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Abril 2024
PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES
SEMANA 3: AZUFRE Y ÁCIDO SULFÚRICO
(H2SO4)
ASPECTOS GENERALES
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA
AGENDA
1. Ácido sulfúrico. Información
general.
2. Estructura, propiedades y
aplicaciones.
3. Materias primas - Fuentes
1. Métodos:
- Cámaras de plomo
- De contacto
4. Método de contacto
- Obtención del SO2
- Oxidación catalítica
- Reacción del SO3 con H2SO4
concentrado
5. Aspectos ambientales
2
SEMANA
3
SEMANA
4
3
ÁCIDO SULFÚRICO - INFORMACIÓN GENERAL
• Aspecto: Puro es un líquido aceitoso
(oleoso), sin color, sin olor.
• Fórmula: H2SO4
• CAS: 76-64-93-9 (Chemical Abstracs
Service)
• Número de las UN:
1830 (Diluido, concentraciones menores
de 65.25%)
1832 (Concentrado)
• Clase de peligro UN: 8 (Corrosivo)
• Sinonimia: Aceite de vitriolo, Acido de
baterías, Sulfato de hidrógeno,
Tetraoxosulfato de hidrógeno, ácido
tertraoxosulfúrico (VI) 4
(c) Jorge Loayza, 2021 5
NFPA
¿POR QUÉ ES IMPORTANTE EL
ÁCIDO SULFÚRICO?
APLICACIONES
PROPIEDADES
ESTRUCTURA
Las aplicaciones
dependen de sus …
Las propiedades están
condicionadas por su …
6
ÁCIDO SULFÚRICO - ESTRUCTURA
7
PROPIEDADES DEL ÁCIDO SULFÚRICO
8
Tabla 1 Propiedades físicas de ácido sulfúrico
9
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL H2SO4
RELACIONADAS CON LA ESTRUCTURA
• Es un ácido fuerte y muy activo.
• Disuelve los óxidos de los metales y a la
mayoría de metales puros.
• A temperaturas elevadas, desplaza a los demás
ácidos de sus sales.
• El ácido sulfúrico se combina con el agua con
una avidez extraordinaria, debido a su
capacidad de formar hidratos.
10
FORMACIÓN DE HIDRATOS
En la Foto 1 el vaso de precipitado
contiene 100 mL de agua ,
inicialmente la temperatura es
19.2 oC, al iniciar el vertimiento de
100 mL de ácido sulfúrico
concentrado, se eleva la
temperatura a 45.5oC.
En la Foto 2 se ha terminado de
agregar el ácido, y se registra una
temperatura de 131.2 oC.
En este caso la temperatura se ha
incrementado en (131.2 – 19.2) oC =
112 oC, debido a una producción
exotérmica de hidratos del ácido
sulfúrico.
Fuente: http://www2.uni-siegen.de/~pci/versuche/spanish/v44-1-5.html
11
HIDRATOS DEL ÁCIDO SULFÚRICO
Citado por Francisco Quiumento
Temperatura
de fusión
12
PROPIEDADES QUÍMICAS …
• Quita el agua de otros ácidos, cristalohidratos e
incluso derivados oxigenados de hidrocarburos
que no contengan agua propiamente dicha, sino
H y O en la proporción 2:1.
• La madera, otros tejidos vegetales y animales
que contienen celulosa, almidón o azúcar se
destruyen con el ácido sulfúrico concentrado.
13
ÁCIDO SULFÚRICO CONCENTRADO Y
SUSTANCIAS ORGÁNICAS
REACCIÓN DEL ÁCIDO SULFÚRICO CON UN
TERRÓN DE ÁZUCAR (SACAROSA)
(2 min después de haber agregado el ácido)
REACCIÓN DEL ÁCIDO SULFÚRICO
CON DEXTROSA
(2 min después de haber agregado el ácido)
CxH2yOy(s) + H2SO4(c)  Cx(s) + yH2O(ℓ) + H2SO4(ℓ)
Fuente: http://www2.uni-siegen.de/~pci/versuche/spanish/v44-1-7.html
14
15
PROPIEDADES Y REACCIONES
• Ionizaciones del ácido sulfúrico (ácido
fuerte):
H2SO4(ac)  HSO4
-(ac)  SO4
2-(ac)
• Como agente oxidante:
Cu(s) + 2H2SO4 (ac) CuSO4(s) + SO2(g) +
2H2O(ℓ)
• Como agente deshidratante:
C11H22O11(s) + H2SO4(ℓ)  11C(s) + 11H2O(ℓ) +
H2SO4(ac)
• Como agente sulfonante:
PROPIEDADES DEL ÁCIDO SULFÚRICO
• Dependen del tipo de ácido (diluido,
concentrado, óleum).
• Por ejemplo:
Óleum al 20% (contiene 80% de H2SO4 y 20%
de SO3)
Equivale a un ácido sulfúrico al … %
(Nota: Para el cálculo se utiliza la relación…
SO3 + H2O  H2SO4)
16
CÁLCULOS BÁSICOS 1
17
18
CÁLCULOS BÁSICOS 2 – CÁLCULOS
RÁPIDOS
Para diseño de areómetros:
ÁCIDO SULFÚRICO
19
http://www3.fi.mdp.edu.ar/qg1/DOCs/catchem100_sez4_es.pdf
20
Fuente: www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/sulfuric-acid.html
APLICACIONES - IMPORTANCIA INDUSTRIAL DEL
H2SO4
21
INDICADOR DEL CRECIMIENTO ECONÓMICO DE UN PAÍS O REGI
200 MTM: 2009
285 MTM: 2020
22
23
ANÁLISIS DE LA EXPOTACIÓN E IMPORTACIÓN - ÁCIDO SULFÚRICO
(2019)
24
Fuente: González Alfonso, Perspectivas del Mercado Internacional del Cobre y del Ácido Sulfúrico, 2010
25
TIPOS EN PRODUCTOS
COMERCIALES
• Concentración
– Ácido de baterías: 33.5%
– Ácido para fertilizantes: 62.2%
– Reactivo: 98%
– Óleum (En diversos porcentajes)
– Ácido de Glover (Se obtiene por el método
de las Cámaras de Plomo): 77.7%
• Pureza
– Técnico (fertilizantes, metalurgia)
– Puro (baterías, productos orgánicos)
APLICACIONES
(DEPENDEN DE SUS PROPIEDADES)
1. Agroquímicos (fertilizantes: fosfatados).
2. Procesamiento de minerales (lixiviación
de menas: oxidadas u otras sales).
3. Fibras para la industria textil (fibras
sintéticas: rayón, …).
4. Como electrolito (baterías, depuración
electrolítica de metales, …).
5. Pigmentos (industria de pinturas).
6. Colorantes (industria textil).
7. Otros (como catalizador). 26
USADO COMO CATALIZADOR
(1)
(2)
27
CÁLCULOS BÁSICOS 3 – PROBLEMA DE
MEZCLA
28
MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE
ÁCIDO SULFÚRICO
• Azufre nativo
• Azufre recuperado
proveniente de
procesos de
desulfurización (azufre
petroquímico)
• Minerales sulfurados
(sulfuros, sulfatos, etc.)
29
Afloramiento de azufre en zona volcánica
“El mercado del ácido sulfúrico en Chile proyectado al año 2015” (2005
30
MATERIAS PRIMAS PARA LA FABRICACIÓN DE ÁCIDO SULFÚR
(Gases de
Tostación)
EXTRACCIÓN DE AZUFRE NATIVO
Extracción manual de azufre nativo (afloramiento natural)
31
32
33
AZUFRE
Estado natural
• Elemental (4%)
– Depósitos sedimentarios y
volcánicos
• Combinado
– Sulfuros metálicos y sulfatos
(yeso) (4%)
– Combustibles fósiles (87%)
– Gas natural (5%)
Propiedades
– Sólido amarillo pálido,
con varias formas
alotrópicas
– Temperatura de fusión:
112-114-119 °C
– Alta viscosidad (a
temperaturas menores
de 160 oC).
Abundancia en corteza
0.05%
PROPIEDADES DEL AZUFRE
PROPIEDAD
Estado físico ( 1 atm, 25°C) Sólido
Color Amarillo
Electrones externos 3s23p4
Punto de fusión (1 atm, °C) 112
Punto de ebullición (1 atm, °C) 444
Electronegatividad 2.5
Estados de oxidación comunes -2, +2, +4, +6 S8
34
EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE
EL AZUFRE
112°C
Sólido amarillo traslúcido
Sólido amarillo opaco
35
36
PROCESO FRASCH (1900)
• Extracción de azufre elemental a partir de
depósitos subterráneos
• Profundidad: 50-80m
• Azufre mezclado con diversos minerales
• Se utiliza un sistema formado por tres
tuberías concéntricas
• Inyección de agua sobrecalentada aproximadamente
a 170 oC (central)
• Inyección de aire comprimido caliente (externa)
• Ascensión de azufre líquido espumado (intermedia)
37
EXTRACCIÓN POR MÉTODO
FRASCH
– En la actualidad, la
extracción de
azufre elemental
representa
aproximadamente
el 8% de la
producción
mundial.
– Al finalizar la
década de los 90
representaba el
13% de la
producción.
– Mientras que en
1973, representaba
MÉTODO FRASCH
Condiciones de operación:
Agua: T = 170 °C
P = 7 kg/cm2 (100 lb/pulg2)
(Tfusión del azufre = 112-119°C)
38
AZUFRE PROCEDENTE DE LA
DESULFURACIÓN DE GAS Y DEL
PETRÓLEO
• Diversos procesos industriales pueden generar
(“producir”) la “materia prima” para la
fabricación del H2SO4 .
• Una fuente importante de compuestos de azufre
es la desulfuración del gas natural y del
petróleo, en el cual el H2S se convierte en S,
denominado “azufre petroquímico” (Proceso
Claus), el cual es suministrado a plantas que
fabrican ácido sulfúrico a partir de azufre (nativo
o recuperado).
39
¿POR QUÉ HAY QUE ELIMINAR LOS
COMPUESTOS DE AZUFRE DE LOS
COMBUSTIBLES?
• Es de suma importancia la eliminación de los
derivados del azufre de las fracciones que van
desde el gas hasta los gasóleos pesados.
• Esto se debe no sólo al hecho de que el azufre
envenena los catalizadores y afecta la calidad
de las gasolinas y la de los demás combustibles,
sino sobre todo porque estos productos cuando
se queman con los combustibles ocasionan
problemas ambientales muy graves.
(c) Jorge Loayza, 2021 40
CONSULTAS Y SUGERENCIAS
41
mlunah1@unmsm.edu.pe
"Ácido Sulfúrico". Autor: Julia Máxima Uriarte. Para: Caracteristicas.co. Última edición: 18 de marzo de 2020.
Disponible en: https://www.caracteristicas.co/acido-sulfurico/. Consultado: 01 de noviembre de 2020.
42
Actividades pendientes:
1. Cuestionario personal (¿POR QUE SE TOMA AL ACIDO
SULFURICO COMO INDICADOR DEL CRECIMIENTO ECONÓMICO
DE UN PAÍS O REGIÓN?).
2. Lecturas (elaboración de resúmenes, diagramas, esquemas o
mapas conceptuales de la clase presentada, y ejemplos).
1. Ácido sulfúrico. Información general.
2. Estructura, propiedades y aplicaciones.
3. Asufre nativo
4. Asufre petroquimico
5. Asufre de metales sulfurosos
6. Indicador del crecimiento económico de un país o región.
7. Impacto ambiental.

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  • 1. Abril 2024 PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES SEMANA 3: AZUFRE Y ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4) ASPECTOS GENERALES UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA
  • 2. AGENDA 1. Ácido sulfúrico. Información general. 2. Estructura, propiedades y aplicaciones. 3. Materias primas - Fuentes 1. Métodos: - Cámaras de plomo - De contacto 4. Método de contacto - Obtención del SO2 - Oxidación catalítica - Reacción del SO3 con H2SO4 concentrado 5. Aspectos ambientales 2 SEMANA 3 SEMANA 4
  • 3. 3
  • 4. ÁCIDO SULFÚRICO - INFORMACIÓN GENERAL • Aspecto: Puro es un líquido aceitoso (oleoso), sin color, sin olor. • Fórmula: H2SO4 • CAS: 76-64-93-9 (Chemical Abstracs Service) • Número de las UN: 1830 (Diluido, concentraciones menores de 65.25%) 1832 (Concentrado) • Clase de peligro UN: 8 (Corrosivo) • Sinonimia: Aceite de vitriolo, Acido de baterías, Sulfato de hidrógeno, Tetraoxosulfato de hidrógeno, ácido tertraoxosulfúrico (VI) 4
  • 5. (c) Jorge Loayza, 2021 5 NFPA
  • 6. ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE EL ÁCIDO SULFÚRICO? APLICACIONES PROPIEDADES ESTRUCTURA Las aplicaciones dependen de sus … Las propiedades están condicionadas por su … 6
  • 7. ÁCIDO SULFÚRICO - ESTRUCTURA 7
  • 8. PROPIEDADES DEL ÁCIDO SULFÚRICO 8 Tabla 1 Propiedades físicas de ácido sulfúrico
  • 9. 9
  • 10. PROPIEDADES QUÍMICAS DEL H2SO4 RELACIONADAS CON LA ESTRUCTURA • Es un ácido fuerte y muy activo. • Disuelve los óxidos de los metales y a la mayoría de metales puros. • A temperaturas elevadas, desplaza a los demás ácidos de sus sales. • El ácido sulfúrico se combina con el agua con una avidez extraordinaria, debido a su capacidad de formar hidratos. 10
  • 11. FORMACIÓN DE HIDRATOS En la Foto 1 el vaso de precipitado contiene 100 mL de agua , inicialmente la temperatura es 19.2 oC, al iniciar el vertimiento de 100 mL de ácido sulfúrico concentrado, se eleva la temperatura a 45.5oC. En la Foto 2 se ha terminado de agregar el ácido, y se registra una temperatura de 131.2 oC. En este caso la temperatura se ha incrementado en (131.2 – 19.2) oC = 112 oC, debido a una producción exotérmica de hidratos del ácido sulfúrico. Fuente: http://www2.uni-siegen.de/~pci/versuche/spanish/v44-1-5.html 11
  • 12. HIDRATOS DEL ÁCIDO SULFÚRICO Citado por Francisco Quiumento Temperatura de fusión 12
  • 13. PROPIEDADES QUÍMICAS … • Quita el agua de otros ácidos, cristalohidratos e incluso derivados oxigenados de hidrocarburos que no contengan agua propiamente dicha, sino H y O en la proporción 2:1. • La madera, otros tejidos vegetales y animales que contienen celulosa, almidón o azúcar se destruyen con el ácido sulfúrico concentrado. 13
  • 14. ÁCIDO SULFÚRICO CONCENTRADO Y SUSTANCIAS ORGÁNICAS REACCIÓN DEL ÁCIDO SULFÚRICO CON UN TERRÓN DE ÁZUCAR (SACAROSA) (2 min después de haber agregado el ácido) REACCIÓN DEL ÁCIDO SULFÚRICO CON DEXTROSA (2 min después de haber agregado el ácido) CxH2yOy(s) + H2SO4(c)  Cx(s) + yH2O(ℓ) + H2SO4(ℓ) Fuente: http://www2.uni-siegen.de/~pci/versuche/spanish/v44-1-7.html 14
  • 15. 15 PROPIEDADES Y REACCIONES • Ionizaciones del ácido sulfúrico (ácido fuerte): H2SO4(ac)  HSO4 -(ac)  SO4 2-(ac) • Como agente oxidante: Cu(s) + 2H2SO4 (ac) CuSO4(s) + SO2(g) + 2H2O(ℓ) • Como agente deshidratante: C11H22O11(s) + H2SO4(ℓ)  11C(s) + 11H2O(ℓ) + H2SO4(ac) • Como agente sulfonante:
  • 16. PROPIEDADES DEL ÁCIDO SULFÚRICO • Dependen del tipo de ácido (diluido, concentrado, óleum). • Por ejemplo: Óleum al 20% (contiene 80% de H2SO4 y 20% de SO3) Equivale a un ácido sulfúrico al … % (Nota: Para el cálculo se utiliza la relación… SO3 + H2O  H2SO4) 16
  • 18. 18 CÁLCULOS BÁSICOS 2 – CÁLCULOS RÁPIDOS Para diseño de areómetros:
  • 21. 21 INDICADOR DEL CRECIMIENTO ECONÓMICO DE UN PAÍS O REGI
  • 22. 200 MTM: 2009 285 MTM: 2020 22
  • 23. 23 ANÁLISIS DE LA EXPOTACIÓN E IMPORTACIÓN - ÁCIDO SULFÚRICO (2019)
  • 24. 24 Fuente: González Alfonso, Perspectivas del Mercado Internacional del Cobre y del Ácido Sulfúrico, 2010
  • 25. 25 TIPOS EN PRODUCTOS COMERCIALES • Concentración – Ácido de baterías: 33.5% – Ácido para fertilizantes: 62.2% – Reactivo: 98% – Óleum (En diversos porcentajes) – Ácido de Glover (Se obtiene por el método de las Cámaras de Plomo): 77.7% • Pureza – Técnico (fertilizantes, metalurgia) – Puro (baterías, productos orgánicos)
  • 26. APLICACIONES (DEPENDEN DE SUS PROPIEDADES) 1. Agroquímicos (fertilizantes: fosfatados). 2. Procesamiento de minerales (lixiviación de menas: oxidadas u otras sales). 3. Fibras para la industria textil (fibras sintéticas: rayón, …). 4. Como electrolito (baterías, depuración electrolítica de metales, …). 5. Pigmentos (industria de pinturas). 6. Colorantes (industria textil). 7. Otros (como catalizador). 26
  • 28. CÁLCULOS BÁSICOS 3 – PROBLEMA DE MEZCLA 28
  • 29. MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO • Azufre nativo • Azufre recuperado proveniente de procesos de desulfurización (azufre petroquímico) • Minerales sulfurados (sulfuros, sulfatos, etc.) 29 Afloramiento de azufre en zona volcánica
  • 30. “El mercado del ácido sulfúrico en Chile proyectado al año 2015” (2005 30 MATERIAS PRIMAS PARA LA FABRICACIÓN DE ÁCIDO SULFÚR (Gases de Tostación)
  • 31. EXTRACCIÓN DE AZUFRE NATIVO Extracción manual de azufre nativo (afloramiento natural) 31
  • 32. 32
  • 33. 33 AZUFRE Estado natural • Elemental (4%) – Depósitos sedimentarios y volcánicos • Combinado – Sulfuros metálicos y sulfatos (yeso) (4%) – Combustibles fósiles (87%) – Gas natural (5%) Propiedades – Sólido amarillo pálido, con varias formas alotrópicas – Temperatura de fusión: 112-114-119 °C – Alta viscosidad (a temperaturas menores de 160 oC). Abundancia en corteza 0.05%
  • 34. PROPIEDADES DEL AZUFRE PROPIEDAD Estado físico ( 1 atm, 25°C) Sólido Color Amarillo Electrones externos 3s23p4 Punto de fusión (1 atm, °C) 112 Punto de ebullición (1 atm, °C) 444 Electronegatividad 2.5 Estados de oxidación comunes -2, +2, +4, +6 S8 34
  • 35. EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE EL AZUFRE 112°C Sólido amarillo traslúcido Sólido amarillo opaco 35
  • 36. 36 PROCESO FRASCH (1900) • Extracción de azufre elemental a partir de depósitos subterráneos • Profundidad: 50-80m • Azufre mezclado con diversos minerales • Se utiliza un sistema formado por tres tuberías concéntricas • Inyección de agua sobrecalentada aproximadamente a 170 oC (central) • Inyección de aire comprimido caliente (externa) • Ascensión de azufre líquido espumado (intermedia)
  • 37. 37 EXTRACCIÓN POR MÉTODO FRASCH – En la actualidad, la extracción de azufre elemental representa aproximadamente el 8% de la producción mundial. – Al finalizar la década de los 90 representaba el 13% de la producción. – Mientras que en 1973, representaba
  • 38. MÉTODO FRASCH Condiciones de operación: Agua: T = 170 °C P = 7 kg/cm2 (100 lb/pulg2) (Tfusión del azufre = 112-119°C) 38
  • 39. AZUFRE PROCEDENTE DE LA DESULFURACIÓN DE GAS Y DEL PETRÓLEO • Diversos procesos industriales pueden generar (“producir”) la “materia prima” para la fabricación del H2SO4 . • Una fuente importante de compuestos de azufre es la desulfuración del gas natural y del petróleo, en el cual el H2S se convierte en S, denominado “azufre petroquímico” (Proceso Claus), el cual es suministrado a plantas que fabrican ácido sulfúrico a partir de azufre (nativo o recuperado). 39
  • 40. ¿POR QUÉ HAY QUE ELIMINAR LOS COMPUESTOS DE AZUFRE DE LOS COMBUSTIBLES? • Es de suma importancia la eliminación de los derivados del azufre de las fracciones que van desde el gas hasta los gasóleos pesados. • Esto se debe no sólo al hecho de que el azufre envenena los catalizadores y afecta la calidad de las gasolinas y la de los demás combustibles, sino sobre todo porque estos productos cuando se queman con los combustibles ocasionan problemas ambientales muy graves. (c) Jorge Loayza, 2021 40
  • 41. CONSULTAS Y SUGERENCIAS 41 mlunah1@unmsm.edu.pe "Ácido Sulfúrico". Autor: Julia Máxima Uriarte. Para: Caracteristicas.co. Última edición: 18 de marzo de 2020. Disponible en: https://www.caracteristicas.co/acido-sulfurico/. Consultado: 01 de noviembre de 2020.
  • 42. 42 Actividades pendientes: 1. Cuestionario personal (¿POR QUE SE TOMA AL ACIDO SULFURICO COMO INDICADOR DEL CRECIMIENTO ECONÓMICO DE UN PAÍS O REGIÓN?). 2. Lecturas (elaboración de resúmenes, diagramas, esquemas o mapas conceptuales de la clase presentada, y ejemplos). 1. Ácido sulfúrico. Información general. 2. Estructura, propiedades y aplicaciones. 3. Asufre nativo 4. Asufre petroquimico 5. Asufre de metales sulfurosos 6. Indicador del crecimiento económico de un país o región. 7. Impacto ambiental.