PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS I ÁCIDO SULFÚRICO

PROCESSOS QUÍMICOS PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS IINDUSTRIAIS I

ÁCIDO SULFÚRICOÁCIDO SULFÚRICO

ENXOFREENXOFRE

• É uma das matérias-primas básicas mais É uma das matérias-primas básicas mais

importantes da indústria química.importantes da indústria química.

• Existe na natureza em forma livre e Existe na natureza em forma livre e

combinado em minérios, como a pirita combinado em minérios, como a pirita

(FeS(FeS22). Constituinte do petróleo e do gás ). Constituinte do petróleo e do gás

natural (na forma de Hnatural (na forma de H22S).S).

• Principal aplicação: fabricação de ácido Principal aplicação: fabricação de ácido

sulfúrico, matéria-prima básica para sulfúrico, matéria-prima básica para

muitas indústrias químicas.muitas indústrias químicas.

ENXOFREENXOFRE

• O enxofre já era conhecido dos O enxofre já era conhecido dos alquimistas (amarelo-místico).alquimistas (amarelo-místico).

• Em ritos pagãos antigos, era queimado Em ritos pagãos antigos, era queimado para espantar os maus espíritos.para espantar os maus espíritos.

• Os fumos eram usados para alvejar Os fumos eram usados para alvejar tecidos e palha.tecidos e palha.

• O enxofre pode ser obtido, também, de O enxofre pode ser obtido, também, de rochas sulfurosas rochas sulfurosas calcita contendo calcita contendo enxofre. Nesses depósitos naturais, é enxofre. Nesses depósitos naturais, é extraído de forma semelhante ao extraído de forma semelhante ao petróleo, injetando-se ar quente petróleo, injetando-se ar quente comprimido e água quente para fundir o comprimido e água quente para fundir o enxofre.enxofre.

EXTRAÇÃO EXTRAÇÃO DEDEENXOFREENXOFRE

ENXOFREENXOFRE

• O enxofre pode ser separado do sulfeto O enxofre pode ser separado do sulfeto de hidrogênio obtido na purificação do de hidrogênio obtido na purificação do gás natural ou do gás de coqueria e nas gás natural ou do gás de coqueria e nas refinarias de petróleo.refinarias de petróleo.

• O processo “Claus” para recuperação de O processo “Claus” para recuperação de enxofre é baseado em duas reações:enxofre é baseado em duas reações:

HH22S + 3/2 OS + 3/2 O22 SO SO22 + H + H22OO

SOSO2 2 + H + H22S ———S ——— 3 S + 2 H 3 S + 2 H22OOFeFe22OO33

ENXOFREENXOFRE

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

HH22S + 3/2 OS + 3/2 O22 SO SO22 + H + H22OOHH22S + 3/2 OS + 3/2 O22 SO SO22 + H + H22OO


PROCESSO DAS CÂMARAS DE CHUMBOPROCESSO DAS CÂMARAS DE CHUMBO• Produz ácido sulfúrico entre 50º e 60ºBé Produz ácido sulfúrico entre 50º e 60ºBé

(62-78%).(62-78%).• As plantas são operadas continuamente As plantas são operadas continuamente

até que se destruam.até que se destruam.• Tem sido usado em fábricas de Tem sido usado em fábricas de

fertilizantes.fertilizantes.

PROCESSO DE CONTATOPROCESSO DE CONTATO• Produz ácido sulfúrico a 98-100% e Produz ácido sulfúrico a 98-100% e

oleum.oleum.• Inicialmente utilizava platina como Inicialmente utilizava platina como

catalisador, substituído por vanádio.catalisador, substituído por vanádio.

ÁCIDO SULFÚRICOÁCIDO SULFÚRICOHISTÓRICOHISTÓRICO• O ácido sulfúrico é provavelmente conhecido antes do século XVI. O ácido sulfúrico é provavelmente conhecido antes do século XVI.

Foi preparado por Johann Van Helmont (1600) por destilação de Foi preparado por Johann Van Helmont (1600) por destilação de vitriol verde (sulfato férreo) e pela queima do enxofre. vitriol verde (sulfato férreo) e pela queima do enxofre.

• A primeira demanda industrial principal para ácido sulfúrico foi o A primeira demanda industrial principal para ácido sulfúrico foi o processo Leblanc de manufatura do carbonato de sódio processo Leblanc de manufatura do carbonato de sódio (desenvolvido em 1790). (desenvolvido em 1790).

• Um processo para sua síntese, queimando enxofre com saltpeter Um processo para sua síntese, queimando enxofre com saltpeter (nitrato de potássio) foi primeiro usado por Johann Glauber no (nitrato de potássio) foi primeiro usado por Johann Glauber no século XVII e desenvolvido comercialmente por Joshua Ward na século XVII e desenvolvido comercialmente por Joshua Ward na Inglaterra em 1740. Inglaterra em 1740.

• Foi logo substituído pelo processo de câmaras de chumbo, inventado Foi logo substituído pelo processo de câmaras de chumbo, inventado por John Roebuck em 1746 e desde então foi melhorado por muitos por John Roebuck em 1746 e desde então foi melhorado por muitos outros. outros.

• O processo de contato foi desenvolvido em 1830 por Peregrine O processo de contato foi desenvolvido em 1830 por Peregrine Phillips na Inglaterra; era pouco usado até uma necessidade por Phillips na Inglaterra; era pouco usado até uma necessidade por ácido concentrado surgir, particularmente para a produção de tintas ácido concentrado surgir, particularmente para a produção de tintas orgânicas sintéticas. orgânicas sintéticas.

ÁCIDO SULFÚRICOÁCIDO SULFÚRICOUTILIZAÇÕESUTILIZAÇÕES• Ácido sulfúrico é um das substâncias químicas industriais mais Ácido sulfúrico é um das substâncias químicas industriais mais

importantes. importantes. • O uso principal de ácido sulfúrico está na produção de fertilizantes, O uso principal de ácido sulfúrico está na produção de fertilizantes,

por exemplo, superfosfatos e sulfato de amônio. por exemplo, superfosfatos e sulfato de amônio. • É extensamente usado no produção de substâncias químicas como, É extensamente usado no produção de substâncias químicas como,

por exemplo: ácido clorídrico, ácido nítrico, sulfatos, detergentes por exemplo: ácido clorídrico, ácido nítrico, sulfatos, detergentes sintéticos, tintas e pigmentos, explosivos e drogas. sintéticos, tintas e pigmentos, explosivos e drogas.

• É usado no refino de petróleo para retirar impurezas da gasolina e É usado no refino de petróleo para retirar impurezas da gasolina e outros produtos. outros produtos.

• Ácido sulfúrico é usado em metalurgia, por exemplo, conservando Ácido sulfúrico é usado em metalurgia, por exemplo, conservando (limpando) ferro e aço antes da laminação com estanho ou zinco. (limpando) ferro e aço antes da laminação com estanho ou zinco. Rayon é feito com ácido sulfúrico. Rayon é feito com ácido sulfúrico.

• Serve como o eletrólito na bateria de chumbo, usado em automóveis Serve como o eletrólito na bateria de chumbo, usado em automóveis (contendo aproximadamente 33% H(contendo aproximadamente 33% H

22SOSO44 e com massa específica de e com massa específica de

aproximadamente 1,25, chamado freqüentemente ácido de bateria). aproximadamente 1,25, chamado freqüentemente ácido de bateria).


REAÇÕESREAÇÕES

SS(g)(g) + O + O2(g)2(g) ---> SO ---> SO2(g)2(g)

SOSO2(g)2(g) + ½O + ½O2(g)2(g) <==> SO <==> SO3(g)3(g)

SOSO3(g)3(g) + H + H22OO(l)(l) ---> H ---> H22SOSO4(l)4(l)

ÁCIDO SULFÚRICOÁCIDO SULFÚRICOPROCESSO DAS CÂMARAS DE CHUMBOPROCESSO DAS CÂMARAS DE CHUMBO• No processo de câmara de chumbo, dióxido de enxofre (gás) quente No processo de câmara de chumbo, dióxido de enxofre (gás) quente

entra no fundo de um reator chamado torre de Glover, onde é lavado entra no fundo de um reator chamado torre de Glover, onde é lavado com vitriol nitroso (ácido sulfúrico com óxido nítrico, NO, e dióxido com vitriol nitroso (ácido sulfúrico com óxido nítrico, NO, e dióxido de nitrogênio, NOde nitrogênio, NO

22, dissolvidos) e misturado com óxido nítrico e , dissolvidos) e misturado com óxido nítrico e

dióxido de nitrogênio; parte do SOdióxido de nitrogênio; parte do SO22 é oxidado a SO é oxidado a SO

33 e é dissolvido e é dissolvido

por lavagem para formar ácido ácido de Glover (aproximadamente por lavagem para formar ácido ácido de Glover (aproximadamente 78% H78% H

22SOSO44). ).

• Da torre de Glover, uma mistura de gases (incluindo SODa torre de Glover, uma mistura de gases (incluindo SO22 e SO e SO

33, ,

nitrogênio, oxigênio e vapor) é transferido para uma câmara revestida nitrogênio, oxigênio e vapor) é transferido para uma câmara revestida com chumbo onde reage com mais água. A câmara deve ser grande, com chumbo onde reage com mais água. A câmara deve ser grande, na forma de um cone truncado. Ácido sulfúrico é formado por uma na forma de um cone truncado. Ácido sulfúrico é formado por uma série complexa de reações; condensa nas paredes e é coletado no série complexa de reações; condensa nas paredes e é coletado no fundo da câmara. Pode haver de três a doze câmaras em uma série; fundo da câmara. Pode haver de três a doze câmaras em uma série; os gases atravessam cada uma em sucessão. os gases atravessam cada uma em sucessão.

ÁCIDO SULFÚRICOÁCIDO SULFÚRICOPROCESSO DAS CÂMARAS DE CHUMBOPROCESSO DAS CÂMARAS DE CHUMBO• O ácido produzido nas câmaras, freqüentemente chamado ácido de O ácido produzido nas câmaras, freqüentemente chamado ácido de

câmara ou ácido de fertilizante, contém 62% a 68% Hcâmara ou ácido de fertilizante, contém 62% a 68% H22SOSO

44. Depois que . Depois que

os gases tenham atravessassado as câmaras, eles passam em um os gases tenham atravessassado as câmaras, eles passam em um reator chamado torre de Gay-Lussac onde eles são lavados com reator chamado torre de Gay-Lussac onde eles são lavados com ácido se concentrado resfriado (da torre de Glover); os óxidos de ácido se concentrado resfriado (da torre de Glover); os óxidos de nitrogênio e o dióxido de enxofre que não reagiu se dissolvem no nitrogênio e o dióxido de enxofre que não reagiu se dissolvem no ácido para formar o vitriol nitroso usado na torre de Glover. Os gases ácido para formar o vitriol nitroso usado na torre de Glover. Os gases residuais normalmente são descarregados na atmosfera. residuais normalmente são descarregados na atmosfera.

ÁCIDO SULFÚRICOÁCIDO SULFÚRICOPROCESSO DE CONTATOPROCESSO DE CONTATO• Transporte do enxofre para a usinaTransporte do enxofre para a usina• Fusão do enxofre e filtração para remover traços de Fusão do enxofre e filtração para remover traços de

cinzascinzas• Bombeamento e atomização do enxofre líquidoBombeamento e atomização do enxofre líquido• Secagem do ar de combustãoSecagem do ar de combustão• Queima do enxofreQueima do enxofre

• Recuperação do calor do SORecuperação do calor do SO22 gasoso quente e gasoso quente e resfriamento do gásresfriamento do gás

• Purificação do SOPurificação do SO22 gasoso por filtração a quente gasoso por filtração a quente

• Oxidação do SOOxidação do SO22 a SO a SO33 em conversores em conversores

• Controle de temperatura com transferência de calor para Controle de temperatura com transferência de calor para assegurar elevados rendimentos em SOassegurar elevados rendimentos em SO33

• Absorção do SO em ácido concentrado, a 98,5-99,0%Absorção do SO em ácido concentrado, a 98,5-99,0%• Resfriamento do ácido dos absorvedoresResfriamento do ácido dos absorvedores• Bombeamento do ácido para o topo das torres de Bombeamento do ácido para o topo das torres de

absorçãoabsorção


PROCESSO DE CONTATO – ENXOFREPROCESSO DE CONTATO – ENXOFRE




PROCESSO DE CONTATO – USTULAÇÃO DE MINÉRIOSPROCESSO DE CONTATO – USTULAÇÃO DE MINÉRIOS


PROCESSO DE CONTATO – ENXOFRE – DUPLA ABSORÇÃOPROCESSO DE CONTATO – ENXOFRE – DUPLA ABSORÇÃO


PROCESSO DE CONTATO - CATALISADORPROCESSO DE CONTATO - CATALISADOR• Um catalisador típico é constituído por Um catalisador típico é constituído por

terra de diatomácea (diatomita) terra de diatomácea (diatomita) impregnada com mais de 7% de Vimpregnada com mais de 7% de V22OO55..

• Têm vida longa, superior a 20 anos e não Têm vida longa, superior a 20 anos e não são sujeitos ao envenenamento, exceto são sujeitos ao envenenamento, exceto pelo fluor, que danifica o portador de pelo fluor, que danifica o portador de sílica.sílica.

• As conversões são elevadas, até 99,8% As conversões são elevadas, até 99,8% nas usinas de absorção dupla.nas usinas de absorção dupla.


PROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOSPROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOS

• QUEIMADORES: Os processos de contato QUEIMADORES: Os processos de contato

e da câmara de chumbo usam as mesmas e da câmara de chumbo usam as mesmas

matérias-primas, isto é, enxofre ou matérias-primas, isto é, enxofre ou

alguns sulfetos metálicos. Depois de alguns sulfetos metálicos. Depois de

fundido, o enxofre é bombeado do tanque fundido, o enxofre é bombeado do tanque

depósito e nebulizado no forno.depósito e nebulizado no forno.


PROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOSPROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOS

• TRATAMENTO DO GÁS DO QUEIMADOR: O TRATAMENTO DO GÁS DO QUEIMADOR: O

SOSO22 obtido no queimador no processo de obtido no queimador no processo de

contato pode conter, além de poeiras, de contato pode conter, além de poeiras, de

dióxido de carbono, do nitrogênio e do dióxido de carbono, do nitrogênio e do

oxigênio, impurezas como cloro, arsênio oxigênio, impurezas como cloro, arsênio

e fluor. Para impedir a corosão causada e fluor. Para impedir a corosão causada

pelos gases é usual secar o ar de pelos gases é usual secar o ar de

combustão do enxofre e o de oxidação de combustão do enxofre e o de oxidação de

SOSO22. Essa secagem é feita em torres . Essa secagem é feita em torres

contendo ácido sulfúrico 93-98%.contendo ácido sulfúrico 93-98%.

ÁCIDO SULFÚRICOÁCIDO SULFÚRICOPROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOSPROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOS• TROCADORES DE CALOR: Antes dos gases TROCADORES DE CALOR: Antes dos gases

serem conduzidos ao primeiro estágio do serem conduzidos ao primeiro estágio do conversor, a temperatura é ajustada ao conversor, a temperatura é ajustada ao mínimo em que o catalisador eleva mínimo em que o catalisador eleva substancialmente a velocidade de reação, substancialmente a velocidade de reação, entre 410 e 440ºC. Os gases devem ser entre 410 e 440ºC. Os gases devem ser resfriados entre os estágios de catálise, para resfriados entre os estágios de catálise, para que a taxa de conversão seja elevada. Para que a taxa de conversão seja elevada. Para isto, pode-se injetar a frio, ou usar caldeiras, isto, pode-se injetar a frio, ou usar caldeiras, superaquecedores de vapor ou trocadores de superaquecedores de vapor ou trocadores de calor multitubulados. São trocadores calor multitubulados. São trocadores constituídos por um cilindro vertical com constituídos por um cilindro vertical com vários tubos. O SOvários tubos. O SO33 circula pelos tubos e o circula pelos tubos e o SOSO22 circula ao redor dos tubos. circula ao redor dos tubos.

ÁCIDO SULFÚRICOÁCIDO SULFÚRICOPROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOSPROCESSO DE CONTATO - EQUIPAMENTOS• CONVERSOR: É o coração da planta. Os CONVERSOR: É o coração da planta. Os

gases são resfriados sucessivamente entre gases são resfriados sucessivamente entre os quatro estágios. A conversão do SOos quatro estágios. A conversão do SO22 a SO a SO33 leva em conta que:leva em conta que:• O equilíbrio varia inversamente com a O equilíbrio varia inversamente com a

temperatura e de maneira direta com a razão temperatura e de maneira direta com a razão OO22/SO/SO22;;

• A velocidade da reação é uma função direta da A velocidade da reação é uma função direta da temperatura;temperatura;

• A composição e a razão entre a quantidade de A composição e a razão entre a quantidade de catalisador e a quantidade de SOcatalisador e a quantidade de SO33 formado formado afetam a velocidade de conversão ou a cinética afetam a velocidade de conversão ou a cinética da reação;da reação;

• A remoção do SOA remoção do SO33 provoca a covnersão de provoca a covnersão de maior quantidade de SOmaior quantidade de SO22..

Conversor a 4 etapasConversor a 4 etapas

Conversor a 4 etapasConversor a 4 etapas

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