AMONIACO - OBTENCION A PARTIR DEL GAS DE SINTESIS (H2)

“OBTENCION DEL AMONIACO A PARTIR DEL GAS DE
SINTESIS (H2) PROVENIENTE DEL GAS NATURAL
POR EL METODO HABER - BOSCH”

2
I. INDICE
I. INDICE ..................................................................................................................2
II. DEDICATORIA ......................................................................................................3
III. RESUMEN.............................................................................................................4
IV. INTRODUCCIÓN ...............................................................................................5
CAPITULO I: MARCO TEORICO..................................................................................6
1.1. Gas natural.....................................................................................................6
1.2. Propiedades físicas y químicas.......................................................................6
1.3. Usos y Aplicaciones........................................................................................7
1.4. Hoja de seguridad...........................................................................................8
1.5. Tecnologías de obtención del H2 ..................................................................10
1.6. propiedades físicas y químicas.....................................................................11
1.7. usos y aplicaciones.......................................................................................11
CAPITULO II: EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES TERMODINÁMICAS.............13
2.1. Evaluación de la energía interna...................................................................13
2.2. Evaluación de la entalpia..............................................................................15
2.3. Evaluación de la entropía .............................................................................16
2.4. Evaluación de la energía libre de Gibbs........................................................17
2.5. Determinación de la To
del proceso ..............................................................18
CAPITULO III: DISCUSIÓN DE RESULTADO............................................................28
3.1. Evaluación de resultado ...................................................................................28
3.2. Conclusiones....................................................................................................28
3.3. Recomendaciones............................................................................................28
3.4. Bibliografía .......................................................................................................30

3
II. DEDICATORIA
Este presente trabajo va dedicado
primeramente a mis padres por ser el motivo
esencial de mis esfuerzos y triunfos, también
va dedicado a los docentes por darnos y
mostrarnos sus sabios conocimientos que me
brindan día a día

4
III. RESUMEN
El amoniaco, es uno de los productos intermedios más importantes de la industria
química. La mayor parte del amoniaco (80%) se destina a la fabricación de fertilizantes,
como:
 Nitrato amónico: NH4NO3
 Sales amónicas: (NH4)2SO4, (NH4)3PO4
 Urea: (NH2)2C=O
Otros usos del amoníaco incluyen:
 Fabricación de HNO3.
 Explosivos. Caprolactama, nylon. Poliuretanos.
 Gas criogénico por su elevado poder de vaporización.
 Productos de limpieza domésticos tales como limpiacristales.
Por lo tanto su costo energético influye de manera importante en los otros sectores de
la industria química.
La adaptación del gas de síntesis a los requerimientos del reactor de amoniaco consiste
en la eliminación del monóxido de carbono y en la incorporación de nitrógeno. El
procedimiento a seguir para cumplir con estos dos objetivos depende del origen del gas
de síntesis. Hemos de tener en cuenta que el amoniaco puede obtenerse mediante dos
procesos, el proceso de reformado con vapor de gas natural o hidrocarburos ligeros, o
el proceso de oxidación parcial del fueloil o carbón.
El proceso de obtención de amoníaco a partir del gas de síntesis (H2) proveniente del
gas natural por el método haber - Bosch 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.

5
IV. INTRODUCCIÓN
La energía juega un papel importante en la industria de los procesos químicos ya quede
ahí depende que la planta comience a marchar. En este trabajo se hace uso de los
balances de energía para determinar las consideraciones económicas en un proceso de
producción de amoniaco de 50000 ton/año, Existen diversos métodos para la síntesis
del amoniaco en este caso a partir de carbón, este se convierte en un gas de síntesis
que contiene monóxido de carbón e hidrogeno, adicionando nitrógeno y removiendo el
monóxido de carbón que contiene el gas de síntesis, y utilizando metano como gas
inerte. El caso anterior es el de interés en el presente informe, estudiando todos y cada
uno de los equipos que intervienen en el proceso como intercambiadores, separadores,
compresores, válvulas y el reactor. Esta clase de trabajos ayudan a desarrollar las
capacidades de diseño de los estudiantes, siendo este trabajo una continuación de uno
realizado con anterioridad en el cual se tomaron como base los balances de materia.
Como se mencionó anteriormente en el presente trabajo, se realizó un análisis
económico basado en los balances de materia y energía de las unidades del proceso y
se encontraron las condiciones óptimas de operación de acuerdo a los requerimientos
de demanda y la materia prima disponible, empleando para ello la determinación delos
grados de libertad y posteriormente la manipulación adecuada de las ecuaciones
planteadas para obtener la solución. Para todo lo anterior se hace necesario que los
estudiantes de ingeniería química desarrollemos capacidades para el diseño de
procesos y de la realización del respectivo análisis económico.

6
CAPITULO I: MARCO TEORICO
1.1. Gas natural
El gas natural constituye una importante fuente de energía fósil liberada por
su combustión. Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos ligeros que se extrae,
bien sea de yacimientos independientes (gas no asociado), o junto a yacimientos
petrolíferos o de carbón (gas asociado a otros hidrocarburos y gases).
De similar composición, el biogás se genera por digestión
anaeróbica de desechos orgánicos, destacando los siguientes procesos:
depuradoras de aguas residuales (estación depuradora de aguas
residuales), vertederos, plantas de procesado de residuos y desechos de
animales.1
Producción de gas natural según país.
1.2. Propiedades físicas y químicas
• Densidad relativa: 0,65
• Poder calorífico: 9,032 kcal/m³
• Cp (presión Cte): 8,57 cal/mol.°C
• Cv (volumen Cte): 6,56 cal/mol. .°C
• Impurezas: helio, oxigeno, vapor de agua, H2S
• Fuente energética de origen fósil.
• Producto incoloro, inodoro y no tóxico.
• Licua a temperatura inferior a –160 ºC
• Relación volumétrica GN/GNL: ~ 600
• PCS entre 9.000 y 10.000 kcal/m3
(38 a 42 MJ/m3
)
• PCI aproximadamente el 90% del PCS
• Peso específico 0,75 kg/m3
(en CS P y T) 0,75 kg/m3
(en CS P y T)
• Proviene de la naturaleza y puede consumirse tal como se presenta.
1
https://es.wikipedia.org/wiki/Gas_natural#cite_note-1

7
• No tiene olor. Antes de ser distribuido, se lo odoriza con un producto llamado
mercaptano, que sirve para detectar pérdidas por medio del olor.
• Es limpio en su combustión, produce una llama de color azul y quema sin
generar cenizas ni humo.2
COMPOSICIÓN
COMPONENTE
NOMENCLATURA
(%)
COMPOSICIÓN ESTADO NATURAL
METANO (CH4 ) 95,08 GAS
ETANO (C2H6) 2,14 GAS
PROPANO (C3H8) 0,29 GAS LICUABLE
BUTANO (C4H10) 0,11 GAS LICUABLE
PENTANO (C5H12) 0,04 LÍQUIDO
HEXANO (C6H14) 0,01 LÍQUIDO
NITRÓGENO (N2) 1,94 GAS
GAS
CARBÓNICO
(CO2) 0,39 GAS
Fuente: Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann
1.3. Usos y Aplicaciones
Utilización del Gas Natural
2
Foro Regional: "Gas Natural - Propiedades y Uso - Proyectos Presentes y Futuros"
(UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN)

8
Aplicación del Gas Natural
1.4. Hoja de seguridad
 Extinción del fuego: riego de agua o niebla de agua,
dióxido de carbono, espuma de alcohol, productos químicos secos.
 Límite inflamable inferior: 19 % en volumen.
 Límite inflamable superior: 25% en volumen.
 Temperatura de auto combustión: 651 °C.
 Medidas de control: Utilizar una protección respiratoria adecuada com
o máscaras o equipos de respiración asistida. Procedimientos de
trabajo seguro. Fuentes para el lavado de los ojos y duchas de
seguridad en el lugar de trabajo.

9
PRIMEROS
AUXILIOS
Ojos
El gas natural licuado puede salpicar a los ojos provocando un
severo congelamiento del tejido, irritación, dolor y lagrimeo.
Aplique, con mucho cuidado, agua tibia en el ojo afectado.
Solicite atención médica.
Piel
Al salpicar el gas natural licuado sobre la piel provoca
quemaduras por frío, similares al congelamiento. Mojar el área
afectada con agua tibia o irrigar con agua corriente. Quítese
los zapatos o la ropa y impregnada. Solicite atención médica.
Inhalación
No deberá exponerse a altas concentraciones de gas, en caso
de lesionados, aléjelos del área contaminada para que
respiren aire fresco. Si la víctima no respira, inicie de
inmediato resucitación cardiopulmonar. Si presenta dificultad
para respirar, adminístrese oxígeno medicinal (solo personal
calificado) Solicite atención médica inmediata.
Ingestión
La ingestión de este producto no es un riesgo normal
RESPUESTA EN
CASO DE FUGA
Fuga en Espacios Abiertos
Proceda a bloquear las válvulas que alimentan la fuga. El gas
natural se disipará fácilmente. Tenga presente la dirección del
viento.
Fuga en Espacios Cerrados
Elimine precavidamente fuentes de ignición y prevenga
venteos para expulsar las probables fugas que pudieran
quedar atrapadas.
PRECAUCIONES
PARA EL MANEJO
Y
ALMACENAMIENTO
Precauciones en el Manejo
Evite respirar altas concentraciones de gas natural. Procure la
máxima ventilación para mantener las concentraciones de
exposición por debajo de los límites recomendados. Nunca
busque fugas con flama o cerillos. Utilice agua jabonosa o un
detector electrónico de fugas
INFORMACION
TOXICOLOGICA EL
Gas natural es un asfixiante simple que no tiene propiedades
peligrosas inherentes, ni presenta efectos tóxicos específicos,
pero actúa como excluyente del oxígeno para los pulmones.
El efecto de los gases asfixiantes simples es proporcional al
grado en que disminuye el oxígeno en el aire que se respira.
En altas concentraciones pueden producir asfixia.
Fuente: Pemex

10
1.5. Tecnologías de obtención del H2
• Electrólisis del agua
La electrólisis del agua es un método de obtención de hidrógeno no muy
usado debido a que resulta al menos dos veces más caro que el hidrógeno
obtenido por el reformado del gas natural [9]. Sin embargo, es de un gran
interés ya que es un método bastante limpio y que podría ser usado como
complemento para la energía producida por centrales solares y eólicas, y
además, produce un hidrógeno de elevada pureza.
• Reformado con vapor
El proceso de reformado con vapor funciona preferentemente sobre
hidrocarburos ligeros, es decir, con puntos de ebullición inferiores a 200°C,
que deben ser limpiados de toda impureza (azufre, arsénico, halógenos,
entre otros) antes de su procesamiento. La carga a utilizar puede ser gas
natural, metano o gas licuado de petróleo. Básicamente, el proceso consiste
en la exposición de la carga a vapor de agua a alta temperatura y a una
presión moderada. Como resultado de la reacción química se obtiene
fundamentalmente hidrógeno, monóxido y dióxido de carbono y otros
compuestos. Estas reacciones ocurren generalmente a temperaturas
comprendidas entre los 800 y 950°C con presiones entre 1,5 a 3,0 MPa.
• Oxidación parcial
El hidrocarburo se mezcla con oxígeno o vapor de agua, se calientan, se
mezclan y queman dentro del reactor a unos 1100°C. La eficiencia de este
método es relativamente elevada, pero menos eficiente que el reformado por
vapor debido a que opera a elevadas temperaturas y existe el problema de
la recuperación del calor. Tiene unos costes de inversión y operación
elevados si se opera con oxígeno puro. Sin embargo, el uso de aire en vez
de vapor, y debido a que es una reacción exotérmica, hace que no se
necesite aporte de energía externa durante el proceso.
• Reformado autotérmico
Es una combinación de la oxidación parcial y la de reformado por vapor de
forma conjunta. Con la correcta combinación de alimentación de entrada, el
calor de reacción de la oxidación parcial es suficiente para que se dé la
reacción de reformado por vapor. El hidrocarburo reacciona con el vapor de
agua y con el aire para producir un gas rico en hidrógeno. Los inconvenientes
que presenta este método tienen que ver con el tamaño de todo el equipo en
conjunto debido a que requieren un sistema de recuperación del calor.3
3
http://hrudnick.sitios.ing.uc.cl/alumno14/hidrog/tecnologias.htm

11
1.6. propiedades físicas y químicas
• Estado ordinario Gas
• Densidad 0,0899 kg/m3
• Punto de fusión 14,025 K (-259 °C)
• Punto de ebullición 20,268 K (-253 °C)
• Punto de inflamabilidad 255 K (-18 °C)
• Entalpía de vaporización 0,8985 kJ/mol
• Entalpía de fusión 0,1190 kJ/mol
• Presión de vapor 209 Pa a 23 K
• Punto crítico23,97 K (-249 °C) - 1,293·106 Pa
• Volumen molar 22,42×10-3
m3
/mol
• En condiciones normales, el hidrógeno es un gas incoloro, inodoro y sin
sabor.
• Es la molécula más pequeña conocida.
• Posee una gran rapidez de transición, cuando las moléculas se encuentran
en fase gaseosa. Debido a esta propiedad, hay ausencia casi total, de
hidrógeno en la atmósfera terrestre.
• Facilidad de efusión, así como también de difusión.
• Optima conductividad calorífica
• Se combina con los metales alcalinos y alcalinotérreos (menos con el berilio
y magnesio), a través de enlaces iónicos.
• Forma enlaces tipo covalentes, con los no metales.
• Forma enlaces metálicos con los elementos de transición.
• El hidrógeno, H+
, siempre se encuentra asociado a otro elemento, menos
en el estado gaseoso.
• Posee una estructura cristalina hexagonal.
• Reacciona con la gran mayoría de los elementos de la tabla periódica.4
1.7. usos y aplicaciones
 Celdas de Combustible.
El hidrógeno desempeña un papel muy importante en los procesos
industriales, casi el 95% de este tiene un uso.
 Hidrógeno en la Industria
La industria química utiliza el hidrógeno para la síntesis de los plásticos, del
poliéster y del nailon.
4
http://quimica.laguia2000.com/general/propiedades-del-hidrogeno

12
 En el ámbito espacial, el hidrógeno es un carburante ligero y eficaz: como
ejemplo, 1 kg de hidrógeno contiene tres veces más de energía que 1 kg de
gasolina. Reacciona con el oxígeno líquido a bordo de los cohetes (sobre
todo el Ariane 5) para proporcionar una gran cantidad de energía.
 La industria del vidrio, también utiliza el hidrógeno. Para obtener vidrio
plano (para el acristalamiento, las pantallas planas, etc.), el vidrio en fusión
se estira a una temperatura aproximada de 1.000 °C sobre un baño de estaño
también en fusión. Una atmósfera protectora formada por nitrógeno e
hidrógeno también permite proteger este baño de estaño.
 En electrónica: el hidrógeno se utiliza como gas de barrido durante las fases
de depósito de silicio o de producción de circuitos impresos.
Otros usos del Hidrógeno
 Reactor Nuclear: El deuterio se usa en el campo de la fisión nuclear, como
moderador para frenar neutrones, y también en reacciones de fusión nuclear.
 Ácido clorhídrico (HCI) y Amoníaco (NH3): El hidrógeno reacciona con
cloro para formar HCI; y con el nitrógeno para formar NH, materia prima en
algunos fertilizantes.
 Margarina: Uno de los usos industriales más utilizados es la hidrogenación
de las grasas. Consiste en adicionar hidrógeno en compuestos que
contienen enlaces múltiples.
 Metanol: El hidrógeno se usa para fabricar metanol o alcohol metílico que
se emplea como anticongelante, disolvente y combustible.
 La bomba de hidrógeno, o bomba H, es un artefacto explosivo nuclear
cuya explosión se logra por la fusión o combinación del deuterio y el tritio
(isótopos de hidrógeno), bien puros y en estado elemental, o bien
combinados en forma de deuteruro y triteruro de berilio o de potasio.5
5
https://prezi.com/d2t_wv6puk1t/usos-y-aplicaciones-del-hidrogeno/

13
CAPITULO II: EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES
TERMODINÁMICAS
2.1. Evaluación de la energía interna
𝑁2(𝑔)
+ 3𝐻2(𝑔)
⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)
Componentes ∆𝑈 ( 𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙⁄ ) ∆𝐻 (
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙⁄ ) ∆𝑆 (𝐽
𝑚𝑜𝑙 . °𝐾⁄ ) ∆𝐺 ( 𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙⁄ )
𝑁2 -2.476 0 191.49 0
𝐻2 -2.476 0 130.59 0
𝑁𝐻3 -48.666 -46.19 192.51 -16.64
Fórmula para hallar la ∆𝑈:
∆𝐻 = ∆𝑈 + 𝑃𝑉
∆𝑈 = ∆𝐻 − 𝑃𝑉 ; 𝑃𝑉 = 𝑅𝑇
∆𝑼 = ∆𝑯 − 𝑹𝑻
∆𝑈 𝑁2
= 0 − 0.00831
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙. °𝐾
(298°𝐾)
∆𝑈 𝑁2
= −2.476
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
∆𝑈 𝐻2
= 0 − 0.00831
𝐾𝐽
(298°𝐾)
∆𝑈 𝑁2
= −2.476
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
∆𝑈 𝑁𝐻3
= −46.19 − 0.00831
𝐾𝐽
(298°𝐾)
∆𝑈 𝑁𝐻3
= −48.666
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
∆𝑈 = 𝑓(𝑇)
∆𝑼 = ∆𝑼 𝟐𝟗𝟖 °𝑲 + ∫ ∆𝑪 𝒗
𝑻
𝟐𝟗𝟖 °𝑲
𝒅𝑻………(I)
Como: 𝐶 𝑝 − 𝐶 𝑣 = 𝑅
𝑪 𝒗 = 𝑪 𝒑 − 𝑹……….(II)
Reemplazamos II en I:
∆𝑼 = ∆𝑼 𝟐𝟗𝟖 °𝑲 + ∫ (∆𝑪 𝒑 − 𝑹)
𝑻
𝟐𝟗𝟖 °𝑲
𝒅𝑻……….(III)

14
∆𝑼 𝟐𝟗𝟖 °𝑲 = (𝟐∆𝑼 𝑵𝑯 𝟑
)
𝒑𝒓𝒐𝒅
− (𝟏∆𝑼 𝑵 𝟐
+ 𝟑∆𝑼 𝑯 𝟐
)
𝒓𝒆𝒂𝒄𝒕
……….(IV)
∆𝑈298 °𝐾 = (2𝑚𝑜𝑙 (−48.666
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
)) − (1𝑚𝑜𝑙 (−2.476
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
) + 3𝑚𝑜𝑙 (−2.476
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
))
∆𝑈298 °𝐾 = −87.428
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
= −0.087428
𝐽
𝑚𝑜𝑙
Obteniendo: ∆𝐶 𝑝 = 𝑓(𝑇)
Componentes 𝐶 𝑝(𝑇) ( 𝐽
𝑚𝑜𝑙. °𝐾⁄ )
𝑁2 𝐶 𝑝 𝑁2
= 29.342 − 3.5395𝑥10−3
𝑇 + 1.0076𝑥10−5
𝑇2
𝐻2 𝐶 𝑝 𝐻2
= 25.399 + 2.0178𝑥10−2
𝑇 + (−3.8549𝑥10−3
𝑇2
)
𝑁𝐻3 𝐶 𝑝 𝑁𝐻3
= 33.573 − 1.2581𝑥10−2
𝑇 + 8.8906𝑥10−8
𝑇2
Con la siguiente formula:
∆𝐶 𝑝 = (2∆𝐶 𝑝 𝑁𝐻3
)
𝑝𝑟𝑜𝑑
− (1∆𝐶 𝑝 𝑁2
+ 3∆𝐶 𝑝 𝐻2
)
𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡
∆𝐶 𝑝 = [2(33.573 − 1.2581𝑥10−2
𝑇 + 8.8906𝑥10−8
𝑇2
)]
− [(29.342 − 3.5395𝑥10−3
𝑇 + 1.0076𝑥10−5
𝑇2) + 3(25.399
+ 2.0178𝑥10−2
𝑇 + (−3.8549𝑥10−3
𝑇2
))]
∆𝐶 𝑝 = −38.393 − 0.08216𝑇 + 0.0115548𝑇2
Reemplazamos en III:
∆𝑈 = ∆𝑈298 °𝐾 + ∫ (∆𝐶 𝑝 − 𝑅)
𝑇
298 °𝐾
𝑑𝑇 ; 𝑅 = 8.31 (
𝐽
∆𝑈 = −0.087428
𝐽
𝑚𝑜𝑙
+ ∫ ((−38.393 − 0.08216𝑇 + 0.0115548𝑇2
) − 8.31
𝐽
)
𝑇
298 °𝐾
𝑑𝑇
∆𝑈 = −0.087428 + ((−38.393 − 8.31)(𝑇 − 298) +
(−0.08216)
2
(𝑇2
− 2982
) +
0.0115548
3
(𝑇3
− 2983
))
∆𝑈 = −84361.6961 − 46.703𝑇 − 0.04108𝑇2
+ 0.0038516𝑇3
Tabulando:
𝑇 (°𝐾) ∆𝑈 ( 𝐽
𝑚𝑜𝑙⁄ )
100 -85591.20
200 -64532.70
300 1923.40
400 136886.70
500 363466.80
600 704773.30
700 1183915.80
750 1482397.30
800 1824003.90

15
Grafico ∆𝑈 𝑣𝑠 𝑇:
Grafico N° 1
2.2. Evaluación de la entalpia
∆𝐻 = ∆𝐻298 °𝐾 + ∫ ∆𝐶 𝑝
𝑇
298 °𝐾
𝑑𝑇……….(I)
∆𝐻298 °𝐾 = (2∆𝐻 𝑁𝐻3
) 𝑝𝑟𝑜𝑑
− (1∆𝐻 𝑁2
+ 3∆𝐻 𝐻2
) 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡
……….(II)
∆𝐻298 °𝐾 = (2𝑚𝑜𝑙 (−46.19
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
)) − (1𝑚𝑜𝑙 (0
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
) + 3𝑚𝑜𝑙 (0
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
))
∆𝐻298 °𝐾 = −92.38
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
= −0.09238
𝐽
𝑚𝑜𝑙
Reemplazamos en I:
∆𝐻 = −0.09238
𝐽
𝑚𝑜𝑙
+ ∫ (−38.393 − 0.08216𝑇 + 0.0115548𝑇2
)
𝑇
298 °𝐾
𝑑𝑇
∆𝐻 = −0.09238 − 38.393(𝑇 − 298) −
0.08216
2
(𝑇2
− 2982
) +
0.0115548
3
(𝑇3
− 2983
))
∆𝐻 = −86838.08098 − 38.393𝑇 − 0.04108𝑇2
+ 0.003852𝑇3
Tabulando:
-500000.00
0.00
500000.00
1000000.00
1500000.00
2000000.00
0 200 400 600 800 1000
∆𝑈(𝐽/𝑚𝑜𝑙)
T (°K)
∆𝑈 vs T
𝑇 (°𝐾) ∆𝐻 (
𝐽
𝑚𝑜𝑙⁄ )
100 -87236.18
200 -65343.88
300 1950.82
400 137759.92
500 365195.42
600 707369.32
700 1187393.62
750 1486322.17
800 1828380.32

16
Grafico ∆𝐻 𝑣𝑠 𝑇:
Grafico N° 2
2.3. Evaluación de la entropía
∆𝑆 = ∆𝑆298 °𝐾 + ∫
∆𝐶 𝑝
𝑇
𝑇
298 °𝐾
𝑑𝑇……….(I)
∆𝑆298 °𝐾 = (2∆𝑆 𝑁𝐻3
) 𝑝𝑟𝑜𝑑
− (1∆𝑆 𝑁2
+ 3∆𝑆 𝐻2
) 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡
……….(II)
∆𝑆298 °𝐾 = (2𝑚𝑜𝑙 (192.51
𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐾
)) − (1𝑚𝑜𝑙 (191.49
𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐾
) + 3(130.59
𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐾
))
∆𝑆298 °𝐾 = −198.24
𝐽
Reemplazamos en I:
∆𝑆 = −198.24
𝐽
+ ∫
(−38.393 − 0.08216𝑇 + 0.0115548𝑇2
)
𝑇
𝑇
298 °𝐾
𝑑𝑇
∆𝑆 = −198.24 + (−38.393 𝑙𝑛 (
𝑇
298
)) − 0.08216(𝑇 − 298) +
0.0115548
2
(𝑇2
− 2982
)
∆𝑆 = −686.8125496 − 38.393 (ln (
𝑇
298
)) − 0.08216𝑇 + 0.0057774𝑇2
-200000.00
0.00
200000.00
400000.00
600000.00
800000.00
1000000.00
1200000.00
1400000.00
1600000.00
0 100 200 300 400 500 600 700 800
∆𝐻𝐽/𝑚𝑜𝑙
T (°K)
∆H vs T

17
Tabulando:
𝑇 (°𝐾) ∆𝑆 (
𝐽
100 -595.3
200 -456.9
300 -191.8
400 193.3
500 696.5
600 1316.7
700 2053.6
750 2465.7
800 2906.8
Grafico ∆𝑆 𝑣𝑠 𝑇:
Grafico N° 3
2.4. Evaluación de la energía libre de Gibbs
∆𝐺 = 𝑓(𝑇)
∆𝐺 = ∆𝐻 𝑇 − 𝑇∆𝑆 𝑇
∆𝐺 = [−86838.08098 − 38.393𝑇 − 0.04108𝑇2
+ 0.003852𝑇3]
− 𝑇 [−686.8125496 − 38.393 (ln (
𝑇
298
)) − 0.08216𝑇 + 0.0057774𝑇2
]
∆𝐺 = −86838.08098 − 38.393𝑇 − 0.04108𝑇2
+ 0.003852𝑇3
+ 686.8125496𝑇
+ 38.393 (ln (
𝑇
298
)) (𝑇) + 0.08216𝑇2
− 0.0057774𝑇3
∆𝐺 = −86838.08098 + 648.4195496𝑇 + 38.393 (ln (
𝑇
298
))(𝑇) + 0.04108𝑇2
− 0.0019254𝑇3
-1000.0
-500.0
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
3500.0
4000.0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
∆S(𝐽⁄(𝑚𝑜𝑙.°𝐾))
T (°K)
∆S vs T

18
Tabulando:
𝑇 (°𝐾) ∆𝐺 (𝐽
𝑚𝑜𝑙⁄ )
100 -27702.55
200 26026.99
300 59487.03
400 60423.25
500 16951.16
600 -82676.27
700 -250139.21
750 -362948.32
800 -497080.21
Grafico ∆𝐻 𝑣𝑠 𝑇:
Grafico N° 4
2.5. Determinación de la To del proceso
La temperatura del proceso de obtención del amoniaco es aproximadamente
500 °C (773 °K)
-400000.00
-350000.00
-300000.00
-250000.00
-200000.00
-150000.00
-100000.00
-50000.00
0.00
50000.00
100000.00
0 100 200 300 400 500 600 700 800
∆𝑈(𝐽/𝑚𝑜𝑙)
T (°K)
∆G vs T

19
2.6. Evaluación de la constante de velocidad de reacción
∆𝐺 = −𝑅𝑇 𝑙𝑛𝐾𝑝
𝑙𝑛𝐾𝑝 = −
∆𝐺
𝑅𝑇
𝐾𝑝 = 𝑒−
∆𝐺
𝑅𝑇
Hallamos la ∆𝐺298°𝐾
∆𝐺298°𝐾 = ∆𝐻298°𝐾 − 𝑇∆𝑆298°𝐾
∆𝐺298°𝐾 = (−92.38
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
) − (298 °𝐾)(−0.19824
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐾
)
∆𝑮 𝟐𝟗𝟖°𝑲 = −𝟑𝟑. 𝟑𝟎𝟒𝟒𝟖
𝑲𝑱
𝒎𝒐𝒍
𝐾𝑝 = 𝑒−
∆𝐺
𝑅𝑇
𝐾𝑝 = 𝑒
−
−33304.48
𝐽
𝑚𝑜𝑙
8.31
𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐾
(298 °𝐾)
𝑲𝒑 = 𝟔. 𝟗𝟑𝟎𝟒𝟗𝟓𝟔𝟔𝒙𝟏𝟎 𝟓
Evaluando 𝑙𝑛 𝐾𝑝 = 𝑓(𝑇)
𝑙𝑛𝐾𝑝 = 𝑓(𝑇)
∆𝐺 𝑇
𝑅𝑇
𝑙𝑛𝐾𝑝 = − (
−86838.08098 + 648.4195496𝑇 + 38.393 (ln (
𝑇
298
))(𝑇) + 0.04108𝑇2
− 0.0019254𝑇3
8.31 𝑇
)
𝑙𝑛𝐾𝑝 = −78.028826 − (0.004943442 −
10449.8292
𝑇2
) 𝑇 − 4.6200963 ln (
𝑇
298
) + 0.0002316968𝑇2
Tabulando:
𝑇 (°𝐾) lnKp
200 -15.66
300 -23.86
400 -18.17
500 -4.07
600 16.60
700 43.02
800 74.80

20
Grafico 𝑙𝑛𝐾𝑝 𝑣𝑠 𝑇:
Grafico N° 5
Evaluando 𝐾𝑝 = 𝑓(𝑇)
𝑙𝑛𝐾𝑝 = 𝑓(𝑇)
∆𝐺 𝑇
𝑅𝑇
𝐾𝑝 = 𝑒
−(
−86838.08098+648.4195496𝑇+38.393(ln(
𝑇
298
))( 𝑇)+0.04108𝑇
2
−0.0019254𝑇
3
8.31 𝑇
)
𝐾𝑝 = 𝑒
(−78.028826−(0.004943442−
10449.8292
𝑇
2 ) 𝑇−4.6200963 ln(
𝑇
298
)+0.0002316968𝑇
2
)
Tabulando:
𝑇 𝑘𝑝 = 𝑒−
∆𝐺
𝑅𝑇
200 1.581E-07
250 2.33955E-10
300 4.33539E-11
350 2.13259E-10
400 1.27482E-08
450 5.98126E-06
500 0.0169125
550 243.3174096
600 15897648.29
650 4.35794E+12
700 4.73452E+18
750 1.95455E+25
800 2.97032E+32
-40.00
-20.00
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
0 200 400 600 800 1000
lnKp
T K
T vs lnKp

21
Grafico 𝐾𝑝 𝑣𝑠 𝑇:
Grafico N° 6
Dato: La temperatura del proceso de obtención del amoniaco es
aproximadamente 500 °C (773 °K)
-5E+24
0
5E+24
1E+25
1.5E+25
2E+25
0 200 400 600 800
Kp
T K
T vs Kp

22
2.7. Predicción del grado de conversión de la reacción química
𝑁2(𝑔)
+ 3𝐻2(𝑔)
⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)
Hallamos 𝑘 𝑛:
𝐾 𝑛 =
𝑛 𝑁𝐻3
2
𝑛 𝑁2
∗ 𝑛 𝐻2
3
𝐾 𝑛 =
(2𝛼)2
(1 − 𝛼)(1 − 3𝛼)3
Hallamos 𝐾 𝑝298 𝐾
:
𝐾𝑝298 𝐾
= 𝑒−
∆𝐺
𝑅𝑇
𝐾 𝑝298 𝐾
= 𝑒
−
−33304.48
𝐽
𝑚𝑜𝑙
8.31 𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐾
(298 °𝐾)
𝐾 𝑝298 𝐾
= 𝟔. 𝟗𝟑𝟎𝟒𝟗𝟓𝟔𝟔𝒙𝟏𝟎 𝟓
con la ecuación de Van’t Hoff:
𝐿𝑛
𝐾𝑝2
𝐾𝑝1
=
∆𝐻
𝑅
(
1
𝑇1
−
1
𝑇2
)
𝐿𝑛
𝐾 𝑝2
6.93049566𝑥105
=
−33304.48
𝐽
𝑚𝑜𝑙
8.31
𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐾
(
1
298
−
1
773
) ∗
1
°𝐾
𝐿𝑛
𝐾 𝑝2
6.93049566𝑥105
= −8.264174618
𝐾 𝑝2
= 𝑒−8.264174618
(6.93049566𝑥105
)
𝐾 𝑝2
= 178.5167
𝑲 𝒑 ≅ 𝑲 𝒏
𝐾 𝑝 =
𝑃 𝑁𝐻3
2
𝑃 𝑁2
∗ 𝑃 𝐻2
3
To 1 mol 1 mol 0 mol
TEq 1 − 𝛼 1 − 3𝛼 2𝛼
𝑛 𝑡 = 1 − 𝛼 + 1 − 3𝛼 + 2𝛼 = 2 − 2𝛼

23
Pero sabemos que:
𝑃𝐴 = 𝑋𝐴. 𝑃
𝑃𝐴 =
𝑛 𝐴.
𝑛 𝑡
𝑃
Entonces:
𝐾 𝑝 =
(
𝑛 𝑁𝐻3
𝑛 𝑡
𝑃)2
(
𝑛 𝑁2
𝑛 𝑡
𝑃)(
𝑛 𝐻2
𝑛 𝑡
𝑃)3
𝐾 𝑝 =
𝑛 𝑁𝐻3
2
𝑛 𝑁2
∗ 𝑛 𝐻2
3
(
𝑛 𝑡
2
𝑃2
)
Sabemos que:
𝐾 𝑛 =
𝑛 𝑁𝐻3
2
𝑛 𝑁2
∗ 𝑛 𝐻2
3
Entonces:
𝐾 𝑝 = 𝐾 𝑛(
𝑛 𝑡
2
𝑃2
)
𝐾 𝑝 =
(2𝛼)2
(1 − 𝛼)(1 − 3𝛼)3
∗
(2 − 2𝛼)2
(1)2
𝐾𝑝 =
4𝛼2(2−2𝛼)2
(1−𝛼)(1−3𝛼)3………..(I)
Con la ecuación (I) hallamos el grado de conversión:
𝛼 𝐾𝑝
0.1 0.4198
0.15 1.8392
0.20 8.0
0.22 15.3682
0.23 21.8767
0.24 31.9067
0.25 48.0
0.26 75.1675
0.27 124.1394
0.275 163.6851
0.276 173.4164
0.2764962 173.5167
0.28 220.5
Entonces el grado de conversión es: 𝛼 = 0.2764962
El rendimiento de la reacción química es: 27.65% ≅ 30%

24
2.8. Balance de materia
𝐶𝐻4(𝑔)
+ 𝐻2 𝑂(𝑣) → 3𝐻2(𝑔)
+ 𝐶𝑂(𝑔)
El grado de conversión para este proceso es:
𝛼 = 90 %
𝑚 = 1000
𝑔
𝐻⁄
Componente
Entrada Salida
𝑛 ( 𝑚𝑜𝑙
𝐻⁄ ) 𝑚 (
𝑔
𝐻⁄ ) 𝑛 ( 𝑚𝑜𝑙
𝐻⁄ ) 𝑚 (
𝑔
𝐻⁄ )
𝐶𝐻4 900 14400 100 1600
𝐻2 𝑂 900 16200 100 1800
𝐻2 0 0 2700 5400
30600
𝐶𝑂 0 0 900 25200
30600
𝑚 𝐻2
= 5400
𝑔
𝐻⁄ = 5.400
𝐾𝑔
𝐻⁄ = 129.6
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎⁄ = 3888
𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠⁄ = 46656
𝐾𝑔
𝑎ñ𝑜⁄
Con los datos obtenidos hallamos el balance de materia del proceso de
obtención del amoniaco:
BALANCE DE MATERIA 𝟏 → 𝟏:
𝑁2(𝑔)
+ 3𝐻2(𝑔)
⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)
𝛼 = 30 %
𝑚 𝐻2
= 2700
𝑔
𝐻⁄
𝑚 𝑁2
= 900
𝑔
𝐻⁄
To 1 mol 1 mol 0 mol 0 mol
TEq 1 − 𝛼 1 − 𝛼 3𝛼 𝛼
TEq 1 − 𝛼 1 − 3𝛼 2𝛼

25
Componente
Entrada Salida
𝑛 ( 𝑚𝑜𝑙
𝐻⁄ ) 𝑚 (
𝑔
𝐻⁄ ) 𝑚 (
𝑔
𝐻⁄ )
𝐻2 810 1620 1890 3780
𝑁2 270 7560 620 17360
𝑁𝐻3 0 0 540 9180 9180
9180
𝑚 𝑁𝐻3
== 9180
𝑔
𝐻⁄ = 9.180
𝐾𝑔
𝐻⁄ = 220.32
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎⁄ = 6609.6
𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠⁄ = 79′315.2
𝐾𝑔
𝑎ñ𝑜⁄
Entonces en un año se produce 79’315.2 Kg de 𝑁𝐻3
BALANCE DE MATERIA 𝟏 → 𝟑:
𝑁2(𝑔)
+ 3𝐻2(𝑔)
⇌ 2𝑁𝐻3(𝑔)
𝑛 𝑡 = 1 − 𝛼 + 3 − 3𝛼 + 2𝛼 = 4 − 2𝛼
Hallamos 𝑘 𝑛:
𝐾 𝑛 =
𝑛 𝑁𝐻3
2
𝑛 𝑁2
∗ 𝑛 𝐻2
3
𝐾 𝑛 =
(2𝛼)2
(1 − 𝛼)(3 − 3𝛼)3
:
𝐾𝑝298 𝐾
= 𝑒−
∆𝐺
𝑅𝑇
𝐾 𝑝298 𝐾
= 𝑒
−
−33304.48
𝐽
𝑚𝑜𝑙
8.31 𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐾
(298 °𝐾)
𝐾 𝑝298 𝐾
= 𝟔. 𝟗𝟑𝟎𝟒𝟗𝟓𝟔𝟔𝒙𝟏𝟎 𝟓
con la ecuación de Van’t Hoff:
𝐿𝑛
𝐾𝑝2
𝐾𝑝1
=
∆𝐻
𝑅
(
1
𝑇1
−
1
𝑇2
)
TEq 1 − 𝛼 3 − 3𝛼 2𝛼

26
𝐿𝑛
𝐾 𝑝2
6.93049566𝑥105
=
−33304.48
𝐽
𝑚𝑜𝑙
8.31
𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐾
(
1
298
−
1
773
) ∗
1
°𝐾
𝐿𝑛
𝐾 𝑝2
6.93049566𝑥105
= −8.264174618
𝐾 𝑝2
= 𝑒−8.264174618
(6.93049566𝑥105
)
𝐾 𝑝2
= 178.5167
𝑲 𝒑 ≅ 𝑲 𝒏
𝐾 𝑝 =
𝑃 𝑁𝐻3
2
𝑃 𝑁2
∗ 𝑃 𝐻2
3
Pero sabemos que:
𝑃𝐴 = 𝑋𝐴. 𝑃
𝑃𝐴 =
𝑛 𝐴.
𝑛 𝑡
𝑃
Entonces:
𝐾 𝑝 =
(
𝑛 𝑁𝐻3
𝑛 𝑡
𝑃)2
(
𝑛 𝑁2
𝑛 𝑡
𝑃)(
𝑛 𝐻2
𝑛 𝑡
𝑃)3
𝐾 𝑝 =
𝑛 𝑁𝐻3
2
𝑛 𝑁2
∗ 𝑛 𝐻2
3
(
𝑛 𝑡
2
𝑃2
)
Sabemos que:
𝐾 𝑛 =
𝑛 𝑁𝐻3
2
𝑛 𝑁2
∗ 𝑛 𝐻2
3
Entonces:
𝐾 𝑝 = 𝐾 𝑛(
𝑛 𝑡
2
𝑃2
)
𝐾 𝑝 =
(2𝛼)2
(1 − 𝛼)(3 − 3𝛼)3
∗
(4 − 2𝛼)2
(1)2
𝐾𝑝 =
(4𝛼)2(4−2𝛼)2
(1−𝛼)(3−3𝛼)3………..( II)

27
Con la ecuación (I) hallamos el grado de conversión:
Entonces el grado de conversión es: 𝛼 = 0.76659754
El rendimiento de la reacción química es: 76.66% ≅ 80%
𝛼 = 80 %
𝑚 𝐻2
= 2700
𝑔
𝐻⁄
𝑚 𝑁2
= 900
𝑔
𝐻⁄
Componente
Entrada Salida
𝑛 ( 𝑚𝑜𝑙
𝐻⁄ ) 𝑚 (
𝑔
𝐻⁄ ) 𝑚 (
𝑔
𝐻⁄ )
𝐻2 2160 4320 540 1080
𝑁2 720 20160 180 5040
𝑁𝐻3 0 0 1440 24480 24480
24480
𝑚 𝑁𝐻3
= 24480
𝑔
𝐻⁄ = 24.480
𝐾𝑔
𝐻⁄ = 587.52
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎⁄ = 17625.6
𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠⁄ = 211′
507.2
𝐾𝑔
𝑎ñ𝑜⁄
Entonces en un año se produce 211′
507.2 Kg de 𝑁𝐻3
𝛼 𝐾𝑝
0.1 0.032606
0.2 0.1875
0.3 0.641955
0.4 1.872885
0.5 5.333333
0.6 16.33333
0.7 60.58345
0.76659754 178.5167
0.8 341.3333

28
CAPITULO III: DISCUSIÓN DE RESULTADO
3.1. Evaluación de resultado
Todos los gráficos de las propiedades termodinámicas nos dan como resultado
una temperatura aproximadamente 700 K, ya que las curvas de las gráficas nos
muestran estos resultados al mostrar una inclinación convexa (en ∆𝑈, ∆𝐻, ∆𝑆 )
y cóncava (en ∆𝐺) justamente en dicha temperatura, es por ello que esta
temperatura sería ideal para el proceso ya que la T e mantendría constante hasta
cierto punto
3.2. Conclusiones
 se trabaja a temperaturas bajas aproximadamente 500-600ºC y se añade un
catalizador (de platino, tungsteno u óxidos de hierro), para aumentar así
la velocidad de la reacción química.
 Se aumenta la presión ya que favorecerá el desplazamiento de la reacción
hacia la derecha, ya que a la izquierda hay 4 moles de gas y a la derecha
únicamente 2 (recordemos que el aumento de la presión favorece el sentido de
reacción en el que hay menos moles gaseosos). Por tanto, al aumentar la
presión se favorece la formación de NH3, que es lo deseado. Ésa es la causa
de que en el proceso de Haber se empleen presiones tan elevadas.
3.3. Recomendaciones
 Puesto que la reacción es exotérmica, según el Principio de Le Chatelier, la
formación de amoniaco se verá favorecida por una disminución de la
temperatura. Sin embargo, la velocidad de una reacción química aumenta con la
temperatura, en cualquiera de los dos sentidos; es decir, el factor cinético se
favorece a elevadas temperaturas. A medida que la temperatura disminuye, la
velocidad de la reacción se hace cada vez menor y, en consecuencia, la
obtención del amoníaco no tendría interés en la práctica, ya que se tardaría
mucho tiempo para conseguir una pequeña concentración de NH3.
 Por tanto, aquí se presenta un dilema: si se aumenta la temperatura, se aumenta
la velocidad de la reacción, pero entonces dentro del reactor hay mucho N2 y
H2 y poco NH3. Si se disminuye la temperatura, la reacción es lentísima. En la
práctica, para resolver esta dificultad, se trabaja a una temperatura de 500-600ºC
y se añade un catalizador (de platino, tungsteno u óxidos de hierro), para
aumentar así la velocidad de la reacción química.

29
 Sin embargo, incluso con ayuda de un catalizador, no podría aprovecharse
industrialmente la reacción si no interviniese otro factor: la presión.
 Según el Principio de Le Châtelier, un aumento de la presión favorecerá el
desplazamiento de la reacción hacia la derecha, ya que a la izquierda hay 4
moles de gas y a la derecha únicamente 2 (recordemos que el aumento de la
presión favorece el sentido de reacción en el que hay menos moles gaseosos).
Por tanto, al aumentar la presión se favorece la formación de NH3, que es lo
deseado. Ésa es la causa de que en el proceso de Haber se empleen presiones
tan elevadas.
 En concreto se emplean presiones que van desde las 200 atmósferas a las 1000
atmósferas. La utilización de presiones superiores está limitada por el coste que
representa utilizar recipientes que resistan presiones tan elevadas.
 Finalmente, la adición del catalizador de hierro finamente dividido, o también
tungsteno o platino, disminuye la energía de activación del proceso y, por tanto,
acelera la reacción, tanto la directa como la inversa.

30
3.4. Bibliografía
 https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_Haber
 https://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco/produccion
 http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Procesos/amoniaco.pdf
 http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/953/1/sanchez_bm.pdf
 https://www.academia.edu/3763394/PROCESO_DE_OBTENCION_DEL_AMONIA
CO
 http://www.escritoscientificos.es/trab1a20/carpetas/fhaber/proces09.htm
 https://prezi.com/3qgbjita5sqr/obtencion-del-amoniaco/
 http://ietd.iipnetwork.org/content/ammonia
 https://www.youtube.com/watch?v=Bv8Wybi4I94
 https://www.youtube.com/watch?v=uMkzxV_y7tY

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