Concentração de ácido nítrico com ácido sulfúrico

Notas sobre processos de concentração de efluentes desta natureza

Um complemento a nossos artigos sobre ácidos sulfúrico e nítrico, contendo métodos e dados de processo da separação de misturas de ácidos nítrico e sulfúrico.

Soluções aquosas contendo ácido nítrico e ácido sulfúrico são muito frequentes como efluentes de processos de nitração de compostos orgânicos aromáticos, pela utilização da solução sulfonítrica.

A nitração do benzeno, a mais básica das nitrações de compostos aromáticos.

O sistema ácido nítrico/água (HNO₃/H₂O) apresenta um azeótropo máximo a aproximadamente 68 % em massa e a uma temperatura de 120°C à pressão ambiente. De maneira a produzir-se alta concentração de ácido nítrico, o qual é necessário em muitos processos técnicos, é então necessário ultrapassar-se o ponto de azeótropo pelo uso de ácido sulfúrico altamente concentrado.

Os processos de retificação são usados para a pré-concentração de ácido nítrico (HNO₃) para abaixo de 55% em massa, naos quais a água destila-se para a seção de topo do destilador e o ácido nítrico para o fundo, até 67% em massa. Estas colunas são operadas com razão de refluxo mínima, por razões de economia de energia tanto em colunas com bandejas ou com recheio de vidro (DURAPACK) são usados.[1]

Uma coluna de destilação para ácido nítrico (www.qvf.com).

Adição de ácido sulfúrico para a alteração do azeótropo

O diagrama abaixo, mostra o impacto de diferentes concentrações de ácido sulfúrico sobre o ponto azeotrópico. O azeótropo desaparece numa concedntração de ácido sulfúrico superior a 50% em massa, no entanto, para uma retificação técnica, uma concentração de ácido de cerca de 70% em massa deve ser buscada.

Diagramas de H₂SO₄/HNO₃ (editado de www.qvf.com).

Fluxograma de processo da concentração de ácido nítrico

O fluxograma abaixo mostra os pontos de alimentação de ácido, e também a coluna de alvejamento que pode ser adicionada. a qual remove NO_x livre do ácido nítrico concentrado com ar. O ar contaminado é conduzido para a absorção de NO_x. Dentro da unidade de ácido nítrico concentrado, o ácido sulfúrico extrai água do fundo da coluna e deve novamente ser concentrado.

Fluxograma de processo de concentração de efluentes contendo ácidos nítrico e sulfúrico

(editado de www.qvf.com).

Visão global do processo de concentração de ácido nítrico

Os fluxogramas abaixo mostram a intereção de diferentes fases de processo varindo da pré-concentração a alta concentração com linha alvejamento, a concentração de ácido sulfúrico, a absorção de NO_x. Empresas como a QVF tem realizado pesquisas nestes processos em relação aos potenciais de economia de energia, e tem uma requisição de patentependente (USA 10/296, 297).

Fluxograma com a diversas etapas do processo de concentração, alvejamento,

remoção e reconcentração de ácido sulfúrico e absorção de óxidos de nitrogênio

(editado dewww.qvf.com).

O baixo consumo de energia é obtido por:

- Aquecimento indireto do ácido nítrico altamente concentrado pelo emprego de um evaporador horizontal.
- Aquecimento suplementar e indireto realizado por aquecedores intermediários e integração da energia produzida.

Condições de entrada otimizadas devido à mistura preliminar das correntes de alimentação.

Um aquecedor intermediário para correntes de misturas de ácidos nítrico e sulfúrico (www.qvf.com).

Novos Processos

Existem plantas capazes de concentrar ácido nítrico a um mínimo de 98%, e ácido sulfúrico a um mínimo de 90% em um processo de três estágios, contendo processos de concentração por vácuo forçado Simonson-Mantius para o ácido sulfúrico e destilação extrativa para o ácido nítrico.[2]

Foi apresentado um processo para a purificação e concentração de ácido sulfúrico contendo como subprodutos ácido nítrico e componentes orgânicos relacionados com a nitração de aromáticos por misturas de ácidos que consiste na integração de um sistema de purificação com um sistema de concentração o qual inclui troca de calor exaurido da corrente de alimentção de ácido sulfúrico em troca indireta de calor com água quente, do ácido sulfúrico concentrado obtido a partir do sistema de concentração de ácido sulfúrico, antes da introdução nesse sistema de purificação. Este sistema caracteriza-se pela introdução do ácidosulfúrico quente na parte superior de um sistema de purificação, incluindo uma coluna deextração onde contaminantes orgânicos e subprodutos contendo nitrogênio são removidospor contato em contracorrente com o vapor superaquecido ou gases quentes, removendo umfluxo de ácido sulfúrico livre de contaminantes a partir de uma porção inferior da coluna de extração e introduzindo o ácido sulfúrico livre de contaminantes para a primeira etapa de umsistema de concentração de ácido sulfúrico, incluindo um sistema de concentração a vácuo demúltiplo efeito, que estabelece um diferencial de pressão entre o ponto de remoção do ácidosulfúrico livre de contaminantes da coluna de extração e o ponto de entrada para o sistema de concentração de ácido sulfúrico, incluindo um sistema de evaporação múltiplo efeito tal que odiferencial de pressão é suficiente para fornecer um fluxo na coluna de extração para osistema de evaporação múltiplo efeito sem bombas externas.[3]

Um processo contínuo integrado para a concentração de ácido nítrico diluído utiliza reconcentração simultânea do agente de desidratação gasto usado para quebrar o azeótropode ácido nítrico para a obtenção de ácido nítrico concentrado, sendo os agentes dedesidratação preferenciais soluções aquosas de ácido sulfúrico e de nitrato de magnésio. Este processo que envolve o acoplamento direto da concentração do ácido nítrico com a reconcentração do agente de desidratação gasto, de modo que menos energia é necessária. Uma maior proporção de ácido nítrico fraco de alimentação é vaporizada antes de ser alimentada em contracorrente em uma coluna para manter contato com um grande volumedo agente de desidratação, esta vaporização sendo uma das duas principais fontes de energia, sendo o segundo através do refervedor na parte inferior da coluna. A entrada deenergia é equilibrada pela remoção de energia através da condensação do vapor de ácidonítrico concentrado e vapor de água. O vapor de ácido nítrico injetado na parte inferior da coluna é posteriormente posto em contato em sucessão com uma mistura de ácido nítrico e deuma parte do agente de desidratação para aumentar ainda mais a concentração do vapor de ácido nítrico, em seguida, com uma terceira porção do agente desidratante e finalmente umpequeno refluxo de ácido nítrico concentrado para remover a água adicional e desidratanteresidual do vapor de ácido nítrico concentrado na parte superior da coluna. O agente de desidratação gasto é reconcentrado por colocação rápida sob vácuo (flashing) ou, alternativamente, através da evaporação com ar sem entrada de energia nova e substancial, eé reciclado para a coluna de ácido nítrico de concentração sem ser refrigerado, evitando aconsequente remoção de energia.[4]

Referências