Practica_8 Ac Sulf Rico 14 15 Rev 20Abril
Páginas: 8 (1927 palabras)
Publicado: 15 de octubre de 2015
8-OBTENCIÓN DE H2SO4 POR EL MÉTODO DE CONTACTO: OXIDACIÓN CATALITICA DE SO2 a SO3
INTRODUCCIÓN
La oxidación catalítica de SO2 a SO3 es la reacción más importante en el proceso de fabricación del ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico puro es un líquido viscoso y aceitoso que empieza a hervir a 290C descomponiéndose en SO3 (gas) y agua. Cuando se alcanza una composición del 98,3% y un punto deebullición de 317C, la composición permanece invariable, dando lugar al conocido ácido sulfúrico concentrado de laboratorio (18 M) que es extremadamente corrosivo y debe ser tratado con mucha precaución. Cuando el ácido concentrado se añade al agua, se desprende una gran cantidad de calor por la formación de hidratos. Por este motivo, al diluir ácido sulfúrico concentrado, se agrega éste sobre elagua fría, lentamente y con agitación (nunca adicionar agua sobre ácido sulfúrico concentrado). El ácido sulfúrico es un buen agente deshidratante, es un ácido diprótico y también es un buen agente oxidante.
A nivel industrial, es el producto químico que se fabrica en mayor cantidad (por ejemplo, en USA, el año 2000 se fabricaron 44.106 toneladas del mismo). La cantidad de sulfúrico que consume unpaís se utiliza como indicador directo de su progreso industrial. Entre sus numerosas aplicaciones cabe mencionar su uso en la fabricación de fertilizantes (superfosfato y sulfato amónico), cuero, hojalata, pigmentos, detergentes, explosivos, plásticos, herbicidas, purificación de petróleo, fabricación y teñido de tejidos y en numerosas reacciones importantes en química orgánica.
OBJETIVOS
Enesta práctica, se pretende reproducir el proceso industrial de obtención de ácido sulfúrico a escala de laboratorio. Además de ilustrar las reacciones del azufre con el oxígeno, y el uso de catalizadores, nos permitirá poner de manifiesto la necesidad de un estudio termoquímico del proceso para poder seleccionar las condiciones de trabajo más adecuadas.
El proceso se puede desglosar básicamente entres etapas:
1ª. - Oxidación de S a SO2, simplemente por combustión del azufre en atmósfera de aire.
2ª. - Oxidación del SO2 a SO3 mediante el uso de catalizadores.
3ª. - Formación de H2SO4 por reacción del SO3 con agua (la lentitud con que el SO3 reacciona con el agua hace que en la práctica se proceda a fijar el SO3 como Na2SO4 mediante una disolución acuosa de NaOH)
Para la etapa 2ª,utilizaremos un catalizador de Vanadio.
El proceso catalítico.
El catalizador está formado por V2O5 y K2S2O7 dispersos en un soporte inerte. La fase activa por encima de 400ºC se encuentra en estado fundido. Para que el catalizador resulte activo debe precalentarse a unos 400ºC durante unas horas y debe saturarse con una corriente de SO2
Se han caracterizado dos especies que se supone participan en elproceso. Son las sales de los aniones [(VO)2O(SO4)4]4- (I) y [(VO)2O(SO4)6]8- (II) .
Aunque se han hecho diferentes propuestas de mecanismos, no existe una clara coincidencia en cuales son los detalles del mismo. Si que está confirmado que la primera etapa del proceso es que la especie (I) se sature de SO2 y O2 para formar la especie II. Ambas especies se han caracterizado por difracción derayos X. Es por ello normal que la primera reacción, con un catalizador nuevo, deba hacerse con cantidades de azufre algo mayores. El profesor informará sobre la conveniencia o no de usar cantidades de azufre superiores a los 2 gramos.
Este no es el único proceso catalítico a nivel industrial sobre el que existen dudas sobre cual es el mecanismo detallado. La síntesis de amoniaco es otroejemplo.
Cuestiones Previas
1. - Discutid las condiciones más adecuadas de P y T para realizar la reacción siguiente:
S(s) + O2(g) SO2(g) -296,65 kJ/mol
¿Por qué hay que calentar para iniciar la reacción en la práctica?
2. - - La obtención de SO3 mediante la reacción siguiente:
SO2(g) + 1/2 O2(g) SO3(g) -94,56 kJ/mol.
es lenta . Comentar las condiciones de P y T más...
INTRODUCCIÓN
La oxidación catalítica de SO2 a SO3 es la reacción más importante en el proceso de fabricación del ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico puro es un líquido viscoso y aceitoso que empieza a hervir a 290C descomponiéndose en SO3 (gas) y agua. Cuando se alcanza una composición del 98,3% y un punto deebullición de 317C, la composición permanece invariable, dando lugar al conocido ácido sulfúrico concentrado de laboratorio (18 M) que es extremadamente corrosivo y debe ser tratado con mucha precaución. Cuando el ácido concentrado se añade al agua, se desprende una gran cantidad de calor por la formación de hidratos. Por este motivo, al diluir ácido sulfúrico concentrado, se agrega éste sobre elagua fría, lentamente y con agitación (nunca adicionar agua sobre ácido sulfúrico concentrado). El ácido sulfúrico es un buen agente deshidratante, es un ácido diprótico y también es un buen agente oxidante.
A nivel industrial, es el producto químico que se fabrica en mayor cantidad (por ejemplo, en USA, el año 2000 se fabricaron 44.106 toneladas del mismo). La cantidad de sulfúrico que consume unpaís se utiliza como indicador directo de su progreso industrial. Entre sus numerosas aplicaciones cabe mencionar su uso en la fabricación de fertilizantes (superfosfato y sulfato amónico), cuero, hojalata, pigmentos, detergentes, explosivos, plásticos, herbicidas, purificación de petróleo, fabricación y teñido de tejidos y en numerosas reacciones importantes en química orgánica.
OBJETIVOS
Enesta práctica, se pretende reproducir el proceso industrial de obtención de ácido sulfúrico a escala de laboratorio. Además de ilustrar las reacciones del azufre con el oxígeno, y el uso de catalizadores, nos permitirá poner de manifiesto la necesidad de un estudio termoquímico del proceso para poder seleccionar las condiciones de trabajo más adecuadas.
El proceso se puede desglosar básicamente entres etapas:
1ª. - Oxidación de S a SO2, simplemente por combustión del azufre en atmósfera de aire.
2ª. - Oxidación del SO2 a SO3 mediante el uso de catalizadores.
3ª. - Formación de H2SO4 por reacción del SO3 con agua (la lentitud con que el SO3 reacciona con el agua hace que en la práctica se proceda a fijar el SO3 como Na2SO4 mediante una disolución acuosa de NaOH)
Para la etapa 2ª,utilizaremos un catalizador de Vanadio.
El proceso catalítico.
El catalizador está formado por V2O5 y K2S2O7 dispersos en un soporte inerte. La fase activa por encima de 400ºC se encuentra en estado fundido. Para que el catalizador resulte activo debe precalentarse a unos 400ºC durante unas horas y debe saturarse con una corriente de SO2
Se han caracterizado dos especies que se supone participan en elproceso. Son las sales de los aniones [(VO)2O(SO4)4]4- (I) y [(VO)2O(SO4)6]8- (II) .
Aunque se han hecho diferentes propuestas de mecanismos, no existe una clara coincidencia en cuales son los detalles del mismo. Si que está confirmado que la primera etapa del proceso es que la especie (I) se sature de SO2 y O2 para formar la especie II. Ambas especies se han caracterizado por difracción derayos X. Es por ello normal que la primera reacción, con un catalizador nuevo, deba hacerse con cantidades de azufre algo mayores. El profesor informará sobre la conveniencia o no de usar cantidades de azufre superiores a los 2 gramos.
Este no es el único proceso catalítico a nivel industrial sobre el que existen dudas sobre cual es el mecanismo detallado. La síntesis de amoniaco es otroejemplo.
Cuestiones Previas
1. - Discutid las condiciones más adecuadas de P y T para realizar la reacción siguiente:
S(s) + O2(g) SO2(g) -296,65 kJ/mol
¿Por qué hay que calentar para iniciar la reacción en la práctica?
2. - - La obtención de SO3 mediante la reacción siguiente:
SO2(g) + 1/2 O2(g) SO3(g) -94,56 kJ/mol.
es lenta . Comentar las condiciones de P y T más...
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