¿Cómo se fabrican en la industria el amoníaco y el ácido sulfúrico?

Dos procesos industriales clave

Ambas reacciones son reversibles y exotérmicas, y el número de moles de gas disminuye a medida que avanzan. Por eso, un cambio de condiciones afecta a las dos reacciones de la misma manera.

¿Por qué se eligen estas condiciones?

A baja temperatura, el rendimiento es alto, pero la reacción es demasiado lenta. Por eso se elige una condición intermedia de unos 450 °C. El proceso de Haber necesita alta presión, pero en el proceso de contacto el rendimiento llega al 99.5 % con solo 1–2 atm, así que subir la presión es caro e innecesario.

Al final del proceso de contacto, el SO₃ no se absorbe directamente en agua, porque eso forma una niebla ácida. Primero se absorbe en ácido sulfúrico concentrado para obtener óleum H₂S₂O₇, y después se diluye con agua.

En las plantas industriales reales la presión varía, y el proceso de Haber también puede usar unos 200 atm. En una sola pasada, solo alrededor del 15 % del nitrógeno y el hidrógeno se convierte en amoníaco, pero el gas que no ha reaccionado se recircula, lo que eleva el total a alrededor del 98 %. Las cifras de rendimiento del simulador proceden de un modelo que muestra los efectos, por lo que no coinciden con estas cifras reales.

¿Cómo se usa el simulador?

1. Toca un proceso de la lista de la izquierda. Hay 8 procesos: ácido sulfúrico, amoníaco, ácido nítrico, cal, cemento, acero, zinc y azufre.
2. En el modo Explorar, usa las flechas izquierda y derecha del panel central para pasar de una etapa a otra. Las condiciones, la ecuación y la explicación aparecen a la derecha. Una etapa sin reacción lleva la etiqueta Etapa física.
3. En el modo Ajustar, elige el proceso de Haber o el de contacto. Este modo no funciona con los otros seis procesos.
4. Mueve los controles La temperatura y La presión, y pulsa el botón del catalizador para activarlo o desactivarlo. Rendimiento y Velocidad cambian al instante. El botón Óptimo devuelve las condiciones iniciales.
5. El modo Prueba tiene 6 preguntas: ordenar las etapas, elegir las condiciones e identificar reacciones.

Retos para probar en el simulador

• Desde las condiciones Óptimo del proceso de Haber, pon la temperatura en unos 350 °C. Observa cómo sube Rendimiento y baja Velocidad. ¿Por qué las plantas industriales no eligen una temperatura baja?
• Apaga el botón del catalizador. Rendimiento no cambia y Velocidad baja mucho.
• En el proceso de contacto, pon la temperatura en 550 °C. El rendimiento baja del 99.5 % al 88 %.
• En el modo Explorar, recorre las etapas del alto horno y averigua qué reduce la hematita. Respuesta: el monóxido de carbono, CO.

Fuentes

• Chemistry LibreTexts: The Haber Process
• Chemistry LibreTexts: The Contact Process
• Royal Society of Chemistry: Ammonia