PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS I - Sistema de...

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25/04/2015 1 PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS I ÁCIDO SULFÚRICO ENXOFRE É uma das matérias-primas básicas mais importantes da indústria química. Existe na natureza em forma livre e combinado em minérios, como a pirita (FeS 2 ). Constituinte do petróleo e do gás natural (na forma de H 2 S). Principal aplicação: fabricação de ácido sulfúrico, matéria-prima básica para muitas indústrias químicas.

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    PROCESSOS QUMICOS INDUSTRIAIS I

    CIDO SULFRICO

    ENXOFRE

    uma das matrias-primas bsicas mais importantes da indstria qumica.

    Existe na natureza em forma livre e combinado em minrios, como a pirita (FeS2). Constituinte do petrleo e do gs natural (na forma de H2S).

    Principal aplicao: fabricao de cido sulfrico, matria-prima bsica para muitas indstrias qumicas.

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    ENXOFRE

    ENXOFRE

    O enxofre j era conhecido dosalquimistas (amarelo-mstico).

    Em ritos pagos antigos, era queimadopara espantar os maus espritos.

    Os fumos eram usados para alvejartecidos e palha.

    O enxofre pode ser obtido, tambm, derochas sulfurosas calcita contendoenxofre. Nesses depsitos naturais, extrado de forma semelhante aopetrleo, injetando-se ar quentecomprimido e gua quente para fundir oenxofre.

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    EXTRAO DEENXOFRE

    ENXOFRE

    O enxofre pode ser separado do sulfetode hidrognio obtido na purificao dogs natural ou do gs de coqueria e nasrefinarias de petrleo.

    O processo Claus para recuperao deenxofre baseado em duas reaes:

    H2S + 3/2 O2 SO2 + H2O

    SO2 + 2 H2S 3 S + 2 H2OFe2O3

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    ENXOFRE

    SO2 + 2 H2S 3 S + 2 H2OSO2 + 2 H2S 3 S + 2 H2O

    H2S + 3/2 O2 SO2 + H2OH2S + 3/2 O2 SO2 + H2O

    o produto qumico mais produzidono mundo e seu consumo, assimcomo a produo de ao e deenergia eltrica, pode ser utilizadopara indicar a prosperidade de umanao. Dentre suas aplicaes, a que mais

    se destaca a produo defertilizantes, sendo os fertilizantesfosfatados o de maior importncia.

    CIDO SULFRICO

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    CIDO SULFRICOHISTRICO O cido sulfrico provavelmente conhecido antes do sculo XVI.

    Foi preparado por Johann Van Helmont (1600) por destilao d evitriol verde (sulfato de ferro III) ou de vitriol azul (sulf ato de cobre III)e pela queima do enxofre. Quando aquecidos, os sulfatos de fe rro ede cobre decompem-se a xidos, liberando gua e trixido deenxofre. A gua e o trixido de enxofre reagem produzindo o c idosulfrico. Este mtodo popularizou-se pela Europa atravs dastradues dos tratados e livros islmicos por alquimistas e uropeus,como o alemo Albertus Magnus, no sculo XIII. Da a origem donome de leo de vitriol, esprito de vitriol fazendo aluso a o hojeconhecido cido sulfrico.

    A primeira demanda industrial principal para cido sulfri co foi oprocesso Leblanc de manufatura do carbonato de sdio(desenvolvido em 1790).

    CIDO SULFRICOHISTRICO No sculo XVII, o qumico teuto-holands Johann Glauber pre parou o

    cido sulfrico pela queima de enxofre com salitre (KNO3, ni trato depotssio), na presena de vapor de gua. Com a decomposio d osalitre, h a oxidao de enxofre a SO3 que , combinado gua, formacido sulfrico. Em 1736, Joshua Ward, um farmacutico de Lo ndres,usou este mtodo para comear a primeira produo de cidosulfrico em larga escala.

    Foi logo substitudo pelo processo de cmaras de chumbo, inv entadopor John Roebuck em 1746 e desde ento foi melhorado por muito soutros.

    O cido sulfrico produzido pelo mtodo de Roebudk tinha umaconcentrao de apenas 35-40%. Refinamentos posteriores p eloqumico francs Joseph-Louis Gay Lussac e pelo qumico brit nicoJohn Glover melhoraram a concentrao para 78%.

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    CIDO SULFRICOHISTRICO

    No entanto, para a fabricao de certos pigmentos e outrosprocessos qumicos, era necessrio cido sulfrico maisconcentrado e, ao longo do sculo XVIII isso s podia ser feit o peladestilao seca de minerais, de modo similar aos processos o riginaisda alquimia.

    Assim, a pirita (FeS 2, dissulfeto de ferro) era aquecida ao ar paraformar sulfato de ferro (II), FeSO 4, que era oxidado por aquecimentoadicional ao ar para formar sulfato de ferro (III), Fe 2(SO4)3 que, quandoaquecido at 480C, decompunha o xido de fero (III) e trixi do deenxofre, que finalmente poderia ser borbulhado em gua gera ndocido sulfrico em qualquer concentrao.

    O processo de contato foi desenvolvido em 1830 por PeregrinePhillips na Inglaterra; era pouco usado at uma necessidade porcido concentrado surgir, particularmente para a produo de tintasorgnicas sintticas.

    CIDO SULFRICOUTILIZAES cido sulfrico um das substncias qumicas industriais m ais

    importantes. O uso principal de cido sulfrico est na produo de fertil izantes,

    por exemplo, superfosfatos e sulfato de amnio. extensamente usado no produo de substncias qumicas co mo,

    por exemplo: cido clordrico, cido ntrico, sulfatos, de tergentessintticos, tintas e pigmentos, explosivos e drogas.

    usado no refino de petrleo para retirar impurezas da gasol ina eoutros produtos.

    cido sulfrico usado em metalurgia, por exemplo, conserv ando(limpando) ferro e ao antes da laminao com estanho ou zinc o.Rayon feito com cido sulfrico.

    Serve como o eletrlito na bateria de chumbo, usado em autom veis(contendo aproximadamente 33% H 2SO4 e com massa especfica deaproximadamente 1,25, chamado freqentemente cido de bat eria).

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    CIDO SULFRICO

    LEUM - OV O cido sulfrico fumegante tambm conhecido como

    leum e corresponde ao cido sulfrico no diludo emgua, mas misturado a SO3. Quando adicionado degua, o SO3 contido nesta soluo reage com a gua,conforme a equao apresentada a seguir:

    SO3 + H2O H2SO4 A caracterizao do leum realizada atravs da

    porcentagem mssica de SO3 na mistura. Por exemplo:OV 28% (28% de SO3 + 72% H2SO4)

    CIDO SULFRICO

    GRAU BAUM

    A denominao grau Baum (B) utilizadacomercialmente para indicar a concentrao do cidosulfrico. Essa grandeza definida a partir dadensidade a 60F (15,6C) em relao gua namesma temperatura da soluo aquosa do cidosulfrico, de acordo com a equao:

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    CIDO SULFRICO

    PROCESSO DAS CMARAS DE CHUMBO Produz cido sulfrico entre 50 e 60B

    (62-78%). As plantas so operadas continuamente

    at que se destruam. Tem sido usado em fbricas de

    fertilizantes.

    PROCESSO DE CONTATO Produz cido sulfrico a 98-100% e

    oleum. Inicialmente utilizava platina como

    catalisador, substitudo por vandio.

    CIDO SULFRICO

    REAES

    S(g) + O2(g) SO2(g)

    SO2(g) + O2(g) SO3(g)

    SO3(g) + H2O(l) H2SO4(l)

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    CIDO SULFRICOPROCESSO DAS CMARAS DE CHUMBO No processo de cmara de chumbo, dixido de enxofre (gs) quente

    entra no fundo de um reator chamado torre de Glover , onde lavado com vitriol nitroso (cido sulfrico com xido ntr ico, NO, e dixido de nitrognio, NO 2, dissolvidos) e misturado com xido ntrico e dixido de nitrognio; parte do SO 2 oxidado a SO 3 e dissolvido por lavagem para formar cido de Glover (aproximada mente 78% H2SO4).

    Da torre de Glover, uma mistura de gases (incluindo SO2 e SO3, nitrognio, oxignio e vapor) transferido para um a cmara revestida com chumbo onde reage com mais gua. A cmara deve ser grande, na forma de um cone truncado. cido sulfrico for mado por uma srie complexa de reaes; condensa nas paredes e coletado no fundo da cmara. Pode haver de trs a doze cmaras em uma srie; os gases atravessam cada uma em sucesso.

    CIDO SULFRICOPROCESSO DAS CMARAS DE CHUMBO O cido produzido nas cmaras, freqentemente chama do cido de

    cmara ou cido de fertilizante, contm 62% a 68% H 2SO4. Depois que os gases tenham atravessassado as cmaras, eles pas sam em um reator chamado torre de Gay-Lussac onde eles so la vados com cido concentrado resfriado (da torre de Glover); o s xidos de nitrognio e o dixido de enxofre que no reagiu se dissolvem no cido para formar o vitriol nitroso usado na torre de Glover. Os gases residuais normalmente so descarregados na atmosfer a.

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    CIDO SULFRICOPROCESSO DE CONTATO Transporte do enxofre para a usina Fuso do enxofre e filtrao para remover traos de cinzas Bombeamento e atomizao do enxofre lquido Secagem do ar de combusto Queima do enxofre Recuperao do calor do SO2 gasoso quente e

    resfriamento do gs Purificao do SO2 gasoso por filtrao a quente Oxidao do SO2 a SO3 em conversores Controle de temperatura com transferncia de calor para

    assegurar elevados rendimentos em SO3 Absoro do SO3 em cido concentrado, a 98,5-99,0% Resfriamento do cido dos absorvedores Bombeamento do cido para o topo das torres de absoro

    CIDO SULFRICO

    PROCESSO DE CONTATO ENXOFRE

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    PROCESSO DE CONTATO USTULAO DE MINRIOS

    CIDO SULFRICO

    PROCESSO DE CONTATO ENXOFRE DUPLA ABSORO

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    CIDO SULFRICO

    PROCESSO DE CONTATO - CATALISADOR O catalisador o pentxido de vandio. Uma forma tpica de emprego do catalisador

    terra de diatomcea (diatomita) impregnada com mais de 7% de V2O5.

    Diatomita uma rocha porosa e absorvente formada pela precipitao de restos microscpios de algas (fsseis).

    Tm vida longa, superior a 20 anos e no so sujeitos ao envenenamento, exceto pelo fluor, que danifica o portador de slica.

    As converses so elevadas, at 99,8% nas usinas de absoro dupla.

    CIDO SULFRICO

    PROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOS

    QUEIMADORES: Os processos de contato

    e da cmara de chumbo usam as mesmas

    matrias-primas, isto , enxofre ou

    alguns sulfetos metlicos. Depois de

    fundido, o enxofre bombeado do tanque

    depsito e nebulizado no forno.

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    CIDO SULFRICO

    PROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOS

    TRATAMENTO DO GS DO QUEIMADOR: O SO2 obtido no queimador no processo de contato pode conter, alm de poeiras, de dixido de carbono, do nitrognio e do oxignio, impurezas como cloro, arsnio e flor. Para impedir a corroso causada pelos gases usual secar o ar de combusto do enxofre e o de oxidao de SO2. Essa secagem feita em torres contendo cido sulfrico 93-98%.

    CIDO SULFRICOPROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOS TROCADORES DE CALOR: Antes dos gases

    serem conduzidos ao primeiro estgio do conversor, a temperatura ajustada ao mnimo em que o catalisador eleva substancialmente a velocidade de reao, entre 410 e 440C. Os gases devem ser resfriados entre os estgios de catlise, para que a taxa de converso seja elevada. Para isto, pode-se injetar a frio, ou usar caldeiras, superaquecedores de vapor ou trocadores de calor multitubulados. So trocadores constitudos por um cilindro vertical com vrios tubos. O SO3 circula pelos tubos e o SO2 circula ao redor dos tubos.

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    CIDO SULFRICOPROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOS CONVERSOR: o corao da planta. Os gases

    so resfriados sucessivamente entre os quatro estgios. A converso do SO2 a SO3leva em conta que: O equilbrio varia inversamente com a

    temperatura e de maneira direta com a razo O2/SO2;

    A velocidade da reao uma funo direta da temperatura;

    A composio e a razo entre a quantidade de catalisador e a quantidade de SO3 formado afetam a velocidade de converso ou a cintica da reao;

    A remoo do SO3 provoca a converso de maior quantidade de SO2.

    Conversor a 4 etapas

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    Conversor a 4 etapas

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    CIDO SULFRICONo processo qumico de produo do cido sulfrico / oleum reconhecem-se trs passos

    fundamentais:1. secagem do ar e queima do enxofre2. converso do dixido de enxofre em trixido de enxofre3. absoro do trixido de enxofre.Passo1 O ar filtrado e convergido por uma torre de secagem para a remoo de umidade.

    Como fluido de secagem usa-se o prprio cido sulfrico produzido no processo. O ar comprimido e seco entra num forno refratrio alimentado continuamente com enxofre no estado liquido. Neste forno ocorre a queima do enxofre, ou seja, a converso qumica do enxofre em dixido de enxofre. O ar de combusto e o dixido de enxofre so resfriados para poder ser convertido na seqncia em trixido de enxofre. Na operao unitria de resfriamento obtm-se vapor.

    Passo 2 o corao cataltico do processo. A converso qumica exotrmica e

    reversvel. Para atender a maior converso possvel do dixido de enxofre em trixido de enxofre e atender os limites de emisso atmosfricos , a converso feita em quatro estgios, resfriando-se o fluxo de gases na sada de cada estgio. Antes de entrar no quarto estgio de converso qumica o trixido de enxofre precisa sair do sistema.

    Passo 3Aps o terceiro estgio o fluxo de gases direcionado para uma torre de absoro onde

    o trxido de enxofre removido do sistema pela extrao com cido sulfrico. O fluxo de gases agora contendo baixa concentrao de dixido de enxofre reaquecido e conduzido de volta para o quarto estgio do corao cataltico do processo. O fluxo de gases contendo trixido de enxofre obtido flui para a ltima torre de absoro onde removido do sistema pela absoro com cido sulfrico. A adio de gua nas torres de absoro permite conduzir a planta para produo das quantidades desejadas de cido sulfrico e oleum. O cido diludo proveniente da secagem do ar conduzido para as torres de absoro