UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

TEMA: AMONIACO-ACIDO NITRICO

CURSO: PROCESOS INDUSTRIALES INORGANICOS
PROFESOR: TERESA CHU
ALUMNO: PAREDES MERA WALTHER
JORGE DAVID BURGOS IBAÑEZ
ROMERO FERNANDEZ OSWALDO
CARDENAS MIRANDA ALEJANDRO

CICLO:
VII

TRUJILLO- PERU
2017
 AMONIACO

1. Definición:
El amoniaco es un gas formado por la combinación de un átomo N 2 y tres de H 2
.Es incoloro, más ligero que el aire, tiene un olor desagradable que irrita los ojos
y las vías respiratorias. (Mujlionov, 1990)

2. Método de Obtención del amoniaco: (Murphy,2007)

2.1. Método de Haber-Bosch:

o Este método consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno
gaseoso
o Esta reacción es exotérmica y muy lenta lo cual impide la formación del
amoniaco
o La solución del problema fue utilizar un catalizador y aumentar la presión
o La presión aplicada para mejorar el rendimiento de esta reacción puede llegar
hasta las 900 atmósferas. Con esta presión, a una temperatura de 450 o 500
grados C, el rendimiento de la reacción puede ser del 40%.

N 2 (g) +3 H 2(g ) → 2 NH 3(g )

2.2. Método Claude:

o Emplea presiones de 1000 atm. El tratamiento a tan elevada presión, fue posible
por la preparación de aleaciones de Ni con Cr y W con muy baja proporción de
carbono, de gran resistencia mecánica y al deterioro por el hidrógeno antes
indicado. Se obtiene un gran rendimiento, los reactores pueden entonces ser de
menor tamaño.
o Existen métodos que operan a presiones intermedias y más altas. Un avance
interesante está en catalizadores que actúan a más bajas temperaturas, con lo
cual el rendimiento se hace mayor.

2.3. Método de Casale:

o Al igual que el método de Claude, emplea una alta presión de (800 atm). Se
caracteriza principalmente por el proyecto del convertidor y del condensador
 donde se deja parte del amoniaco en los gases de recirculación para atemperar o
retardar la reacción inicial en la cámara del catalizador. También los gases
entrantes descienden en contacto con la pared exterior del convertidor, con
objeto de conservar su temperatura por debajo de 400° C y eliminar así la
costosa aleación Níquel- Cromo-Wolframio utilizada en el sistema Claude.

3. Propiedades fisicoquímicas del amoniaco: (Austin,1999)

3.1. Propiedades Físicas:

o Gas incoloro en condiciones normales
o Temperatura de solidificación -77.7°C
o Temperatura de ebullición -33.4°C
o Calor latente de vaporización a 0°C 302kcal/g
o Presión de vapor a 0°C 4.1 lata
o Temperatura critica 132.4°C
o Presión critica 113 atm
o Densidad del gas (0°C y 1 atm) 0.7714g/l
o Límites de explosividad 16-27%v en aire a 0°C

3.2. Propiedades Químicas:

o Acidez (pka): 9.25

o Solubilidad en agua: 89.9g/100ml(0°C)
o Momento dipolar:1.42 D

4. Aplicaciones del amoniaco: (Austin, 1999)

o Producción de fertilizantes
o Plásticos
o Explosivos
o Fluido frigorífico
o Para neutralizar picaduras de insectos
o Para obtener colorantes a la anilina
o Para limpiar metales
 o Productos de limpieza

Fig 1. Máquina Frigorífica. Recuperado de

https://www.google.com.pe/search?
q=refrigerantes+industriales&source=lnms&tbm=isch&sa=X&
ved=0ahUKEwiB2smz75jVAhUCeSYKHWToBpAQ_AUIBi
gB&biw=1366&bih=662#tbm=isch&q=maquina+frigorifica&i
mgrc=N8MqtUfMSGoT0M:

5. Presentación del amoniaco:

Fig2.Fertiliazante. Recuperado de
https://www.google.com.pe/search
?
q=amoniaco+presentacion+comerc
ial&source=lnms&tbm=isch&sa=
X&sqi=2&ved=0ahUKEwii7cnj-
5jVAhVHjz4KHcOtC8wQ_AUIBi
gB&biw=1366&bih=662#imgrc=4
f-Xf9mCqnEEcM:

Fig3.Producto de
Limpieza de
Amoniaco. Recuperado
de
http://www.solostocks.
com/venta-
productos/limpiadores-
hogar/otros-
limpiadores-
hogar/amoniaco-
perfumado-senegar-

12315538

Fig 4. Amoniaco Liquido en un tanque de

almacenamiento. Recuperado de
https://www.google.com.pe/search?
 q=amoniaco+presentacion+comercial&source=l
nms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwi
i7cnj-
5jVAhVHjz4KHcOtC8wQ_AUIBigB&biw=13
66&bih=662#imgrc=gf67bovLy3l7IM:

6 Diagrama de Flujo: (Agrolluvia, 2005).

Método de reformado con vapor.

A continuación, se explica el proceso de obtención de amoníaco teniendo como
referencia el diagrama de flujo de bloques del método de reformado con vapor.
Este método es el más empleado a nivel mundial para la producción de
amoniaco. Se parte del gas natural constituido por una mezcla de hidrocarburos
siendo el 90% metano (CH4) para obtener el H2 necesario para la síntesis de
NH3.
Fig 5. Diagrama de Obtención del Amoniaco por el Método Reformado con
Vapor

Desulfuración: Antes del reformado tenemos que eliminar el S que contiene el

gas natural, dado que la empresa distribuidora le añade compuestos orgánicos de
S para olorizarlo.
Co-Mo
R-SH + H2 RH + H2S hidrogenación
H2S + ZnO H2O + ZnS adsorción

Reformado: Una vez adecuado el gas natural se le somete a un reformado

catalítico con vapor de agua (craqueo- rupturas de las moléculas de CH4). El gas
natural se mezcla con vapor en la proporción (1 : 3,3)-(gas : vapor) y se conduce
al proceso de reformado, el cual se lleva a cabo en dos etapas.

Reformador primario: El gas junto con el vapor se hace pasar por el interior de
los tubos del equipo donde tiene lugar las reacciones siguientes:
CH4 + H2O CO + 3H2 ∆H = 206 kj/mol
CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 ∆H = 166 kj/mol
Estas reacciones fuertemente endotérmicas Estas reacciones se llevan a cabo a
800ºC y están catalizadas por óxido de niquel (NiO), así se favorece la
formación de H2.

Reformador secundario: El gas de salida del reformador anterior se mezcla con

una corriente de aire en este 2º equipo, de esta manera aportamos el N 2 necesario
para el gas de síntesis estequiométrico N2 + 3H2. Además, tiene lugar la
combustión del metano alcanzándose temperaturas superiores a 1000ºC.
CH4+ 2O2 CO2 + 2H2O ∆H<< 0

N2 (12,7%), H2 (31,5%), CO (6,5%), CO2 (8,5%), CH4 (0,2%), H2O (40,5%), Ar

(0,1%). → conversión 99% de hidrocarburo.

Purificación: El proceso de obtención de NH3 requiere un gas de síntesis de gran

pureza, por ello se debe eliminar los gases CO y CO2.

Etapa de conversión: Tras enfriar la mezcla se conduce a un convertidor donde

el CO se transforma en CO2 por reacción con vapor de agua,
CO + H2O ↔ CO2 + H2 ∆H = -41 kJ/mol
Esta reacción requiere de un catalizador que no se desactive con el CO. La
reacción se lleva a cabo en dos pasos:
a) A aprox. 400ºC con Fe3O4.Cr2O3 como catalizador → 75% de la
conversión.
 b) A aprox. 225ºC con un catalizador más activo y más resistente al
envenenamiento: Cu-ZnO → prácticamente la conversión completa.

Etapa de eliminación del CO: Seguidamente el CO 2 se elimina en una torre con

varios lechos mediante absorción con K2CO3 a contracorriente, formándose
KHCO3 según
K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3

Este se hace pasar por dos torres a baja presión para desorber el CO 2, el
bicarbonato pasa a carbón liberando CO2. (Subproducto- para fabricación de
bebidas refrescantes).

Etapa de metanización: Las trazas de CO (0,2%) y CO 2 (0,09%), que son

peligrosas para el catalizador del reactor de síntesis, se convierten en CH4:

CO + 3H2 CH4 + H2O

CO2 + H2 CH4 + 2H2O

Proceso sobre lecho catalítico de Ni (300ºC).

Síntesis de amoníaco: Así se obtiene un gas de síntesis con restos de CH 4 y Ar

que actúan como inertes.
A continuación, el gas se comprime a la presión de 200 atm.
Aproximadamente (compresor centrífugo con turbina de vapor) y se lleva al
reactor donde tiene lugar la producción del amoníaco, sobre un lecho catalítico
de Fe.
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

en un solo paso por el reactor la reacción es muy incompleta con un rendimiento

del 14-15%. Por tanto, el gas de síntesis que no ha reaccionado se recircula al
reactor pasando antes por dos operaciones:

a) extracción del amoníaco mediante una condensación.

b) eliminación de inertes mediante una purga, la acumulación de inertes es
mala para el proceso. El gas de purga se conduce a la unidad de
recuperación Ar para comercializarse CH4 se utiliza como fuente de
energía N2 y H2 se introducen de nuevo en el bucle de síntesis.
 Fig 6. Compresión y Síntesis del Amoniaco.

El amoníaco se almacena en un tanque criogénico a -33ºC, el amoníaco que se

evapora (necesario para mantener la temperatura) se vuelve a introducir en el
tanque.

ACIDO NITRICO
1. Definición
El ácido nítrico es un ácido fuerte y un oxidante fuerte. Debido a estas dos propiedades
es capaz de disolver a casi todos los metales nobles, oxidándolos primero y
transformando los óxidos en nitratos.
El ácido nítrico se descompone con desprendimiento de oxígeno y óxidos de nitrógeno
que dan al acido un color amarillo rojizo, por lo que se llama ácido nítrico fumante.
El ácido nítrico con ácido clorhídrico concentrados (relación mezcla 1:3) puede disolver
al oro y al platino a esta mezcla se le llama agua regia. (Tegeder-Mayer, 1975)
 Fig 7. Presentación del Ácido Nítrico. Recuperado de
http://www.pochteca.com.mx/productosmp/acido-nitrico/

2. Historia (Tegeder-Mayer, 1975)

La primera mención del ácido nítrico se encuentra en De Inventione Veritatis,
de Pseudo-Geber, en la que se obtiene calcinando una mezcla
de nitro, alumbre y vitriolo azul. Fue descrito de nuevo por Alberto el Grande en el
siglo XIII y por Ramon Llull, quien lo preparó calentando nitro y arcilla y lo llamó "eau
forte" (aqua fortis).
Glauber ideó un proceso para obtenerlo por destilado de nitrato de potasio con ácido
sulfúrico. En 1776 Lavoisier demostró que contenía oxígeno, y en 1785 Henry
Cavendish determinó su composición precisa y demostró que podía ser sintetizado
pasando una corriente de chispas eléctricas a través de aire húmedo.
En 1915 Wilh Ostwald descubrió la formación de óxido nítrico por combustión de
amoniaco

3. Propiedades Fisicoquímicas del Acido Nítrico

3.1. Propiedades físicas
El ácido nítrico puro es un líquido viscoso, incoloro e inodoro. A menudo, distintas
impurezas lo colorean de amarillo-marrón. A temperatura ambiente libera humos
amarillos. El ácido nítrico concentrado tiñe la piel humana de amarillo al contacto,
debido a la presencia de grupos aromáticos presentes en la queratina de la piel.

 Punto de ebullición: 83 °C

 Punto de fusión: -41,6 °C
 Densidad relativa (agua = 1): 1,4
 Solubilidad en agua: miscible
 Presión de vapor a 20 °C: 6,4 kPa
 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2,2
 3.2. Propiedades químicas
El ácido nítrico es un agente oxidante potente; sus reacciones con compuestos como
los cianuros, carburos, y polvos metálicos pueden ser explosivas. Las reacciones del
ácido nítrico con muchos compuestos orgánicos, como de la trementina, son violentas,
la mezcla siendo hipergólica (es decir, autoinflamable). Es un oxácido fuerte: en
solución acuosa se disocia completamente en un ion nitrato NO3- y un protón hídrico.
Las sales del ácido nítrico (que contienen el ion nitrato) se llaman nitratos.

4. Aplicaciones

Las aplicaciones más importantes del ácido nítrico son:

 Como agente nitrante en la fabricación de explosivos (2,4,6-trinitrotolueno,

nitroglicerina, nitrocelulosa, etc.).
 
 Fabricación de abonos como el nitrato amónico.
 
 Pasivado de metales creándoles una capa de óxido que les hace más resistentes
al ataque de otras sustancias.
 
 síntesis de derivados nitrados no sólo en la fabricación de explosivos, sino
también en el campo de los plásticos, fibras, perfumes, colorantes, productos
farmacéuticos, etc.

5. Estado Natural
El ácido nítrico se encuentra en la naturaleza solamente en forma de sus sales, los
nitratos, en amplia distribución, pero la mayor parte de las veces en pequeñas
cantidades. Todos los nitratos son fácilmente solubles en agua por lo que son con
facilidad arrastrados por el agua.

6 Método de Ostwald (Tegeder-Mayer, 1975)

El ácido nítrico se fabrica hoy casi exclusivamente por oxidación de amoniaco según un
método debido a Whild Ostwald.
 Fig 8. Método Ostwald

6.1 Combustión del Amoniaco

Amoniaco gaseoso, procedente de una instalación Haber –Bosh o de un tanque de
almacenaje (1) y aire cuidadosamente purificado (2) se mezclan en una cámara (3), en
relación 1:10 y se les hace pasar a gran velocidad por un horno de contacto (4) a 800-
850°C, a través de una fina malla de platino, después de haber precalentado la mezcla
gaseosa e un cambiador de calor (5) a unos 200°C.
El oxígeno del aire oxida en el horno de contacto el NH3 a NO, que forma gases
nitrosos con el aire en exceso presente .La reacción es exotérmica y mantiene por sí
misma la temperatura de reacción necesaria si el horno de contacto se calienta al
comienzo .Los gases nitrosos calientes ceden una parte de su contenido calorífico en el
cambiador de calor (5).Para su ulterior enfriamiento se les conduce a través de una
caldera (6), utilizando su contenido calorífico para la producción de vapor.
6.2 Absorción Acida
La oxidación del NO a NO2 y la formación de ácido nítrico tienen lugar en grandes
torres de absorción (7) en las que el gas barbotea en contracorriente, primero a través
del ácido nítrico diluido y posteriormente a través del agua.
Los gases atraviesan sucesivamente seis torres en cada una de las cuales se bombea el
ácido más diluido (9) de la torre anterior intercalando refrigerante(8) y distribuyéndolo
por medio de toberas .De la primera torre (7a) sale ácido nítrico de aproximadamente
50%.
El transcurso de la reacción es la siguiente:
El monóxido de nitrógeno, NO, se oxida a dióxido de NO2 con exceso de aire, el NO2 a
temperatura ambiente diamerizado: 2NO+O2 ---- N2O4 y forma con agua ácidos nítrico
(HNO3) y nitroso
Sin embargo el ácido nitroso es inestable y se desproporciona en ácido nítrico y NO
El NO así formado reacciona nuevamente con el aire formando N2O4 continuando la
reacción con agua como se muestra arriba .De esto resulta que siempre se debe formar
nuevamente NO , por lo que la transformación total del mismo no es posible con la
simple absorción acida , por lo que se acopla una absorción alcalina .

6.3 Absorción Alcalina

Como quiera que no es posible conseguir con empleo ácido nítrico diluido ni de agua
una absorción cuantitativa, los gases que contienen pequeños restos de gases nitrosos,
después de salir de la sexta torre atraviesan otras dos torres de absorción rociadas con
liquido alcalino .Este lavado alcalino se hace con una suspensión de cal (lechada de cal )
en una disolución de nitrato de calcio , con la que forma nitrato y nitrito de calcio :
En vez de lechada de cal también se emplean también disoluciones de hidróxido
carbonato sódico.

6.4 Inversión De Los Nitrilos

Para aprovechar los nitrilos formados en la absorción alcalina, se les oxida por
inyección de aire en una torre de inversión (12) para formar nitrato (13) que se elaboran
posteriormente en la fabricación de nitrato de calcio (14) o sirven para la preparación de
nuevas cantidades de líquidos de absorción (15) .Los gases nitrosos que se desprenden
en este tratamiento se reciclan de nuevo para ser absorbidos.
3 Ca (NO2)2 + 4HNO3 3 Ca (NO3)2 + 4NO + 2H20
6.5 Concentración
En una alta columna de destilación (16) se hace llegar continuamente ácido nítrico del
50 % (17) o el pre concentrado de 60-75%, añadiéndole además ácido sulfúrico
concentrado (18) .La captación del agua por el sulfúrico concentrado tiene lugar con
fuerte desprendimiento de calor y la cantidad de calor supletoria, precisa para la
destilación del ácido nítrico concentrado, se suministra mediante serpentines calentados
por vapor. El Ácido Nítrico de alta concentración que destila se condensa en el
refrigerante (19) y se recoge en el deposito (20). El ácido sulfúrico que se ha diluido
hasta el 75% (21) se condensa de nuevo (por evaporación de agua a 325 C) hasta una
riqueza del 98 % en una instalación separada.

7. Almacenaje Y Transporte
En general, el ácido nítrico de 40 y 48 % se almacena y transporta en vagones tanques
de fundición o de aluminio. Para el almacenaje de ácido nítrico diluido se emplean
vasijas de vidrio o de barro.
Materiales de construcción resistentes al ácido nítrico son aluminio, mientras que el
cobre, niquel , plata y estaño son atacados

Referencias Bibliográficas

*Austin (1999). Manual de procesos químicos de la industria. Ed. Mc. Graw-

Hill, España.

*Agrolluvia (2005). Portal informativo para el productor agropecuario.

Recuperado de: http://agrolluvia.com/wp-content/uploads/2010/06/Proceso-de-
producci%C3%B3n-de-amon%C3%ADaco.pdf

*Mujlionov. (1990).Técnicas de Conservación Energética en la Industria/Ahorro

en Proceso. Tomo II. Editorial Centro de estudios de la energía. ISBN 84-7474-
168-8. Recuperado de:
http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Procesos/amoniaco.pdf
*Murphy. (2007). Introduction to Chemical Processes: Principles, Analysis,
Synthesis. Recuperado de: http://agrolluvia.com/wp-
content/uploads/2010/06/Proceso-deproducci%C3%B3n-de-amon
%C3%ADaco.pdf

* Tegeder-Mayer, 1975, Métodos de la Industria Química, Tomo I, Editorial

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