Fabricação de Ácidos - Química Inorgânica

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PROCESSOS INORGÂNICOS 
INDUSTRIAIS 
AULA 2 - PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE ÁCIDOS INORGÂNICOS 
 
Processo químico 
 Definição: processo químico é uma 
operação ou um conjunto de operações 
que transformam um material ou uma 
mistura de materiais de forma química 
e/ou física. PROCESSO 
 QUÍMICO 
Mas o que é que a indústria química faz? Mas o que é que a indústria química faz? 
 Na realidade a indústria química produz insumos 
que não serão consumidos diretamente pelo 
consumidor, mas sem eles se torna impossível a 
obtenção dos produtos finais. 
 
 Quais são esses produtos afinal?? 
Porque se Estuda 
um processo 
Químico? 
É necessário conhecer todas as variáveis do processo (quantidades de 
produtos e quantidade de energia gasta) para que além de rentável o 
processo garanta a lei de conservação das massas. 
Porque se Estuda um processo Químico? 
PROCESSO QUÍMICO 
ORGÂNICO INORGÂNICO 
PROCESSOS 
INORGÂNICOS 
Tratamento de água 
Carboquímicos 
Petroquímica 
Gases combustíveis 
Gases industriais 
Cerâmica 
Cimento 
Vidro 
Ácidos 
Álcalis 
Tintas 
Explosivos 
Classificação 
dos processos 
O processo é classificado 
dependendo do tipo de entrada 
e saída de matéria do volume 
de controle: 
 
 
 Processo em batelada 
 Processo contínuo 
 Processo semi-contínuo 
Processo em batelada 
 O processo de produção em batelada é 
um processo único, onde todos os 
reagentes são colocados dentro do 
reator, após um tempo, ou após atingir 
uma certa condição para o início da 
reação, a mesma ocorre. Finalizada a 
reação todo o produto é retirado do 
reator e o processo se inicia novamente 
com a inserção de novos reagentes. 
 ESSE PROCESSO GERALMENTE É 
UTILIZADO EM PROCESSOS DE PEQUENA 
ESCALA, EM LABORATÓRIOS, OU AINDA 
QUANDO A CONVERSÃO DO PRODUTO É 
MUITO DIFÍCIL OU BAIXA, OU AINDA 
QUANDO O PROCESSO REQUER 
CONDIÇÕES ESPECÍFICAS DE 
SEGURANÇA. 
 COMO VANTAGENS PODEMOS CITAR O 
MELHOR CONTROLE, GERALMENTE ALTA 
CONVERSÃO E POUCA NECESSIDADE DE 
EQUIPAMENTOS DE CONTROLE 
 JÁ COMO DESVANTAGENS TEMOS: O 
CUSTO DO PROCESSO E MÃO DE OBRA, 
MAIOR TEMPO DE OPERAÇÃO E 
DIFICULDADE DE PRODUÇÃO EM LARGA 
ESCALA 
Processo 
contínuo 
 Diferente do processo em batelada, 
o processo contínuo acontece, como 
o nome diz, continuamente. Ou seja, 
os reagentes ou matérias-primas 
entram, já reagem e continuamente 
o produto é retirado do reator, ao 
mesmo tempo que novos reagentes 
são injetados. 
 
PROCESSO 
CONTÍNUO 
 Esse tipo de processo apresenta como vantagens 
as seguintes características: o custo do processo é 
menor, em vista que a produção é maior, devido à 
continuidade de processo. Obtendo-se os 
controladores certos o processo é de fácil 
controle, e a composição da saída é sempre igual 
a do interior do processo. É um ótimo tipo de 
processo para a larga escala. 
 Já como desvantagens, temos: a perda de uma 
grande quantidade de produto, caso o controle 
não seja adequado ou haja algum problema na 
produção e as taxas de conversão podem ser 
menores, devido ao pequeno tempo que os 
reagentes permanecem dentro do reator, sendo 
possível apenas utilizar em rações de alta taxa de 
conversão imediata. 
 
PROCESSO 
SEMI-
CONTÍNUO 
 É bem parecido com o processo em batelada, sendo que 
o processo semi-contínuo permite a retirada de semi-
produtos ou ainda a inserção de novas ou mais matéria 
prima ao decorrer do processo. 
CONVERSÃO E 
RENDIMENTO 
 Para que um processo químico funcione de fato, além 
do tipo de procedimento a ser utilizado, como 
mostrado anteriormente, é necessário ficar atento à 
taxa de conversão e ao rendimento da reação. Muitas 
vezes os processos possuem um elevada taxa de 
rendimento e conversão muito baixa. (por exemplo: 
amônia rend. 98%, Conver. 14%) 
 Isso pode ocorrer devido às condições em que o 
processo está submetido, por isso a necessidade de um 
estudo do melhor procedimento para se produzir 
determinadas substâncias. 
 Fazer com que o rendimento e a conversão se igualem, 
ou se tornem muito próximos, faz com que os custos de 
produção sejam reduzidos, o que é importante para 
todo processo em escala industrial. 
PORTANTO, QUAL 
O PAPEL DO 
QUÍMICO E DO 
ENGENHEIRO 
QUÍMICO NA 
PRODUÇÃO? 
 Os químicos e os engenheiros são os 
responsáveis diretos pelo funcionamento das 
linhas de produção, dos processos em geral. 
 Eles devem ser capazes de entender todo o 
processo no âmbito Geral e também em cada 
singularidade do processo. Devem ser capazes 
de solucionar problemas e indicar melhorias nos 
processos e equipamentos. 
 São, muitas vezes, responsáveis pelo projetos de 
novas plantas industriais e devem conhecer os 
fluxogramas dos processos em detalhes. Além de 
entender sobre custos e estar sempre 
procurando inovar, para estar sempre a frente no 
mercado. 
ÁCIDO SULFÚRICO 
Enxofre - 
Características 
 Existe na natureza na forma livre ou combinado em 
minérios, como pirita. É ainda um importante 
constituinte do petróleo; 
 Pode ser obtido pelo processo Frasch da mineração 
ou pelo processo clauss do petróleo; 
 É o principal componente para produção de ácido 
sulfúrico, e quase toda sua produção é convertida no 
ácido; 
 O processo Frasch é basicamente um processo de 
mineração em que se retira enxofre líquido das 
jazidas, utilizando um equipamento semelhante à 
perfuração de petróleo; 
 Injeção de água à 160°C 
 Ar comprimido é injetado para aerar o 
enxofre líquido para que ele possa se 
tornar mais leve e ascender 
 Ar comprimido cria um gradiente de 
pressão entre o fundo do poço e a 
superfície, causando a expulsão do 
enxofre líquido 
 Na superfície o enxofre passa por linhas 
aquecidas a vapor, até um separador, 
onde se remove o ar e a água 
PROCESSO FRASCH - MINERAÇÃO 
Enxofre de gases combustíveis 
 
 O enxofre também se faz presente (na 
forma de gás sulfídrico – H2S) no gás 
natural, biogás, petróleo cru e no carvão 
 Ele pode ser separado do sulfeto de 
hidrogênio através da purificação 
 O processo “Claus” para recuperação de 
enxofre é baseado em duas reações: 
 
𝐻2𝑆 𝑔 +
3
2
𝑂2(𝑔) → 𝑆𝑂2(𝑔) +𝐻2𝑂 𝑔 
𝑆𝑂2(𝑔) + 2𝐻2𝑆 𝑔
𝐹𝑒2𝑂3
3𝑆 𝑙 + 2𝐻2𝑂 𝑙 
 
PROCESSO 
CLAUS 
PROCESSO CLAUS – REAÇÕES EXOTÉRMICAS 
PROCESSO CLAUS – REAÇÕES EXOTÉRMICAS 
Ácido Sulfúrico – Características 
 
 O ácido sulfúrico (H2SO4 )é um ácido mineral forte 
obtido através da reação entre enxofre, oxigênio e água 
 Fórmula Química: H2SO4 
 Cor: límpido e incolor 
 Aparência: líquido oleoso 
 Ponto de fusão: 10,31°C 
 Massa específica: 1,8302 g/cm3 (solução) 
 Solubilidade: totalmente miscível em água 
 Formas: O ácido sulfúrico pode ser obtido em 
concentrações diferentes, sendo classificado da 
seguinte forma: 
 33,5% : baterias ácidas (usado em baterias de chumbo-
ácido) 
 50,0%: ácido de câmara ou ácido fertilizante 
 60,0%: ácido de torre ou ácido de Glover 
 98% : concentrado 
PROPRIEDADES 
PRODUÇÃO MUNDIAL DE 
ÁCIDO SULFÚRICO 
(em milhões de toneladas/ 
2010) 
 
PRODUÇÃO MUNDIAL EM TONELADAS 
LOCALIZAÇÃO DAS 
PRINCIPAIS PLANTAS 
 
LOCALIZAÇÃO DAS PRINCIPAIS PLANTAS 
DEMANDA BRASILEIRA ÁCIDO SULFÚRICO 
Reações: 
 
 
 
𝑆 𝑔 + 𝑂2(𝑔) → 𝑆𝑂2(𝑔) 
𝑆𝑂2(𝑔) +
1
2
𝑂2(𝑔) ⇋ 𝑆𝑂3(𝑔) 
𝑆𝑂3(𝑔) + 𝐻2𝑂(𝑙) → 𝐻2𝑆𝑂4(𝑙) 
 
A dissolução direta do SO3 em água não é viável por esta reação ser muito 
exotérmica, formando-se uma névoa de H2SO4 ao invés de um líquido. Como 
alternativa, o trióxido de enxofre é absorvido pelo ácido sulfúrico, formando 
o oleum 
𝑆𝑂3(𝑔) + 𝐻2𝑆𝑂4(𝑙) → 𝐻2𝑆2𝑂7 
𝐻2𝑆2𝑂7 +𝐻2𝑂 ⟶ 2𝐻2𝑆𝑂4(𝑙) 
REAÇÕES 
 O processo por contato, basicamente, 
consiste na passagem de uma mistura de 
dióxido de enxofre sobre um catalisador, 
seguida pela absorção do trióxido de 
enxofre em ácido sulfúrico a 98,5 a 99%. 
 
 AspectosGerais: Entre 1900 a 1925 várias 
usinas foram construídas usando platina 
como catalisador e a partir de meados de 
1920 o vanádio substituiu a platina; 
 
 Evolução do Processo – dupla absorção (ou 
dupla catálise) – o que eleva os rendimentos 
e reduz as emissões de SO2 não convertido 
pelos fumos da chaminé; 
 
Ácido Sulfúrico - 
H2SO4 
Fabricação pelo 
Processo de 
Contato 
Fluxograma típico da fábrica de ácido sulfúrico pelo 
processo de contato 
 O procedimento real, numa usina de contato, 
aproveita não só as características da velocidade, 
mas também as do equilíbrio. Operar inicialmente 
nesta temperatura (400 ºC) poderia ser razoável. Na 
prática, os gases passam inicialmente pelo 
catalisador a 410 ºC – 430 º C. 
 A temperatura aumenta, a velocidade 
aumenta mas o rendimento cai. A reação 
praticamente cessa quando 60 a 70% do SO2 foram 
convertidos (Temp. 600 ºC). Então o gás, antes de 
passar pelo restante do catalisador, é resfriado num 
trocador de calor, ou numa caldeira de calor 
perdido, até uma temperatura em torno de 430 ºC. 
 Resultados: 97 – 98% de rendimento e 
reação global rápida. 
 
Conversão de 
SO2 a SO3 
 Como a conversão de SO2 a SO3 é 
uma reação reversível; com a remoção de 
uma maior quantidade de SO3, maior 
quantidade de SO2 será convertida, para 
restabelecer o equilíbrio. 
 Este efeito é usado nas usinas 
modernas de ácido sulfúrico, para 
aumentar a eficiência global da 
conversão e diminuir a quantidade de 
SO2 expelido na atmosfera ( contato com 
dupla absorção). 
 
𝑆𝑂2(𝑔) +
1
2
𝑂2(𝑔) ⇋ 𝑆𝑂3(𝑔) 
FLUXOGRAMA TÍPICO DA FÁBRICA DE ÁCIDO SULFÚRICO A 
CONTATO, QUEIMANDO ENXOFRE, A DUPLA ABSORÇÃO 
 Queimadores: O enxofre armazenado na forma líquida 
é bombeado e nebulizado na fornalha. Depois de 
queimado o gás (SO2) é tratado se contiver impurezas, 
como gás carbônico, nitrogênio, etc. 
 Para impedir a corrosão provocada pelas impurezas, é 
usual secar o gás de combustão do enxofre e o de 
oxidação do SO2, no combustor. Esta secagem é feita em 
torres de secagem geralmente com ácido sulfúrico 98%. 
 Boa parte do calor dos gases do combustor de enxofre é 
removida em caldeiras, para a geração de vapor. 
 
EQUIPAMENTOS - PROCESSO DE CONTATO 
TROCADORES DE CALOR, CALDEIRAS E RESFRIADORES 
 
 Ajuste da temperatura ao mínimo antes dos gases chegarem ao primeiro estágio 
do conversor, e que o catalisador eleva a velocidade da reação usualmente entre 
410 – 440º C. 
 (Os gases devem ser resfriados entre os estágios de catálise para que a taxa de 
conversão seja elevada, através de trocadores de calor, injeção de ar, caldeiras.) 
CONVERSOR TÍPICO EM QUATRO ESTÁGIOS 
 Com temperatura de entrada de 410°C – 
430°C 75% de conversão é alcançada 
 Antes de entrar o último estágio SO3 é 
removido, para garantir uma maior 
conversão 
 Os gases quentes da conversão são 
resfriados entre os estágios e após o 
último estágio entram num trocador de 
calor, antes de chegar à torre de 
absorção 
CATALISADOR 
 Deve-se lembrar que a única função do catalisador 
é aumentar a velocidade da reação. 
 
 Um catalisador típico é constituído por terra de 
diatomáceas, constituído de 7% de V2O5. 
 
 Os catalisadores tem vida longa, acima de 20 anos. 
 
 As conversões são elevadas, até 99,7 %, nas usinas 
a absorção dupla. 
 
CONVERSOR A 
QUATRO ETAPAS 
TORRES DE 
ABSORÇÃO DE 
TRIÓXIDO DE 
ENXOFRE 
 São torres de aço com uma fina camada de teflon e 
tijolos anti-ácidos para evitar a corrosão. 
 Filtros de névoa de H2SO4 – são instalados no topo 
da torre (espaço físico) 
 Absorção simples – conversão de 98 % 
 Dupla absorção – conversão de 99,7 % 
 O gás proveniente do conversor (SO3) é 
borbulhado em contracorrente com H2SO4 a 98-99 
% (concentração para obter maior rendimento). 
 O SO3 presente nos gases reage com a água de 
diluição do ácido formando novas moléculas de 
ácido. 
 
 
RECUPERAÇÃO DO 
ÁCIDO SULFÚRICO 
USADO 
 A recuperação e reutilização do H2SO4 
são anti-econômicas, mas acabam 
sendo necessárias para evitar a 
poluição das correntes fluviais. 
 
 Quanto mais concentrado e mais limpo 
for o ácido mais fácil será a 
recuperação da sua antiga 
concentração. 
 
 Parte do ácido ainda é usado na 
indústria do aço para decapagem; 
existe a tendência de substituir o ácido 
sulfúrico pelo clorídrico, por causa do 
impacto ambiental, pois as soluções 
com ácido clorídrico podem ser 
tratadas e reconcentradas, evitando a 
poluição das correntes fluviais. 
 
 
Poluição a Enxofre 
 ÓLEUM - OV • O ácido sulfúrico fumegante é também 
conhecido como óleum e corresponde ao ácido 
sulfúrico não diluído em água, mas misturado a SO3 . 
 Quando adicionado de água, o SO3 contido nesta 
solução reage com a água, conforme a equação 
apresentada a seguir: 
SO3 + H2O H2SO4 
A caracterização do óleum é realizada através da 
porcentagem mássica de SO3 na mistura. 
Por exemplo: OV 28% (28% de SO3 + 72% H2SO4) 
DÚVIDAS? 
 
 
 
OBRIGADA!