hcl - acido clorhidrico
DESCRIPTION
obtención, caracteristicas, propiedades y utilidades del ácido clorhidricoTRANSCRIPT
ÁCIDO CLORHÍDRICO
I. HISTORIA Y ESTADO NATURAL
El descubrimiento se atribuye a Glauber, Priestley lo preparó al estado gasesoso.
Lavoissier creyó que era un compuesto oxigenado, pero Gay-Lussac y otros
demostraron que está constituído de cloro e hidrógeno. El ácido clorhídrico se
desprende de los volcanes y acompaña al ácido sulfúrico en las aguas del río
Vinagre.
En la Edad Media, el ácido clorhídrico era conocido entre los alquimistas europeos
como espíritu de sal o acidum salis. En el siglo diecisiete, Johann Rudolf Glauber,
de Karlstadt am Main, Alemania, utilizó sal (cloruro de sodio) y ácido sulfúrico
para preparar sulfato sódico, liberando gas cloruro de hidrógeno. Joseph Priestley,
de Leeds, Inglaterra preparó cloruro de hidrógeno puro en 1772, y Humphry Davy
de Penzance demostró que su composición química contenía hidrógeno y cloro.
II. SINÓNIMOS:
Ácido Clorhídrico (solución acuosa), Acido Hidroclórico (solución acuosa),
Ácido Muriático (solución acuosa), Cloruro de Hidrógeno (gas, Anhidro),
Hidrocloruro, Espíritu de la Sal, Hydrogen Chloride, Hydrochloric Acid (Ingles),
Chloorwaterstof (Holanda), Chlorwasserstoff (Alemania).
III. DESCRIPCIÓN
A temperatura ambiente, el Cloruro de Hidrógeno es un gas incoloro o
ligeramente amarillo con olor fuerte. En contacto con el aire, el gas forma vapores
densos de color blanco debido a la condensación con la humedad atmosférica. El
vapor es corrosivo y, a concentraciones superiores a 5 ppm, puede causar
irritación. La forma acuosa, comúnmente conocida como Ácido Muriático o
Clorhídrico es un líquido sin olor a bajas concentraciones y humeante y de olor
fuerte para concentraciones altas.
Es un ácido de alta estabilidad térmica y posee una amplia variedad de
aplicaciones. Es obtenido por combinación y absorción en agua de cloro e
hidrógeno gaseosos. Está disponible comercialmente como un gas Anhidro o en
forma de soluciones acuosas (Ácido Clorhídrico). El Ácido Clorhídrico comercial
contiene entre 33% y 37% de Cloruro de Hidrógeno en agua. Las soluciones
acuosas son generalmente incoloras pero pueden generar ligero color azul o
amarillo a causa de trazas de Hierro, Cloro e impurezas orgánicas. Esta no es una
sustancia combustible.
Es una sustancia de gran utilidad en nuestros días por los químicos en los
laboratorios y las industrias. Después del ácido sulfúrico, es el ácido de mayor
importancia a escala industrial. Su estudio proporciona el conocimiento adquirido
por el hombre desde la que la química se encontraba en manos de la alquimia en
la edad media hasta nuestros días.
El ácido clorhídrico (HCl) es un ácido inorgánico altamente corrosivo, que se
disocia completamente en agua, el cual es transparente o levemente amarilloso
(Merck, 2010). En solución, el HCl presenta una composición azeotrópica del
23%w. Es empleado en el decapado y limpieza de metales en la industria
metalúrgica, en la remoción de depósitos e incrustaciones en los sistemas de
intercambio de calor, en los procesos de obtención de sílice activada, cloruros
metálicos, cloruro de amonio, dióxido de cloro, colorantes nitrogenados, en la
acidulación de pozos petroleros, en la neutralización de aguas residuales, en la
producción de agua desmineralizada, y para control del pH. Se emplea también
en la producción de glucosa a partir de harina de maíz y de glutamato de sodio, y
en la preparación de limpiadores domésticos, como el ácido muriático para la
limpieza de pisos, baldosas, azulejos, granitos y paredes. En la elaboración de
polímeros, encurtido de cueros, en la industria metalúrgica en general, en la
industria alimenticia, en la elaboración de medicamentos y cosméticos, además
de muchos otros usos. Es clasificado como un ácido altamente irritante.
El ácido clorhídrico se produce en los Estados Unidos principalmente por cuatro
métodos básicos: La cloración de sustancias químicas orgánicas, la combinación
de hidrógeno y cloro, el proceso de producción de sal-ácido sulfúrico, y como
producto conjunto en la fabricación de sílice. La mayoría del ácido clorhídrico se
produce a partir de la cloración de sustancias químicas orgánicas con cantidades
mucho más pequeñas de los otros procesos.
IV. COMPOSICIÓN / INFORMACIÓN DE LOS INGREDIENTES
Ácido Clorhídrico Concentrado (Muriático)
V. PROPIEDADES FÍSICAS
Es un gas incoloro de olor picante, corrosivo, fumante al aire a consecuencia de su avidez
por el agua y formación de un hidrato. Su disolución saturada a 0ºC tiene una
concentración de 37% y una densidad es de 1,19 g/cm3. Por el calor y las chispas
eléctricas se disocia. Es muy soluble en el agua y al disolverse desprende gran cantidad
de calor. El ácido clorhídrico posee las propiedades químicas características de los ácidos.
Estas propiedades se deben a la presencia de los átomos de hidrógeno en la molécula del
ácido.
VI. PROPIEDADES QUÍMICAS
El Gas Anhidro no es generalmente activo, pero sus soluciones acuosas son uno
de los ácidos más fuertes y activos. Al entrar en contacto con Oxidos Metálicos y
con Hidróxidos forma Cloruros. Descompone las zeolitas, escorias y muchos
otros materiales silíceos para formar Acido Silícico. Reacciona con los carbonatos
básicos liberando Dióxido de Carbono y Agua. Se oxida en presencia de oxígeno
Componentes Contenido Peligroso
Cloruro de Hidrógeno 37% Si
Agua 63% No
y catalizador o por electrólisis o por medio de agentes oxidantes fuertes para
producir Cloro.
VII. INCOMPATIBILIDADES
El contacto del Ácido Clorhídrico con metales que se encuentran arriba de la
posición del Hidrógeno en la serie electromotriz, como el Zinc, genera liberación
de Hidrógeno gaseoso. Reacciona con Aminas y Alcalis. Estas reacciones pueden
generar suficiente calor para causar fuego en materiales combustibles adyacentes.
Ataca también algunos tipos de plásticos, caucho y recubrimientos. En general
esta sustancia es incompatible con: Acetatos, Anhídrido Acético, Alcoholes más
Cianuro de Hidrógeno, 2- Amino Etanol, Hidróxido de Amonio, Carburo de
Calcio, Carburo de Cesio Acetileno, Acido Cloro Sulfónico, 1,1- Difluoroetileno,
Etilen Diamina, Etileneimina, Flúor, Sulfato Mercúrico, Oleum, Acido
Perclórico, Permanganato de Potasio, Oxido de Propileno, Carburo de Rubidio
Acetileno, Perclorato de Plata + Tetracloruro de Carbono, Sodio, Hidróxido de
Sodio, Ácido Sulfúrico y Acetato de Vinilo.
VIII. RECONOCIMIENTO
Puede reconocerse porque, recogido sus vapores en el agua, producen con el Nitrato de
plata un precipitado blanco que toma color violáceo por la acción de la luz. Con el nitrato
de plomo o mercurio da precipitados blancos, algo soluble en el agua el de cloruro de
plomo. El precipitado con las sales de mercurio de cloruro de mercurio en contacto del
amoníaco adquiere color negro.
IX. USOS
El ácido clorhídrico es un producto químico importante y de amplio uso. Los usos finales
más grandes para el ácido clorhídrico son el decapado del acero, la acidificación de pozos
de petróleo, la fabricación de alimentos, la producción de cloruro de calcio y el
tratamiento de minerales.
Decapado del acero
El ácido clorhídrico se usa en operación de decapado para el carbón, aleaciones y
aceros inoxidables. El decapado del acero es el proceso por el cual los óxidos de
hierro y la oxidación son removidos de la superficie del acero mediante la
conversión de los óxidos en compuestos solubles. Es necesario decapar los
productos de acero que deben pasar por procesos adicionales como la producción
de cables, el revestimiento de láminas y bandas, y productos de fabricación de
lata. El ácido clorhídrico se usa principalmente para las operaciones de decapado
continuo en las cuales las bandas de acero laminadas en caliente pasan por un flujo
de solución Ácida contracorriente.
Además del decapado del acero, el ácido clorhídrico se usa en el grabado de
aluminio, en el prefijado de metales para galvanizar y soldar, y en la limpieza de
metales.
Acidificación de pozos de petróleo
El ácido clorhídrico se usa para eliminar la herrumbre, oxidación y los depósitos
indeseables de carbonato en pozos de petróleo, para estimular el flujo del petróleo
crudo o del gas al pozo. Este uso se conoce como “estimulación”. La acidificación
generalmente se realiza en formaciones de carbonato o piedra caliza por medio de
estimulación. Se inyecta una solución Ácida en la formación, la cual disuelve una
porción de la roca y crea una estructura de gran porosidad en la formación,
aumentando su permeabilidad efectiva y el flujo de petróleo.
Alimentos
La industria alimenticia usa ácido clorhídrico en la elaboración de una variedad
de productos. Un uso importante del ácido clorhídrico por parte de la industria
alimenticia es para la producción de jarabes de maíz, como el jarabe de maíz rico
en fructosa (JMRF).
Una gran proporción del ácido clorhídrico consumido por la industria de JMRF
se usa para regenerar las resinas de intercambio iónico que se emplean para
eliminar las impurezas. El ácido clorhídrico también se puede usar para modificar
el almidón de maíz por medio del ácido y regular el pH de los intermediarios, del
producto final y del agua residual. El uso más importante del JMRF es en la
producción de bebidas gaseosas, lo cual representa entre 70 y 75% de la demanda.
El ácido clorhídrico también se usa en otras aplicaciones de elaboración de
alimentos, que incluyen la producción de proteína vegetal hidrolizada y salsa de
soja. Se usa en la acidulación de huesos triturados para la fabricación de gelatina
y como un acidificante para productos tales como salsas, jugos vegetales y
alimentos envasados.
El ácido clorhídrico se consume en la producción de edulcorantes artificiales. Se
consume en la producción de lisina, cloruro de colina (ambos usados
principalmente como aditivos en el pienso para animales) y en el ácido cítrico.
Producción de cloruro de calcio
La neutralización del ácido clorhídrico con caliza (CaCO3) produce cloruro de
calcio. El uso principal del cloruro de calcio es en el deshielo de carreteras y su
producción depende de las condiciones climáticas. Otros usos incluyen el control
de polvo, el tratamiento industrial, la recuperación de petróleo, el tratamiento de
hormigón y el balastado de neumáticos. El cloruro de calcio también se usa en
productos de recuperación de petróleo como lodos de inyección y fluidos de
reacondicionamiento/terminación.
Tratamiento de minerales
El ácido clorhídrico se consume en muchas operaciones mineras para el
tratamiento de minerales, su extracción, separación, purificación y el tratamiento
de aguas. Se usan cantidades considerables en la recuperación de molibdeno y
oro. El ácido clorhídrico se usa para convertir el concentrado de esquelita de gran
pureza (CaWO4) y el volframato de sodio crudo en ácido túngstico, el cual, a su
vez, se puede usar para producir tungsteno metálico y productos químicos. El
ácido clorhídrico también se usa en el tratamiento de uranio y circonio, extracción
por solución de minerales de borato, como regulador del pH en la flotación por
espuma de minerales de potasa, y en extracciones de tierras raras de bastnaesita.
Otros
El ácido clorhídrico acuoso se usa en una variedad de aplicaciones diferentes.
Estas incluyen la recuperación de metales semipreciosos de catalizadores usados,
el uso como catalizador en la síntesis, el uso en la regeneración de catalizadores,
el control del pH, la regeneración de resinas de intercambio iónico usadas en el
tratamiento de aguas residuales y servicios eléctricos, la neutralización de
productos alcalinos o materiales residuales, y en la acidificación de salmuera para
usar en la producción de cloro y soda cáustica.
El ácido clorhídrico también se usa en muchos otros procesos de producción para
productos químicos orgánicos. Se puede usar en la producción de p-
fenilenediamina, resinas de policarbonato, bisfenol A, resinas de cloruro de
polivinilo, y etanol (del etileno).
La industria farmacéutica consume ácido clorhídrico como catalizador en la
síntesis, para el control del pH, la desionización del agua y como agente reductor
(e.g., en la producción de ácido ascórbico y ácido para-aminobenzoico).
Muchos otros usos del ácido clorhídrico incluyen la fabricación de tintes y
pigmentos; la remoción del lodo cloacal y la oxidación de maquinaria industrial;
la descalcificación, tanificación y el teñido de pieles para la industria del cuero; la
fabricación de lociones para permanentes; la carbonización de la lana; para ayudar
en el blanqueado y el teñido en la industria textil, y en la purificación de arena y
arcilla.
X. APLICACIONES
Decapado de metales en industria metalúrgica.
Neutralizante, reductor e intermediario en síntesis orgánicas e inorgánicas
en industria química.
Solvente de diferentes químicos y materias primas.
Reactivo para la elaboración de colorantes y tintas.
Agente blanqueador de grasas y aceites.
Reactivo para la elaboración de fertilizantes.
Acidificante y activador de pozos petroleros.
Agente acidificante, neutralizante y reactivo en procesos de teñido,
mercerizado e impresión en la industria textil.
En la fabricación de productos varios de limpieza.
Interviene en el proceso de obtención de la cerveza.
En el proceso de refinación de aceites.
Utilizado en el tratamiento de aguas industriales y de potabilización de
agua.
XI. RIESGOS Y EFECTOS SOBRE LA SALUD
Ingerido puede producir gastritis, quemaduras, gastritis hemorrágica, edema,
necrosis. Se recomienda beber agua o leche y no inducir el vómito.
Inhalado puede producir irritación, edema y corrosión del tracto respiratorio,
bronquitis crónica. Se recomienda llevar a la persona a un lugar con aire fresco,
mantenerla caliente y quieta. Si se detiene la respiración practicar reanimación
cardio-pulmonar. Si se pone en contacto con la piel puede producir quemaduras,
úlceras, irritación. En contacto con los ojos puede producir necrosis en la córnea,
inflamación en el ojo, irritación ocular y nasal, úlcera nasal.
Ácido Clorhídrico, Concentración Mayor a 25%
R34: Provoca quemaduras
R37: Irrita las vías respiratorias
Ácido Clorhídrico, Concentración Entre 10% y 25%
R36/38: Irrita los ojos y la piel
Los efectos principales del Ácido Clorhídrico sobre la salud corresponden casi
exclusivamente a la irritación del área de contacto. La exposición no implica en
general efectos sobre órganos diferentes de aquellos en la superficie de contacto
o portal de entrada. Esta sustancia es altamente soluble en agua. A niveles bajos,
sus efectos agudos se resumen a la percepción por el olfato e irritación del tracto
respiratorio superior. A mayores concentraciones puede causar irritación
conjuntiva, daño en la superficie de la córnea e inflamación transitoria de la
epidermis. En exposiciones cortas, induce obstrucción transitoria del tracto
respiratorio, que disminuye con la exposición repetida, lo que sugiere adaptación
a la circunstancia de exposición. Trabajadores adaptados a la presencia de Ácido
Clorhídrico en el ambiente en forma de gases o vapores pueden trabajar sin
perturbación alguna con niveles de hasta de 10 ppm, pero la exposición crónica
puede afectar los dientes, resultando en erosión de las superficies dentales en los
dientes frontales. Las mayores fuentes de exposición al Ácido Clorhídrico en
cualquiera de sus formas y que representan alguna significancia para la salud
humana se encuentran en la industria. La exposición se puede dar como resultado
de malos procedimientos de manejo y fallas técnicas de planta o a través de
derrames accidentales. También se generan riesgos potenciales de exposición
durante muestreos del proceso, válvulas dañadas, uniones mal selladas y acoples
deficientes en bombas, reactores o compresores. Cuando esta sustancia entra en
contacto con algunos metales, se genera Hidrógeno gaseoso inflamable, que
puede estallar violentamente y con alta liberación de calor si entra en contacto
con fuentes de ignición como cigarrillos o cortos en el sistema eléctrico. En la
dilución de Ácido Clorhídrico concentrado en agua se debe tener presente que su
adición al agua puede generar ebullición y salpicaduras violentas que pueden ser
fuente de exposición a este material. Por tal motivo se recomienda realizar la
dilución agregando el ácido al agua.
INHALACIÓN
Esta es una vía importante de exposición al Cloruro de Hidrógeno en
forma gaseosa (Anhidro) o a los vapores procedentes del ácido
concentrado. Su olor y propiedades altamente irritantes generalmente
proveen advertencia adecua- da contra exposiciones agudas de alto nivel
de concentración. Por lo regular para el 50% de las personas expuestas a
concentraciones de Ácido Clorhídrico iguales al Límite Permisible de
Exposición (PEL) de OSHA (5 ppm) la percepción del olor de la sustancia
se hace mínima y por tal razón no es una forma adecuada de identificar su
presencia en concentraciones bajas. Los vapores de Ácido Clorhídrico son
más pesados que el aire y pueden causar peligro de asfixia en lugares
cerrados, poco ventilados o áreas de nivel bajo. En forma gaseosa, esta
sustancia puede alcanzar concentraciones dañinas en el aire muy
rápidamente en el caso de escape del contenedor. La inhalación de altas
concentraciones del gas o vapores del ácido concentrado pueden causar
neumonitis y edema pulmonar, dando lugar al Síndrome de Disfunción
Reactiva de Vías Respiratorias (RADS por las siglas en ingles), un tipo de
asma inducido por la acción de químicos o de agentes irritantes. Los
efectos pueden ser retardados y por tanto se requiere observación médica
inmediata. El Ácido Clorhídrico en cualquiera de sus formas (Gas Anhidro
o vapores) es extremadamente irritante para las membranas mucosas de la
nariz, garganta y tracto respiratorio. Exposición corta a niveles de 35 ppm
causa irritación de garganta y niveles de 50 a 100 ppm son apenas
tolerables por una hora. El mayor impacto es en el tracto respiratorio
superior; las exposiciones a mayores concentraciones pueden llevar
rápidamente a hinchazón y espasmo de la garganta y, en últimas, a
sofocación. Aquellas personas más seriamente expuestas tienen ataques
inmediatos de respiración rápida, tonalidad azul en la piel y
estrechamiento bronquial. Pacientes que poseen exposición masiva
pueden desarrollar acumulación de fluido en los pulmones. Los niños
pueden ser más vulnerables a los agentes corrosivos que los adultos a
causa de los diámetros de vías de aire relativamente menores. Pueden
también ser más vulnerables a gases o vapores a causa de su mayor
frecuencia respiratoria y por la dificultad en la evacuación rápida de áreas
de derrame. Niños expuestos a iguales niveles de Ácido Clorhídrico que
adultos pueden absorber mayores dosis debido a que ellos poseen
relaciones de área superficial pulmonar a peso corporal mayores. Además,
pueden estar expuestos a mayores niveles que los adultos en la misma
ubicación a causa de su baja estatura y mayores niveles de Cloruro de
Hidrógeno (como vapores o gas) que se encuentran en alturas cercanas al
piso.
CONTACTO PIEL / OJOS
Quemaduras profundas en la piel y en membranas mucosas son causadas
por el contacto con Ácido Clorhídrico concentrado o gaseoso, a causa de
lo cual se pueden generar cicatrices deformantes. El contacto con Ácido
Clorhídrico, vapores o nieblas menos concentrados puede causar
enrojecimiento e irritación leve de la piel afectada. La exposición de los
ojos a vapores o soluciones de Ácido Clorhídrico concentrado pueden
causar muerte de las células corneas, cataratas y glaucoma. La exposición
a soluciones diluidas puede producir dolor punzante y heridas como
úlceras de la superficie del ojo. Los niños son más susceptibles a los
agentes tóxicos como este que afectan la piel a causa de su relación de área
superficial a peso corporal relativamente más alta.
INGESTIÓN
La ingestión de Ácido Clorhídrico concentrado puede causar dolor,
dificultad al tragar, nausea y vómito. En forma concentrada, puede causar
heridas corrosivas severas en la boca, garganta, esófago y estómago, con
sangra- do, perforación y formación de cicatrices como secuelas
potenciales.
EFECTOS CRÓNICOS
La exposición crónica o prolongada a Cloruro de Hidrógeno como gas o
en nieblas (Ácido Clorhídrico) ha sido asociada con cambios en el
funcionamiento pulmonar, inflamación crónica de los bronquios,
ulceración nasal y síntomas parecidos a aquellos que se presentan para una
infección viral aguda del tracto respiratorio superior, así como también
inflamación de la piel, decoloración y erosión dental e inflamación de la
membrana ocular. Los pacientes que hayan ingerido Ácido Clorhídrico
pueden experimentar formación de costras o peladuras en el esófago o
estómago, lo que puede causar estrechez, dificultad de tragar u obstrucción
de salidas gástricas.
EFECTOS SISTÉMICOS
Efectos Cardiovasculares: La ingestión de Ácido Clorhídrico
concentrado o la exposición cutánea masiva ya sea al ácido o al gas puede
causar baja en la presión arterial como resultado de sangrado
gastrointestinal o desplazamiento de fluido. Luego de una exposición
aguda, el funcionamiento pulmonar generalmente retorna a la normalidad
en un lapso de 7 a 14 días.
Efectos Hematológicos: Una rara e inusual complicación de la ingestión
de altos niveles de Cloruro de Hidrógeno es un incremento en la
concentración de iones Cloruro en la sangre, causando un desbalance
ácido – base conocido como acidosis.
Efectos Musculares: No hay evidencia que permita concluir que el Ácido
Clorhídrico cause efectos adversos en los músculos tanto en forma crónica
como en forma aguda para exposiciones en la piel, por ingestión o
inhalación.
Efectos Hepáticos: No hay evidencia que permita concluir que el Ácido
Clorhídrico cause efectos adversos en el hígado tanto en forma crónica
como en forma aguda para exposiciones en la piel, por ingestión o
inhalación.
Efectos Renales: No se encontraron estudios referidos a los efectos
renales de la exposición, ingestión o contacto con Ácido Clorhídrico.
Efectos Endocrinos: No se encontraron estudios referidos a los efectos
endocrinos de la exposición, ingestión o contacto con Ácido Clorhídrico.
Efectos Inmunológicos: No se encontraron estudios referidos a los
efectos inmunológicos de la exposición, ingestión o contacto con Ácido
Clorhídrico.
Efectos Neurológicos: No se encontraron estudios referidos a los efectos
neurológicos de la exposición, ingestión o contacto con Ácido Clorhídrico.
XII. INFORMACIÓN TOXICOLÓGICA
CL50 (inhalación, ratas): 3.124 ppm/1 hora
DL50 (oral, conejos): 900mg/kg
La exposición de conejos y conejillos de indias a 4.290 ppm por 30 minutos causa
la muerte, en muchos casos de espasmo laringeo, edema laringeo o edema
pulmonar. La exposición de tres especies de animales a 300 ppm por seis horas
causa irritación de la córnea y las vías respiratorias superiores. En humanos, la
exposición al gas o vapores inmediatamente causa irritación del tracto
respiratorio superior dando lugar a tos, quemadura de la garganta y sensación de
sofoco; los efectos son usualmente ulceración de la nariz, garganta y laringe; si se
inhala profundamente puede ocurrir edema pulmonar. En trabajadores, la
exposición a 50 a 100 ppm por 1 hora es apenas tolerable; la exposición de corto
tiempo a 35 ppm causa irritación de la garganta y se considera 10 ppm la máxima
concentración permitida para exposiciones prolongadas. Altas concentraciones
del gas causan irritación de los ojos y puede causar daño visual permanente o
prolongado, incluyendo pérdida total de la visión (3, 4, 5, 8). No se han reportado
efectos mutagénicos, teratogénicos o carcinogénicos en seres humanos por causa
del contacto con Ácido Clorhídrico en cualquiera de sus formas.
XIII. PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE ÁCIDO CLORHÍDRICO (HCl)
1. PROCESO DE SAL Y ÁCIDO SULFÚRICO
Se hace reaccionar Cloruro de Sodio con Ácido Sulfúrico para formar
Cloruro de Hidrógeno y Carbonato Acido de Sodio (Bicarbonato de Sodio
– NaHCO3) a temperaturas en el nivel de los 150 ºC; estos mismos
reactivos a temperaturas de 1.000 ºC generan Sulfato de Sodio (Na2SO4).
Las reacciones que implican la producción del Ácido son endotérmicas
(Esta misma reacción se trabaja en otros procesos pero todos ellos
incluyen la administración de temperatura a una masa reactiva y luego una
recuperación del Cloruro de Hidrógeno por operaciones de absorción para
producir soluciones concentradas de Ácido Clorhídrico).
2. PROCESO HARGREAVES
Aunque este proceso está en desuso, se incluye por su tradición. Su
abandono se debe a la dificultad de lograr Acido concentrado a partir de
soluciones diluidas de gas y al incremento en la mano de obra. Se hace
reaccionar Sal, Dióxido de Azufre, aire y vapor de agua. Se generan los
mismos productos que en el proceso anterior. Las reacciones son
exotérmicas y a causa de ello se genera suficiente calor para mantener la
reacción del proceso una vez los reactivos llegan a la temperatura deseada,
la cual puede variar de 420 ºC a 540 ºC.
3. PROCESO SINTÉTICO
El Cloruro de Hidrógeno se puede sintetizar por la combustión de una
mezcla controlada de Cloro e Hidró- geno. El producto posee tanto alta
concentración como alta pureza; por este procedimiento sin mayor
purificación se llega hasta 98% de pureza y luego de los tratamientos de
purificación a 99,7%. Las temperaturas de reacción alcanzan los 1.200 ºC
(2200 ºF), siendo una reacción altamente exotérmica.
4. CLORURO DE HIDRÓGENO COMO SUBPRODUCTO
La cloración de muchos químicos orgánicos genera Cloruro de Hidrógeno
como subproducto. Como ejemplo se destaca la cloración de Metano y
Benceno. El Cloruro de Hidrógeno producido a partir de reacciones de
cloración puede estar contaminado con Cloro, aire, productos orgánicos
clorados, reactantes en exceso y humedad, dependiendo del proceso
individual así que la corriente de productos debe ser purifica- da en
operaciones posteriores. Luego de dejar la planta de generación, el Cloruro
de Hidrógeno se trata en varios pasos, que pueden incluir la remoción de
sólidos suspendidos, enfriamiento, absorción, desorción o licuefacción. El
tratamiento exacto de- pende de la composición y la temperatura del gas y
de la composición y naturaleza del producto. Puede generarse entonces
gas licuado, Cloruro de Hidrógeno Anhidro o soluciones en agua para
producir Ácido Clorhídrico. Este gas se puede generar de manera
indeseada por la combustión de muchos plásticos. En la atmósfera y de
manera natural se encuentra en erupciones volcánicas y gases de
fumarolas. Otra fuente natural de Ácido Clorhídrico la representa el
estómago de mamíferos en general.
XIV. PROCEDIMIENTO DE PRODUCCIÓN DE ÁCIDO CLORHÍDRICO
(HCl)
1. RECURSOS NATURALES INORGÁNICOS POTENCIALES DE
EXPLOTACIÓN
El agua del mar contiene sales minerales en una proporción promedio de
35 gramos disueltos en cada litro de agua, donde se hallan prácticamente
presentes, en concentraciones variables, todos los elementos químicos
conocidos, y que forman los recursos minerales del mar. Las sales que se
encuentran en proporciones constantes son: cloruro de sodio, cloruro de
potasio, sulfato de magnesio y bicarbonato de calcio. El cloruro de sodio
se obtiene utilizando la energía del Sol, esta sal es llamada también "sal
solar"; para esto se necesita una serie de lagunas de evaporación por donde
va circulando el agua para que se depositen diferentes compuestos en cada
una de ellas, hasta llegar a obtener la sal pura que puede servir para
consumo humano o para descongelar las carreteras y para obtener la
llamada "sosa cáustica" o "sosa de los jaboneros", así como otros
componentes importantes en la industria, como el ácido clorhídrico. La
caliza es una roca sedimentaria compuesta mayoritariamente por
carbonato de calcio (CaCO3), generalmente calcita. También puede
contener pequeñas cantidades de minerales como arcilla, hematita,
siderita, cuarzo, etc., que modifican (a veces sensiblemente) el color y el
grado de coherencia de la roca. El carbón o carbón mineral es una roca
sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como
combustible fósil. La mayor parte del carbón se formó durante el período
Carbonífero (hace 359 a 299 millones de años). No es un recurso
renovable. En un proceso conocido como proceso Leblanc, se convierte
sal en sosa, utilizando ácido sulfúrico, piedra caliza y carbón, liberando
cloruro de hidrógeno como producto de desecho. Hay que mencionar que
actualmente el proceso Leblanc ha sido sustituido actualmente por el
proceso Solvay.
2. DEFINICIÓN OPERACIONAL DEL PROCESO INDUSTRIAL
INORGÁNICO EN ESTUDIO
La obtención industrial de ácido clorhídrico es un proceso en el cual se
obtiene cloruro de hidrogeno, gas que posteriormente se disuelve en agua
hasta 38 g/100 mL aunque a baja temperatura se pueden formar cristales
de HCl·H2O con un contenido del 68% de HCl. La disolución forma un
azeótropo con un contenido del 20,2% de HCl en masa y un punto de
ebullición de 108,6 °C. El ácido clorhídrico que se encuentra en el
mercado suele tener una concentración del 38% o del 25%. Las
disoluciones de una concentración de algo más del 40% son químicamente
posibles, pero la tasa de evaporación en ellas es tan alta que se tienen que
tomar medidas de almacenamiento y manipulación extras. En el mercado
es posible adquirir soluciones para uso doméstico de una concentración de
entre 10% y 12%, utilizadas principalmente para la limpieza.
3. PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS, TERMODINÁMICAS Y
AMBIENTALES DE LOS MATERIALES POTENCIALES DE
PROCESAMIENTO INDUSTRIAL INORGÁNICO
SELECCIONADO.
a. Cloruro de Sodio (NaCl)
Propiedades físicas
PM: 58.4 g/mol
P. Fusión: 1074 K
P. Ebullición: 1738 K
Densidad: 2165 Kg/m3
Propiedades químicas
Solubilidad: 35.9 g por 100 mL de agua
Prod. Solubilidad: 37.78 mol2
Termoquímica
Entalpia (gas): -181.42 kJ/mol
Entalpia (liquido): -385.92 kJ/mol
Entalpia (solido): -411.12 kJ/mol
Entropía (1 bar): 229.79 J.K/mol
Riesgos:
Ingestión: Peligroso en grandes cantidades; su uso a largo plazo
en cantidades normales puede traer problemas en los riñones.
Inhalación: Puede producir irritación en altas cantidades.
Piel: Puede producir resequedad.
Ojos: Puede producir irritación y molestia.
b. Caliza
Propiedades físicas
Densidad: 2.03 a 2.66 kg/dm3
Resistencia a compresión: Muy variable, des de 80.9 Kg/cm2 de
la piedra Alcora de Castellón hasta los 1349 kg/cm2 de la Piedra
de Ungo-Nava de Burgos.
Propiedades térmicas
La piedra caliza se considera como material resistente al fuego ya que se
calcina a más de 1500ºF; por lo general la caliza de 4 pulgadas de grosor
tiene un tiempo de resistencia al fuego de 1 hora y 12 minutos.
c. Carbón
Propiedades Físicas
Densidad: La densidad del carbón es una magnitud difícil de
medir. Se definen varios tipos de densidad
Densidad a granel o en masa: Es el peso en Kg/m3 del conjunto
del carbón en trozos, comprendiendo los espacios vacíos que
quedan entre éstos. Esta magnitud del carbón es importante de cara
al almacenamiento del carbón y su uso en hornos de coque
Densidad de carga o estiba: Se emplea cuando el carbón se
almacena en una retorta de coquización. Depende esta magnitud
de la clase de carbón, su tamaño, la humedad.
Peso específico aparente: Es el peso específico de un trozo de
carbón en su estado natural (poros, humedad y materia mineral
incluida).
Peso específico verdadero: El que presenta la sustancia carbonosa
sin poros y sin humedad, pero con la materia mineral que contenga.
Peso específico unitario: Igual que el peso específico verdadero,
pero además prescindiendo de la materia mineral (es decir, sin
cenizas).
Contenido en agua: El carbón contiene agua tanto por su proceso
de formación en origen como por las transformaciones sufridas. El
agua se puede presentar de varias maneras:
Agua de Hidratación: Es la que está combinada químicamente.
Forma parte de la materia mineral que acompaña al carbón.
Agua Ocluida: La que queda retenida en los poros del carbón.
Puede proceder del lugar donde se formó el carbón o de las
reacciones posteriores a esa formación.
Agua de Imbibición: Es la que contiene debido a procesos
artificiales en la extracción y procesos posteriores, sobre todo
procesos de lavado. Esta agua queda adsorbida en la superficie. Se
elimina fácilmente calentando a 100-105ºC.
Propiedades térmicas
Conductibilidad Térmica: Es la capacidad que presenta el carbón
para conducir el calor. Tiene importancia sobre todo en los hornos
de coquización, ya que el hecho de que el calor aplicado se
transmita lo más rápidamente posible permite que el proceso tenga
un mayor rendimiento
Calor específico: Es la cantidad de calor necesario para elevar la
temperatura de 1g de carbón 1ºC. También es importante esta
propiedad en el proceso de coquización.
Dilatación: Es el aumento de volumen por efecto del incremento
de temperatura. Bangham y Franklin han hecho estudios sobre la
dilatación de los carbones. Concluyen que la antracita presenta
importantes variaciones en el volumen con cambios de
temperatura, pero dependiendo también de la orientación
(anisotropía). En cambio, en cuanto a las hullas, la dilatación va a
depender más de la temperatura de experimentación.
4. PROCESOS CONVENCIONALES DE PRODUCCIÓN HCL
Se reconocen alrededor de 50 procesos industriales que tienen como
subproducto al ácido clorhídrico y alrededor de 110 que lo requieren como
materia prima (www.sriconsulting.com). Las principales vías de
producción mundial del HCl diluido son la cloración de hidrocarburos y
la producción de cloroflurocarbonados, como se representa,
respectivamente, en las ecuaciones
𝑅𝐻 + 𝐶𝑙2 → 𝑅𝐶𝑙 + 𝐻𝐶
𝑅𝐶𝑙 + 𝐻𝐹 → 𝑅𝐹 + 𝐻𝐶
En estos procesos, la concentración final de HCl está por debajo de su
valor azeotrópico y suele contener cantidades considerables de
contaminantes orgánicos.
Los métodos de producción de HCl puro (comprimido), grado reactivo, a
concentraciones mayores a la azeotrópica (> 23%w/w) y los denominados
muriáticos (a la concentración azeotrópica o menor sin contaminantes) son
producidos por la quema de los elementos cloro e hidrógeno en los
denominados “Burner Processes”.
𝐶𝑙2+𝐻2→2𝐻𝐶𝑙
En el tratamiento de aguas residuales cloradas, el HCl se puede producir
por calentamiento de las mismas o como es normalmente llamado
“incineración de aguas cloradas”
𝐶𝑦𝐻2𝑧+1𝐶𝑙+ (𝑦+𝑧/2) 𝑂2→𝑦𝐶𝑂2+𝐻2𝑂+𝐻𝐶𝑙
En la década de 1940, se implementó en Alemania el proceso “Mannheim”
2𝐾𝐶𝑙+𝐻2𝑆𝑂4→𝐾2𝑆𝑂4+2𝐻𝐶𝑙
Este proceso se caracteriza por requerir de altas temperaturas (~500°C).
En la actualidad es poco usado, reportándose solo algunas plantas en China
Viendo todos estos procesos, consideramos que el proceso a elegir es el de
la obtención de K2SO4 y debido A diferencia del proceso en dos etapas,
la alimentación directa al reactor del KCl y H2SO4 en una solución de
agua y antisolvente, permite una forma de contacto en donde la
concentración del intermediario sulfato ácido de potasio es imperceptible
generando, de manera simultánea, los productos buscados. El volumen de
solución utilizado es mucho menor gracias a la acción del antisolvente.
Adicionalmente, se hace innecesario el uso de un dispositivo de
membrana. El HCl producido que se encuentra en solución (antisolvente
– agua) puede separarse mediante destilación.
5. PROCESOS NO CONVENCIONALES SIN UTILIZACIÓN DE
ANTISOLVENTE
La producción de HCl y K2SO4 de forma conjunta es poco usual, teniendo
solo como ejemplo el ya mencionado proceso “Mannheim”. Se han
propuesto varios procesos para purificar las fuentes inorgánicas con alto
contenido de KCl mediante la reacción con ácido sulfúrico para obtener
directamente el sulfato de potasio. En un proceso que involucra,
secuencialmente un reactor y un evaporador. Aburri (2003) propuso un
proceso basándose en disoluciones de las sales de potasio que se van
formando a lo largo de un proceso continuo. La separación de esas sales
se da por diferencia en los puntos de solubilidad.
Este proceso utiliza múltiples etapas intermedias de cristalización y
propone la obtención paulatina de sulfato de potasio a medida que éste se
separa del resto de la mezcla
6. DESCRIPCION DEL PROCESO PRINCIPAL
El diagrama de flujo del proceso utiliza múltiples etapas intermedias de
cristalización y propone la obtención paulatina de sulfato de potasio a
medida que éste se separa del resto de la mezcla por ser menos miscible.
Los dos reciclos tienen presencia de KHSO4 y K2SO4, producto directo
de las reacciones mostradas:
2𝐾𝐶𝑙 + 𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐾2𝑆𝑂4 + 2𝐻𝐶𝑙
2𝐾𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐾2𝑆𝑂4 + 𝐻2𝑆𝑂4
Según la segunda reacción, mostrada en la ecuación, se genera un mol de
ácido sulfúrico y una de sulfato de potasio en solución. Parte del sulfato
de potasio se cristaliza. Al ácido sulfúrico estequiométrico alimentado al
reactor debe restársele el ácido que produce el KHSO4 recirculado (no
mencionado en ninguna de las 2 patentes). El agua perdida en el
evaporador, para extraer la mezcla en el punto azeotrópico, se repone en
el cristalizador. La diferencia de solubilidades hace que se separe parte
del K2SO4 producido.
Se sabe que el KHSO4 (sulfato ácido de potasio o bisulfato de potasio) se
puede obtener de la reacción directa del K2SO4 sólido y del ácido
sulfúrico líquido, aunque también puede obtenerse de la reacción a bajas
temperaturas (temperatura ambiente) entre el KCl y el H2SO4,
produciendo además HCl.
7. REACCIONES QUÍMICAS:
En la década de 1940, se implementó en Alemania el proceso “Mannheim”
cuya reacción se muestra en la ecuación.
2𝐾𝐶𝑙 + 𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐾2𝑆𝑂4 + 2𝐻𝐶𝑙
Este proceso se caracteriza por requerir de altas temperaturas (~500°C).
En la actualidad es poco usado, reportándose solo algunas plantas en
China.
8. PRECISAR LAS CONDICIONES DE PROCESO,
CUANTIFICANDO LAS VARIABLES DE T, P, S, H,
RENDIMIENTOS, CONVERSIÓN, CALIDAD, ETC.
Este proceso se caracteriza por requerir de altas temperaturas (500°C). La
diferencia de solubilidades hace que se separe parte del K 2 SO 4
producido. La concentración del intermediario sulfato ácido de potasio es
imperceptible generando, de manera simultánea, los productos buscados.
9. TECNOLOGÍA DE PURIFICACIÓN DEL PRODUCTO
PRINCIPAL A OBTENER
El Cloruro de Hidrógeno producido a partir de reacciones de cloración
puede estar contaminado con Cloro, aire, productos orgánicos clorados,
reactantes en exceso y humedad, dependiendo del proceso individual así
que la corriente de productos debe ser purificada en operaciones
posteriores. Luego de dejar la planta de generación, el Cloruro de
Hidrógeno se trata en varios pasos, que pueden incluir la remoción de
sólidos suspendidos, enfriamiento, absorción, desorción o licuefacción. El
tratamiento exacto depende de la composición y la temperatura del gas y
de la composición y naturaleza del producto. Puede generarse entonces
gas licuado, Cloruro de Hidrógeno Anhidro o soluciones en agua para
producir Ácido Clorhídrico.
10. CINÉTICA Y TERMODINÁMICA DE LA OBTENCIÓN DEL
ÁCIDO CLORHÍDRICO
Para ajustar los parámetros de la ley de velocidad de la reacción entre el
ácido sulfúrico y el cloruro de potasio, para la producción, en un solo paso,
de sulfato de potasio y ácido clorhídrico, en solución antisolvente-agua, se
diseñaron varios experimentos basados en el método termométrico:
seguimiento de la temperatura en un sistema cerrado adiabático. Se
presenta de forma escolástica la implementación numérica del método y
los detalles de su montaje experimental.
a. Métodos de medición de las constantes cinéticas
El sistema bajo estudio que es la reacción entre el cloruro de potasio y el
ácido sulfúrico en una solución de antisolvente y agua, genera productos
que se presentan en tres fases: sólida, en solución, y una tercera fase gas
que puede existir o no, dependiendo de la cantidad de agua presente, la
cual contiene parte del ácido clorhídrico (puro). Para efectos de este
estudio, la fase gas se omite realizando todos los experimentos por debajo
de la concentración azeotrópica, punto que señala el límite superior en
donde se dan vapores de HCl. La reacción es exotérmica y rápida. Esto
último hace que los métodos analíticos convencionales sean inviables. El
uso de equipos analíticos de alta precisión, como la cromatografía gaseosa
o líquida, configurados con un reactor de laboratorio para toma de
muestras en línea, se hace demasiado complejo y costoso. Un seguimiento
mediante desplazamiento por gas es improbable debido a que el HCl se
solubiliza parcialmente en la mezcla reactiva, saliendo solo una parte
como gas.
Dadas las características del sistema reactivo, el cual no facilita la
medición directa de la de las concentraciones, la aplicación de métodos de
relación de propiedades y otras complejidades mencionadas, se cuenta con
un forma sencilla, económica, y mucho más confiable: el uso del método
termométrico, en donde se relaciona el cambio de la temperatura del
sistema en función del tiempo, con el avance de la reacción.
Método termométrico Los métodos termométricos son
comúnmente usados para medir propiedades termodinámicas
como el calor latente o calor de combustión de un compuesto
(Shoemaker et al, 1989). La adaptación de este método al cálculo
de las constantes de la ley de velocidad de una reacción se basa en
el balance de energía en un sistema cerrado (batch) y adiabático.
Así, estos métodos se concentran en seguir la variación de la
temperatura generado por acción del calor de reacción. En el caso
de una reacción exotérmica, el calor liberado aumentará la
temperatura del sistema. Las siguientes subsecciones describen
escolásticamente el fundamento matemático que permite utilizar
este método al caso del proceso de producción en un solo paso de
sulfato de potasio y ácido clorhídrico.
XV. BIBLIOGRAFÍA
http://www.bdigital.unal.edu.co/4656/1/8109004.2011.pdf
http://www.ercoworldwide.com/index.php/products/hydrochloric-acid/?lang=es
http://www.ecured.cu/index.php/%C3%81cido_clorh%C3%ADdrico
http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/018903/Links/Guia2.pdf