Procesos Industriales Clave: Producción de Ácido Sulfúrico, Nítrico y Amoníaco

Producción Industrial de Ácido Sulfúrico (H₂SO₄)

El ácido sulfúrico es el compuesto químico más producido a nivel mundial, fundamental para diversas industrias.

Aplicaciones Principales

• Fabricación de fertilizantes y abonos.
• Síntesis de otros ácidos en la industria petroquímica.
• Producción de explosivos.
• Grabados artísticos.
• Pigmentos.
• Detergentes.
• Plásticos y fibras.

Método de Contacto

Desarrollado alrededor de 1900, este método permite obtener ácido sulfúrico de alta pureza y concentración (hasta 98%). Consta de las siguientes etapas:

1. Obtención de Dióxido de Azufre (SO₂)

El azufre sólido (S) se quema en presencia de oxígeno para producir dióxido de azufre gaseoso:

S(s) + O₂(g) → SO₂(g)

2. Conversión a Trióxido de Azufre (SO₃)

El dióxido de azufre se purifica mediante su paso por separadores mecánicos y electrostáticos, seguido de un lavado. El SO₂ concentrado se introduce en una cámara catalítica para su transformación en trióxido de azufre, favoreciendo la oxidación del SO₂:

2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)

3. Obtención de Ácido Sulfúrico Fumante (Óleum)

El trióxido de azufre (SO₃) se introduce en una torre de absorción donde se disuelve completamente en ácido sulfúrico concentrado, obteniendo así ácido sulfúrico fumante o óleum (H₂S₂O₇).

Producción Industrial de Ácido Nítrico (HNO₃)

El ácido nítrico es un compuesto inorgánico de gran importancia industrial.

Aplicaciones Principales

• Síntesis de fertilizantes.
• Fabricación de explosivos.
• Uso en la industria de la metalurgia.

Método de Ostwald

Este método, desarrollado a principios del siglo XX, utiliza amoníaco como materia prima para la obtención de ácido nítrico a través de varias etapas:

1. Oxidación del Amoníaco

El amoníaco (NH₃) se oxida a aproximadamente 800°C en presencia de un catalizador de platino, lo que da lugar a monóxido de nitrógeno (NO):

4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(g)

2. Oxidación del Monóxido de Nitrógeno

El monóxido de nitrógeno (NO) se oxida posteriormente por el oxígeno del aire para formar dióxido de nitrógeno (NO₂):

2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)

3. Absorción y Formación de Ácido Nítrico

El dióxido de nitrógeno (NO₂) formado se burbujea a través de agua, obteniendo el ácido nítrico (HNO₃) y regenerando monóxido de nitrógeno:

3NO₂(g) + H₂O(l) → 2HNO₃(aq) + NO(g)

Producción Industrial de Amoníaco (NH₃)

El amoníaco es un compuesto químico esencial, empleado principalmente en la síntesis de fertilizantes.

Aplicaciones Adicionales

• Fabricación de explosivos.
• Producción de pesticidas.
• Elaboración de productos farmacéuticos.
• Componente en productos de limpieza.

Proceso de Haber-Bosch

El método industrial más utilizado para la obtención de amoníaco es la síntesis directa mediante el proceso de Haber-Bosch. Esta reacción reversible combina nitrógeno e hidrógeno:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)  ΔH = -93.4 kJ/mol

Aunque la reacción es exotérmica y el equilibrio se favorece a bajas temperaturas y altas presiones, la velocidad de reacción a bajas temperaturas es muy lenta. Por ello, para que el proceso sea económicamente viable y eficiente, se utilizan condiciones de compromiso:

• Temperaturas: Generalmente entre 400-500 °C.
• Presiones: Altas, típicamente entre 800-1000 atmósferas.

Estas condiciones permiten alcanzar una velocidad de reacción adecuada y un rendimiento aceptable de amoníaco.