Fórmula: NH4NO3
Masa molecular: 80,04 g/mol
Punto de fusión: 169,6 °C
Punto de ebullición: 210 °C (decomposición)
Densidad: 1,72 g/ml
Nº CAS: 6484 - 52 -2
LD50: 2.217 mg/kg (rata)
lunes, 10 de septiembre de 2007
Síntesis
El nitrato amónico se obtiene por neutralización de ácido nítrico con amoníaco tras la evaporación del agua:
NH3 + HNO3 -> NH4NO3
NH3 + HNO3 -> NH4NO3
Aplicaciones
El nitrato amónico se utiliza sobre todo como fertilizante es debido a su buen contenido en nitrógeno. El nitrato es aprovechado directamente por las plantas mientras que el amonio es oxidado por los microorganismos presentes en el suelo a nitrito o nitrato y sirve de abono de más larga duración.
Una parte de la producción se dedica a la producción del óxido nitroso (N2O) mediante la termólisis controlada:
NH4NO3 -> 2 H2O + N2O
Esta reacción es exotérmica y puede ser explosiva si se lleva a cabo en un contenedor cerrado o calentando demasiado rápido. Las mezclas del nitrato amónico con petróleo se utilizan como explosivos. Este compuesto también es responsable de la mayor parte de los accidentes graves con los fertilizantes.
El accidente más grave se registró en la explosión de la fábrica de nitrogenados en Oppenau cerca de Ludwigshafen (Alemania) en 1921 con 561 muertos.
El 16 de abril de 1947 la descarga de los barcos "Gradcamp" y "Highflyer" lleno de nitrato amónico en Texas (EE.UU.) provocó una detonación que devastó gran parte de la ciudad con 486 muertos, 100 desaparecidos y más de 3000 heridos.
El 28 de julio del mismo año el buque "Ocena Liberty" explotó en Brest (Francia) provocando 21 muertos y más de 100 heridos.
Se supone que igualmente es responsable de la catástrofe provocado por un tren en Ryongchŏn (Corea del Norte) el 22 de abril de 2004 con al menos 161 muertos y más de 1300 heridos.
El nitrato de ammonio se ha empleado también en diversos ataques terroristas como por ejemplo en el de Oklahoma (EE.UU.).
En el año 2000 se realizó por parte de EFMA , un compendio de ocho volúmenes que presentaban los “Mejores procedimientos industriales disponibles para la prevención de la producción y el control en la industria de fertilizantes europea”, en respuesta a las normativas europeas (Directiva 96/91/ CE del Consejo de 24 de septiembre de 1996 relativa a la prevención y control integrados de la contaminación, IPPC y Decisión de la Comisión, de 17 de julio de 2000, relativa a la realización de un inventario europeo de emisiones contaminantes con arreglo al artículo 15 de la Directiva 96/61/CE del Consejo) y españolas (Ley 16/2002, de 1 de julio, de prevención y control integrados de la contaminación y Real Decreto-Ley 5/2004, de 27 de agosto, por el que se regula el régimen del comercio de derecho de emisión de gases de efecto invernadero).
En la actualidad existen en Europa, según EFMA, en torno a 10 métodos diferentes para la producción industrial del nitrato amónico en sus diferentes riquezas, no existe un único procedimiento que pueda ser considerado como el más ventajoso respecto al resto, debido fundamentalmente a dos razones:
Las consideraciones comerciales influirán en la elección de un proceso u otro.
Se puede obtener el mismo producto, con características similares mediante la utilización de métodos distintos.
Por ello se incidirá en primer lugar de manera general sobre cada uno de los pasos del proceso, estableciendo a continuación las mejores soluciones que existen para resolver los problemas planteados.
Una parte de la producción se dedica a la producción del óxido nitroso (N2O) mediante la termólisis controlada:
NH4NO3 -> 2 H2O + N2O
Esta reacción es exotérmica y puede ser explosiva si se lleva a cabo en un contenedor cerrado o calentando demasiado rápido. Las mezclas del nitrato amónico con petróleo se utilizan como explosivos. Este compuesto también es responsable de la mayor parte de los accidentes graves con los fertilizantes.
El accidente más grave se registró en la explosión de la fábrica de nitrogenados en Oppenau cerca de Ludwigshafen (Alemania) en 1921 con 561 muertos.
El 16 de abril de 1947 la descarga de los barcos "Gradcamp" y "Highflyer" lleno de nitrato amónico en Texas (EE.UU.) provocó una detonación que devastó gran parte de la ciudad con 486 muertos, 100 desaparecidos y más de 3000 heridos.
El 28 de julio del mismo año el buque "Ocena Liberty" explotó en Brest (Francia) provocando 21 muertos y más de 100 heridos.
Se supone que igualmente es responsable de la catástrofe provocado por un tren en Ryongchŏn (Corea del Norte) el 22 de abril de 2004 con al menos 161 muertos y más de 1300 heridos.
El nitrato de ammonio se ha empleado también en diversos ataques terroristas como por ejemplo en el de Oklahoma (EE.UU.).
En el año 2000 se realizó por parte de EFMA , un compendio de ocho volúmenes que presentaban los “Mejores procedimientos industriales disponibles para la prevención de la producción y el control en la industria de fertilizantes europea”, en respuesta a las normativas europeas (Directiva 96/91/ CE del Consejo de 24 de septiembre de 1996 relativa a la prevención y control integrados de la contaminación, IPPC y Decisión de la Comisión, de 17 de julio de 2000, relativa a la realización de un inventario europeo de emisiones contaminantes con arreglo al artículo 15 de la Directiva 96/61/CE del Consejo) y españolas (Ley 16/2002, de 1 de julio, de prevención y control integrados de la contaminación y Real Decreto-Ley 5/2004, de 27 de agosto, por el que se regula el régimen del comercio de derecho de emisión de gases de efecto invernadero).
En la actualidad existen en Europa, según EFMA, en torno a 10 métodos diferentes para la producción industrial del nitrato amónico en sus diferentes riquezas, no existe un único procedimiento que pueda ser considerado como el más ventajoso respecto al resto, debido fundamentalmente a dos razones:
Las consideraciones comerciales influirán en la elección de un proceso u otro.
Se puede obtener el mismo producto, con características similares mediante la utilización de métodos distintos.
Por ello se incidirá en primer lugar de manera general sobre cada uno de los pasos del proceso, estableciendo a continuación las mejores soluciones que existen para resolver los problemas planteados.
Procesos de fabricación
El nitrato amónico se produce principalmente a partir de amoniaco y de ácido nítrico, pero existe otro método basado en la reacción del nitrato cálcico tetrahidratado ( ) con amoniaco y dióxido de carbono que también es utilizado de forma industrial. El nitrato amónico es además un producto secundario de la fabricación de fertilizantes combinados de nitrógeno y fósforo (NP) y de nitrógeno, fósforo y potasio (NPK) mediante el procedimiento del nitrofosfato.
La reacción entre el amoniaco y el ácido nítrico es irreversible, completa, instantánea, exotérmica y admite cualquier termodinámica o discusión cinética. El calor de reacción depende de la concentración de ácido nítrico usado y de la solución producida de nitrato amónico, pues la disolución cuanto más concentrada está, mayor es el calor de reacción. Dicho calor de reacción se puede utilizar para producir la evaporación del agua de la solución de nitrato amónico y además para producir vapor. El nitrato amónico puro sufre una descomposición endotérmica a 169º C y tiene un punto de ebullición de 230º C. La concentración del ácido nítrico usado normalmente es de 55 a 65 % w, mientras su punto de ebullición a presión atmosférica es de 120º C, más bajo por tanto que la solución producida de nitrato amónico, soluciones altamente concentradas manifiestan altos puntos de ebullición y de congelación. Lo primero puede causar altas temperaturas y por tanto operaciones peligrosas y lo segundo bloqueo de las tuberías.
El nitrato amónico conservado a 100º C por un largo periodo de tiempo sufre una descomposición termal hacia amoniaco y ácido nítrico, descomposición que a más de 185º C puede producir una explosión peligrosa. La solubilidad de amoniaco en agua decrece rápidamente cuando aumenta la temperatura y la alta volatilidad de los componentes y la descomposición de la sal producida conduce fácilmente a pérdidas ambientales y problemas de corrosión. El control de las variables de la reacción (temperatura, presión, calor utilizado y concentraciones de ácido nítrico y nitrato amónico) y los detalles de construcción, logran la utilización del máximo calor, generándose una mezcla fundida sin adicción de calor externo que al mismo tiempo asegura unas condiciones, todo con el mismo equipo y consumo de energía, en las que se consigue la mayor producción posible y una alta calidad del producto.
El proceso de obtención de nitrato amónico básicamente consta de los siguientes pasos:
La neutralización del amoniaco con el ácido nítrico.
La evaporación de la solución neutralizada.
El control del tamaño de las partículas en la cristalización y las características del producto seco.
La reacción entre el amoniaco y el ácido nítrico es irreversible, completa, instantánea, exotérmica y admite cualquier termodinámica o discusión cinética. El calor de reacción depende de la concentración de ácido nítrico usado y de la solución producida de nitrato amónico, pues la disolución cuanto más concentrada está, mayor es el calor de reacción. Dicho calor de reacción se puede utilizar para producir la evaporación del agua de la solución de nitrato amónico y además para producir vapor. El nitrato amónico puro sufre una descomposición endotérmica a 169º C y tiene un punto de ebullición de 230º C. La concentración del ácido nítrico usado normalmente es de 55 a 65 % w, mientras su punto de ebullición a presión atmosférica es de 120º C, más bajo por tanto que la solución producida de nitrato amónico, soluciones altamente concentradas manifiestan altos puntos de ebullición y de congelación. Lo primero puede causar altas temperaturas y por tanto operaciones peligrosas y lo segundo bloqueo de las tuberías.
El nitrato amónico conservado a 100º C por un largo periodo de tiempo sufre una descomposición termal hacia amoniaco y ácido nítrico, descomposición que a más de 185º C puede producir una explosión peligrosa. La solubilidad de amoniaco en agua decrece rápidamente cuando aumenta la temperatura y la alta volatilidad de los componentes y la descomposición de la sal producida conduce fácilmente a pérdidas ambientales y problemas de corrosión. El control de las variables de la reacción (temperatura, presión, calor utilizado y concentraciones de ácido nítrico y nitrato amónico) y los detalles de construcción, logran la utilización del máximo calor, generándose una mezcla fundida sin adicción de calor externo que al mismo tiempo asegura unas condiciones, todo con el mismo equipo y consumo de energía, en las que se consigue la mayor producción posible y una alta calidad del producto.
El proceso de obtención de nitrato amónico básicamente consta de los siguientes pasos:
La neutralización del amoniaco con el ácido nítrico.
La evaporación de la solución neutralizada.
El control del tamaño de las partículas en la cristalización y las características del producto seco.
Neutralización
Es una reacción instantánea y altamente exotérmica, como se ha visto anteriormente, con un producto de reacción inestable pero podemos obtener una buena realización industrial cuando se dan las siguientes condiciones:
Mezcla excelente de los reactivos.
Control estricto del pH, los sistemas modernos utilizan un control automático del mismo, mediante dos válvulas automatizadas, se va controlando la proporción teórica que necesitamos de amoniaco y de ácido nítrico en el reactor.
• Control de la temperatura en el reactor, para evitar sobrecalentamientos locales pues cuanto mayor es la temperatura en el reactor, más importante es mantener el valor de pH constante y de evitar la introducción en el mismo de cloruros, metales pesados y compuestos orgánicos, pues existe riesgo de explosión. También se ha de controlar para:
o Evitar pérdidas en los reactivos, ya que ambos especialmente el amoniaco son considerablemente volátiles y podrían por tanto, escaparse junto al vapor de agua generado si la temperatura subiera indebidamente. o Impedir que se presenten riesgos de descomposición del producto.
La temperatura de reacción se controla por medio de la debida regulación de la adicción de los reactivos, por extracción del calor generado y en casos extremos, añadiendo agua (condensados) al contenido del neutralizador. Si bien pueden eliminarse prácticamente las pérdidas del ácido sólo por medio del control de la temperatura de reacción, no ocurre lo mismo con las pérdidas de amoniaco, debido a su mayor volatilidad. Por esto, es necesario tomar medidas adicionales. En algunos procesos se añade, para este propósito un ligero exceso de ácido sobre la cantidad estequiométricamente requerida. En otros, el neutralizador funciona totalmente lleno de líquido, lo cual hace factible, mantener en él una presión de varias atmósferas, muy por encima de la presión de vapor de la solución.
En la práctica los procesos comerciales difieren en dos puntos principales, en la mezcla y en le control de la temperatura, siendo ésta la característica más importante. Los parámetros de la reacción y la construcción adoptada en la neutralización definen toda una línea de producción: ácido precalentado, evaporación de amoniaco y evaporación del agua restante (parcial o totalmente) puede ser realizados mediante el calor recuperado en la neutralización.
Dos ejemplos de neutralizadores se muestran en las siguientes figuras:
Siendo: A) Nivel de llenado; a) Tubería de alimentación de amoniaco; b) Tubería de alimentación de ácido nítrico; c) Tubería de alimentación extra; d) Tubo interior; e) Compartimento interior; f) Compartimento exterior; g) Cámara de neutralización; h) Parte superior del neutralizador; i) Vapor saliente; k) Recipiente; l) Solución de nitrato amónico. Figura 6.2: Sistemas de neutralización de amoniaco y ácido nítrico.
Debido a que la cantidad de nitrato amónico a temperatura elevada debe reducirse al máximo y que los compuestos deben ser mezclados rápida y totalmente en el reactor, para evitar pérdidas de nitrógeno, puntos locales de mayor temperatura y la descomposición de nitrato amónico, el neutralizador es un conducto tubular situado verticalmente y de volumen muy bajo. Tanto el neutralizador como el evaporador son generalmente construidos a partir de aleaciones inoxidables que contienen poco carbono (menos de 0.1%). A continuación el vapor se separa de la disolución en un ciclón y parte del líquido seguirá el proceso de evaporación y parte se recircula por medio de una bomba (o por su propia impulsión) al neutralizador. La presencia de una bomba en esta clase de circuito presenta sin embargo varios riesgos (fugas, riesgo de calentamiento de las disoluciones, etc.).
La neutralización puede llevarse a cabo en un paso o en dos pasos, los neutralizadores en dos pasos, trabajan a bajo pH en el paso inicial (condiciones ácidas) y a pH neutro en el segundo paso, favoreciéndose así la retención de amoniaco.
El neutralizador se trata del equipo básico para la clasificación del proceso pues el desprendimiento de calor es extremadamente rápido, lo cual ha de ser tenido en cuenta en el diseño del neutralizador para evitar lo que ha sucedido en varias ocasiones, la explosión del neutralizador . A continuación se muestran distintas clasificaciones de los procesos a partir del neutralizador.
Tipos de neutralizadores según la temperatura de la zona de reacción
Mezcla excelente de los reactivos.
Control estricto del pH, los sistemas modernos utilizan un control automático del mismo, mediante dos válvulas automatizadas, se va controlando la proporción teórica que necesitamos de amoniaco y de ácido nítrico en el reactor.
• Control de la temperatura en el reactor, para evitar sobrecalentamientos locales pues cuanto mayor es la temperatura en el reactor, más importante es mantener el valor de pH constante y de evitar la introducción en el mismo de cloruros, metales pesados y compuestos orgánicos, pues existe riesgo de explosión. También se ha de controlar para:
o Evitar pérdidas en los reactivos, ya que ambos especialmente el amoniaco son considerablemente volátiles y podrían por tanto, escaparse junto al vapor de agua generado si la temperatura subiera indebidamente. o Impedir que se presenten riesgos de descomposición del producto.
La temperatura de reacción se controla por medio de la debida regulación de la adicción de los reactivos, por extracción del calor generado y en casos extremos, añadiendo agua (condensados) al contenido del neutralizador. Si bien pueden eliminarse prácticamente las pérdidas del ácido sólo por medio del control de la temperatura de reacción, no ocurre lo mismo con las pérdidas de amoniaco, debido a su mayor volatilidad. Por esto, es necesario tomar medidas adicionales. En algunos procesos se añade, para este propósito un ligero exceso de ácido sobre la cantidad estequiométricamente requerida. En otros, el neutralizador funciona totalmente lleno de líquido, lo cual hace factible, mantener en él una presión de varias atmósferas, muy por encima de la presión de vapor de la solución.
En la práctica los procesos comerciales difieren en dos puntos principales, en la mezcla y en le control de la temperatura, siendo ésta la característica más importante. Los parámetros de la reacción y la construcción adoptada en la neutralización definen toda una línea de producción: ácido precalentado, evaporación de amoniaco y evaporación del agua restante (parcial o totalmente) puede ser realizados mediante el calor recuperado en la neutralización.
Dos ejemplos de neutralizadores se muestran en las siguientes figuras:
Siendo: A) Nivel de llenado; a) Tubería de alimentación de amoniaco; b) Tubería de alimentación de ácido nítrico; c) Tubería de alimentación extra; d) Tubo interior; e) Compartimento interior; f) Compartimento exterior; g) Cámara de neutralización; h) Parte superior del neutralizador; i) Vapor saliente; k) Recipiente; l) Solución de nitrato amónico. Figura 6.2: Sistemas de neutralización de amoniaco y ácido nítrico.
Debido a que la cantidad de nitrato amónico a temperatura elevada debe reducirse al máximo y que los compuestos deben ser mezclados rápida y totalmente en el reactor, para evitar pérdidas de nitrógeno, puntos locales de mayor temperatura y la descomposición de nitrato amónico, el neutralizador es un conducto tubular situado verticalmente y de volumen muy bajo. Tanto el neutralizador como el evaporador son generalmente construidos a partir de aleaciones inoxidables que contienen poco carbono (menos de 0.1%). A continuación el vapor se separa de la disolución en un ciclón y parte del líquido seguirá el proceso de evaporación y parte se recircula por medio de una bomba (o por su propia impulsión) al neutralizador. La presencia de una bomba en esta clase de circuito presenta sin embargo varios riesgos (fugas, riesgo de calentamiento de las disoluciones, etc.).
La neutralización puede llevarse a cabo en un paso o en dos pasos, los neutralizadores en dos pasos, trabajan a bajo pH en el paso inicial (condiciones ácidas) y a pH neutro en el segundo paso, favoreciéndose así la retención de amoniaco.
El neutralizador se trata del equipo básico para la clasificación del proceso pues el desprendimiento de calor es extremadamente rápido, lo cual ha de ser tenido en cuenta en el diseño del neutralizador para evitar lo que ha sucedido en varias ocasiones, la explosión del neutralizador . A continuación se muestran distintas clasificaciones de los procesos a partir del neutralizador.
Tipos de neutralizadores según la temperatura de la zona de reacción
Suscribirse a:
Comentarios (Atom)