ESTEQUIOMETRIA NA PRODUÇÃO INDUSTRIAL DE ÁCIDO SULFÚRICO

Lucas R.F. Lima.; Gabriella P. Gomes;Daniel A. Bernabe;

Fernando Piazzolla;Luana A. Vidinhas;Giovanni R. Morselli

Orientador: Profa. Rebeca Piumbato Chaparro

FACULDADES OSWALDO CRUZ

Bacharelado em Química

RESUMO: Partindo do princípio de que o H₂SO₄ apresenta inúmeras aplicações na área industrial como matéria prima e coadjuvante em processos industrializados, este trabalho apresenta uma aplicação da estequiometria na produção de ácido sulfúrico (H₂SO₄). O método de produção do H₂SO₄ é constituído por três etapas: obtenção de SO_2(g), a oxidação de SO_2(g) a SO_3(g) e a reação de SO_3(g) e H₂O_(ℓ) e pode ser feito a partir de 336 kg de enxofre com 99,7% de pureza, e com rendimento final de 78%, gera assim cerca de 435 L de H₂SO₄.

PALAVRAS - CHAVE: Estequiometria, Ácido Sulfúrico, Produção

1       INTRODUÇÃO

       O ácido sulfúrico é um dos principais ácidos utilizados na indústria atual, já que o mesmo tem como principal propriedade a ação desidratante e oxidante, sendo usado assim em bateria de carros, carbonização de compostos orgânicos. Além disso, pode-se citar seu uso na produção de fertilizantes, como os superfosfatos (fosfato ácido) e o sulfato de amônio ((NH₄)₂SO₄), na produção de corantes, explosivos e outros ácidos (como por exemplo: o ácido pirossulfúrico (H₂S₂O₇)). Pode ser usado também nas indústrias petroquímicas para o refino de petróleo e seus derivados.

       Esse trabalho tem como objetivo demonstrar uma aplicação estequiométrica na produção de ácido sulfúrico.

2       PRODUÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO

       A produção de ácido sulfúrico (H₂SO₄) envolve um processo de três etapas, sendo elas a obtenção de SO₂, a oxidação de SO₂ a SO₃ e por final a reação de SO₃ com a água. Esses processos são descritos mais detalhadamente a seguir:

2.1       Obtenção de SO₂

            A obtenção de SO₂ pode ser feita pela queima de enxofre (S), ou seja, a reação entre enxofre e o gás oxigênio (O₂). Conforme mostra a equação 1.

                                                            S_(s) + O_2(g) → SO_2(g)                                                                                 (1)

2.2       Oxidação de SO₂ a SO₃

       Essa etapa pode ser feita de duas maneiras, num processo em câmaras de chumbo que envolve colocar o dióxido de enxofre (SO₂) para reagir com gás oxigênio (O₂) utilizando, principalmente, o dióxido de nitrogênio (NO₂) para a formação de trióxido de enxofre, como descrito na equação 2.

                                                      2SO_2(g) + O_2(g)  2SO_3(g)                                                                           (2)

       Outra reação que acontece dentro das câmaras de chumbo é quando o SO₃ reage com o ácido sulfúrico concentrado formando o ácido pirossulfúrico, ou conhecido também como óleum e depois é dissolvido em água para a formação de ácido sulfúrico, assim como demonstrados respectivamente nas equações 3 e 4.

                                                  SO_3(g) + H₂SO_4(ℓ) → 2H₂S₂O_7(ℓ)                                                                    (3)

                                                  H₂S₂O_7(ℓ) + H₂O_(ℓ) → 2H₂SO_4(ℓ)                                                                   (4)

       Mas o SO₃ também pode ser sintetizado pelo processo de contato, no qual consiste numa oxidação que usa-se atualmente o pentóxido de vanádio (V₂O₅) como catalisador (antes era usado platina) sendo isso demonstrado a seguir na equação 5.

                                                      2SO_2(g) + O_2(g)  2SO_3(g)                                                                         (5)

2.3       Obtenção de ácido sulfúrico

       Logo após a oxidação o SO₃ é submetido a uma lavagem com água reagindo assim com a mesma e formando o ácido sulfúrico (H₂SO₄), demonstrada na equação 6:

                                                      SO_3(g) + H₂O_(ℓ) → H₂SO_4(ℓ)                                                                         (6)

3       APLICAÇÃO ESTEQUIOMÉTRICA

       A obtenção do H₂SO₄ exige várias etapas, fazendo assim com que a temperatura do processo varie de 120ºC até 400ºC, após cálculos feitos a partir de dados coletados pode-se perceber que com 336 kg de enxofre, com 99,7% de pureza, podem ser formados cerca de 800 kg de ácido sulfúrico ou um volume de 435ℓ. Os cálculos são demonstrados a seguir:

• Tem-se a equação global da reação: 2S_(s) + 3O_2(g) + 2H₂O_(ℓ) → 2H₂SO_4(ℓ)
• Seguindo o princípio estequiométrico primeiro determina-se a quantia pura da substância, para saber-se quanto de enxofre realmente participa da reação:

336  99,7% ≅ 335kg

• Após isso calcula-se a quantidade de H₂SO_4(ℓ) obtida:

               64 g de enxofre → 196 g de H₂SO₄

335 kg de enxofre →   x   g de H₂SO₄,

335.10⁵ 196 = 64x, ou seja, x ≅ 1025.10³ g de H₂SO₄, ou, 1025 kg de H₂SO₄

• Porém como temos um rendimento de 78%:

1025 78% = 800 kg de H₂SO₄

• Após isso, ainda podemos, a partir da formula de densidade, calcular a quantia de produto em litros:

D = , sabendo-se que a densidade do H₂SO₄ é 1,84g/cm³ pode substituir da seguinte maneira, 1,84 = , x = , x ≅ 434782,6 cm³, ou aproximadamente, 435 L  de H₂SO₄

4       CONCLUSÃO

       Com o presente trabalho foram ampliados nossos conhecimentos a respeito do Ácido Sulfúrico além de perceber-se que pode ser feita a obtenção de H₂SO₄ de duas maneiras diferentes (câmaras de chumbo e processo por contato). Vale ainda ressaltar que nos processos com câmara de chumbo têm se um rendimento de 78%, isso é considerado bom.

5       REFERÊNCIAS

CAMPOS, Vinicius R., Revista virtual de química disponível em: <http://www.uff.br/RVQ/index.php/rvq/article/viewArticle/148> acessado em 07/09/15

DEQUI, PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS I: Ácido Sulfúrico, disponível em: <http://www.dequi.eel.usp.br/~acsilva/5%20-%20Acido%20sulfurico.pdf> acessado em 07/09/15

MB CONSULTORES , PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO, disponível em: <https://mail.google.com/mail/u/0/?ui=2&ik=fe87c938bb&view=att&th=14fd2b1a2237a941&attid=0.1&disp=inline&realattid=1512412334526562304-local0&safe=1&zw> acessado em 11/09/15