Facultad de ingenierías y arquitectura

Escuela académico profesional de Ingeniería Ambiental

TEMA:

Proceso industrial-Síntesis de amoniaco y ácido nítrico

CURSO: Procesos industriales y tecnologías limpias

DOCENTE: Ing. Silvana Vizcarra

ALUMNOS:

Mamani Holgino Hugo

Mamani Acero Bill

Huaylla Escalante Percy

Delgado Tacusi Kevin

SEMESTRE: VIII

Arequipa_2015

1. Diagrama de flujos de síntesis de amoniaco

Aire

Zns

Sintesis de amoniaco

Refrigerante

2CO3HK

CH4

2. Diagrama de bloques

CH4,H2O,Ar N2, H2, Ar

CO,H2,Ar NH3,N2, H2,

Ar

CO,H2,N2,Ar N2, H2

Fe-Cr Cu NH3

CO2,H2,N2,Ar

H2,N2,CO,Ar

Desulfurizador

Reformador primario

Metanacion

Reactor de síntesis

Refrigeración

Purificador

Mutación

Reformador secundario

Almacenamiento

CH4

Vapor de agua

Aire

ZnS ZnO

Almacenamiento

CH4

N2, H2, Ar

FeO

CH4,H2O,Ar

NH3,N2, H2,

Ar

CO,H2,Ar N2, H2

NH3, Ar,H2O

CO,H2,N2,Ar

Fe-Cr Cu

CO2,H2,N2,Ar

H2,N2,CO,Ar

R-SH + H2  RH + H2S

hidrogenación

H2S + ZnO   H2O + ZnS

adsorción

CH4 + H2O   CO + 3H2 

CH4 + 2H2O   CO2 + 4H2 

Refrigeración

Aporte de nitrogeno

Almacenamiento

CH4

Vapor de agua

Aire

ZnS ZnO

Almacenamiento

CH4

N2, H2, Ar

FeO

CH4,H2O,Ar

NH3,N2, H2,

Ar

CO,H2,Ar N2, H2

NH3, Ar,H2O

CO,H2,N2,Ar

Fe-Cr Cu

CO2,H2,N2,Ar

H2,N2,CO,Ar

Temperatura ambiente

Promedio 22 ºC

Temp: 800ºC

Presion: 34 Kg/cm2

Temp:250ºC

Presion: 20 Kg/ m2

Temp:480 ºC

Presion:160 Kg/m2

Temp: -33ºC

Presion: 0.014KG/m2

Temp: 300ºC

Presión: 24 Kg/m2

Temp:400ºC y 250 ºC

Presion:30 Kg/m2

Temp: 1000ºC

Presion: 34 Kg/cm2

Almacenamiento

CH4

Vapor de agua

Aire

ZnS ZnO

Almacenamiento

3. Balance de materia En 1 día

CH4 1000 Tn NH3 (90%)

Aire (N2, H2, CO2,Ar) Zns

Agua

Gas de cola

Factor de conversión: 20 %

Si se quiere producir 1000 Tn/d de NH3

Tn es convertida en moles: 1000Tn -----58.8 Kmol

Na= Nc a/c Nb=Nc b/c

Na=58.8*1/2 Nb= 58.8*3/2

Na=29.4 kmol Nb=88.2 Kmol

N2(0.2)= 29.4 kmol---------N2=147 kmol

H2(0.2) =88.2 kmol----------H2= 441 kmol

Proceso

E P = R SN2 147 0 = 29.4 117.6H2 441 0 = 88.2 362.8NH3 0 58.8 = 0 58.8Total 588 58.8 = 117.6 539.2

E SPM (g/mol) F M F M

N2 28 147 4116 117.6 3292.8H2 2 441 882 362.8 725.6NH3 17 0 0 58.8 999.6Total 47 588 4998 539.2 5018

Diagrama de bloques de ácido nítrico

N2,O2,CO2,Ar

NH3(g)

O2,N2, CO2,Ar

NH3, O2,N2, CO2,Ar

NO

NO,H20,N2

NO2,N2O4

NO

HNO3 (60%),H20,CO2,H2O

CondensaciónCompresor de aire

FiltroMezcla

Combustión catalítica

Oxidación

Absorción

AireNH3(ac)

Material particulado

Diagrama de bloques de ácido nítrico

N2,O2,CO2,Ar

NH3(g)

O2,N2, CO2,Ar

NH3, O2,N2, CO2,Ar

NO,H20,N2 NO

NO2,N2O4

HNO3 (60%),H20,CO2,H2O

NO

Almacenamiento

VaporizadorAire comprimido

La Purificación basado en el filtro atrapa partículas

Mezclador

4 NH3 + 5 O2          4 NO + 6 H2O       

 2 NO + O2             2 NO2

3 NO2 + H2O 2 HNO3 + NO

NO2 + NO + H2O           2 HNO2

HNO2 + 1/2 O2      HNO3

AireNH3(ac)

Material particulado

Almacenamiento

Diagrama de flujos de producción de amoniaco

Mezclador

4. Dimensiones delos

equipos

5. Composición de los equipos

Unidad MaterialVaporizador de amoniaco Acero suaveSobrecalentador de amoniaco Acero suaveReactor Pared inferior con material refractario;

Pared exterior y chaqueta suave de acero

Enfriador/condensador Acero inoxidableUnidad de oxidaxion Acero inoxidableEnfriador secundario Acero inoxidableAbsorbedor Acero inoxidable

Unidad DimensionTanque acido nitrico 650 m3Tanque amoniaco 15000 m3Columna de absorcion 5-42 mReactor 105 m3Cañerias amoniaco 19 nch

Bleacher Acero inoxidableTanque de acido nitrico Acero inoxidable 304L

Carbono Si (max) Mn (max)

P (max) S (max) Cr Ni

% 0.03 1.00 2.00 0.045 0.03 18-20 8-12

1. Balance general

Se desea producir 300.000 [ton/año] de ácido nítrico al 60% en peso, obteniéndose mediante un rendimiento de reacción global de aproximadamente 95%, con un total de 8.000horas por año de producción

Conversión de global es aproximadamente de un 95%

El N2 es esencialmente inerte en el proceso.

Alimentación de amoniaco es de 0,2866 Kg/Kg de ácido nítrico puro (100%)

Alimentación de aire es 5,15 Kg/Kg de ácido nítrico puro (100%)

De la totalidad de aire de alimentación, un 82,5% se alimenta al reactor y el restante17,5% se alimenta al bleacher.

Proceso

HNO3 60%

Gases de colaAire

Agua

Amoniaco

Los gases de cola que dejan el absorbedor a 10°C están saturados con agua.

El aire de alimentación posee una humedad del 60%.

Todos los componentes menores se consideran insignificantes para los cálculos, por lo tanto, se consideran inertes

Amoniaco Aire Agua Gases de cola

Ácido nítrico

Ton/año 51.588 927.000 56.894 735.487 300.000Kg/h 6.448 115.875 7.112 91.935 37.500

2. Emisión de GasesEl gas de cola que deja la torre de absorción por la parte superior, contiene óxidos de nitrógeno (820[ppm]), los cuales son importantes agentes contaminantes. Por lo tanto la disminución en la concentración de NOx a niveles aceptables (<100 ppm) se hace indispensable. Entre los métodos disponibles para cumplir lo anterior, se pueden destacar:

Absorción con agua

Reducción catalítica no selectiva: Utilización de CH4 o H2 en un catalizador de rodio o platino para reducir los gases.

Reducción catalítica selectiva (SCR): En el interior de un reactor, óxido nítrico y dióxido de nitrógeno reaccionan con amoniaco y se reducen a N2 en presencia de un catalizador de Zeolita

Se opta por el tercer método, ya que cuenta con ventajas sustanciales respecto a los otros dos:

Rendimiento alto

No se requiere utilización de combustibles para llevarla a cabo.

Amoniaco disponible en todo momento.

No se ve afectada la eficiencia de la turbina de gases de cola.

El proceso culmina con la mayor parte de los óxidos reducidos a N2

y en condiciones adecuadas para ser liberados a la atmosfera.Las reacciones involucradas son las siguientes:

La temperatura a la que ocurren estas reacciones esta por sobre los 200°C. Dado el calentamiento previo a la zona de reducción del gas, este arriba al reactor en condiciones de operación optimas. Control y mantención periódica del catalizador, aseguran un alto rendimiento de las reacciones. Residuos Líquidos: El proceso de producción de ácido nítrico no presenta cantidades considerables de RILES. Aguas amoniacales provenientes de purgas del vaporizador y aguas de lavado serán neutralizadas con ácido nítrico antes de ser dispuestas en estanques de desecho. Residuos Sólidos No se producen desechos solidos durante la producción. Residuos ajenos al proceso tales como papel, envases, ropa, podrán ser acumulados en una zona dispuesta para tales efectos y luego ser retirados hacia un vertedero local.