3 Producao de ac nitrico, nitrato e sulfato de amonia 070623 (2)

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ENQ351 Processos Inorgânicos Industriais
Mar-jun/23
Processo de produção de ácido nítrico e 
de nitrato e sulfato de amônia
ENQ 351 – Processos Inorgânicos Industriais
Departamento de Química
Curso de Engenharia Química
deusanilde@ufv.br
Conteúdo
•Ácido nítrico
• Evolução do processo de produção do ácido nítrico
•Matérias-primas
• Tipos de processo de acordo com a pressão de operação
• Aspectos importantes nas reações de obtenção do ácido 
nítrico
• Descrição do processo
•Produção de nitrato de amônia e sulfato de amônia
• Descrição dos processos
Evolução do processo de produção do ácido nítrico
•Durante muitos anos, deste a 
primeira guerra mundial, o ácido 
nítrico foi produzido a partir do 
salitre do chile de acordo com a 
reação abaixo:
NaNO3 + H2SO4 → NaHSO4 + HNO3
•Considerando a importância militar do ácido nítrico na 
época para produção de explosivos, grande número de 
países iniciou suas pesquisas para produção do ácido nítrico
por meio de outros métodos e matérias-primas;
• O arco votáico foi um dos processos. Entretanto, não teve larga 
expansão devido ao alto consumo de energia;
Salitre do chile
Fonte:
https://loja-s.tray.com.br/loja/produto-
197212-2274-
salitre_do_chile_nitrato_de_sodio_adub
o_fertilizante_10_kg 
Evolução do processo de produção do ácido nítrico
•Em 1915, um engenheiro russo chamado Andreyev, 
desenvolveu uma técnica de produção de ácido 
nítrico a partir da amônia obtida da coqueria;
•No final de 1916, a primeira planta de ácido nítrico 
usando esta técnica foi instalada;
Fluxograma da coqueria CSN
Fonte: http://www.csn.com.br/conteudo_pti.asp?idioma=0&tipo=61021&conta=45
Evolução do processo de produção do ácido nítrico
•Atualmente, o processo mais utilizado para produção do 
ácido nítrico é a partir da oxidação da amônia com o ar 
(R1) e da oxidação do óxido nítrico (R2) e da absorção 
do dióxido de nitrogênio (R3):
4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g) + calor Reação 1
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) + calor Reação 2
3NO2(g) + H2O(l) →2HNO3(aq) + NO(g) + calor Reação 3
Planta moderna de produção de ácido nítrico de pressão monopressão
Fonte: https://www.casale.ch/new-plants/nitric-acid-new-plants/nitric-acid-process-na1000
Aplicações
•Fabricação de explosivos;
•É utilizado na separação da prata e do ouro como
um oxidante ácido;
•Na decapagem do latão;
•Na gravação de metais;
•Fabricação de fertilizantes.
Nitrato de amônia
Fonte: https://g1.globo.com/economia/agronegocios/noticia/2020/08/05/brasil-importa-cerca-
de-1-milhao-de-toneladas-de-nitrato-de-amonio-por-ano-controle-e-feito-pelo-exercito.ghtml
Rota comercial de produção de fertilizantes 
nitrogenados
Matérias-primas para produção do ácido nítrico
•Matérias-primas
• Amônia anidra
• Ar
• Água
•Catalisador: tela de platina-ródio
•Transporte
• A amônia anidra, por apresentar pequena massa molecular, 
pode ser tranportada das fábricas de obtenção até as fábricas 
de oxidação por carros com tanques de aço;
• O ácido nítrico fabricado só pode ser transportado por carros 
com tanques de aço inoxidável.
Reações de produção do ácido nítrico
Oxidação da amônia pelo ar para produção de óxido de nitrogênio em
temperaturas elevadas (820- 950oC):
4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g) ΔH= -216,6 kcal/mol
Oxidação do óxido de nitrogênio para obtenção do dióxido de nitrogênio: 
2NO(g) + O2(g) ⇄ 2NO2(g) ΔH= -27,1 kcal/mol
Dimerização do NO2
2NO2(g) ⇄ N2O4(g) ΔH= -13,6 kcal/mol
Reação do dióxido de nitrogênio com água para obtenção do ácido nítrico: 
3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(g) ΔH= -32,2 kcal/mol
A reação abaixo também pode ocorrer a depender das condições de 
processo: 
4NH3(g) + O2(g) ⇄ 1/2N2O(g) + 3/2H2O -65,9 kcal/mol
Processo de produção de acordo com a pressão
•Para todas as plantas de produção de ácido nítrico as 
etapas abaixo são importantes
• Etapa 1: Oxidação da amônia com o ar com formação do 
óxido nítrico (NO) 
• Etapa 2: Oxidação do NO a dióxido de nitrogênio e absorção 
deste em água para formar o ácido nítrico
•Existem três tipos de plantas de ácido nítrico de acordo 
com a pressão
• Monopressão: as plantas podem operar à média pressão (~5 
atm) ou à alta pressão (~10 atm) para as duas etapas 
anteriores
• Dupla pressão: as plantas operam em média pressão na 
Etapa 1 e em alta pressão na Etapa 2
•As plantas em baixa pressão estão em desuso, pois produz 
ácido em concentração mais baixa (50-55%) em relação às 
plantas que operam em média/alta pressão (60-70%)
Aspectos importantes na obtenção do ácido nítrico
•O óxido de nitrogênio é quase insolúvel em água e, portanto,
para se obter o ácido nítrico, o dióxido deverá ser formado;
•A reação de oxidação do óxido de nitrogênio a dióxido é
reversível e resulta na redução de volume e na liberação de
calor. Dessa forma, de acordo com o princípio de Le Chatelier,
uma redução de temperatura (controle) e um aumento de
pressão (controle) conduzá o equilíbrio para formação de
mais produto. Portanto, maior rendimento em dióxido;
2NO(g) + O2(g) ⇄ 2NO2(g) ΔH= -27,1 kcal/mol
•A absorção aumenta com o decréscimo da temperatura e
com o aumento da pressão;
•A oxidação do óxido de nitrogênio a dióxido e a absorção
do dióxido em água ocorrem simultaneamente e no
mesmo equipamento.
Ilustrações do processo
4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g) ΔH= -216,6 kcal/mol
2NO(g) + O2(g) ⇄ 2NO2(g) ΔH= -27,1 kcal/mol
2NO2(g) ⇄ N2O4(g) ΔH= -13,6 kcal/mol
3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(g) ΔH= -32,2 kcal/mol
Aspectos importantes na obtenção do ácido nítrico
• Na indústria, é econômico misturar todo o ar com
a amônia necessária às duas primeiras reações no
início do processo;
• A reação do óxido a dióxido é uma reação mais
lenta e o equilíbrio é mais favorável em
temperaturas mais baixas;
• Por isso, a reação é realizada em absorvedores de
grandes capacidades, com resfriamento em todas as
bandejas superiores;
• Embora a elevada pressão favorecerá o equilíbrio
da reação no sentido do produto, um aumento na
pressão elevaria os custos com equipamentos.
Descrição do processo de produção do ácido nítrico
•A amônia anidra é evaporada contínuo e
uniformemente num evaporador, usando-se vapor
d’água para fornecer o calor necessário (op);
•O ar necessário às reações é comprimido num
compressor de recuperação e num compressor a
vapor até a pressão de operação e passa através de
um filtro de ar e de trocadores de calor (op);
•A amônia gasosa é oxidada pelo ar a óxido de
nitrogênio, num conversor à pressão de operação,
passando através de uma tela de platina e ródio, a
850 - 920°C (cq);
4NH3(g) + 5O2(g) ⇄ 4NO(g) + 6H2O(g) ΔH= -216,6 kcal/mol
Descrição do processo de produção do ácido nítrico
•Após, o óxido, com o excesso de ar necessário para a
oxidação a dióxido, é resfriado em uma caldeira e num
resfriador a água conduzido para a base de uma torre
de absorção (op);
•Realizam-se sucessivas oxidações do NO e hidratações
do NO2 com resfrimento contínuo da água, numa
torre de absorção em aço inox (cq e op);
•O ácido nítrico a 50 - 70% é retirado da torre por meio de
um coletor de ácido (op);
•O gás de descarga do topo do absorvedor é aquecido
num trocador de calor em contracorrente com os gases
da reação de oxidação da amônia e expande-se através
de um compressor/expansor antes de ser lançado para
a atm.
Fluxograma de fabricação do ácido nítrico
2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) -27,1 kcal/mol
2NO2(g) ↔ N2O4(g) ΔH= -13,6 kcal/mol
3NO2(g) + H2O(l) →2HNO3(aq) + NO(g) -32,2 kcal/mol
4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g) -216,6 kcal/mol
Fertilizantes e respectivos teores de nutrientes
Fertilizante Componentes 
básicos
Nutrientes, %
Nitrogenados N
Ureia CO(NH2)2 42-46
Nitrato de amônio NH4NO3 33-35
Sulfato de amônio (NH4)2SO4 20-21
Fosfatados P2O5ou N/P2O5
Superfosfato simples CaH4(PO4)2 18-20%
Superfosfato triplo Ca(H2PO4)2 44-51%
MAP 10-12%(N)% e 48-57%(P2O5)
DAP 16-18%(N)% e 46-48%(P2O5)
Potássicos K2O
Cloreto de potássio KCl 58-62
Sulfato de potássio K2SO4 48-62
Produçãodo nitrato de amônia
NH4NO3
•É um fertilizante nitrogenado importante, pois 
apresenta ~35% de teor de nitrogênio, é de fácil 
produção e baixo custo de fabricação;
•Apresenta nitrogênio de ação rápida do nitrato 
e nitrogênio de ação lenta proveniente da 
amônia;
•Constitui uma matéria-prima fundamental para 
a fabricação de explosivos;
Processo de produção do nitrato de amônia
•Matérias-primas:
•Amônia (NH3(g)) e ácido nítrico (HNO3(aq))
•Reação: O nitrato de amônia é fabricado pela neutralização
do ácido nítrico pela amônia de acordo com a reação abaixo
NH3(g) + HNO3(aq) → NH4NO3(aq) -20,6 kcal/mol
•Tecnologias: diferem nas condições operacionais a
depender da concentração do ácido nítrico
•Neutralização sob pressão, 3 a 5 atm: se a concentração do ácido for
>50%, a quantidade de vapor gerada será suficiente para aquecer a
amônia e a solução de ácido e para concentrar a solução de nitrato de
amônia (Temperatura ~175 a 190 oC ).
•Neutralização à pressão atm: concentração do ácido >50% com fonte
de vapor externa. Menor investimento inicial e maior facilidade de
operação (Temperatura ~145 oC ). (Temp. fusão do nitrato de amônia
169,6oC).
Etapas do processo de produção do nitrato de amônia
•Neutralização
•Reator/separador:
•O ácido nítrico, em solução, é neutralizado com a amônia
gasosa;
•O vapor separado do nitrato de amônia aquece as
correntes de entrada e concentra a solução de nitrato
formada;
•Em plantas comerciais, a concentração do nitrato varia de
78 e 84%.
•As tecnologias atuais permitem operar com pressão de 8
atm e temperatura de 180oC, sem geração de vapor,
utilizando o calor da reação para concentração da solução de
nitrato por meio de circulação no reator.
Etapas do processo de produção do nitrato de amônia
•Concentração
•A solução de nitrato de amônia é concentrada até a faixa de 95 a 99,7%
em um sistema de evaporação por filme descendente ou à vácuo;
•Em plantas com geração de vapor da reação, este pode ser utilizado para
concentração da solução também;
•O dimensionamento da etapa de concentração dependerá da
concentração do nitrato na entrada e da tecnologia de acabamento
•Acabamento
•Granulação:
•Equipamento: tambor granulador
•Teor de umidade na entrada de 5%
•Perolação:
•Equipamento: torre de perolação
•Teor de umidade de 0,3 a 0,5%
•O teor de umidade do nitrato de amônia é da ordem de 0,2%;
•Como o nitrato de amônia é higroscópico, os grânulos podem ser revestidos com
argilas ou terra diatomácea de forma a reduzir sua capacidade de absorver água.
Fluxograma simplificado de fabricação do nitrato de 
amônia pelo processo da Commercial Solvents Stengel
NH3(g) + HNO3(aq) → NH4NO3(aq) -20,6 kcal/mol
Sulfato de amônia (21%N e 24%S) - Processos de produção
1. Subproduto da produção da caprolactama, o qual é o 
intermediário do nylon
- Processo BASF da reação de oximação: hidrogenação catalítica do óxido 
nítrico em uma solução de hidrogenossulfato de amônia sobre um 
catalisador de platina disperso em grafite (R1) e reação da ciclohexanona
com sulfato de hidroxilamônio e amônio, liberando água e sulfato ácido de 
amônia. Razão sulfato de amônia/ciclohexanona = 0,1 m/m 
Óxido nítrico hidrogenossulfato 
de amônia
sulfato de 
hidroxilamônio e 
amônio
sulfato de 
hidroxilamônio e 
amônio
Ciclohexanona Caprolactama
R1
R2
Sulfato de amônia - Processos de produção
2. Reação do carbonato de amônia com o sulfato de cálcio;
• A reação ocorre em tanques agitados, aquecidos com vapor e 
tempo de residência de 4-6h:
NH3 + H2O → NH4OH
2NH4OH + CO2 → (NH4)2CO3 + H2O
(NH4)2CO3(aq) + CaSO4.2H2O(s) → CaCO3(s) + 2H2O + (NH4)2SO4(aq)
• O carbonato de cálcio precipita e é eliminado por filtração. 
• O sulfato de amônia contido no licor mãe é submetido a evaporação em 
cristalizadores multiestágios. 
• Os cristais são separados em centrífugas e secos em secadores rotativos. 
• A grande desvantagem é a baixa concentração do sulfato de amônia, 
necessitando de elevado consumo de energia para a sua secagem.
Sulfato de amônia - Processos de produção comercial
3. Obtenção pelo processo combinado de
reação/evaporação da amônia com o ácido sulfúrico:
2NH3(g) + H2SO4(l) → (NH4)2SO4(s) ∆H= -283 kJ/mol
• Este processo é muito usado em siderurgias à coque, onde o ácido
é usado para fixar a amônia que se desprende durante a
coqueificação do carvão à alta temperatura. O teor de N no carvão
pode variar entre 2 a 3% .
• As matérias-primas alimentam um evaporador/cristalizador que
opera à vácuo ou à pressão atm.
• No primeiro caso, vácuo, o calor liberado na reação é removido por meio da
evaporação da água presente no ácido ou na água de alimentação usada no
controle de temperatura.
• No segundo caso, pressão atm, ar é borbulhado na lama dentro do
equipamento para controle de temperatura.
Sulfato de amônia - Processos de produção
• A lama no evaporador/cristalizador fica saturada e
dá origem aos núcleos de cristalização.
• Na cristalização, são importantes: agitação moderada,
tempo de residência no evaporador, solubilidade das
impurezas, temperatura (63 – 66oC) e pH (3-3,5).
• Para valores de pH muito baixos, há perda de NH3, e para
valores de pH elevados, formam-se cristais de pequenas
dimensões;
• A lama efluente do evaporador alimenta a
centrifugação, onde os cristais de sulfato de amônia
são removidos.
• O licor separado é reciclado para o evaporador e os
cristais alimentam um secador rotativo e, em
seguida, são classificados.
Diagrama de bloco simplificado do processo de produção do 
sulfato de amônia
Sulfato de amônia, vantagens e desvantagens
•Desvantagens: 
• Este fertilizante apresenta baixo teor de nitrogênio, 21%N. 
Isso faz com que o custo com armazenamento, transporte e 
manuseio do fertilizante aumente;
•Vantagens: 
• Fonte de enxofre, 24% S; 
• É rapidamente absorvido pela planta, 
• Tem baixa higroscopicidade, 
• Boas propriedades físicas, estabilidade química e alta 
eficiência agronômica;
Processo de produção de ácido nítrico
Vídeo 1 Recente startap (jun/20) de uma planta moderna de produção 
do ácido nítrico
Fonte https://www.casale.ch/news-events/news/navoyazot-nitric-acid-plant-is-on-stream Acessado 
em: 041120
•Atente para os seguintes detalhes:
• Torre de absorção e gases na saída da 
mesma
• Sala de geração de energia
• Conversor/temperatura de operação 
(888,8oC)
• Porta de visita do conversor
• Vista externa de toda a planta
Processo de produção de ácido nítrico
Vídeo 2 implantação de uma planta moderna de produção do ácido 
nítrico
Fonte https://www.casale.ch/new-plants/nitric-acid-new-plants/nitric-acid-process-na1000 Acessado 
em: 041120
•Atentem para a descrição da planta 
no site: capacidade da planta, 
pressão de operação (mono ou dual), 
concentração do ácido obtido etc;
•Atente para os seguintes detalhes no 
vídeo:
• Torre de absorção
• Tamanho da planta
ENQ351/PER/2020-4