas e padres internacionais. 10 Figura 5 - Fluxograma de produo do cido fosfrico por via mida.Umprocessoalternativoqueproduzcidofosfricocommaiorrendimento um processo patenteado pela empresa sua Vichem. Numcontextodediminuiodadisponibilidadederochafosfricadealta qualidade,eaumentodopreo,aVCHEMdesenvolveuepatenteouumprocesso que alcana uma melhora significante no processo de ataque da rocha fosftica com cido sulfrico (processo desidratado). Esseprocesso,queconsisteemdoisconjuntossucessivosdereatores-separadores, apresenta as seguintes vantagens: OAumentodecapacidade:at50%cominclusodeapenasdois equipamentos; OAumentodorendimento:at96-97%,mesmocombaixaqualidadeda rocha fosftica; OAumento da estabilidade: graas aos dois conjuntos de reatores-filtros; OBaixoconsumodeenergia:maiorconcentraodeP2

5,menosvapor necessrio. 11 Figura 6 - Processo Vichem de reao-separao na produo de cido fosfrico. 5.2Via seca Aviatrmicaouviasecaresume-senaoxidaodofsforoelementare posteriorhidratao,ocidofosfricoproduzidodessaformaatingeograu farmacutico,devidoasuaelevadapurezaeconcentrao,paraalgumasaplicaes crticas,ainda necessrio um processamento para eliminar compostos de arsnio. 12 Figura 7 - Fluxograma da produo de cido fosfrico via seca. fsforoelementar,aoterminodesuaproduo,levadoatumatorrede oxidao, onde ser queimado gerando pentxido de fsforo. Conforme a reao: + 2-25 P2

5resfriadoehidratadoemumhidratadodeaoinoxidvel,ouem uma torre, com gua ou acido fosfrico diludo, conforme a reao: 25 + E2-E34 Emseguida,anvoadeacidofosfricoprecipitadaemumprecipitador eletrostticoouemumeliminadordenvoaBrink,eposteriormentefiltradoe purificado.cidofosfrico,produzidodestamaneira,atingeumaconcentrao mnima de 75%, mas o rendimento mais comum 85%. 5.Via KiIn (via forno) processoporviamidaapesardeseromaisutilizadoproduzmuita impureza,soluodecidofosfriconegracontendocercade26%deP2

5que concentrado para fazer fertilizantes slidos (MAP e DAP) ou purificado para produzir fertilizante lquido ou super cido fosfrico. Esteprocessoirpermitirautilizaodeminriosdefosfatomaismagro porque tem maior tolerncia de algumas impurezas comuns tais como slica, matria orgnicaemagnsio.Eletambmreduzoimpactoambientalporqueumslido 13 agregadoinerteosubprodutodareao,noo gesso.Esteprocessoproduzum super cido fosfrico a um custo significativamente reduzido em relao ao processo mido, alem do que o super cido mais eficiente do que o cido via mida. Areaoaaltatemperaturadominrioaglomeradocomfosfato,slicae materialcarbonceoproduzfsforoemonxidodecarbono.Quandofsforoe monxidodecarbonosoqueimadoscomoarliberamcalorsuficientepara alimentar o processo de produo via trmica. Emboraosfornosproduzamcidofosfricodealtaqualidadeenoseja utilizadaeletricidadecomoresistnciatrmica,naprticademanda-secercade cincovezesmaiscarbonoqueoestudotericoindicadevidoaobaixonvelde integrao energtico implicando um grande fluxo de gs no reciclo. Em1981,Dr.RobertHardutilizoucarvocontendoaltaconcentraode enxofre e coqueverde de petrleo em um forno rotativo piloto e obteve um produto com87%depurezautilizandominriosimpurosdonortedaFlrida(EUA)eBaja (Mxico). 14 BibIiografia OBUNGEFertilizantesS/A;"FichadenformaessobreProdutos Qumicos. Ohttp://www.serrana.com.br/nutricaoanimal/processodeproducao.asp Ohttp://www.cheresources.com/wetphoszz.shtml OALECRM,S; "Fsforo, Fosfato eSuperfosfato;Universidade deMogi das Cruzes. OMEGY,J.A;"TheEconomic,EnvironmentalandQualityAdvantagesof the KilnPhosphoricAcidProcessovertheWetAcidProcessforthe Manufacture of Phosphoric Acid. Ohttp://www.fosfertil.com.br/ OCRU Group. OBritish Sulphur Consultants.