Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo F
Facultad de acultad de Ingeniería Química e Ingeniería Química e Industrias AlimentaríasIndustrias Alimentarías
Proyecto de Obtención de Nitrato de Amonio Prilling a artir de Proyecto de Obtención de Nitrato de Amonio Prilling a artir de Gas Natural
Gas Natural
!"orrección# Amoniaco !"orrección# Amoniaco
Autores: Alcalde E. V
Autores: Alcalde E. Victor M./Cajo M. Victor M./Cajo M. Victor G.ictor G.
"urso$ %ise&o de Plantas Industriales I "urso$ %ise&o de Plantas Industriales I
Profesor:
Profesor: MSc. PMSc. P. Angel. Angeles Ces Ch.h.
INTRODUCCION
INTRODUCCION
En
En el el prpreseesente capinte capitultulo o se se dedescrscribiben los en los didiferferenentes proctes procesoesos s ememplepleadoados s papara lara la ob
obtetencncióión n de de NiNitrtratato o de de AmAmononio io asasí í cocomo mo el el dedesasarrrrolollo lo dedetatalllladado o dedel l prprococesesoo seleccionado.
seleccionado.
Además se desarrolla un estudio técni
Además se desarrolla un estudio técnico, el cual nos facilite la selección del proceso masco, el cual nos facilite la selección del proceso mas adecuado, tenie
adecuado, teniendo en cuenta ndo en cuenta que vamos a desarroque vamos a desarrollar un proyecto de dillar un proyecto de diseño de plantaseño de planta industrial, aplicando un conjunto de técnicas, lo cual nos permita crear un proceso de industrial, aplicando un conjunto de técnicas, lo cual nos permita crear un proceso de manufactura.
manufactura. a producci
a producción de Nitrato ón de Nitrato depende de depende de la materia prila materia prima como es ma como es el !as Naturael !as Natural, para l, para elloello se desc
se describeriben el procn el proceso no eso no empempleadleado o actuaactualmenlmente. "e sete. "e selecclecciono el piono el proceroceso # queso # que consiste en la transformación de $as natural a $as de síntesis,
consiste en la transformación de $as natural a $as de síntesis, posteriormeposteriormente a partir delnte a partir del $as de síntesis se produce el amoniaco el cual al reaccionar con el acido produce la $as de síntesis se produce el amoniaco el cual al reaccionar con el acido produce la solución de nitrato de amon
solución de nitrato de amonio, para lue$o ser concentrado y obtenio, para lue$o ser concentrado y obtener el %rillin$ de er el %rillin$ de nitratonitrato de amonio de alta densidad utili&ado como fertili&ante.
de amonio de alta densidad utili&ado como fertili&ante. A
A si si mismo mismo se se describe describe de de forma forma detallada detallada el el proceso proceso seleccionseleccionado ado incluyenincluyendo do elel dia$rama de flujo, las condiciones de operación, su termodinámica y cinética de
dia$rama de flujo, las condiciones de operación, su termodinámica y cinética de reacción,reacción, además se presenta un balance de materiales incluyendo el dia$rama de bloques, un además se presenta un balance de materiales incluyendo el dia$rama de bloques, un bal
balancance e de de enener$er$ía ía en en cadcada a uno uno de de los los didiferferenentes tes eqequipuipos os corcorresrespopondindiententes es en en elel proceso.
proceso.
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INDICE
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CAPITULO II
CAPITULO II
SELECCIÓN Y DISEÑO DEL PROCESO
2.1 PROCESOS PARA LA OBTENCION DE NITRATO DE AMONIO
Aunque el nitrato de amonio se produce en la naturale&a, es muy raro encontrarlo en depósitos naturales de si$nificación, debido a su alta solubilidad en el a$ua. %or lo tanto, la demanda del producto debe ser satisfecCa eDclusivamente basándose en su obtención industrial. Actualmente, el método de producción más usado se basa en la reacción de neutrali&ación entre el amoníaco $aseoso y el ácido nítrico en solución acuosa. "in embar$o, cabe mencionar que no es el 'nico proceso de manufactura que se Caya utili&ado. /e CecCo eDiste una considerable variedad de procesos posibles que Can sido puestos en práctica en mayor o menor escala, Cabiendo sido en su mayoría descartados por ra&ones técnicas, económicas y de se$uridad industrial.
2.1.1 PROCESO A PARTIR DE GAS NATURAL
A. 1era ETAPA: Reformac!" #e Ga$ Na%&ra' a Ga$ #e S("%e$$)
com*re"#e: RE+ORMACION
CON,ERSION DEL CO ABSORCION DEL CO2
B. 2#a ETAPA: +ormac!" #e Amo"aco a *ar%r #e' -a$ #e $("%e$$.
a alimentación de $as de síntesis es in$resado a un compresor en donde la me&cla pueda entrar a la me&cladora en la cual también in$resa un reciclado este reciclado contiene Cidro$eno, nitró$eno y amoniaco.
a alimentación en el reactor es con una proporción de 9 a ) de Cidro$eno y nitró$eno. a reacción es limitada por consideraciones de equilibrio, como la conversión no es muy conocida. En la salida del reactor este producto es enviado Cacia un enfriador previo al separador líquido vapor. %arte del amoniaco producido es recirculado y enviado Cacia un compresor junto con lo que no reacciono de Cidro$eno y nitró$eno para ser enviado Cacia el me&clador.
C. era ETAPA: O/%e"c!" #e N%ra%o #e Amo"o e" $o'&c!"
En esta etapa usamos el ácido nítrico que tiene una concentración convencional del 3<.
El nitrato de amonio es obtenido neutrali&ando el ácido nítrico usando el amoníaco $aseoso yFo posiblemente el amoníaco acuoso en una solución acuosa que se manten$a bajo presión mayor que la presión del vapor de la solución, y concentrando se obtiene la solución acuosa del nitrato de amonio.
D. 0%a ETAPA: +ormac!" #e NA+ N
0NO fer%'3a"%e4
Pr''"-PROCESO PARA GRANULAR EL +ERTILI5ANTE DEL NITRATO DE AMONIO
"e relaciona con un proceso para producir el fertili&ante del nitrato de amonio con un contenido del nitró$eno de entre el (3 y el 9< por peso.
En procesos prillin$ Gu otros de la $ranulaciónH, el nitrato de amonio fundido se concentra a .3I.6 substancialmente anCidros en una temperatura de )6( J a )63 J. Es el me&clado con los inertes Gpiedra cali&a yFo dolomía $eneralmente molidasH Casta el contenido requerido del nitró$eno Gtípicamente entre el (3 y el 9< por pesoH se alcan&a, después de lo cual se a$re$a el a GN+9H ( inCibidores de
la formación Gsulfato del amonio, fosfatos del amonioH. a me&cla fundida preparada de este modo se alimenta al proceso prillin$ en una temperatura de )6( J a )63 J y es cristali&ada rociando de un tambor rotatorio para formar prills en )@( J K )@3 J contra el aire a contracorriente que se va en 32 J.
2.1.2 PROCESO A PARTIR DE AMONIACO Y ACIDO NITRICO
El nitrato amónico se produce principalmente a partir de amoniaco y de ácido nítrico, pero eDiste otro método basado en la reacción del nitrato cálcico tetraCidratado, con amoniaco y dióDido de carbono que también es utili&ado de forma industrial. El nitrato amónico es además un producto secundario de la fabricación de fertili&antes combinados de nitró$eno y fósforo GN%H y de nitró$eno, fósforo y potasio GN%LH mediante el procedimiento del nitrofosfato.
a reacción entre el amoniaco y el ácido nítrico es irreversible, completa, instantánea, eDotérmica 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. /icCo calor de reacción se puede utili&ar para producir la evaporación del a$ua de la solución de nitrato amónico y además para producir vapor. El nitrato amónico puro sufre una descomposición endotérmica a )@J y tiene un punto de ebullición de (92J . a concentración del ácido nítrico usado normalmente es de 33 a @3 M, mientras su punto de ebullición a presión atmosférica es de )(2J , más bajo por tanto que la solución producida de nitrato amónico, soluciones altamente concentradas manifiestan altos puntos de ebullición y de con$elación. o primero puede causar altas temperaturas y por tanto operaciones peli$rosas y lo se$undo bloqueo de las tuberías.
El nitrato amónico conservado a )22J por un lar$o periodo de tiempo sufre una descomposición termal Cacia amoniaco y ácido nítrico, descomposición que a más de )83J puede producir una eDplosión peli$rosa. a solubilidad de amoniaco en a$ua decrece rápidamente cuando aumenta la temperatura y la alta volatilidad de los componentes y la descomposición de la sal producida conduce fácilmente a pérdidas ambientales y problemas de corrosión. El control de las variables de la reacción Gtemperatura, presión, calor utili&ado y concentraciones de ácido nítrico y nitrato amónicoH y los detalles de construcción, lo$ran la utili&ación del máDimo calor, $enerándose una me&cla fundida sin adicción de calor eDterno que al mismo tiempo ase$ura unas condiciones, todo con el mismo equipo y consumo de ener$ía, en las que se consi$ue la mayor producción posible y una alta calidad del producto.
E' *roce$o #e o/%e"c!" #e "%ra%o am!"co /6$came"%e co"$%a #e 'o$ $-&e"%e$ *a$o$:
a neutrali&ación del amoniaco con el ácido nítrico. a evaporación de la solución neutrali&ada.
El control del tamaño de las partículas en la cristali&ación y las características del producto seco.
Ne&%ra'3ac!"
Es una reacción instantánea y altamente eDotérmica, como se Ca visto anteriormente, con un producto de reacción inestable pero podemos obtener una buena reali&ación industrial cuando se dan las si$uientes condiciones
Me3c'a e7ce'e"%e #e 'o$ reac%8o$.
ontrol estricto del pO, los sistemas modernos utili&an un control automático del mismo, mediante dos válvulas automati&adas, se va controlando la proporción teórica que necesitamos de amoniaco y de ácido nítrico en el reactor.
ontrol de la temperatura en el reactor, para evitar sobrecalentamientos locales pues cuanto mayor es la temperatura en el reactor, más importante es mantener el valor de pO constante y de evitar la introducción en el
mismo de cloruros, metales pesados y compuestos or$ánicos, pues eDiste ries$o de eDplosión. ambién se Ca de controlar para
Evitar pérdidas en los reactivos, ya que ambos especialmente el amoniaco es considerablemente volátil y podrían por tanto, escaparse junto al vapor de a$ua $enerado si la temperatura subiera indebidamente. o #mpedir que se presenten ries$os de descomposición del producto.
a temperatura de reacción se controla por medio de la debida re$ulación de la adicción de los reactivos, por eDtracción del calor $enerado y en casos eDtremos, añadiendo a$ua GcondensadosH al contenido del neutrali&ador. "i 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. %or esto, es necesario tomar medidas adicionales. En al$unos procesos se añade, para este propósito un li$ero eDceso de ácido sobre la cantidad estequiométricamente requerida. En otros, el neutrali&ador funciona totalmente lleno de líquido, lo cual Cace 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 me&cla y en el control de la temperatura, siendo ésta la característica más importante. os parámetros de la reacción y la construcción adoptada en la neutrali&ación definen toda una línea de producción ácido precalentado, evaporación de amoniaco y evaporación del a$ua restante Gparcial o totalmenteH puede ser reali&ados mediante el calor recuperado en la neutrali&ación.
Se"#o:
Nivel de llenadoP aH ubería de alimentación de amoniacoP bH ubería de alimentación de ácido nítricoP cH ubería de alimentación eDtraP dH ubo interiorP eH ompartimiento interiorP fH ompartimiento eDteriorP $H ámara de neutrali&aciónP CH %arte superior del neutrali&adorP iH ;apor salienteP QH *ecipienteP lH "olución de nitrato amónico
/ebido a que la cantidad de nitrato amónico a temperatura elevada debe reducirse al máDimo y que los compuestos deben ser me&clados rápida y totalmente en el reactor, para evitar pérdidas de nitró$eno, puntos locales de mayor temperatura y la descomposición de nitrato amónico, el neutrali&ador es un conducto tubular situado verticalmente y de volumen muy bajo. anto el neutrali&ador como el evaporador son $eneralmente construidos a partir de aleaciones inoDidables que contienen poco carbono Gmenos de 2.)H. A continuación el vapor se separa de la disolución en un ciclón y parte del líquido se$uirá el proceso de evaporación y parte se recircula por medio de una bomba Go por su propia impulsiónH al
neutrali&ador. a presencia de una bomba en esta clase de circuito presenta sin embar$o varios ries$os Gfu$as, ries$o de calentamiento de las disoluciones, etc.H.
a neutrali&ación puede llevarse a cabo en un paso o en dos pasos, los neutrali&adores en dos pasos, trabajan a bajo pO en el paso inicial Gcondiciones ácidasH y a pO neutro en el se$undo paso, favoreciéndose así la retención de amoniaco.
El neutrali&ador se trata del equipo básico para la clasificación del proceso pues el desprendimiento de calor es eDtremadamente rápido, lo cual Ca de ser tenido en cuenta en el diseño del neutrali&ador para evitar lo que Ca sucedido en varias ocasiones, la eDplosión del neutrali&ador. A continuación se muestran distintas clasificaciones de los procesos a partir del neutrali&ador.
T*o$ #e "e&%ra'3a#ore$ $e-9" 'a %em*era%&ra #e 'a 3o"a #e reacc!" "e dividen los neutrali&adores en tres $rupos de acuerdo con la temperatura de la &ona de reacción, los cuales pueden trabajar
%or debajo del punto de ebullición atmosférico. En el punto de ebullición atmosférico.
Neutrali&adores que trabajan por debajo del punto de ebullición atmosférico, son métodos de baja temperatura y presentan ventajas tales como
a baja temperatura ori$ina menores problemas de corrosión.
a pérdida material es menor y la se$uridad operacional es buena
E inconvenientes tales como
El vacío flasC complica al$o el equipo y dependiendo de su
complejidad, aumenta la inversión y el consumo de ener$ía.
a utili&ación del calor de reacción es necesaria debido a
que la temperatura de funcionamiento es muy baja.
Neutrali&adores que trabajan en el punto de ebullición atmosférico, no utili&an recirculación de la solución de nitrato amónico, por lo tanto la reacción estará menos controlada al ser muy eDotérmica y brusca, si se recircula la solución ésta absorbe parte del calor y se controla esta brusquedad, evitándose las pérdidas de nitró$eno que podrían ori$inarse. Aunque su temperatura es mayor que la de los neutrali&adores anteriores,
en torno a )32 y (22J , presenta ventajas como
Eficiencia química buena. %érdidas materiales bajas.
El inconveniente principal es la contaminación del vapor de proceso con amoniaco y ácido nítrico, con lo que se necesitan equipos de acero inoDidable. os neutrali&adores sobre el punto de ebullición atmosférico son los más adecuados para un buen proceso de producción.
os neutrali&adores que trabajan sobre el punto de ebullición atmosférico, la característica com'n de todo diseño en este $rupo es que la presión aplicada $eneralmente entre ( y @ bar se emplea para levantar la temperatura en el neutrali&ador Casta )82J aproDimadamente. A presiones y temperaturas más elevadas se causan mayores pérdidas y más corrosión, siendo necesarios equipos especiales.
T*o$ #e "e&%ra'3a#ore$ #e ac&er#o co" 'a rec&*erac!" #e ca'or #e reacc!"
"e distin$uen los si$uientes tipos de neutrali&adores
%rocesos sin la utili&ación de calor.
%rocesos con utili&ación de calor, donde se usa el calor de reacción
para llevar la me&cla reactante Casta el punto de ebullición y evaporar parcialmente el a$ua introducida con el ácido débil.
%rocesos con utili&ación doble de calor, el calor de reacción se usa
para evaporar parcialmente el a$ua introducida con el ácido nítrico y para producir vapor. El calor latente de dicCo vapor se usará más tarde para precalentar los reactivos y para la preconcentración de la solución de nitrato amónico.
os dos primeros casos no se usan en plantas modernas, es decir, por lo menos una parte de los vapores producidos son utili&ados en procesos de la misma planta.
T*o$ #e "e&%ra'3a#ore$ #e ac&er#o co" 'a *re$!" #e 'o$ 8a*ore$ *ro#&c#o$ e" e' "e&%ra'3a#or
omo el factor determinante en la recuperación de calor es el neutrali&ador, las condiciones de operación del neutrali&ador definirán la presión de los vapores en el mismo y por tanto su temperatura de condensación, que es el parámetro usado en la anterior clasificación. %or lo tanto parece más apropiado a$rupar los procesos de acuerdo con la presión de los vapores producidos en el neutrali&ador, así eDistirán
%rocesos de flasC a vacío o 0ás simples, con la menor
recuperación posible de calor, como el %roceso 4dCe #! =arbenindustrie o 0ás complejos, con la máDima recuperación de calor, como el %roceso Lestner.
%rocesos con neutrali&ación a presión atmosférica o %roceso ## o
%rocesos con neutrali&ación bajo presión o %roceso =auser o
%roceso "tamicarbon o %roceso LaltenbacC de alta concentración o %roceso "-A o %roceso 4- o %roceso "ten$el
Ne&%ra'3ac!" a *re$!" "feror a 'a a%mo$frca a 8ac(o4
En este tipo de neutrali&adores, cuando el amoniaco y el ácido nítrico reaccionan, el calor de reacción comien&a a aumentar incrementando la temperatura de la me&cla Cacia su punto de ebullición, donde comen&ará la evaporación y la temperatura se$uirá su incremento Casta el punto donde el a$ua presente, se evapore consumiendo el calor de la reacción sobrante del calentamiento de la me&cla.
%ara trabajar en torno a este punto, todos los procesos utili&an sistemas de recirculación, donde una parte del nitrato amónico producido se enfría y es recirculado al neutrali&ador, provocando así un control más fino de la temperatura en el neutrali&ador. /icCo enfriamiento y la relación de recirculación definirán la temperatura en el neutrali&ador. Este tipo de neutrali&adores mantiene la temperatura en torno a )22 y )(2J , pero se Cace necesario utili&ar el calor de la reacción para evaporar una parte del a$ua contenida en el producto, es decir, se obtienen concentraciones bajas de productos. Este tipo de neutrali&adores suelen ser del tipo neutrali&adores vacum flasC o a vacío, pudiéndose llevar a cabo en una o varias etapas, así se pueden distin$uir R Neutrali&ación a vacío en un solo paso amoniaco, ácido nítrico y nitrato amónico recirculado se alimentan a un neutrali&ador que trabaja a presión atmosférica, donde se controla la buena distribución, me&cla y control de pO. El producto formado pasa a un postIneutrali&ador o evaporador flasC, donde tiene lu$ar un control más eDCaustivo del pO. %arte del calor de la reacción contenida en la solución recirculada se usa para la evaporación parcial del a$ua contenida en el nitrato amónico producido, enfriándose a su ve& la corriente recirculada. a concentración de la corriente resultante dependerá de la concentración del ácido y el calentamiento de las materias primas. R Neutrali&ación a vacío multipaso similar a la anterior, eDcepto por que se disponen varios evaporadores flasC en serie, lo$rando obtener soluciones de concentración en torno al 8 M de nitrato amónico.
,e"%a;a$ e "co"8e"e"%e$ #e 'a "e&%ra'3ac!" a 8ac(o
"e presentan menores problemas de corrosión de los materiales, con la consecuente reducción de pérdidas de material y una mayor se$uridad. En contraposición son equipos voluminosos y por tanto, caros.
El aprovecCamiento del calor de reacción es muy bajo,
básicamente se utili&a en el precalentamiento del ácido nítrico, por lo que la eficiencia ener$ética será pequeña.
0ejorar la recuperación de calor solo es posible mediante equipos
más sofisticados, como neutrali&adores multipaso, aunque eDistirán mayores problemas de corrosión puesto que la temperatura se aumentará en torno a los )@2 o )62J .
os sistemas de depuración del vapor desprendido del
neutrali&ador Gque siempre suele ir contaminado con amoniaco y con finas partículas de nitrato amónicoH son también muy voluminosos y, por tanto, caros.
Ne&%ra'3ac!" a *re$!" a%mo$frca
Estos equipos son más simples que los anteriores, trabajan a mayores temperaturas Gen torno a los )32 y (22J H producirán una corriente de vapor que contendrá la mayor parte del a$ua introducido por el ácido nítrico, que se utili&ará para el precalentamiento de las materias primas. on concentraciones de ácido nítrico en torno al @2 M se pueden lo$rar concentraciones en torno al 8 M de nitrato amónico, aunque se suele utili&ar un pequeño evaporador posteriormente al neutrali&ador. %ara lo$rar un mejor control de pO se usan dos neutrali&adores en serie, siendo el se$undo más pequeño que el primero, para lo$rar un ajuste más fino.
,e"%a;a$ e "co"8e"e"%e$ #e 'a "e&%ra'3ac!" a *re$!" a%mo$frca
"e trabaja a temperatura moderada, por lo que los materiales
pueden ser menos eDi$entes y eDiste menor ries$o de descomposición del nitrato amónico que a sobrepresión.
os sistemas de depuración del vapor desprendido del
neutrali&ador Gque siempre suele ir acompañado con amoniaco y finas partículas de nitrato amónicoH son también muy voluminosos y, por tanto caros, por la misma ra&ón serán necesarios intercambiadores de calor de acero inoDidable.
a baja temperatura del vapor restrin$e su uso en otras
aplicaciones, por lo que se utili&a el calor 'nicamente para el calentamiento de las materias primas, por lo que el rendimiento ener$ético es muy bajo, necesitando un aporte de calor eDterno, para alcan&ar las concentraciones finales de trabajo.
Ne&%ra'3ac!" a $o/re*re$!"
"e pueden distin$uir dos tipos de procesos a sobrepresión
Neutrali&adores a presión media GCasta < atm absolutasH, estos
procesos son los más usados en la industria, puesto que su temperatura de reacción no es tan alta que entrañe peli$ro, y permiten el aprovecCamiento del vapor de reacción para la concentración, al menos parcial, del licor de nitrato. Al$unos de estos reactores van provistos de recirculación eDterna de la masa reaccionante, con el fin de aumentar la Como$eneidad del ácido nítrico en la masa, de forma que su reacción con el amoniaco se produ&ca uniformemente y en el seno de un volumen importante de licor que act'e de tampón. +tros reactores van provistos de un intercambiadorIcaldera que se coloca en el seno de la masa reaccionante, y que en su interior va alimentado por a$ua que se evapora, produciendo vapor limpio a cambio de una menor concentración del licor resultante.
Neutrali&adores a alta presión Gsuperior a < atm absolutasH, "e
suelen llevar a cabo entre < y @ atm, dependiendo del proceso industrial. a presión sirve para aumentar la temperatura en el mismo alrededor de los (22J . /entro de este $rupo se pueden
mostrar los procesos =auser y "ten$el que se eDplicarán posteriormente.
,e"%a;a$ e "co"8e"e"%e$ #e 'a "e&%ra'3ac!" a $o/re*re$!" El uso de neutrali&adores a alta presión, como los dos anteriores, tiene ventajas en cuanto a costos de inversión, pero presenta problemas en cuanto al control del proceso de neutrali&ación y peli$ros de eDplosión al operar a temperaturas tan altas.
a principal ventaja que presentan será la posible utili&ación de los
vapores del neutrali&ador Gde < a 3 atmH, tanto para el precalentamiento de las materias primas, como en el evaporador, por lo que eDistirá una mayor eficiencia ener$ética.
El principal problema es que una mayor presión y temperatura
provocarán una mayor corrosión y mayores pérdidas tanto de nitró$eno, como de nitrato amónico, por lo que el coste de materiales será superior.
E8a*orac!"
os distintos procedimientos difieren el contenido en a$ua de los reactivos Gpor lo tanto de la concentración de nitrato amónico que sal$a de la sección de neutrali&aciónH, de la cantidad de a$ua requerida en los si$uientes procesos de solidificación del producto final y del control de las temperaturas.
En los métodos utili&ados Casta )<3, la solución neutrali&ada de nitrato amónico sufría una evaporación Casta una concentración elevada, se$uida de un enfriamiento consecutivo y la formación del producto. +tros métodos reali&aban la evaporación Casta una menor concentración y completaban la misma mediante cristali&ación o evaporación continua en aparatos diseñados a tal efecto, dicCa evaporación también se Cacía mediante evaporadores de película GMiped filmH que tenían la ventaja de contener pesos muy bajos de materia en tratamiento.
/espués de )@3, eficaces evaporadores que operan al vacío se Can utili&ado en nuevas fábricas, estas modernas unidades tienen una mayor eficiencia térmica y pueden controlarse con precisión. a parte de la unidad donde la concentración es mayor al M de nitrato amónico, es diseñada para retener 'nicamente pequeñas cantidades de solución concentrada por cuestiones de se$uridad. Estas precauciones son necesarias parra evitar la contaminación de la solución por materias or$ánicas y su posible eDplosión.
as soluciones de nitrato amónico pueden variar entre el 68 y 8 M, y los procesos de solidificación pueden trabajar con mela&as desde el 3 M de a$ua Gen los $ranuladores de tamborH Casta de 2.9 a 2.3 M de a$ua Gen torres prillin$H, por ello que en la industria eDistan cientos de evaporadores, cada uno ajustado lo más posible a las necesidades impuestas por el producto requerido.
os evaporadores industriales utili&ados deben contener unos requerimientos mínimos de se$uridad, en lo que se trata fundamentalmente de
;olumen pequeño.
orto tiempo de residencia.
%rotección frente al sobrecalentamiento, requiriéndose la menor
temperatura de trabajo con la mayor eficiencia ener$ética posible. "uelen utili&arse fundamentalmente evaporadores de casco y tubo, columnas y evaporadores de película descendente. os evaporadores atmosféricos eran los más usados cuando se usaban bajas concentraciones de ácido nítrico y una menor eficiencia en la utili&ación de calor imponía un mayor rendimiento en la evaporación, consistían básicamente en un intercambiador de calor se$uido de un separador de vapor.
os más usados son los evaporadores de película descendente, los cuales operarán a presión atmosférica, el aire caliente soplado reduce la presión parcial del vapor, lo$rándose una menor temperatura operacional. Esto junto a un menor tiempo de residencia en el evaporador, provocan que
ten$an una mayor se$uridad que en el resto. Además presentan mejores posibilidades de control y una mejor eficiencia térmica.
Co"%ro' #e' %ama<o #e 'a$ *ar%(c&'a$ e" cr$%a'3ac!"
Esta 'ltima etapa de la producción de nitrato amónico es, a menudo, la consecuencia del proceso de evaporación. Este paso consiste en aportar al producto las características necesarias para su almacenamiento, transporte y utili&ación por los consumidores. Aunque la utili&ación de fertili&antes líquidos, se está incrementando en ciertos campos, la mayor parte de fertili&antes aparecerán en forma sólida.
/icCo nitrato amónico es altamente Ci$roscópico y delicuescente, y sus $ránulos se descomponen fácilmente en polvo, debido a esto es necesario prote$erlo de la Cumedad y tratarlo para minimi&ar dicCos inconvenientes. "e añaden al nitrato amónico aditivos con el fin de estabili&ar el $rano y mejorar sus propiedades de almacenamiento.
a solidificación del nitrato amónico busca la obtención de un tamaño de producto uniformeP resistente a la abrasión y a la rotura, no apelma&ado, fácilmente manejable y almacenable y con buena absorción por la planta. "e utili&an dos métodos o técnicas para la solidificación de fertili&antes
S%rillin$T o prilado !ranulación
Pr''"-I"%ro#&cc!"
El prillin$ se prefiere $eneralmente para $randes fábricas que producen más de lo estipulado mientras que la $ranulación es adoptada por plantas con producciones menores.
aH En el caso de los métodos ## y 4dCe se eli$en variaciones del método prillin$.
"e trata de la producción de un sólido en forma de $rano por la solidificación de la solución concentrada de nitrato amónico Gde 3 a M de nitrato amónicoH la cual se pulveri&a en la parte superior de una torre de vapori&ación, enfriándose las $otas formadas mediante un flujo de aire en contracorriente. Actualmente esta técnica se encuentra en desuso en la producción de nitrato amónico, nitrato amónico cálcico $ranulado, y de otros fertili&antes como los ureicos y al$unos fertili&antes complejos.
uando se compara esta técnica con otras técnicas de $ranulación, presenta las si$uientes ventajas
El proceso y los equipos usados en esta técnica, son más
sencillos, más baratos y su utili&ación es más simple.
El consumo de ener$ía en el proceso es mucCo menor, la
cantidad de a$ua contenida en el producto es pequeña, por lo que no es necesario un proceso de secado final.
#$ualmente presenta una serie de desventajas y restricciones, que son
Esta restrin$ido para materiales que se producen en forma
fundida o mela&as, que contienen muy poca cantidad de a$ua.
"uelen usarse en plantas de mediaFalta capacidad puesto que el
coste de la torre de S%rillin$T es alto, y poco rentable, por lo tanto para plantas pequeñas.
EDiste un límite superior de tamaño de partícula que puede ser
producido en esta torre. a presión de vapor ejercida por las sales fundidas, dará lu$ar a problemas de efluentes, debido a normas medioambientales más estrictas, de complicada resolución y que reducen las ventajas de este proceso en términos de requerimientos ener$éticos, de capital y de simplicidad.
+a$e$ #e' *roce$o #e
=ormación de las $otas de producto.
ristali&ación de las $otas en la torre de %rillin$. ami&ado de las perlas de nitrato amónico. Enfriado de las perlas de nitrato amónico.
+ormac!" #e 'a$ -o%a$ #e *ro#&c%o
El primer paso consiste en la formación de pequeñas $otas de producto procedente del evaporador, eDisten dos mecanismos principales para la formación de dicCas $otas
=ormación directa de $otas líquidas, este primer mecanismo tiene
lu$ar en atomi&adores rotatorios que operan con bajos caudales de alimentación, a bajas velocidades se forman las $otas sobre la boquilla, debido a que la fuer&a de la $ravedad supera la tensión superficial del líquido. El tamaño del líquido vendrá determinado por la tensión superficial, densidad del líquido y por la $eometría de las boquillas del atomi&ador.
"e$'n va aumentando la velocidad, el efecto del momento, unido al de la propia viscosidad del líquido comien&a a ser si$nificativo, esto afectará sobre el tamaño de la $ota, que será más pequeña que si se forma bajo condiciones estáticas y con bajas velocidades de flujo.
=ormación de un cCorro de líquido que se$uidamente producirá
las $otas, se produce este mecanismo en le caso de que la velocidad del flujo se aumente de manera elevada, se producirá un cCorro del producto, el cual al cCocar se desinte$rará en forma de $otas, este mecanismo fue estudiado por *aylei$C, quien mostró que para un líquido no viscoso que si$uiera un ré$imen laminar, el diámetro de la $ota formada al cCocar un cCorro sobre un orificio, es directamente proporcional al diámetro de dicCo orificio.
EDisten $ran variedad de equipos diseñados para la producción de $otas de tamaño uniforme a partir de un fundido, la mayor parte de los equipos se basan en dos sistemas
ubos rotatorios, donde la me&cla fundida se alimenta en el
centro del cubo rotatorio perforado, el cual es impulsado por un motor que mediante una rotación variable puede provocar diferentes tamaños de $otas se$'n las necesidades del proceso. 0ucCas plantas tienen facilidad para cambiar rápidamente de cubo rotatorio para tareas de limpie&a. Este equipo tiene numerosas ventajas
"e produce una menor obturación de los a$ujeros por parte de la
me&cla fundida.
El tamaño de las $otas puede variar, con lo que puede variar el
de los $ránulos correspondientes, por variación de la velocidad de rotación.
"e pueden obtener $ran cantidad de producto a partir de un 'nico
sistema de spray. Estas ventajas se van a compensar con una mayor complejidad mecánica del equipo cuando se compara respecto a los orificios fijos.
a distancia recorrida por los $ránulos formados a partir del centro de la torre de S%rillin$T será función del tamaño de la $ota y de la velocidad inicial del fundido, y ésta a su ve&, se$'n se eDplicó anteriormente, dependerán de la velocidad rotacional de la boquilla, de esto se deduce que la torre de S%rillin$T funcionará con mejor rendimiento si las $otas son rociadas a distintas velocidades.
a forma cónica es la más utili&ada en estos rociadores, para lo$rar una distribución de $otas uniforme a lo lar$o de la torre deben compensarse las variaciones de presión Cidrostática y dinámica de los a$ujeros en la parte inferior y superior, mediante la variación de tamaño de los mismos.
+rificios fijos, consistirá en la desinte$ración en $otas de un
cCorro de líquido emitido a baja velocidad a partir de un orificio pequeño, el radio de la $ota formada, es li$eramente menor que el doble del tamaño del orificio, ésta relación ayudo al diseño
básico de la mayor parte de los rociadores de orificios fijos. EDisten nuevos diseños de boquillas, que aportan una distribución uniforme a lo lar$o de toda la sección de la torre, como taladrar una serie de orificios a lo lar$o de tuberías paralelas que transcurren a lo lar$o de la sección transversal de la torre o el uso de un $ran n'mero de boquillas distribuidas a lo lar$o de dicCa torre.
En la actualidad el más reciente desarrollo Ca sido el uso de una 'nica boquilla de spray Gsin$le sprayH situada en el centro de la torre, que da suficiente cobertura a toda la torre, aunque eDiste menos eficiencia en la producción puesto que se producen $ránulos con menor similitud, aunque este problema es mínimo comparándolo a las ventajas de la simplicidad tanto en la construcción y operación que presenta esta técnica.
omparados con los cubos rotatorios, el uso de una 'nica boquilla tiene numerosas ventajas, como son su sencille&P bajo costeP alta fiabilidad, ausencia de componentes móviles, y por lo tanto de lubricantes, eliminándose el ries$o de contaminación del producto. Además trabajan con un diámetro de torre menor, siendo su diseño más sencillo.
a principal desventaja de estos sistemas es su poca adecuación para me&clas fundidas, debido a que el flujo a través de los a$ujeros es menor y éstos lle$an a obturarse, además rascadores internos u otros dispositivos de limpie&a no pueden ser instalados fácilmente sin eliminar la simplicidad de dicCo sistema.
Cr$%a'3ac!" #e 'a$ -o%a$ e" 'a %orre #e
Pr''"-El se$undo paso en el proceso de %rillin$ será la cristali&ación de las $otitas en forma de $ránulo, esto se produce $racias al enfriamiento producido por una corriente de aire.
a sección transversal de la torre requerida será esencialmente función de la cantidad de producto obtenido, la mínima sección deberá permitir necesariamente introducir suficiente aire a través de la torre para enfriar los $ránulos de tal manera que no se produ&can retenciones en dicCa torre.
a altura de la torre vendrá determinada por las necesidades de enfriar suficientemente los $ránulos, el $rado en el cual la $ota cristali&ará será función de su tamaño y dependerá de la altura mínima de la torre. %ara un tamaño de producto dado, la altura de la torre dependerá de las necesidades de enfriamiento, que vendrán impuestas por las características del aire, tanto temperatura como velocidad.
as anti$uas torres de %rillin$ eran diseñadas de ladrillo, actualmente se Can sustituido por materiales como acero, aluminio u Cormi$ón armado y alcan&ar los 62 m de altura y tener secciones circular o cuadrada.
Tam3a#o #e 'a$ *er'a$ #e "%ra%o am!"co
El producto obtenido de la torre puede ser de tamaño diferente, por lo que a lo lar$o del proceso, eDistirán una serie de tamices que permitirán el paso de aquellos $ránulos de tamaño predeterminado, recirculándose al neutrali&ador o al evaporador, como una solución aquellos que no se encuentren dentro de dicCo intervalo.
Actualmente un buen diseño junto con una buena planificación de la operación, permite obtener el producto dentro de las especificaciones, sin necesidad de tami&ar. En la práctica, siempre es deseable llevar a cabo este proceso, para evitar la presencia de terrones.
E"fra#o #e 'a$ *er'a$ #e "%ra%o am!"co
a temperatura del producto en la base de la torre, estará en torno a los )22 o )(2J , por lo que se Cace necesario enfriar los mismos para su almacenamiento y transporte, estos $ránulos pueden ser enfriados mediante técnicas diferentes, las más usadas son las si$uientes
ecCos fluidi&ados, los cuales son sencillos, baratos y aparte de
los ventiladores no tienen componentes móviles. a principal desventaja es que el aire se descar$a a baja temperatura y se necesitan $randes caudales de aire.
Enfriadores rotatorios, los cuales necesitan menos caudales de
"e suelen utili&ar cualquier tipo de enfriador, es recomendable que el aire utili&ado se desCumede&ca lo más posible, para evitar la adicción de Cumedad al producto final.
Gra"&'ac!"
El proceso de $ranulación es un procedimiento más $eneral que en el caso del prillin$, se refiere a técnicas de acrección y a$lomeración para Cacer un fertili&ante $ranulado.
a mayor parte de los fertili&antes con base nitrato amónico se producían por prillin$, aunque en los 'ltimos años Ca ocurrido un crecimiento en el uso de la $ranulación para la solidificación del nitrato amónico cálcico, esto es debido a que los procesos de $ranulación presentan las si$uientes ventajas
"istemas de eliminación de contaminantes más sencillos, la $ran
cantidad de aire utili&ado en la torre de prillin$, requiere sistemas de lavado costosos para mantener las emisiones dentro de la le$alidad vi$ente.
%ermite un mayor ran$o de tamaño de producto, en el caso de la
técnica de prillin$ el tamaño viene marcado por la altura de la torre, mientras que en la $ranulación podemos obtener un mayor intervalo de tamaños de $ránulo, desde tamaños pequeños utili&ados como S$rado fertili&anteT Gentre (.98 y <.6@ mmH a S$rado silviculturaT Gentre < y )) mmH.
os $ránulos de nitrato amónico normalmente tienen una mayor
resistencia a la rotura, así como una mayor densidad y presentarán mejores propiedades físicas que los obtenidos por prillin$.
En realidad mucCas plantas que llevaban a cabo el proceso de prillin$ Can sido reempla&adas por unidades de $ranulación, debido a los problemas medioambientales que provocan las torres de prillin$, aunque el producto obtenido en éstas presente una calidad superior en dure&a, tamaño y
propiedades de almacenamiento que los productos $ranulados. El proceso de $ranulación consistirá en la producción de $ránulos por contacto, me&cla yFo a$itación del producto procedente del me&clador, en dispositivos especiales, se$uido de una desCumidificación y enfriamiento del producto final.
"e suelen dividir los procesos de $ranulación en
%rocedimientos de alta recirculación %rocedimientos con baja recirculación S%u$millT o de doble eje S%anT ambores rotatorios ecCo fluidi&ado S/rumT o tambores $ranuladores.
a recirculación vendrá definida por la cantidad de material que vuelve al $ranulador Gprocedente de la &ona de tami&adoH, en relación con la cantidad de producto que se Ca producido. 4n proceso se considerará de alta recirculación, cuando dicCa relación está entre ).3 a (, mientras que en los procesos de baja, se encuentra en torno a ).
Esta distinción viene determinada por la diferente concentración de nitrato amónico requerida en el proceso de $ranulación, así pues, los procesos con alta recirculación requieren menores concentraciones Gen torno <I 6H y los procesos de baja recirculación Gconcentraciones del orden de 8I.3H. EDistirán diferencias en las condiciones de operación de las dos rutas de $ranulación, que tendrán importantes consecuencias respecto a la se$uridad, producción y mantenimiento del proceso, así pues
os procesos de alta recirculación, al trabajar con menores
concentraciones, entonces las temperaturas son si$nificativamente menores. as temperaturas aumentarán el ries$o de descomposición del nitrato amónico. 4na menor temperatura reducirá el $rado de corrosión del fundido, reduciendo el coste de los equipos.
os procesos con baja recirculación, finos y $ránulos de $ran
tamaño producidos serán retornados al $ranulador, mientras que en los de alta recirculación, éstos tienen que ser disueltos en un tanque a$itado, y posteriormente son enviados a la sección de
evaporación para reducir su cantidad de a$ua, aumentando así el ries$o de introducir impure&as que contaminen la solución de nitrato amónico.
En los procesos de baja recirculación sin un desCumidificador, la cantidad de material que puede ser disuelta y retornada al proceso vendrá limitada por un balance de a$ua, esto puede ser un problema si eDiste demasiado material eDcedente o recirculado. os procesos con alta recirculación están diseñados para soportar esas variaciones en la capacidad. Actualmente una planta moderna de $ranulación consta de las si$uientes unidades
a&o de $ranulación, es donde se forma el producto, a partir de
nitrato amónico fundido, y si se requieren la adicción de aditivos. os principales equipos contenidos en el la&o de $ranulación son el $ranulador, secador, filtros y equipos de transporte.
ratamiento del producto, consistirá en refri$erar el $rano Casta la
temperatura requerida para su almacenamiento, normalmente el producto suele ser tratado con un a$ente antiapelma&ante y ocasionalmente con un a$ente protector.
ratamiento del aire utili&ado, consistirá en un desCumidificador y
un refri$erador y se utili&a para reducir la cantidad de amoniaco y polvo presente. 4na combinación de ciclones y lavadores se usan para reducir dicCas emisiones. odos los vapores procedentes de la sección de concentración también serán tratados en SscrubbersT.
ratamiento del a$ua. odas las plantas $ranuladoras deben ser
limpiadas periódicamente, debido a la Ci$roscopicidad natural del nitrato amónico la forma más eficiente para su limpie&a será la utili&ación de a$ua para la limpie&a. a corriente efluente de manera discontinua puede ser descar$ada a una planta de tratamiento de a$ua residual. 4na manera más eficiente será reco$er el a$ua de lavado en un tanque y reintroducirlo en la unidad de $ranulación cuando se reanude el funcionamiento. En ocasiones, si los residuos líquidos contienen una elevada
cantidad de nitró$eno, en forma de nitrato amónico, dicCos residuos pueden utili&arse para fertili&ar campos.
2.2 SELECCIÓN DELPROCESO
2.2.1 USO DEL METODO DE CRITICO TECNICO PARA SELECCION DEL PROCESO
%ara seleccionar un proceso, es necesario Cacer una comparación entre los métodos ya eDistentes y anali&ar las ventajas que tiene uno con respecto al otro, para seleccionar de esta manera el proceso más adecuado el cual vaya acorde con nuestra realidad a escala industrial, además de un buen producto con el más bajo costo de operación.
%ara ello recurrimos al uso del METODO DE CRITERIO TECNICO) tomando como base de evaluación un puntaje de (2, cuyos resultados se detallan en el cuadro NJ (.).
/entro de los factores técnicos considerados para poder seleccionar el proceso tenemos
A. CALIDAD:
Es muy importante para poder seleccionar nuestro proceso, ya que para que el producto sea competitivo en el mercado, debe de tener las condiciones óptimas que permitan que el usuario quede satisfecCo con su uso.
o que se busca, es seleccionar un proceso que además de obtener un producto de buena calidad ten$a un proceso de elaboración simpleP es decir, obtener un producto bueno a precios bajos.
C. DISPONIBILIDAD DE IN+ORMACION:
%ara poder desarrollar un buen proyecto y obtener buenos resultados es necesario contar con una biblio$rafía amplia y adecuada que permita visuali&ar cada uno de los procesos utili&ados en la producción de un producto determinado y así poder seleccionar el más adecuado.
/urante la b'squeda de nuestra biblio$rafía, encontramos la información adecuada para la obtención de nuestro %*+/4+, a partir de etapas previas detalladas posteriormente.
CUADRO N> 2.1
E,ALUACION DE LOS PROCESOS SEGUN EL METODO DE CRITERIO TECNICO
+ACTOR
+ACTOR ,ALOR,ALOR
PONDERADO
PONDERADO PROCESOPROCESOAA PROCESOPROCESOBB
CALIDAD DEL PRODUCTO )< )( )2 COMPLE=IDAD )3 )< )( DISPONIBILIDAD DE IN+ORMACION 8 @ 3 +ACTOR TECNOLOGICO )2 8 @ RENDIMIENTO )8 )3 )2 TOTAL @3 ?? <3
+UENTE: AUTORES DEL PROYECTO
2.2.2 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO SELECCIONADO 1era ETAPA DEL PROCESO
RE+ORMACION
a operación de reformación se reali&a en un reformador que contiene un n'mero de tubos llenados del catali&ador convencional del reformador del níquel dispuesto verticalmente en la sección radiante más baja. Al$'n @2 de la absorción del calor es calor endotérmico de la reacción. El restante es calor sensible requerido para levantar la temperatura del encCufe del reformador a un nivel adecuado para el equilibrio de la reacción. Este calor es proveído por la introducción del $as de combustible. el movimiento necesario de los $ases de combustible a través del reformador es proporcionado por los ventiladores inducidos.
En esta etapa in$resa $as natural previamente comprimido.
El aire de proceso precalentado in$resa al reformador, además consiste en una &ona de combustión en la cual el oDí$eno del aire reaccione con al$unos de los componentes combustibles en el efluente del reformador. /entro de este proceso in$resa a$ua previamente precalentado.
A continuación se mostraran las reacciones que suceden en esta etapa 1. Termo#"6mca #e' *roce$o
REACCIONES REACCIONES
O< U (+( <IIIIIIII> +( U (O(+ D 11. Fca'mo'
((O@ U 6+( <IIIIIIII> <+( U @O(+
9O8 U 3+( <IIIIIIII> 9+( U <O(+
(<O)2 U )9+( <IIIIIIII> 8+( U (O(+
(O( U +( <IIIIIIII> (O(+
O< U +( <IIIIIIII> (+ U (O( D H?.1Fca'mo'
O< U O(+ <IIIIIIII> + U 9O( DH0.Fca'mo'
+UENTE: %%*:*'a"%a$J&mca$.e$*a"a.e$
En esta parte del proceso el oDi$eno in$resado reacciona con el fin de convertir la mayor cantidad de compuestos del $as natural como se pudo
CUADRO N> 2.2
observar anteriormente. Además se convierte cierta parte del metano. ue$o en la salida del reformador se observan los si$uientes componentes O<, +, +(, O(, N( en esta etapa el nitró$eno que in$resa sale la misma
proporción.
Este proceso de reformacion trabaja a una temperatura de 6(2 J.
CON,ERSION DEL CO
El objetivo es separar por métodos químicos todo el + de la corriente del proceso Gen +( e O(H y completar la cantidad de Cidró$eno necesario. El
proceso se reali&a en dos etapas, en las cuales la reacción principal es CO H 2O 2 H CO2
1. Termo#"6mca #e' *roce$o
a reacción es reversible y eDotérmica, por lo tanto la conversión se incrementa en la medida que la temperatura disminuye.
2. ,ara/'e$ #e' *roce$o
Tem*era%&ra, A temperaturas bajas se favorecen el equilibrio de
la reacción a la derecCa, pero se disminuye su velocidadP éstos efectos opuestos entre temperatura, conversión y velocidad de reacción determinan el ran$o de temperatura dentro del cual debe operar cada uno de los reactores a fin de lo$rar la conversión casi total del +, sin embar$o, otro factor que también debe ser considerado para dicCa selección es la vida del catali&ador.
Así se tiene que en el primer convertidor la temperatura es alta GV 932 JH con lo cual se $ana velocidad en la reacción y en el se$undo convertidor la temperatura es baja GW(32 JH para favorecer la conversión total del + residual.
Pre$!") no influye sobre el despla&amiento del equilibrio, en K ) ca'mo'
todo caso puede Caber una mínima incidencia debido tal ve& al comportamiento no ideal de los $ases a altas presiones.
Re'ac!" ,a*orCO) la relación que se emplea es siempre mayor que la estequiométrica para despla&ar el equilibrio a la derecCa. El reactante que está en eDceso es siempre el más económico y fácil de manipular en este caso el a$ua, complementándose al que ya viene de la etapa de reformación. ABSORCION DEL CO2
En esta etapa se elimina el dióDido de carbono que se Ca formado en la etapa de reformación y de conversión. a separación se reali&a empleando líquidos absorbentes como el a$ua, soluciones de monoetanolamina, soluciones alcalinas, etc.
En principio al ser el +( un $as de naturale&a ácida en medio acuoso,
éste se absorbe con relativa facilidad empleando soluciones básicas. os métodos que pueden utili&arse en este caso son
). a absorción del +( con a$ua requiere de presiones de (2 a 92
atm. y su capacidad absorbente no es muy buena para los fines que se persi$ue y además se pierde cantidades si$nificativas de Cidró$eno.
(. Empleando soluciones de etanol amina y di etanol amina, la separación se basa en las si$uientes reacciones reversibles
CO2 H 2RN2 H 2O RN42 CO
CO2 H RN42CO H 2O 2 RNCO
9. a temperatura de absorción es entre <2 y <3 J y la desorción a )(2 J.
<. a separación del +( con soluciones básicas de carbonato de
potasio, se emplea con frecuencia debido a los altos rendimientos que se obtienen.
2CO H F2CO 2 FCO
3. Este sistema es acelerado por un catali&ador Gproceso atacarbH lo$rando de esta forma
a absorción completa del +( .
ACorro en el consumo de ener$ía.
En el proceso la absorción se reali&a empleando el 'ltimo método a temperaturas cercanas a los )92 J y presiones relativamente altas G92 atm.H P la desorción procede en otra unidad pero a la presión de ) atm. En este caso para la absorción del +( se tomo como la solución de
monoetanolamina.
4no de los problemas comunes que se tiene en la absorción del + ( es
la corrosión, por lo que es necesario la adición de inCibidores
METANACION
os residuos de + GppmH que no Ca podido ser eliminados a través de las diferentes etapas constituyen un veneno activo para el catali&ador de síntesis, siendo necesaria su eliminación total. El proceso de metanación es un método químico más simples y de bajo costo que se conoce para reducir su concentración a menos de )2 ppm. a reacción es inversa a la reformación del metano, proceso que se basa en la si$uiente reacción
CO H 2 C0 H 2O D K 0) ca'mo'
"in embar$o, a las condiciones de operación el +( también reacciona
CO2 H 0 2 C0 H 2 2O D K)? ca'mo'
El metano que se forma es un inerte en la síntesis del amoniaco.
A pesar que las cantidades que reaccionan son muy pequeñas, pero debido a que son bastante eDotérmicas, en el reactor Cay un fuerte incremento de la temperatura.
1. ,ara/'e$ #e' *roce$o
Tem*era%&ra) la velocidad de la reacción se ve favorecida por altas temperaturas pero el equilibrio se despla&aría a la i&quierda, siendo por lo tanto recomendable trabajar a temperaturas bajas de acuerdo al contenido de óDidos de carbono residuales presentes. "e trabaja a temperaturas entre (32 a <22 J.
Pre$!") es un CecCo que presiones elevadas favorecen el equilibrio Cacia la derecCa, con los catali&adores mejorados se trabaja a presiones de (2 a (3 atm.
E7ce$o #e 8a*or #e a-&a) en este caso el eDceso de vapor en la corriente de entrada Cará que la reacción se desplace a la i&quierda, por lo tanto el $as de entrada al metanador debe contener la menor cantidad de vapor posible.
ue$o de pasar por el metani&ador este pasa a un compresor donde se incrementa la %resión de (3 a )82 atm, para lue$o pasar a un separador el cual trabaja a 922 J aproDimadamente, en el cual se separa el compuesto absorbedor que en este caso es la monoetanolamina donde a continuación lo que queda es enviado a un secador a una J de <22 K @22 J.
El $as de proceso pasado a través del tambor condensado al enfriarse del $as de proceso en el refri$erador es ventajoso porque reduce la car$a del a$ua para el secador y también reduce la car$a de la refri$eración, el intercambio de calor y el trabajo de la compresión en la sección crio$énica de la purificación. os secador es de construcción convencional, el un secador que está en corriente. Oasta esta parte se produce el $as de síntesis comprendido por nitró$eno e Cidro$eno, el cual será enviado a un me&clador para la producción de amoniaco.
a alimentación de $as de síntesis es in$resado a un compresor en donde la me&cla pueda entrar a la me&cladora en la cual también in$resa un reciclado este reciclado contiene Cidro$eno, nitró$eno y amoniaco. a alimentación del proceso es me&clado con un reciclo, lue$o es enviado o pasa por un calentador previo al in$reso para el reactor. a alimentación en el reactor es con una proporción de 9 a ) de Cidro$eno y nitró$eno. a reacción es limitada por consideraciones de equilibrio, como la conversión no es muy conocida. En la salida del reactor este producto es enviado Cacia un enfriador previo al separador líquido vapor. %arte del amoniaco producido es recirculado y enviado Cacia un compresor junto con lo que no reacciono de Cidro$eno y nitró$eno para ser enviado Cacia el me&clador. El compresor en esta etapa trabaja a la presión de <222 psi de presión. a me&cla que sale de me&clador es enviado a un calentador el cual trabaja a una temperatura de 22X=.
En el reactor este trabaja a una presión de 92psi. En el enfriador se trabaja a una temperatura de 82X=.
ue$o lo que se recircula pasa por un compresor el cual trabaja entre 962 a <222 psi de presión.
ra PARTE DEL PROCESO
En esta etapa usamos el ácido nítrico que tiene una concentración convencional del 3<.
El nitrato de amonio es obtenido neutrali&ando el ácido nítrico usando el amoníaco $aseoso yFo posiblemente el amoníaco acuoso en una solución acuosa que se manten$a bajo presión mayor que la presión del vapor de la solución, y concentrando se obtiene la solución acuosa del nitrato de amonio.
os reactivos que consisten en el ácido nítrico que tiene una concentración cerca de 3<, y del amoníaco $aseoso se introducen a un me&clador estático, mientras que al$o de la me&cla de reacción se recicla.
a presión de funcionamiento se ajusta a cerca de <.@ bar para evitar la vapori&ación. a solución del nitrato de amonio que se retira del la&o ) de la reacción entonces contiene toda la a$ua que fue proporcionada por los reactivo.
a tarifa de reciclaje que es esencial para las concentraciones convencionales de ácidos se ajusta para restrin$ir el aumento en la temperatura debido a la reacción, por ejemplo alrededor a )2 J. el calor de la reacción es quitado por medio de un evaporador la cual es la etapa de la concentración final de la solución Casta el 3.
Antes de que la solución sea concentrada por la evaporación en una instalación m'ltiple de la acción, el $rado de acide& se re$ula ventajosamente en un punto para quitar la presencia del amoníaco libre para reducir la volatili&ación.
Esta solución caliente entonces se sujeta a una descompresión adibática en un separador a una presión intermedia de cerca de ) bar. a descompresión adibática de la solución caliente que se retira bajo presión del la&o de la reacción causa el lan&amiento de cierta cantidad de vapor. a temperatura de las caídas de la solución y de la concentración del nitrato de amonio aumenta. En contraste con práctica convencional, la solución que se reco$e en el separador se despresuri&a inmediatamente a una se$unda presión que sea incluso más baja que la primera presión de la descompresión y se introduce en un evaporador que sea calentada por el vapor que se lan&a durante el primer paso de la descompresión. os condensados se quitan a través de un conducto.
a solución que se produce en el evaporador entonces es diri$ida a través de un conducto y por una bomba Cacia una se$unda evaporador en la cual sea calentada y concentrada por la evaporación por medio de las calorías producidas en el cambiador por la solución que recircula, es decir. el líquido que circula.
a solución concentrada que se recupera en el evaporador tiene una concentración de el 3 del nitrato de amonio.
El vapor lan&ado por la solución en el evaporador se quita a través de un conducto.
"i la concentración del ácido es mayor que 3<, el proceso puede incluso convertirse en un proceso que eDporta vapor.
El proceso se$'n la actual invención abarca una primera descompresión de la inicial en el separador y una se$unda concentración en el evaporador usando el vapor producido por la descompresión inicial como el líquido de la calefacción.
Es obvio que en el evaporador, la temperatura de la solución es más baja que la temperatura de la condensación del vapor lan&ado durante el paso inicial de la descompresión.
El refrescarse que se observa durante la se$unda descompresión de la solución puede implicar el ries$o de la cristali&ación en el evaporador.
omo se puede notar en esta parte del proceso se obtiene nitrato de amonio en solución con una concentración de 3 para lo cual debe pasar por otro etapa con el fin de obtener el nitrato de amonio fertili&ante a una concentración de .3.
*eacción que sucede en este proceso
N-4 H NOac4 N0NO
En el reactor que puede ser tubular, posiblemente con los elementos del contacto, o puede estar del tipo estático del me&clador, cuanto más baja es la tarifa de la recirculación, mayor es el aumento en la temperatura de la me&cla.
PROCESO PARA GRANULAR EL +ERTILI5ANTE DEL NITRATO DE AMONIO
"e relaciona con un proceso para producir el fertili&ante del nitrato de amonio con un contenido del nitró$eno de entre el (3 y el 9< por peso. En procesos prillin$ Gu otros de la $ranulaciónH, el nitrato de amonio fundido se concentra a .3I.6 substancialmente anCidros en una temperatura de )6( J a )63 J. Es el me&clado con los inertes Gpiedra cali&a yFo dolomía $eneralmente molidasH Casta el contenido requerido del nitró$eno Gtípicamente entre el (3 y el 9< por pesoH se alcan&a, después de lo cual se a$re$a el a GN+9H ( inCibidores de la formación
Gsulfato del amonio, fosfatos del amonioH. a me&cla fundida preparada de este modo se alimenta al proceso prillin$ en una temperatura de )6( J a )63 J y es cristali&ada rociando de un tambor rotatorio para formar prills en )@( J K )@3 J contra el aire a contracorriente que se va en 32 J. *eferente a la fi$ura (.<, una solución acuosa concentrada de nitrato de amonio a la cual es a$re$ada el sulfato del amonio y el fosfato de amonio se a$re$a en el me&clador y se concentra más junto con la recirculación de la $ranulación lue$o esto pasa a un evaporador bajo vacío, el evaporador se alimenta a la torre prillin$ a contracorriente, el producto final se refresca en la torre prillin$ y pasa a un refri$erador de estrato fluidificado subsecuente es decir a un secador.
En el proceso de prill se refresca a una temperatura de ()3 J= y preferiblemente a una temperatura en la $ama alrededor de )3 J. "e cree que la capacidad óptima de la absorbancia del aceite de los prills de alta densidad del nitrato de amonio puede ser alcan&ada manteniendo la temperatura de la alimentación concentrada del nitrato de amonio al cubo prillin$ dentro de la $ama alrededor de 9<2 J= a 9@2 J= Gsobre )6) J alrededor a )8( JH. El prill que resulta es esencialmente nitrato de amonio puro, nitrato de amonio entre .3., a .6 o preferiblemente mayor porque el prill que resulta tiene ya una alta concentración del nitrato de amonio con a$ua muy pequeña, la sequedad adicional del prill formado no es necesaria.
DATOS DEL SECADOR
"olución del nitrato de amonio que contenía 3 de nitrato de amonio de la tapa de una torre prillin$, fue introducida en un secador, donde se refresca, fue pasado a una velocidad linear de ).3 mFs Gesta tarifa fue mantenida a través de refrescarseH. /espués de refrescarse por 3 minutos, la temperatura del nitrato de amonio cayo 93 J y el contenido de a$ua disminuyo a (.6 por ciento. El 'ltimo producto después fue introducido en un enfriador el nitrato de amonio que tenía una temperatura de (@ J. El resultado de prill de nitrato de amonio tiene un contenido de a$ua de 2.) por ciento, una dure&a de (9 y un volumen del poro de 2.)< ccF$. la producción final de prilled el nitrato de amonio es 3.3 por ciento.
2. DISEÑO DEL PROCESO
2..1 TERMODINAMICA DEL PROCESO) CINETICA Y ANALISIS DE ALGUNAS ,ARIABLES
Reforma#or:
REACCIONES REACCIONES
O< U (+( <IIIIIIII> +( U (O(+ D 11. Fca'mo'
((O@ U 6+( <IIIIIIII> <+( U @O(+
9O8 U 3+( <IIIIIIII> 9+( U <O(+
(<O)2 U )9+( <IIIIIIII> 8+( U (O(+
(O( U +( <IIIIIIII> (O(+
O< U +( <IIIIIIII> (+ U (O( D H?.1Fca'mo'
O< U O(+ <IIIIIIII> + U 9O( DH0.Fca'mo'
+UENTE: %%*:*'a"%a$J&mca$.e$*a"a.e$
Ca%a'3a#or
Esta compuesto básicamente por )( Ni y 8@ de Al(+9, tiene la
forma de anillos con una vida promedio de ( a 9 años y pero el Ni es pirofosfórico, por lo que, se instala en el reactor como Ni+ y después se reduce a Ni.
Tem*era%&ra
CUADRO N> 2.2
/efinitivamente una mayor temperatura favorece la reacción despla&ando el equilibrio a la derecCa y también la velocidad de reacción, como se puede ver en los datos que se presenta a la presión de 92 atm.
Tem*.
Tem*. ooF4F4 Co"$%. EJ&'/.Co"$%. EJ&'/. F4 F4 @22 3,(8 D)2 K 822 9,)( D)2 K2 22 ),92@ )222 (.@3 D)2 )(22 (,<6 D)2 )<22 (@,66 D)20 +UENTE: %%*:*'a"%a$J&mca$.e$*a"a.e$ Pre$!".
En este caso presiones altas no favorecen la reacción debido cambio de volumen positivo entre productos y reactantes, es decir que a mayor presión Cabrá mas metano residual en el equilibrio.
Co"8er%#or:
a reacción es reversible y eDotérmica, por lo tanto la conversión se incrementa en la medida que la temperatura disminuye.
Tem*era%&ra
A temperaturas bajas se favorecen el equilibrio de la reacción a la derecCa, pero se disminuye su velocidadP éstos efectos opuestos entre temperatura, conversión y velocidad de reacción determinan el ran$o de temperatura dentro del cual debe operar cada uno de los reactores a fin de lo$rar la conversión casi total del +, sin embar$o, otro factor que también debe ser considerado para dicCa selección es la vida del catali&ador.
CUADRO N> 2.