UNIVERSIDAD AUT NOMA DE SAN LUIS POTOS

Fabricación de ácido sulfúrico (II): método de contacto

En una entrada anterior explicamos la fabricación de ácido sulfúrico mediante el método de las cámaras de plomo. Sin embargo, lo cierto es que ese, de los dos posibles, es un método desfasado y poco utilizado, siendo el método que trataremos en esta entrada, el de contacto, el más frecuente. No se trata de un método reciente: fue patentadoen 1831 por un comerciante de vinagre británico, Peregrine Phillips, y permite obtener un ácido sulfúrico de mayor pureza y concentración.
El método de contacto para la producción de ácido sulfúrico es un método que utiliza una catálisis heterogénea, es decir, el catalizador empleado está en una fase de agregación distinta. En concreto, suele utilizarse un catalizador sólido, el pentóxido dedivanadio, V2O5. Este método permite obtener un ácido sulfúrico con una concentración en torno al 98% en peso (es decir, 98 gramos de ácido sulfúrico por cada 100 gramos de disolución; los dos gramos restantes son agua), que es el que suele utilizarse en el laboratorio, por ejemplo, para preparar posteriormente disoluciones menos concentradas.
Igual que el método de las cámaras de plomo, el método decontacto parte del dióxido de azufre obtenido por distintos métodos. Veamos cada etapa de forma individual.
 
Primera etapa: producción de dióxido de azufre, SO2
En general, la producción de SO2 se puede escribir como:
S(s) + O2(g) ⇒ SO2(g)
Sin embargo, esta reacción será válida únicamente si la producción del dióxido de azufre se lleva a cabo a partir de azufre puro sólido. Aunque esta es lasituación ideal, por la menor producción de subproductos o presencia de impurezas y el mayor rendimiento, lo cierto es que hay muchas plantas de producción de sulfúrico que emplean otras fuentes para la producción inicial de SO2. Una fuente usada muy habitualmente es la pirita, mineral disulfuro de hierro, FeS2, que por tostación con exceso de aire produce óxido de hierro(III) y dióxido de azufre enuna reacción redox.
4FeS2(s) + 11O2(g) ⇒ 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)

Trabajar con exceso de aire hará que el SO2 producido esté ya mezclado con oxígeno en la corriente de salida hacia la siguiente etapa, lo cual será necesario para la obtención de SO3. Una vez obtenido el dióxido de azufre y antes de entrar en el reactor, se debe purificar, ya que puede estar mezclado con restos de otroscompuestos. Para ello se pueden emplear diversos métodos, como hacerlo pasar por separadores de polvo, mecánicos o electrostáticos, y el lavado con agua y ácido sulfúrico concentrado. Ya purificado pasará al reactor para la producción de SO3.
 
Segunda etapa: producción de trióxido de azufre, SO3, a partir de SO2
La producción de trióxido de azufre a partir de la reacción del dióxido de azufre con el oxígeno esuna reacción exotérmica y reversible (no se produce de forma completa sino que alcanza un equilibrio químico, en el que sigue habiendo presencia tanto de reactivos como de productos). Podemos escribir su ecuación termoquímica como:
2SO2(g) + O2(g) ⇔ 2SO3(g)    ΔH = -196kJ·mol-1
La reacción se lleva a cabo en presencia de un catalizador sólido, que puede ser platino o pentaóxido de vanadio, V2O5,aunque este último es más habitual porque es menos susceptible de envenenamiento y desgaste que el platino (especialmente en plantas en las que se obtiene el SO2 por tostación de pirita, ya que esta a menudo contiene arsénico. El arsénico no se puede eliminar en su totalidad de la corriente de gases producidos y envenena el platino en el convertidor). La actuación del catalizador es óptima entre 400y 450ºC, y es por este motivo que se emplean estas temperaturas, a pesar de que una disminución de la temperatura favorecería la reacción termodinámicamente (por ser exotérmica) pero afectaría negativamente a la cinética de reacción, como se explicará con mayor detenimiento en un apartado posterior. En cuanto a la presión, se mantiene a 1 o 2 atmósfera, pues si bien un aumento de la presión...