PROBLEMAS ÓXIDOS DE AZUFRE
1.- El valor de referencia de calidad del aire para el SO2 como media anual es de 80 μg/m3. ¿Cuál es su equivalente en ppm a 25 ºC y 1 atm de presión? 1m 3 En un litro de aire tenemos: 80·10 6 g / m 3 · 3 80·10 9 g / L 10 L Calculamos el volumen de SO2 que ocupa esa masa: 80·10 9 ·0,082·298 V 3,05·10 8 L de SO2 en 1 L de aire 1·64 -8 (3,05·10 L de SO2 / 1 L de aire)·106 L aire = 3,05·10-2 ppm 17.- Se quema un carbón a una tasa de 1000 kg/s. Si el análisis del carbón indica que contiene 3,00 % de azufre, ¿cuál es la cantidad de SO2 emitida en un año? 10 3 kg C 3600 s 24h 365días 3kgS 10 3 g S 1mol S 1mol SO2 64 g SO2 1ton · · · · · · · · 6 1,89·10 6 ton / año · s 1h 1día 1año 100kg C 1kg 32 g S 1mol S 1mol SO2 10 g 2.- El avión comercial más grande del mundo, el Airbus A-380, con capacidad para 550 personas, consume 2,9 litros de combustible cada 100 km y pasajero. Suponiendo que utilizara como combustible JP-8 con un contenido en S de 1.500 ppm, ¿cuál será la emisión de SO2 en un vuelo comercial de Madrid-Nueva York? (Suponer 6.000 km de distancia). 1.500 mg S 2,9 l 1g 1 mol S x x x550 pasajeros x6.000 km x 3 l combustible pasajero · 100 km 10 mg 32,07 g S 1 mol SO2 64,07 g SO2 x 286.000 g SO2 286 kg SO2 x 1 mol S 1 mol SO2
1.500 ppm
3.- La central térmica de Aboño (Asturias) consume 91.100 t de carbón al año. Si el carbón que emplea tiene un 0,6% de azufre en su composición y diariamente se emiten 5.000 m3/min de gases en condiciones normales de presión y temperatura: a. ¿Cuál es la concentración de SO2 en ppm en los gases de escape? cm 3 SO2 91.100 t carbon 1 año 0,6 g S 1 mol S 1 mol SO2 10 3 g x x x x x 3 año 365 días 1 t 100 g carbon 32,07 g S 1 mol S Nm gases
x
22,4 L SO2 10 3 cm 3 1 min 1h 1 dia x x x x 0,145 ppm 3 1 mol SO2 1L 5.000 Nm gases 60 min 24 h
b. ¿Qué cantidad de caliza al día, con un contenido en CaCO3 del 75% será necesario utilizar para eliminar el 90% de las emisiones de SO2? CaCO3 + SO2 + ½ O2 CaSO4 + CO2 1 mol SO2 1 mol CaCO3 kg caliza 0,145 cm 3 SO2 5000 Nm 3 60 min 24 h 1L x x x x 3 x x 3 3 dia 1 min 1h 1 dia 10 cm 22,4 L SO2 1 mol SO2 Nm gases 100 g CaCO3 100 g caliza 1 kg 90 kg caliza 5,59 x x 3 x 1 mol CaCO3 75 g CaCo 10 g 100 dia
4.- Un motor de combustión interna consume 8,3L cada 100 km, con una velocidad media de 100 km/h y con un contenido en azufre del 3,7%. Calcular: a) Los kilogramos de dióxido de azufre generados en una hora. b) Si en cuatro horas pasan 25000 coches, ¿Cuánto dióxido de azufre se ha generado? Dato: Densidad de la gasolina=0,68g/m3 a) Según la velocidad media:
8,3L km L ·100 8,3 100km h h
kg SO2 3,7 g S 1mol S kg gasolina 10 3 g gasolina L 1m 3 · · · · 8,3 · 3 ·0,68 3 1kg gasolina 100 g gasolina 32,07 g S h h 10 L m 1mol SO2 64,07 g SO2 1kg SO2 kg SO2 · · · 4,17·10 4 1mol S 1mol SO 2 1g SO2 h b)
4,17·10 4
kg SO2 ·4h·25000 41,7 kg SO2 h
5.- Una industria tiene un grupo electrógeno que consume un gasoil con un 0,27% en azufre. Si se quiere depurar la corriente gaseosa de la combustión con mineral de
Magnesita, con un contenido del 82% en carbonato cálcico. ¿Qué cantidad del mismo será necesario por cada kilogramo de gasoil consumido? Datos: Mg:24,31 y S: 32,07 u.m.a.
Según la reacción: MgCO3 + SO2 + 1/2O2 MgSO4 + CO2
kg Magnesita 0,27 g S 10 3 g gasoil 1mol S 1mol SO2 1mol MgCO3 · · · · · kg gasoil 1mol SO2 100 g gasoil 1kg gasoil 32,07 g S 1mol S ·
84,32 g MgCO3 100 g Magnesita 1kg Magnesita kg Magnesita · 3 8,6·10 3 · kg gasoil 82 g MgCO3 10 g Magnesita 1mol MgCO3
6.- Al quemar un carbón en una caldera se emite todo el azufre que este contenía, correspondiéndose al 3 % en peso del combustible. Se desea lavar este gas de escape con NaHCO3, sabiendo que es necesario un mol de Na para arrastrar 1.5 mol de S. ¿Cuánto bicarbonato será necesario al quemar un kg de carbón? Na: 23
g NaHCO3 10 3 g S 1 mol S 1 mol Na 1mol NaHCO3 84 g NaHCO3 3 kg S · · · · · 1 mol Na 1mol NaHCO3 kg Carbón 100 kg Carbón 1 kg S 32,07 g S 1,5 mol S m 52,5 g NaHCO3
/kg Carbón
7.- En una mina de extracción de hierro se obtiene pirita, FeS2, de donde se consigue el mineral. Pero en el proceso se produce azufre, cuya forma oxidada es muy contaminante. Para conseguir 1 ton de Fe, ¿Cuánto SO2 se produce? Si lo deseamos eliminar en forma de H2SO4, ¿cuánta H2O será necesaria?
a) 1 Kmol Fe 1000 Kg Fe 17,9 Kmol Fe 55,85 Kg Fe
2 Kmol S 17,9 Kmol Fe 35,8 Kmol S 1 Kmol Fe S + O2 SO2 S 1 Se producen 35,8 Kmol de SO 2 SO2 1
Pm (SO2 ) 64 g mol
64 Kg SO2 35,8 Kmol SO2 2291,2 Kg SO2 1 Kmol SO2
b) SO2
SO3
1 O2 2 H2O
SO3
H2 SO4
SO3 SO2 SO2 1 1 ; 1 Relación 1:1 SO3 H2SO4 H2SO4 1
35,8 Kmol SO 2
35,8 Kmol H2SO 4
Pm (H2SO 4 ) 98 g mol
35,8 Kmol H2SO4
98 Kg 3508,4 Kg H2SO4 1 Kmol H2SO4
8- En una industria pequeña situada en una zona descampada, el gas de la chimenea sale a una temperatura de 600º C y contiene una cantidad de SO2 de 3000 ppm. Si la emisión de gas es de 25000 m3/min. ¿Cuál sería la emisión en g de SO2/S? Presión de los gases a la salida de la chimenea = 1,08 bar
25000
m3 1 min 3000 cm3 SO2 1L g 3 0,9539 1192,46 g s 3 3 min 60 s L m 10 cm
m 1,0658 64,07 0,9539 g L V 0,082 873
105 Pa 1 bar 5 x 1,08 10 Pa 1,08 bar x
101325 105 Pa x 10658 atm x atm 1,08 105 Pa
1 atm
9.- En una central térmica se emite un caudal de 5 m3/día de SO2 . Para ir disminuyendo sus emisiones y así cumplir con el protocolo de Kioto, sólo se puede emitir 0,08 m3/día. ¿Qué cantidad de NaOH al 90 % será necesario utilizando la desulfuración con doble alcali? ΡSO2 = 1,4·103 Kg/m3
SO2 + 2 NaOH
Na2SO3 + H2O
Se elimina: 5 0,08 4,92 m3 día de SO2
4,92
107,62
m3 SO2 Kg 1 Kmol SO2 Kmol 1, 4 103 3 107,62 SO2 día 64 Kg SO2 día m
Kmol SO2 2 mol NaOH 40 Kg NaOH 100 Kg 9566,6 NaOH día 1 mol SO2 1 mol NaOH 90 día
10.- Una refinería emite un caudal de 10 m3 /día de SO2. La normativa sólo admite una emisión de 0,2 m3 /día, de manera que la empresa ha decidido emplear la desulfuración con doble álcali para eliminar este exceso, ¿qué cantidad de NaOH del 95% será necesario añadir? Dato: densidad gases = 1,4·103 kg /m3
Debe eliminar 10 – 0,2 = 9,8 m3 /día de SO2 9,8m 3 gas 1kmol SO2 1,4·10 3 kg gas · · 214,37kmol SO2 / día día 64kg SO2 m 3 gas La reacción que tiene lugar es: SO2 + 2 NaOH → Na2SO3 + H2O
214,37kmol SO2 2 mol NaOH 40kg NaOH 100 g · · · 18052,2 kg NaOH / día día 1mol SO2 1mol NaOH 95 g puros 11.- Un polígono industrial emite gran cantidad de contaminantes. Entre ellos destaca el SO2. Se estima que el conjunto de empresas emite un caudal de gases de 1000 m3 /día, de los que el SO2 suponen un 7%. Concienciados por el medio ambiente, se han propuesto reducir esta emisión a un 2 %. ¿Qué cantidad deben eliminar y qué métodos pueden emplear para lograrlo?
Emiten 1000·0,07 = 70 m3 /día Quieren reducir 70 – 20 = 50 m3 /día Que en peso suponen (50 m3 /día)·( 1,4·103 kg /m3) = 70.000 kg/día
Métoodos que se pueden em mplear: Desulfurración con cal c o caliza s sódicco Desulfurración con sulfito Desulfurración con doble d álcali Desulfurración con óxido ó de maagnesio 5.- Por cada c kg de carbón quee se quema se producee un 4% de SO2 gas que q se emite a la atmósferra, con el cconsiguientee peligro de d contaminnación por lluvia l ácida. Uno U de los métodos ppara evitarr la emisió ón de SO2
aparece en el
diagram ma siguiente::
r quue tiene lu ugar en el reactor húúmedo (I) es e del Suponienndo que la reacción 80%, caalcular la ca antidad de carbonato cálcico neccesario en el reactor II I así como la de oxígeno o, en el reacctor III, porr cada kg de d carbón quuemado, pa ara la recuperaación del SO O2 como suulfato cálcicco. Datos: S (32 u.m.a.)) En el reaactor I por dada d kg de ccarbón que se quema se producen 40 g de SO O2 que en moless son 40/64 = 0,625 mool. Para la reacción que q tiene luugar, se pro oducen 0,625·0,80 = 0,500 moles de 625 – 0,500 = 0,125 mo ol de SO2 H2SO3 y quedan 0,6 En el reaactor todo el e azufre enntra en form ma de SO2 o de H2SO3 , es decir 0,625 moles, que q por esttequiometríía necesitan n otro tanto o de CaCO O3 que en masa supone 0,625·100 0 = 62,5 g.
Por último, en el reactor III el número total de moles de CaSO3 que entran son 0,125 + 0,500 = 0,625 mol, que consumen de oxígeno la mitad, ya que la última reacción ajustada es: 2 CaSO3 + O2 → 2 CaSO4 Luego la masa de oxígeno es 0,312·32 = 10g O2