Ana Maria Medeiros 11º Ano Física e Química ???? Sumário Produção e controlo – Síntese industrial do amoníaco: A importância do amoníaco como matéria prima

Ana Maria Medeiros11º Ano Física e Química

????

Sumário

Þ Produção e controlo – Síntese industrial do amoníaco:• A importância do amoníaco como matéria prima

• A importância do azoto para os seres vivos• A produção de amoníaco• As matérias-primas para a produção de amoníaco• Obtenção do amoníaco pelo processo de Haber• As utilizações do amoníaco• Amoníaco, saúde e ambiente

A importância do azoto para os seres vivos

O que é o azoto? O elemento químico azoto (nitrogénio) é essencial para todas as formas de vida.

O azoto molécular (N2) é o gás que existe em maior abundância na atmosfera terrestre.

É um composto insípido, indolor e incolor que não reage (em condições ambientais normais) com a grande maioria dos reagentes.

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• 78 % do ar é composto pelo gás azoto (N2), mas a maioria dos organismos não conseguem utilizá-lo desta forma (pois as suas moléculas são muito estáveis ).

• O azoto no estado gasoso pode converter-se em formas utilizáveis (nitratos, nitritos, e amónia) por processos especiais que necessitam de energia.

• A energia nos relâmpagos converte o azoto em nitratos na chuva.

• Os processos industriais usam combustíveis para converter o gás azoto em fertilizantes azotados / nitrogenados para a agricultura.

• É um dos elementos necessários para fabricar proteínas (músculos em carnes, nervos, cabelos, tendões, pele, penas, seda, leite, queijo, sementes e nozes, enzimas), e estruturas genéticas.



O ciclo do azoto

Iniciando pelos organismos fixadores de azoto, o azoto passa às plantas, e logo para os animais, seguindo a cadeia alimentar.

Nas plantas e nos animais, o azoto encontra-se na forma de compostos orgânicos, como as proteínas.

O azoto retorna para o solo e para água em forma de dejetos animais e pela decomposição de plantas e animais.



A maioria das plantas apresentam alguma dificuldade no processo de absorção de azoto, por isso não são capazes de o utilizar sob a sua forma molecular. Aliás são muito poucos os organismos que possuem essa capacidade.

O azoto molecular é decomposto em iões nitrato (NO-

3) e em amoníaco (NH3) para que possa ser utilizado a nível biológico. Este processo denomina-se fixação do azoto.

O processo de fixação do azoto ocorre por intermédio de reações químicas, aquando da ocorrência de descargas elétricas. Também pode ocorrer por intermédio de bactérias presentes nos solos e nas raízes de algumas plantas (por ex: soja, ervilhas, feijão ... ) .

As plantas, algas e bactérias que conseguem transformar o azoto molecular em compostos azotados são chamadas fixadoras de azoto.

No entanto, para a maioria das plantas, o azoto útil provém de outras fontes.



• Para a agricultura o azoto é fornecido sob a forma de amoníaco. (Fertilizante)

• Até ao séc. XX os compostos azotados conhecidos baseavam-se excrementos de aves marinhas (guano ) e em nitrato de Sódio.

• No ano de 1900 verificou-se o esgotamento da reserva de guano e tendo em conta o consumo de nitrato de Sódio, este acabaria por rapidamente esgotar também.

• Os químicos pensaram em transformar o azoto (que se encontrava na atmosfera), em fertilizante agrícola, tarefa difícil devido à baixa reatividade do azoto.



A INDÚSTRIA DO AMONÍACO

O objetivo prioritário desta indústria é fabricar um produto a preço tão baixo quanto possível mas respeitando as

imposições de segurança e de proteção ambiental.


O AMONÍACO

O amoníaco é a matéria-prima para o fabrico de ácido nítrico, sais de amónio e ureia, utilizados na preparação de adubos azotados e de muitas outras substâncias, como o nylon, o

poliuretano, polímeros acrílicos, explosivos, corantes e muitos outros produtos da vida moderna.


APLICAÇÕES DO AMONÍACO


• Praticamente todos os fertilizantes azotados são obtidos a partir do amoníaco, sendo cerca de 80% do NH3 produzido convertido em fertilizantes, os outros 20% em ácido nítrico que por sua vez se aplica em outros fertilizantes e ainda é usado nas indústrias de corantes, fibras sintéticas e explosivos.•O processo utilizado mundialmente na síntese do NH3 é o

processo de Haber, nome do químico alemão que descobriu o catalisador capaz de fazer reagir directamente o N2 com o H2 por um processo economicamente rentável.

• O processo foi desenvolvido entre 1911 e 1920 e permanece desde então da mesma maneira embora possa variar a fonte de hidrogénio.


A produção do amoníaco

• Em 1909 Fritz Haber descobriu uma forma de produzir amoníaco que veio auxiliar a agricultura, a nível dos fertilizantes.

• O engenheiro Carl Bosh transformou o processo de Haber de modo a conseguir produzir milhares de toneladas de NH3 por ano.

• O processo de Haber relaciona o azoto e o hidrogénio através da seguinte equação química:

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

Montagem de Haber para a produção de amoníaco.

O PROCESSO DE HABER-BOSCH

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• A 1ª Grande Guerra Mundial impulsionou o desenvolvimento

das fábricas de amoníaco na Alemanha, bem como noutros

países, pois já existia a capacidade de transformar o amoníaco

em ácido nítrico (HNO3), que era importante para o fabrico de

explosivos.



• Para produzir o amoníaco utiliza-se uma reação de síntese.

• No entanto esta reação é bastante incompleta, isto se for realizada em condições de pressão e temperatura normais.

• Para se conseguir um rendimento maior é necessário aumentar as condições de pressão e temperatura.

( Pressão = 200 Atm. ; Temperatura = 457 º C )

• É também necessário utilizar um catalisador, por exemplo ferro em pó com pequenas quantidades de óxido de potássio e de alumínio.

• Apesar destas condições o rendimento continua ainda a ser bastante baixo.



As matérias primas para a produção do amoníaco

• Como se pode verificar todos estes materiais são de origem natural, ou seja, provêm da natureza. Uns serão combustíveis fósseis (ex.: petróleo) e outros serão combustíveis renováveis.

As matérias-primas usadas pelas fábricas de amoníaco são as substâncias

elementares Hidrogénio (H2) e azoto (N2).

• As fábricas de amoníaco usam nafta ou gás natural para obter hidrogénio. Também a electrólise da água (decomposição da água em substâncias elementares) permite obter hidrogénio.

•O azoto é extraído directamente do ar, onde ele é muito abundante.


Obtenção do amoníaco – Processo de Haber• É a produção de hidrogénio que encarece o processo de

síntese do amoníaco.


• Para se conseguir um processo satisfatório de Haber é necessário reunir determinadas condições de equilíbrio.

1.Temperatura: baixas temperaturas favorecem a reação cuja velocidade é contudo baixa Tóptima~ 400 ºC

(para um rendimento apreciável, ainda que baixo)

2. Pressão: pressões elevadas favorecem a reacção (e encarecem!) Pcompromisso > 200 atm (é usada por algumas fábricas)

3. Catalisador: aumenta a velocidade da reação não afetando o rendimento.(Facilmente envenenado pelas impurezas, CO e S)

Atualmente utiliza-se o ferro, mistura de Fe2O3 e Fe2O4 (no passado utilizavam-se ósmio e urânio).

(O catalisador é usado finamente dividido de modo a que os gases possam encontrar-se numa grande área para reagirem. Infelizmente isto também significa que as impurezas nos gases podem envenená-los.

Condições experimentais da síntese do amoníaco


SÍNTESE do AMONÍACO

http://www.youtube.com/watch?v=NrXeGaOTVXc

http://www.youtube.com/watch?v=NrXeGaOTVXc




A) Manufactura do Gás do Síntese (N2 / H2 = 1:3)

1. Purificação do hidrocarboneto por remoção do S

2. “Reforming” de conversão de Hidrocarbonetos

Sendo seguidamente queimado o metano não convertido

B) Conversão de CO a CO2

C) Remoção do CO2 (purificação)(usa-se a monoetalamina, carbonato de potássio)

D) Remoção de resíduos de CO2 e CO (< 10 ppm)



E) Síntese do amoníacoF) Arrefecimento, condensação e separação do NH3 formado,

recirculação dos reagentes





A utilização do amoníaco

O amoníaco é um composto químico muito utilizado pelas indústrias, com diferentes aplicações, tais como:

• Indústria química – síntese de ureia, fertilizantes, produção de ácido nítrico;

• Indústrias do frio, do papel e alimentar – fluído refrigerante;

• Indústria metalúrgica – atmosferas de tratamento térmico;

• Indústria têxtil – dissolvente;

• Indústria petroquímica – neutralização do petróleo bruto, síntese de catalisadores.


Como fluído usado na refrigeração, o amoníaco apresenta numerosas caraterísticas e vantagens, tais como:

1. Possui boas propriedades termodinâmicas, de transferência de massa e de calor;

2. É quimicamente neutro para os elementos frigoríficos;

3. É insensível na presença de ar húmido ou de água, é facilmente detetável em caso de fuga por ser muito leve, e desta forma, é muito difícil ter uma falha no circuito

4. O amoníaco é fabricado para muitos usos, o que permite a manutenção do seu preço baixo e acessível;

5. O óleo lubrificante não se mistura como o amoníaco;

A utilização do amoníaco

Nota; Para além do amoníaco ser utilizado em indústrias e em processos de refrigeração também é utilizado como fertilizante na agricultura e sendo também componente em produtos de limpeza.


O amoníaco, a saúde e o ambiente

Proteção respiratória adequada, luvas de PVC e óculos de segurança.



• Apesar das inúmeras vantagens do amoníaco na nossa vida, a este também se associam desvantagens. Pode mesmo tornar-se um sério risco quando o seu manuseamento / utilização indevida.

• Pode ser a causa de riscos na saúde humana.

• Ingestão: Quando ingerido o amoníaco causa vómitos, náuseas, e danos ao longo do aparelho digestivo.

• Inalação: Os vapores deste elemento são bastante irritantes e corrosivos.

• A nível cutâneo: Pode causar queimaduras, quer ligeiras, quer graves ( 1º, 2º e 3º graus respectivamente).

• A nível ocular: Pode causar danos permanentes, mesmo quando se trata de uma pequena quantidade de substância.


InalaçãoRetire a vítima da área contaminada, leve-o para uma zona arejada e administre oxigénio se possível. Se a vítima parar de respirar faça respiração boca a boca. No entanto, tenha cuidado, pois a respiração boca a boca pode provocar uma queimadura química na pessoa que está a tentar socorrer. Deve-se manter a vítima quente e em repouso assim como chamar um médico ou encaminhar para o hospital mais próximo.

Contacto com a peleRetire rapidamente as roupas e sapatos contaminados e lave imediatamente e abundantemente as partes atingidas com água, durante pelo menos 15 minutos. Não esfregue o local. Peça assistência médica.


IngestãoNunca dê nada pela boca a pessoas inconscientes ou em estado convulsivo. O afectado consciente deve ingerir água ou leite. Não induza o vómito. Se os vómitos ocorrerem espontaneamente a vítima deverá ser deitada de lado para prevenir a aspiração pulmonar. Chame um médico e informe-o sobre as

características do produto.

Contacto com os olhosO atendimento imediato é fundamental. Os primeiros 10 segundos são críticos para evitar cegueira. Lave os olhos com água corrente durante 15 minutos, no mínimo. As pálpebras devem ser mantidas abertas e distantes do globo ocular para assegurar que todas as superfícies sejam enxaguadas completamente.

Após estes cuidados, chame um médico, de preferência um oftalmologista.


• O amoníaco que é libertado para a atmosfera, pode originar sulfato de amoníaco e nitrato de amoníaco, aos quais se dá o nome de matérias particuladas, que são partículas de caraterísticas sólidas ou líquidas, que se encontram dispersas pela atmosfera.

• A maioria das partículas, que têm um diâmetro superior a 5 mm, normalmente depositam-se no nariz, na traqueia e nos brônquios, mas quanto mais pequena for a dimensão destas partículas mais perigosas as mesmas se tornam (depositam-se em zonas de maior risco).

• As matérias particuladas causam problemas relacionados com cancro pulmonar, graves problemas respiratórios e podem, inclusive, provocar morte prematura.



• A solução aquosa do amoníaco é uma base e por esse mesmo motivo quando existe a presença deste mesmo composto num determinado sistema ecológico podem ocorrer modificações do pH desses mesmos sistemas.

Da decomposição do amoníaco, vão originar-se óxidos de azoto, um dos agentes mais poluentes da atmosfera.

• São estes óxidos de azoto que provocam a precipitação de chuvas ácidas.

• Na produção de amoníaco, do processo de obtenção de matérias-primas para o fabrico deste, ocorre a produção de dióxido de carbono como um subproduto, que ao ser lançado para a atmosfera vai ser um dos contribuintes para o fenómeno do efeito de estufa.



•Cuf - Químicos Industriais, SA – dedica-se, entre outras atividades, à produção de ácido nítrico a partir da oxidação catalítica do amoníaco, utilizado principalmente no fabrico de fertilizantes e explosivos, mas também na indústria química e alimentar.

•EGIQUÍMICA Lda. - produz uma grande variedade de produtos de limpeza nas gamas Higiene & Limpeza, Tratamento de Pavimentos, Manutenção Automóvel, Lavandaria, Indústria Têxtil e Construção Civil, a partir do amoníaco e de outras matérias-primas.

• Quiminova Lda. - Química Industrial e Agrícola.

• ADP - Adubos de Portugal, S.A. - criada em 1997, que se dedica à produção e comercialização de fertilizantes na Europa, detendo uma quota de mercado de 70%.

Indústrias que utilizam o amoníaco em Portugal:

Resumo da aula

• A importância do amoníaco como matéria-prima• N• m• m

• A saúde e o ambiente• u

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