U N I V E R S I DA D N A C IO N A L A U T ÓN O M A D E M É X I C O FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA
PRODUCCI ÓN DE ÁCI DO N ÍTRI CO Asesor(a): I.Q. Ramos Olmos José Mariano Integrantes:
Ibarra Salgado Eduardo Rivas Ordaz Abigail Sánchez Madera Luis Ángel Torres Ochoa Bryan
Grupo: 3502 2016-1
Índice INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 1 OBJETIVOS ...................................................................................................................... 2 ALCANCES....................................................................................................................... 2 CAPÍTULO 1 GENERALIDADES..................................................................................... 3 1.1. Antecedentes históricos .......................................................................................... 4 1.2. ¿Qué es el ácido nítrico?......................................................................................... 5 1.3.Propiedades físicas .................................................................................................. 5 1.4. Propiedades químicas ............................................................................................. 6 1.5. Propiedades toxicológicas ....................................................................................... 7 1.6. Almacenamiento...................................................................................................... 8 1.7. Usos y aplicaciones................................................................................................. 9 1.8. Situación actual ..................................................................................................... 12 CAPÍTULO 2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ............................................................... 15 2.1. Análisis del proceso ........................................................................................................... 16 2.2. Descripción del proceso seleccionado............................................................................ 17 2.3. Operaciones unitarias ........................................................................................................ 19 2.4 Diagrama de bloques .......................................................................................................... 28 2.5 Diagrama de flujo ................................................................................................................. 29 CAPÍTULO 3 BALANCE DE MATERIA ......................................................................... 30 3.1. Base de cálculo ................................................................................................................... 31 3.1.1 Composición del producto final.................................................................................. 31 3.2. Balance de materia por equipo......................................................................................... 32 CAPÍTULO 4 DIMENSIONAMIENTO Y PRE-DISEÑO .................................................... 46 Almacenamiento ......................................................................................................................... 48 Secador ........................................................................................................................................ 58 Reactores..................................................................................................................................... 59 Filtros ............................................................................................................................................ 61 Torre de absorción ..................................................................................................................... 64 Torre de destilación .................................................................................................................... 66 Bridas ........................................................................................................................................... 67 Tuberías ....................................................................................................................................... 81
Bombas ........................................................................................................................................ 82 Compresores ............................................................................................................................... 88 LAY OUT ......................................................................................................................... 93 CAPÍTULO 5 HOJAS DE ESPECIFICACIONES ............................................................. 94 5.1. Esfera de almacenamiento (NH3 liq) .................................................................................. 95 5.2. Secador de Aire ................................................................................................................... 96 5.3. Reactor Catalítico ................................................................................................................ 97 5.4. Reactor Tubular ................................................................................................................... 98 5.5. Separador flash ................................................................................................................. 100 5.6. Torre de Absorción ........................................................................................................... 102 5.7. Torre de Absorción (Azeotrópica)................................................................................... 103 5.8. Purificación de ácido sulfúrico. ....................................................................................... 104 5.9. Almacenamiento de Ácido Nítrico (98%): por tanque ................................................. 105 CAPÍTULO 6 SEGURIDAD E HIGIENE ........................................................................ 109 CONCLUSIONES.......................................................................................................... 116 ANEXOS ....................................................................................................................... 118 A. Materias primas ................................................................................................................... 119 B. Hojas de seguridad .............................................................................................................. 123 C. Tipos de tanques de almacenamiento............................................................................. 133 D. Cálculo de tanques a presion interna............................................................................... 136 E. Tablas para dismensionamiento de equipo..................................................................... 137 F. Tablas de peso de bridas ................................................................................................... 141 G. Calibres de placas (acero inoxidable).............................................................................. 149 H. Tabla de presión nominal en bridas (código ansi b16.5) ............................................... 150 J. Tabla de k (cv/cp) para varios gases ................................................................................ 151 K. Curva de la perdida por fricción (lo).................................................................................. 152 L. Tabla de ac. comercial cd 40 (flujo de gases)................................................................. 153 M. Tabla de ac. comercial cd 40 (flujo de liquidos)............................................................. 154 N. Tabla de esfuerzos para silletas ...................................................................................... 155 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................. 156
INTRODUCCIÓN Los países del primer mundo son fácilmente identificados por su alta producción de compuestos químicos, entre estos países se pueden encontrar Alemania, EU, Francia y España. El ácido nítrico es uno de los compuestos inorgánicos más producidos a nivel mundial. Su alta demanda obliga a las industrias químicas a una mayor producción de dicho ácido. El ácido nítrico es un ácido muy fuerte y corrosivo que en contacto con la piel produce quemaduras, por lo que en la industria química se deben tener cuidados extremos por sus propiedades ácidas y oxidantes. Durante el curso de Laboratorio y Taller de Proyectos de 5° semestre, se llevará a cabo una investigación profunda de la producción de ácido nítrico, con la ayuda de los conocimientos teóricos que se adquieren en 5° semestre (módulo de manejo de materiales) de las materias de flujo de fluidos, diseño de equipo y separación mecánica y mezclado. El conocimiento de la materia de flujo de fluidos es esencial para el diseño de tuberías, el análisis de la instrumentación de medición y el análisis del equipo para optimizar el transporte de fluidos, que son necesarios para la elaboración de este proyecto, al igual que los conocimientos de diseño de equipo para saber el tipo de materiales de construcción y las dimensiones de los equipos industriales como los de separación, almacenamiento y transporte de materias primas, por ejemplo. Es importante la elección del proceso para la obtención del producto, pero más aún el conocimiento sobre el manejo de la materia prima para que el proceso se lleve a cabo con eficiencia y además no se corra ningún peligro al tener cualquier tipo de material.
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OBJETIVOS 1. Identificar y describir los procesos industriales más comunes para la producción del HNO3. 2. Analizar los procesos descritos y seleccionar el más adecuado. 3. Realizar los balances de masa y energía con base al diagrama de flujo del proceso. 4. Dimensionar y diseñar los principales equipos involucrados en el módulo de manejo de materiales para la producción de ácido nítrico. 5. Elaborar un manual del proyecto de producción de ácido nítrico.
ALCANCES 1. Describir el proceso seleccionado para la producción de ácido nítrico. 2. Realizar balance de masa y energía para producir 90 toneladas de ácido nítrico porundía. 3. Dimensionar y pre-diseñar los equipos de almacenamiento, mezclado, separación y transporte de fluidos involucrados en el proceso.
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CAPÍTULO 1 GENERALIDADES
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1.1 Antecedentes históricos El ácido nítrico ya era conocido desde los tiempos de la cultura egipcia, pero el primer registro histórico del ácido nítrico es atribuido al alquimista Jabir Ibn Hayvan, quien escribió por primera vez a cerca de la síntesis de este compuesto. Jabir fue considerado por muchos el padre de la química. El ácido nítrico era conocido por los alquimistas como aqua fortis. Es el oxácido más importante del nitrógeno y probablemente el segundo (tras el sulfúrico) más importante de todos los ácidos inorgánicos. El ácido nítrico, se preparó por primera vez en 1648 a partir de nitrato de potasio por Glauber. En 1776 Antoine Lavoisier demostró que este compuesto contiene oxígeno. En 1783, Henry Cavendish logró la determinación de su composición, la cual fue finalmente establecida por Gay Lussac en 1816. A finales del siglo XIX y principios del siglo XX (1853-1932) Ostwald desarrolló un método para la obtención de ácido nítrico a partir del amoniaco, este hecho le dio el premio nobel de química, siendo hoy en día el proceso industrial más utilizado. Debido a la importancia y complejidad de este proceso, el estudio del mismo, y su comportamiento, no resulta sencillo, por eso los ingenieros tratan de desarrollar distintas formas de predecir o adelantarse a los acontecimientos, para que de esta manera se puedan obtener resultados deseables. Una de estas soluciones es la simulación de procesos, donde mediante el diseño de un modelo matemático del sistema, y su posterior ejecución, se puede entender el comportamiento bajo ciertas condiciones, representando con la mayor exactitud posible el comportamiento del proceso real. Mediante la introducción del CAD (Computer Aided Design), representa un gran avance en la etapa del diseño conceptual de nuevos productos.
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1.2. ¿Qué es el ácido nítrico? Los dos oxácidos comunes del nitrógeno son el ácido nitroso (HNO2) y el ácido nítrico (HNO3). Estos dos ácidos revelan un patrón general en la fuerza relativa del ácido entre los oxácidos, mientras más átomos de oxígenos están unidos al átomo no metálico central, más fuerte es el ácido. Entonces, el HNO 3 es más fuerte que el HNO2. El ácido nítrico es un compuesto químico líquido e incoloro que contiene nitrógeno, oxígeno e hidrógeno. Cuando se encuentra en estado puro es bastante peligroso. Como ácido, funde a una temperatura de -42°C y tiene un punto de ebullición de 83°C aproximadamente, generalmente presenta un color amarillento que es causa de una reacción de descomposición inducida por la luz. En estado puro no conduce electricidad, pero cuando se encuentra en disolución con una concentración del 70% es un agente oxidante potente, siendo una solución roja de dióxido de nitrógeno que rara vez desprende hidrógeno al contacto con metales, en cambio, se provoca una mezcla de óxidos de nitrógeno y los metales oxidan sus cationes, por lo que es peligroso cuando se encuentra en presencia de cualquier material de tipo oxidante. Está formado por dos iones, NO3- (nitrato) e H+ (hidronio), los cuales marcan un enlace iónico, el cual es importante, ya que determina la fuerza del ácido. A su vez el ion nitrato está unido gracias a enlaces covalentes. Los enlaces de O-N terminales, son más cortos, con una longitud de 121 pm, que el enlace O-N que se une a un átomo de hidrógeno, con una longitud de 141 pm. Dicha longitud de enlace nos hace ver que existen múltiples enlaces entre el nitrógeno y los dos átomos de oxígeno terminales.
1.3. Propiedades físicas En forma de cristales el ácido nítrico puro es incoloro y estable, en fase líquida, sus vapores en aire húmedo tienen una tendencia a descomponerse formando óxidos de nitrógeno. La tasa de descomposición es acelerada por la exposición a la luz y el aumento de la temperatura. Dependiendo de las concentraciones de dióxido de nitrógeno disuelto, el color puede variar entre amarillo y rojo. El punto normal de ebullición es 83.48°C, pero al calentarlo gradualmente forma un 5
azeótropo de punto de ebullición máximo de 120°C y una concentración de 69% p/p. y es completamente miscible en agua. Para cualquier temperatura, la densidad aumenta con la concentración del ácido a la solución: la viscosidad alcanza un máximo a una concentración de 60-70% p/p.1 Punto de fusión = -41.68°C Punto de ebullición (1 atm)= 78°C Densidad; ρ = 1,504 (25/4°C) Gravedad especifica = 1,50 al 100%, 1,41 al 69.2% Presión de vapor = 62 mmHg (25°C) Índice de refracción = 1,3970 (24°C) Viscosidad = 0,761 centipoises (25°C)
1.4. Propiedades químicas Es un agente oxidante muy fuerte al estar concentrado, pero en una disolución diluida esas características desaparecen, dando lugar a una naturaleza de actuar como base o ácido, pero pese a esto, concentrado ataca metales nobles como cobre y plata; los únicos metales que se salvan de su ataque químico son el oro y el platino. en Debido a su naturaleza, el ácido puede intervenir de dos formas diferentes las reacciones dependiendo de su concentración. El ácido nítrico ataca algunas formas de plásticos, cauchos y recubrimientos. Reacciona de forma violenta con sustancias fácilmente oxidables como madera, combustibles y solventes como la trementina o el etanol; también con óxidos básicos y carbonatos para formar sales.
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Bump y Sibbit, 1955 6
Incompatibilidades
Es un ácido fuerte y como tal reacciona violentamente con las sustancias básicas. Reacciona violentamente con sustancias orgánicas como acetona, ácido acético, anhídrido acético, alcoholes y trementina causando riesgo de fuego y explosión. En presencia de polvos metálicos, carburos y sulfuro de hidrógeno da lugar a reacciones explosivas. El ácido nítrico concentrado libera calor y gases tóxicos cuando se mezcla con agua. Cuando se calienta genera óxidos de nitrógeno irritantes.
1.5. Propiedades toxicológicas El ácido nítrico es una sustancia muy corrosiva e irritante de ojos, piel, tracto respiratorio y tracto digestivo. No es una sustancia combustible pero promueve la combustión en otras sustancias. Cuando se somete al calentamiento o a la llama, el ácido nítrico emite gases tóxicos e irritantes muy peligrosos. Cuando el ácido nítrico entra en contacto con tejidos o membranas vivas como la boca, garganta, esófago y estómago, causa ulceraciones y quemaduras que dependiendo de la concentración del ácido pueden llegar a ser muy graves. Los síntomas de una exposición a ácido nítrico incluyen irritación en los ojos, en las membranas mucosas y en la piel, de forma retardada se puede presentar edema pulmonar, bronquitis y erosión dental. La muerte por efecto de esta sustancia se da por lo regular a causa de shock y colapso circulatorio. Cantidad máxima permitida en: LD (Lethal Dose) 50 - Humanos: 430 mg/kg CL50 (inhalación ratas): 65 ppm/4 horas El ácido nítrico no se ha clasificado dentro del grupo de sustancias que tienen algún riesgo en la evolución de cáncer en seres humanos. El dióxido y monóxido de nitrógeno poseen riesgo de causar problemas reproductivos y del desarrollo en especies en gestación. El dióxido de nitrógeno además causa daños en el ADN siendo motivo para la generación de mutaciones y aberraciones en las especies expuestas.
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1.6. Almacenamiento El área de trabajo donde se manipule, almacene, transforme o produzca ácido nítrico debe estar muy bien ventilada y debe incluir equipos de lavado de emergencia como duchas lava ojos o duchas de lavado corporal. Se debe prohibir el consumo de alimentos en instalaciones que tengan con el ácido nítrico. Como regla general,relación de forma industrial el ácido nítrico se transporta y almacena en contenedores de acero inoxidable. El lugar de almacenamiento permanente debe estar proveído con un buen sistema de ventilación para evitar acumulación de vapores o gases tóxicos; de la misma forma, debe ser un lugar seco, fresco y que no presente cambios bruscos en su temperatura El ácido nítrico puede estar contenido en garrafas y botellas de vidrio, tambores de acero inoxidable, tambores de aluminio o estanques. Todos los recipientes contarán con etiquetas bien visibles, que identifiquen inequívocamente el contenido y adviertan, clara y sucintamente de los riesgos que implica su manejo, figurando además la concentración del ácido. Las bodegas de almacenaje deberán estar separadas de otras dependencias, bien ventiladas y los recipientes estarán bien sujetos y protegidos de los rayos solares y demás fuentes de calor. Procedimiento en caso de derrames y fugas
Las siguientes son recomendaciones para tratar fugas o derrames de Ácido Nítrico: 1. Ventilar el área de fuga o derrame. 2. En lo posible, colectar el líquido de escape en recipientes sellados herméticamente. 3. Diluir con agua el material que no se haya podido recoger. 4. Efectuar una neutralización con bases diluidas como Carbonato de Sodio o cal viva. 5. El ácido nítrico no se debe intentar absorber sobre agentes combustibles como aserrín. 6. El área de fuga se debe evacuar de forma inmediata. Se debe aplicar ventilación para diluir y retirar los posibles gases generados por la fuga o el 8
derrame. El personal innecesario y aquel que no porte equipo de seguridad apropiado se debe retirar de la zona de peligro hasta que se completen los procedimientos de limpieza.
1.7. Usos y aplicaciones El HNO3 es uno de los ácidos más importantes desde el punto de vista de vida industrial, pues se le consume fabricación en grandesdelcantidades en la medicamentos industria de losy abonos, colorantes, explosivos, ácido sulfúrico, grabado de metales. Los principales usos del ácido nítrico pueden clasificarse como: ácido fuerte, agente oxidante o agente nitrante.
Acido fuerte: Reacciona con álcalis, óxidos y sustancias básicas srcinando sales, muchas de ellas fertilizantes. El uso principal del ácido nítrico es la fabricación de nitrato de amonio para la industria de fertilizantes, tan es así que aproximadamente del 80 al 85% de la producción de ácido nítrico se destina a fertilizantes; en los cuales se ocupa una concentración 3 para su manufactura. del al 60% de HNO En 50 la fabricación de abonos los métodos de fijación de nitrógeno atmosférico (procedimiento de Birbeland-Eyde) y los estudiados para el amoníaco (Haber), complementados en la síntesis de Ostwald, tienen enorme importancia industrial y en particular para la agricultura, pues las reservas de abonos naturales; como el salitre, son insuficientes para satisfacer las necesidades de los cultivos, por lo que el aprovechamiento del nitrógeno atmosférico resolvió un problema de capital interés al suministrar nitratos minerales en grandes cantidades y a bajo costo. El ácido nítrico se usa en algunos casos para la acidificación de rocas de
fosfato para producir fertilizantes mezclados.
Agente oxidante: Todos sabemos que puede ser peligroso como ácido, pero también es un agente oxidante bastante potente y muy fuerte, por lo que es peligroso potencialmente cuando se encuentra en presencia de cualquier material de tipo oxidante. En la metalurgia se utiliza el ácido nítrico para 9
la refinación de metales nobles y como agente de grabado. En la industria del acero se usa en baños limpiadores y para reblandecimiento del acero inoxidable. Es empleado, en algunos casos, en el proceso de pasivación de los metales, también se usa para comprobar el oro y el platino ya que estos metales no son afectados por las propiedades del ácido nítrico. El ácido nítrico puede reaccionar explosivamente con el alcohol por lo cual una mezcla de alcohol ferfucilo y ácido nítrico se utiliza como combustible para los proyectiles lanzados al espacio,orgánicos. esta mezcla contiene también algo de anilina y algunos otros compuestos Otros usos del ácido nítrico como agente oxidante en la imprenta, en la cual se usa el ácido nítrico en la litografía para realizar los fotograbados En la agricultura tecnificada se utiliza el ácido nítrico para prevenir las obstrucciones que puedan llegar a tener los goteros para mejorar la calidad de las aguas.
Agente nitrante: Aproximadamente un 25% de la producción de ácido nítrico se consume en la elaboración de explosivos. Los explosivos modernos que han reemplazado a la antigua pólvora negra, son derivados de los nitratos. Por la acción del ácido nítrico sobre alguna sustancia orgánica se obtiene: con el algodón, algodóny pólvora o nitrocelulosa se usa para el colodión celuloide, con el toluenoy da lugar a la formación del trinitrotolueno (T.N.T.), es empleado para preparar nitrobenceno, base de la anilina, con la glicerina constituye la nitroglicerina. Otros explosivos a partir del ácido nítrico son el ciclotrimetileno, trinitramina, ciclonitina, etc. Para la elaboración de explosivos se ocupa el ácido nítrico a una concentración del 95%. Esta industria consume unos 1350 millones de toneladas anuales de ácido nítrico que son destinados a minas de hulla, canteras, minas de metales no metales, y exploración petrolífera. También yentre los usosconstrucción del ácido pesada nítrico como agente nitrante se encuentran en la industria de tintas, el cual hace posible obtener variedades de un mismo color, así se aprovecha en las industrias de: cuero, pinturas, barnices, tinturas y plásticos. En la industria de la goma se usa como reactivo para fabricar goma sintética y como solvente para compuestos de goma vulcanizada.
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El ácido nítrico es utilizado en grabado artístico (aguafuerte), se prepara con el ácido piérico y nitrato de plata, forma con el ácido clorhídrico y con el ácido sulfúrico la terna de ácidos de mayor aplicación industrial. Algunas otras aplicaciones del ácido nítrico son:
Colorantes. Seda artificial. Plásticos: para la fabricación de alguno de ellos se utiliza nitrocelulosa. Ácido adípico: el uso principal de este acido es como fijador para tintes. Polímeros: tales como el nylon, la terlenka, etc. Nitratos: Para la fabricación de nitratos se utiliza acido con una concentración del 50-60%. Perfumes. En las industrias productoras de ácido oxálico, lisérgico, glutámico, etc. Drogas. Las sales del ácido nítrico, los nitratos son importantes como abonos. Se usa para el ataque acido del acero inoxidable. Se usa en la fabricación de fibras sintéticas. La mayoría de los métodos para la recuperación de uranio, tales como el intercambio iónico y extracción por disolvente, usan ácido nítrico. Por lo tanto, la expansión y el desarrollo de los programas nucleares traerá consigo un mayor consumo de ácido nítrico. Se usa en el decapado del bronce. En el terreno de los colorantes y anilinas forma compuestos intermedios de los cuales los más importantes son él: nitrotolueno y nitrobenceno. Como reactivo de laboratorio: como agente oxidante y nitrante. También es usado en la industria de la pulpa de madera.
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Ácido nítrico en la industria.
2.5% Nitratos de potasio y fósforo 20% Manufactura de otros nitratos 17.5% Aplicación industrial
60% Fertilizantes 80% Nitrato de amonio 20% Aplicación industrial
1.8. Situación actual La mayor parte del ácido nítrico se emplea para hacer nitrato de amonio. La manufactura de otros nitratos orgánicos e inorgánicos, junto con la de los compuestos orgánicos nitro, usan cantidades importantes. Los nitratos de sodio, cobre y el de plata, se producen en gran escala. Entre las aplicaciones directas se incluyen el fotograbado, el limpiado y pasivación de metales, y la separación del oro y la plata. En México, la tendencia que se sigue respecto al consumo de este químico es muy similar al del resto del mundo ya que el uso de fertilizantes es bastante elevado, aun así, no se encuentra instalada la infraestructura necesaria para cubrir esta demanda y por ello somos un país que requiere importar este producto a gran escala. A continuación se presentan datos que ilustran el comportamiento que ha tenido el mercado de ácido nítrico en México, capacidad instalada, volumen de producción y valor de la producción en los últimos años, donde claramente se puede observar el aumento de la demanda de este producto.
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CAPÍTULO 2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Oxidación catalítica de amoniaco
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2.1. Análisis del proceso Método de Ostwald
Casi todo el ácido nítrico que se produce en la industria se obtiene por el proceso de Ostwald que está basado en la oxidación catalítica del amoniaco, proceso patentado por Wilhem Ostwald en 1902. Una planta de ácido nítrico puede trabajar con la misma presión en la etapa de reacción y la de absorción (single pressure process) o con una presión media en la primera y alta en la segunda (double pressure process). 2 Cada opción tiene distintas características:
Presión simple: la oxidación se lleva a cabo a la misma presión que la absorción, no se requiere ningún compresor de gas nitroso y se trabaja a media o alta presión. Presión doble: La absorción se lleva a cabo a mayor presión que la oxidación. Un compresor de gas nitroso aumenta la presión desde el inicio del proceso hasta el final.
Las cuales se especifican en la siguiente tabla para la determinación de la presión a la cual se operará: Presión du al
Presión única
Etapa de conversión opera a 100- Etapa de conversión opera a 800350 kPa 1100 kPa Etapa de conversión opera a 865 Etapa de conversión opera 940 °C °C Pérdida de catalizador 3.8 veces más rápida Menor recuperación de energía. 10% más recuperación de energía Mayor costo de inversión, debido al Menor costo de inversión. mayor volumen que se requiere para los tanques que operan a baja presión. La planta ocupa más espacio. Menor espacio físico requerido. Si se requiere un ácido nítrico Sin problemas de obtención de fuerte entre el 60-65%, se requiere ácido nítrico al 60% [p/p]. dual ya que se puede concentrar más en la torre de absorción por tener la posibilidad de utilizar alta presión Tabla de ventajas y desventajas de los dos métodos de Ostwald.
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Debido a la comparación de ambas condiciones se seleccionó el proceso a presión única, el cual se lleva a cabo en tres pasos:
Oxidación de amoniaco con aire en exceso en presencia de un catalizador de platino, obteniendo monóxido de nitrógeno, NO Oxidación del monóxido de nitrógeno a dióxido de nitrógeno, NO2 Absorción de los óxidos de nitrógeno en agua para producir ácido nítrico con la liberación de óxido nítrico adicional.
2.2. Descripción del proceso seleccionado Oxidación catalítica del amoniaco
La primera etapa consiste en la oxidación del amoniaco cuya eficiencia es un factor clave. El procedimiento consiste en hacer reaccionar en el reactor catalítico una mezcla de amoniaco y aire enriquecido en oxígeno para obtener selectivamente óxido nítrico, siguiendo la siguiente reacción: 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O Antes de llevarse a cabo la reacción en el reactor catalítico, son necesarias una serie de etapas, tal como se aprecia en la Figura 1.
Figur a 1. Diagrama de bloques de las etapas previas al proceso de oxidación.
El amoniaco una vez vaporizado y filtrado, se une a la corriente de aire, que también ha sido previamente filtrado y comprimido (aprovechando la potencia generada en la turbina de gas y vapor). Cuando la mezcla amoniaco/aire contiene un 10,2% de amoniaco (ratio adecuado para maximizar la formación de NO) esta
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se pone en contacto con el catalizador, dando lugar a una reacción muy rápida (con una velocidad espacial de 60.000-600.000h -1) y exotérmica (-226 kJ/mol). Generalmente, se proporciona una cantidad en exceso de aire en relación con la cantidad estequiométrica con el fin de controlar la inflamabilidad de la mezcla de reacción, y para proporcionar una cantidad adicional de oxígeno para subsiguientes reacciones de oxidación.1 Oxidación del óxido nítrico
El gas efluente del reactor de oxidación catalítica se enfría hasta unos 150-200°C en un tren de intercambiadores de calor, y el calor que se genera se emplea para producir vapor (y posterior potencia eléctrica en la turbina), calentar el aire que se alimenta a la oxidación del amoniaco y aumentar la temperatura de los gases efluentes de la torre de absorción. En el condensador se alcanzan temperaturas de 40-50°C y se convierte el 50% del monóxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno (que está en equilibrio con su dímero N2O4) sin presencia de catalizadores, según la siguiente reacción: 2NO + O2 2NO2 N2O4 El calor de combustión de la reacción es de -56 kJ/mol. Esta reacción homogénea es altamente dependiente de la temperatura y presión del proceso. Operando a bajas temperaturas y altas presiones se promueve la producción de NO 2 dentro de un tiempo de reacción mínimo. En las condiciones más frías del condensador, el agua formada en la oxidación de amoniaco se condensa y absorbe algo del dióxido de nitrógeno para formar ácido nítrico. La corriente a la salida del condensador se alimenta a la columna de absorción.1 Absorción del dióxido de nitrógeno
La corriente a la salida del condensador se bombea hasta el fondo de la torre de absorción mientras que el agua desionizada se alimenta a contracorriente. También se introduce una corriente de aire en la columna para oxidar el NO que no se ha convertido a NO 2. La reacción de oxidación ocurre entre los platos de la columna mientras que la reacción de absorción tiene lugar en los platos. 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO De forma corriente se obtiene una disolución acuosa por fondo de columna con un 55-65% de ácido nítrico. La concentración de ácido puede variar entre 30% y 68% (debido al azeótropo formado con el agua). La concentración de ácido a la salida de la columna depende de la temperatura, presión, número de etapas de 18
absorción y la concentración de óxido nítrico a la entrada de la torres de absorción. Para maximizar el rendimiento, la temperatura se mantiene baja (a unos 50°C) y la presión elevada (9-10 atm). La absorción del dióxido de nitrógeno en agua para formar ácido nítrico tiene un rendimiento del 99,9% por lo que el rendimiento global a partir del amoniaco fluctúa en torno al 95%; se consumen unos 300kg de amoniaco por tonelada de ácido nítrico. Concentración del HNO 3 a partir de una destilación.
Para concentrar el ácido nítrico se necesita realizar una destilación con la ayuda de un deshidratante que se ligue mejor con el agua, en este caso se utilizará ácido sulfúrico ya que es el producto más barato y es realmente efectivo. El ácido nítrico que se obtiene en la columna de absorción es de 60 a 68%, para llegar a una concentración del 98% el HNO 3 pasa por la parte baja de una columna de destilación de fierro-silicio, el ácido estará en contacto con serpentines calentado por vapor a una temperatura de 120°C para mantener al ácido en forma de vapor. Los vapores de ácido nítrico ascienden por la columna y por la parte de arriba se alimenta ácido sulfúrico concentrado (98%), el ácido sulfúrico entra en contacto con los vapores del nítrico en contra corriente y deshidrata al ácido nítrico, obteniéndose vapores de nítrico concentrado en la parte de arriba, dichos vapores pasan por un refrigerante para condesar los vapores y así obtener ácido nítrico al 98% en estado líquido, recogiéndolo en un tanque de acero inoxidable para ser bombeado a los tanques| de almacenamiento. El ácido sulfúrico sale por debajo de la columna con una concentración del 75% se condensa de nuevo por medio de una evaporación del agua a unos 300-325°C y volver a obtener el ácido sulfúrico al 98% y recircularlo a la torre de destilación.
2.3. Operaciones unitarias Filtración
La filtración es esencialmente una operación mecánica y requiere menos energía que la evaporación o el secado. Los detalles mecánicos del equipo, especialmente los canales de flujo y el soporte del medio, influyen en la manera en que se forma la torta y en la facilidad con la que puede separarse. Si la presión de filtración es constante, la velocidad de flujo disminuirá progresivamente, mientras que si dicha velocidad de flujo ha de mantenerse constante, deberá aumentarse gradualmente la presión. Como las partículas que forman la torta son pequeñas y flujo a través del lecho es lento, casi siempre se obtienen condiciones laminares. 19
Para obtener la mayor conversión posible de amoniaco en el catalizador y lograr una vida útil más larga de este, las materias primas deben ser purificadas y el aire debe estar muy limpio para evitar el envenenamiento del catalizador Filtro de amoniaco
El filtro de amoníaco líquido elimina los contaminantes sólidos (pequeñas partículas de óxido); 99,9% de las partículas mayores de 3 micrómetros son eliminadas. La filtración elimina el 99,9% de las partículas de aceite y sólidos superiores a 0,5 micrómetros. Es de fibra de vidrio y cerámica. Se considera un filtro de amoniaco en paralelo debido a la rápida saturación provocada por las impurezas de los productos. Filtro de platino
La oxidación del amoniaco genera gases de monóxido de nitrógeno, dicha reacción exotérmica eleva la temperatura a unos 930°C aproximadamente, esto provoca que haya un desgaste mayor en las mallas del catalizador, llevándose consigo partículas de la aleación de platino y rodio. Para separar los gases del catalizador, estos pasan por un filtro y así dejar correr los gases de nitrógeno a la siguiente operación unitaria, para recuperar aproximadamente un 70% de las partículas del catalizador. La pérdida de platino se da por la abrasión mecánica o por la formación de PtO 2, pero para evitar la formación del óxido de platino la temperatura del reactor se debe mantener a unos 800°C y así recuperar el platino el cual es almacenado para venderlo a alguna empresa que se encargue de darle el tratamiento adecuado para formar de nuevo las sábanas de platino y rodio. Es importante que el material del filtro sea de una aleación de platino y oro, ya que si se hace con otro material puede reaccionar con los gases del reactor. Intercambiadores de calor
Son aparatos cuyo objetivo es el de llevar una corriente de fluido a temperatura determinada, calentándola o refrigerándola mediante otra corriente de fluido calentador o refrigerante. Los fluidos circulan separados por una superficie metálica Al inicio del proceso se utiliza un intercambiador de tubo y coraza para la evaporación del amoniaco, utilizando agua, la cual a su vez se enfría. Luego de la reacción exotérmica del reactor, los gases calientes se enfrían en un tren de intercambio de calor, donde se utiliza la energía liberada para calentar otros gases 20
del proceso. Los intercambiadores de calor de esta zona también son de tubo y coraza, pasando siempre el gas de reacción por los tubos. Es importante mantener lo más bajo posible la caída de presión para asegurar un balance energético favorable para la planta en su conjunto. Reactor químico
Un reactor químico es un recipiente que opera a presión y temperatura elevadas, en él se transforma la materia para conseguir un producto deseado (reacción química), que en este caso es la oxidación de amoniaco para producir óxido de nitrógeno. Dentro del reactor se encuentran una serie de camas que están compuestas de una aleación de platino y rodio (catalizador) para que se lleve a cabo la reacción química. Reactor catalítico
Esta clase de reactor se caracteriza por su estructura cilíndrica vertical con una relación grande entre la altura y el diámetro. Puede tener desviadores o rellenos sólidos (reactivos, catalizadores o inertes), o bien, quizá se limite sencillamente a una torre vacía y se utiliza para procesos continuos, es decir, mientras tiene lugar la reacción química dentro del reactor, éste se alimenta constantemente de material reactante, y también se retira ininterrumpidamente los productos de la reacción.
21
Reactor tubular
Este tipo de reactor se construye con sólo un tubo continuo o con varios tubos en paralelo. Los reactivos penetran por un extremo del reactor y el producto sale porenellaotro, con una variación continua composición de la mezcla de reacción entre estos dos puntos. La transferencia de calor hacia el reactor o desde éste, se logra por medio de una camisa o un diseño de tubos y carcasa. Los tubos del reactor pueden estar empacados con gránulos de catalizador o sólido inerte. El reactor tubular tiene aplicación en casos en los que es indeseable el retromezclado de la mezcla reaccionante en la dirección del flujo. Las reacciones gaseosas a gran escala, como la desintegración catalítica de hidrocarburos, la conversión de aire en NO y la oxidación de NO en NO 2, son ejemplos de la aplicación de este género de reactores.
Separación
Se han desarrollado un gran número de métodos para realizar tales separaciones y algunas operaciones básicas se dedican a ello. En la realidad se presentan muchos problemas de separación y el ingeniero debe de elegir el método más conveniente en cada caso Separación mecánica
La separación mecánica se puede aplicar a mezclas heterogéneas. Las técnicas se basan en diferencias físicas entre las partículas, tales como el tamaño, la forma o la densidad. Se aplican para separar líquidos de líquidos, sólidos de gases, 22
líquidos de gases, sólidos de sólidos y sólidos de líquidos. Existen procesos especiales donde se utilizan otros métodos que no se estudiarán aquí. Estos métodos especiales se basan en las diferencias entre la facilidad de mojado o en las propiedades eléctricas, o magnéticas de las sustancias. Separador flash
Equipo quecompuestas se utiliza por parauna separar corrientes fase gaseosa y una fase líquida. Este tipo de separadores constan de las siguientes secciones: a) Sección de separación primaria. b) Sección de separación secundaria. c) Sección de extracción de niebla y d) Sección de almacenamiento de líquido.
Almacenamiento de líquidos y gases
El almacenaje en cualquier proceso químico consta de reunir, guardar y acumular materias, ya sean sólidas, líquidas y gaseosas, de las cuales se pueden guardar a granel o en recipientes. Algunos tipos de recipientes para fluidos se mencionan en la siguiente tabla. Almacenaje de líquidos
Los líquidos se almacenan en tanques o tinas o en depósitos. En la mayoría de los procesos se utilizan depósitos cilíndricos, aunque también se emplean tanques prismáticos. Los depósitos de almacenaje que contienen líquidos combustibles se suelen disponer enterrados y con una unión a tierra para evitar la producción de chispas y la consiguiente inflamación por descargas electrostáticas. Se los protege además colocándolos debajo de una atmosfera de nitrógeno. 23
Frecuentemente, se colocan los depósitos al aire libre y, en este caso, no deben contener líquidos fácilmente volátiles, para los que es preferible emplear espacios fríos (bodegas, etc.), mientras los líquidos que solidifican con facilidad se almacenan en salas calientes. En el último caso, es frecuente que los depósitos estén provistos con serpentines para circulación de vapor o con una doble camisa aislada, como sucede, por ejemplo, con los vagones cisterna. A veces se encuentran en las instalaciones químicas depósitos esféricos para el almacenaje de líquidos. Almacenaje de gases
Los gases se almacenan en depósitos que se denominan falsamente gasómetros. Recipientes de almacenamiento
ALMACENAMIENTO DE L QUIDOS Tanques atmosféricos. Tanques API* Tanques AWWA** Concreto pre esforzado. Tanques elevados. Tanques abiertos. Tanques de volumen variable. Tejados flotantes. Tanques a presión.
ALMACENAMIENTO DE GASES Recipientes dilatables de sello seco. Recipientes dilatables de sello líquido. Tanques a presión.
Recipiente portátil (botella). Almacenamiento criogénico. Línea de tuberías.
*API (American Petroleum Institute) **AWWA (American Water Works Association)
Absorción
La absorción de gases puede realizarse haciendo pasar en contracorriente de una mezcla gaseosa en una columna empaquetada. La solubilidad del gas soluto en el líquido en función de la temperatura y la presión parcial constituye el dato termodinámico esencial. Torre de absorción
Para la obtención de ácido nítrico al 60%, el dióxido de nitrógeno es llevado por la parte de abajo de la torre de absorción, donde igualmente se le suministra agua; la cual debió haber llevado un tratamiento previo de desmineralización, en la parte de arriba de la torre, la reacción se da contra corriente, pero para que se favorezca la reacción se debe agregar a la mitad de la torre el ácido nítrico que se formó anteriormente con una concentración del 46%, así el agua absorbe los gases nitrogenados para formar una solución de ácido nítrico al 60%. 24
Las condiciones de la columna de absorción se deben mantener a temperaturas muy bajas, por lo que la torre se divide en 3 partes; la parte de abajo debe tener una corriente de agua la cual enfríe y mantenga una temperatura de 20°C, la parte media de la torre debe igual mantenerse a una temperatura de 7°C al igual que la zona alta de la columna. La presión a la cual debe estar la columna es de aproximadamente de unos 101 KPa. El ácido nítrico sale por el fondo de la columna y el monóxido de nitrógeno sale por el domo de la torre para ser calentados de nuevo y recircularlos. La torre de absorción química es una columna de platos; para que se pueda administrar el ácido débil, y en el interior de la columna debe contener serpentines los cuales mantiene la temperatura de la torre. Dicha torre debe ser construida con acero inoxidable. Tuberías
En el proceso de producción del ácido nítrico, el rango de cedulas utilizadas es muy variable, ya que se pueden seleccionar desde CD-40 para transportar agua o hasta CD-120, para transportar fluidos más corrosivos y erosivos como los , que se manejan a altas temperaturas.
Estos diámetros se escogen mediante parámetros preestablecidos como: # Cedula 40-60 80-100 120-140
Uso Agua y fluidos similares no corrosivos Fluidos corrosivos a alta Temperatura Vapores con alta presión y temperatura
Son las arterias de la planta y junto con sus accesorios, generan una considerable perdida por fricción durante el transporte del fluido, que se verá reflejado en el gasto energético, (entre menos rugosidad mejor). Las tuberías se conectan entre si y hacia lo recipientes mediante bridas que son proporcionales al diámetro interior de la tubería que se está conectando, estas bridas necesitan de una perforación en el tanque, la cual si es necesario se debe de reforzar, (por lo general solo se refuerzan los tanques a los que se le hicieron aberturas mayores de 6 in). 25
Soldadura
Las soldaduras son un factor primordial en la resistencia de los tanques a presión interna, por esta razón se deben de considerar las condiciones de diseño al momento de seleccionar el tipo de soldadura, la utilizada generalmente en la industria química, es la junta doble a tope, hechas por doble cordón de soldadura sobre las superficies interior y exterior de la pieza. Este tipo de soldadura no tiene limitaciones de aplicación y cuando se realiza analiza por radiografiado la pieza soldada el valor de su eficiencia es de 1, este proceso de análisis es muy poco utilizando, y el que se aplica principalmente para las ecuaciones de diseño es 0.85 que es un soldado examinado por zonas. Bombas
Durante la producción de ácido nítrico concentrado se aumenta la cantidad de bombas necesarias en comparación con la producción de ácido nítrico diluido, debido al manejo de los líquidos que se presentan en la torre de absorción, principalmente se necesitan 6 bombas centrífugas, las cuales por aspectos económicos se construirán de materiales resistentes a los flujos que se manejan variando considerablemente tanto en material, tamaño, potencia, costo, mantenimiento y eficiencia. Para hacer fluir el agua no se necesita gran cuidado en la selección del material, pues estas pueden ser simplemente de acero al carbón, en cambio para poder bombear el ácido nítrico y sulfúrico, se necesitan bombas especiales, principalmente que no contengan piezas que puedan ser corroídas por estas sustancias y a su vez una amplia investigación de los materiales disponibles en el mercado de bombas que sean factibles al proceso, como son las bombas de cristal para el manejo del ácido sulfúrico y bombas de aleación de hierro y cromo para el ácido nítrico concentrado, por mencionar algunas.
Compresores
Son los equipos que generan mayor gasto en la industria del ácido nítrico, ya que en el proceso, el flujo de los fluidos se lleva en un 80% gracias a los compresores. La selección de estos tiene que ser muy cuidadosa ya que también son los equipos que consumen mayor energía en las plantas de ácido nítrico, y deben de proporcionar la potencial necesaria para que el flujo viajes sin restricciones por tuberías, accesorios y equipos. Esto se logra con una potencia necesaria que venza las caídas de carga durante el proceso, como los equipos involucrados en
26
la producción son muy grandes y la mayoría esta empacado o tiene platos y bastantes accesorios, se necesita una gran potencia de los compresores. En la planta siempre deben de haber de 2 a 3 compresores, a causa de los mantenimientos que se le deben de dar a estos y por la razón de que si uno falla en determinado momento puede entrar el otro compresor como relevo y no parar el proceso. Para este proyecto se analizó que se necesitan 3 compresores centrífugos, el primero de ellos es un compresor que maneja amoniaco, el cual debe de manejar una potencia de 460 HP. Otro compresor es para el manejo de aire, el cual igual se requiere que maneje una potencia de 4696 HP y por último se necesitan un compresor que maneje una potencia de 360 HP para hacer fluir el NO y NO 2.
27
2.4 Diagrama de bloques
28
2.5 Diagrama de flujo
29
CAPÍTULO 3 BALANCE DE MATERIA
Planta de ácido nítrico a presión dual, Donaldsonville, Louisiana, USA. Capacidad: 870 mtpd HNO3 (100%)
30
La producción de ácido nítrico en el mundo es una de las más importantes, ya que es uno de los 10 ácidos inorgánicos más utilizados en la industria química. Utilizado principalmente en la obtención de fertilizantes, explosivos, trabajos de investigación y laboratorios, entre otras. En México solo 2 empresas fabrican ácido nítrico comercial, lo cual provoca que exista una gran cantidad de importaciones de este acido, por lo cual se basó un cálculo de producción de 90 toneladas por día de ácido nítrico concentrado.
3.1 Base de cálculo Capacidad: 90 ton/día Días de trabajo: 335 días Producción diaria: 90 ton/día Almacenamiento de materia prima: 15 días = 557.13 ton (NH3)
3.1.1 Composición del producto final Ácido nítrico: 98% (90 ton/día) Agua: 2% (1.8 ton/día) PRINCIPALES REACCIONES INVOLUCRADAS
1)
→
(4*17 g/mol) (5*32 g/mol)
(4*30 g/mol)
(6*18 g/mol)
2)
→ →
(2*30 g/mol)
3)
(32 g/mol)
(3* 46 g/mol) (18 g/mol)
31
(2* 46 g/mol)
(2*63 g/mol) (30 g/mol)
3.2 Balance de materia por equipo Tanques de almacenamiento Amoniaco
A. AMONIACO
1
ALMACENAMIENTO MATERIA CANTIDAD (1sem) Amoniaco 260.2054 ton
SALIDA MATERIA
FLUJO (ton/día)
Amoniaco
37.1722
Ácido nítrico
A. HNO3
ENTRADA MATERIA
FLUJO (TON/DIA)
ALMACENAMIENTO MATERIA CANTIDAD (1sem)
Ácido nítrico
90
Ácido nítrico
32
630 N
Reactor catalítico 11
4
RC
10
8
Reacción y estequiometria:
Compuesto Ton/día Ton mol/día
→
37.1722 2.1866
87.4656 2.7333
65.599 2.1866
59.0382 3.2799
Balance de materia por corriente:
Componente/corriente 4
Total
(
8
(
0
10
(
37.1722 104.9587 104.37.19722587 394. 8 448 394. 8 448 37.1722 499.8035 536.975 0 0 0 0
0 0
33
o o
11
(
0
17.59.65.40593138299 394.536.8944875
Corriente 8: Aire
87.4656 21% ∗ =416.5029 0.20 329.0373 →79%
=416.5029 83.3006 = 499.8035 9 587 8=499.8035 79%21% =104. =394.8448 Corriente 10: Mezcla de amoniaco y aire seco
10= 4 8 18=37. 172210=536. 975499.8 035 6. 9 2% =37. 1 722 / =104. 19. 5 4 % 9 587 / 10= 73.54% =394.8448 / 11= 11=65.6372599todinaNO59. 0382tonH 11=124. 11=124.6372 83.3006 329.0373 11=536.975
Corriente 11: productos de la reacción catalítica
34
12.929%1%=65. 5099382// 10. =59. 11= 73.3.255%4% =17. =394.49318448// Filtro de platino
FILTRO
12
14
1
Balance de materia por c orriente: Corriente/componente
Pt Total
12
17.65.4593199 (
13
394.59.08382448 536.975
(0
14
0 0 0 % %
%
Corriente 12 composiciones:
=59. 12 14= 10.73.12.3.29525%9%4%1%=65. =394.493180544838299/// =17.
35
17.59.65.40593138299 394.8448 536.975 (
0
Reactor tubular
15
RT
16
97
Reacción y estequiometria
100%
→ 64.287 34.288 98.5714 2.1429 1.0715 2.1429 98 34.288 Rx 0.98 64.1.312287 0. 0. 0 2 0. 6 998 = 65.599 34.98780.02 [ ]
Compuesto/cantidad Ton / día Ton mol / día
98%
Compuesto/cantidad Ton / día Ton mol / día
No Rx.
2.65.1866599 34.1.09933878 98.2.15429714 0.1.0343712 0.06218998 15=536.975
Balance de materia por corriente: Corriente 15:
36
12.929%1%=65. 5099382// 10. =59. 15= 73.3.255%4% =17. =394.49318448// Corriente 9:
9=34.9878 17.4931 9=17.4947 =21%79%=17.=65.48947134// =83.3081 / 9=83.3081 . . to 16= n NO 16=98.5714 1.312 0.6998 59.0382 394.844865.8134 16=620.2834 15.0.829%2%=1. / =98.3512714/ 0.11% =0.6998 / 16= 74.9.522%6%=59. =460.06382582/
Corriente 16:
37
Corriente/componente 15
17.4931 (
17.4947
9
(
59.65.0538299
0 0 0
0
394.536.8944875 83.65.38081134 ..=. Comprobación
0.6998
16
(
59.98.1.30512382714 460.620.6258283
Corriente de alimentación de aire total para las 2 Reacción.
7=89 7=499. 80357=589. 111683. 3081
Purga de nitrógeno
17
SG-2
16
Balance de materia por corriente: Corriente 17:
17= 38
18
Corriente 18:
17=460.6582 0.6998 17=461.358
=158.9254 16 18 620.2834 35817= 461. 18=158.925 62. 0 21% / =98.3125714/ 0. 8 2% =1. 18= 37.159% =59.0382/ 0.1.6399812 0.6998 1.312 59.98.05382714 59.98.05382714 460.620.6258283 460.461.6358258
Composición corriente 18:
Corriente/componente 16
(
17
(
18
(
0
0 0 0
Total
0 158.925
Separador flash 19
18
SE
20 39
Balance de materia por c orriente: Corriente 19 y 20:
19=99.8834
=98.3125714// 19=98.1.686520=59. 3135%%0=1. 382 tonH O/dia 20= 100 % =59.0382/ Corrientes:
Corriente/componente 18
Total
(
19
(
20
0
0
59.98.158.1.50371438212925
98.99.1.58371483412
59.0382 0
Torre de absorción 21
22
CA
19
23 40
(
Reacción y estequiometria
100%
→ 96.2.16 12.0.76 88.1.42 0.217 96. 6 0 . 9 8 12. 6 98%= 1.9714 .0.02 0.2571 .0.908.02 [ 98.5714 ][ 12.8571 ]
Compuesto/cantidad Ton / día Ton mol / día
98%
Compuesto/cantidad
Ton día/ día Ton /mol
No Rx
98.2.15428714 12.0.78143571 88.1.42 0.217 0.1.09428714 0.02143571
Balance de materia por corriente: Corriente 23:
Corriente 21:
23= 65. 5 % 23=134.6577 65.5% 23= 34.65.5%=46. =88.45772 21=59.0382 ton H / 21= 100 % =59.0382/ 41
Corriente 22:
22=99.8834 / / =98.3512714/ 22= 98.1.68653135%%=1. 19 23 23 22 22= 21= 1921 22=98.5714 60.35 tdiona 134.6577 22=24.2637
Corriente 22:
1. =24.2634° 22=21 9714 1.. 312% 22= 91.8.094%6% =1.=22.9714313// 99.98.1.853083471412 59.59.00382382 24.1.22.920714363413 134.46.88.4065772577
Composición:
Corriente/componente
19 (
21
(
0
Total
42
22
(
23 (
Concentración de ácido nítrico
30
29
TS
28 26
TA
CD 24
25
Balance de materia por corriente: Corriente 24:
Corriente 30:
24=134.6577 65.5% 24= 65.38%5%=46. =88.45772 30=90 98% 43
98% =88. 2 30= 02% =1.8 29=98% 29=2702%=5.=264.4698% 25= 24 29 30 25= 134.6 577 98%68% 270 98% 90 25=314. 6577 84.1% =264.05776 25=15.84.91%% =50. 26= 25 28 98% 26=314.6577 88% 270 26=44.6577 26= 100%
Corriente 29:
Corriente 25:
Corriente 26:
44
Corriente/componente 24
264.6
264.6
0 46.4577 1.8 5.4 50.0577 44.6577 134.88.65772 88.902 270 314.6577 44.6577 ( 0
30
( 0
29
(
0
total
45
25
(
0
26
( 0
0
CAPÍTULO 4 DIMENSIONAMIENTO Y PREDISEÑO
46
CAPITULO 4. DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPO Equipo
Tipo de equipo
Material de construcción
Lavador de aire
Poliéster, algodón o fibra de vidrio (120°C) Polipropileno para mejora resistencia química Varicel, Varicel HT, Astrocel
Filtro de aire
Filtro de amoniaco
Filtro de mangas Medio filtrante: Fibra de vidrio o ceramica
Filtro para platino
Esponja de Pd/Au Capa altamente porosa hecha de una aleación Ni/Cr con un arreglo aleatorio de agujeros en ella.
Filtro de membrana Reactor tubular Separador flash
Capa delgada de grava fina (6 a 13 mm) en la superficie sobre un lecho de grava más grueso (13-25 mm) Absorción
Torre de platos
Fibra de vidrio con una capa de acero
Destilación
Torre de platos
inoxidable Aleación de Fierro-silicio
Bombas
Centrífuga
Compresores
Centrífugo
En el caso de agua: acero al carbón. Para el ácido sulfúrico: bombas de vidrio con recubrimiento de acero inoxidable. Para el ácido nítrico: bombas de aleación de hierro y cromo con recubrimiento de acero inoxidable.
47
Almacenamiento Líquidos
de los cuales
Sustituyendo
= = 2 =4 3 = 6 ℎ =2 ℎ= 4 ℎ(4) ==4 43(322) 6 3 = 8 3 12 = ( 8 12) = 0.45833 = Ñ Ñ =0.2
VT: Volumen total del tanque V: Volumen
D: Diámetro interno H: Altura del casco cilíndrico h: Altura de la cabeza hemisférica
48
Para espesor del tanque Casco cilíndrico
Esfera y cabeza
= 0.6 == 20. 302 =..
t: Espesor calculado tREAL: Espesor real P: Presión de diseño R: Radio D: Diámetro S: esfuerzo máximo permisible del material (lb/in2) E: Eficiencia de la junta
C.A.=
Margen por corrosión
49
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
CLIENTE: FES ZARAGOZA PRODUCTO: Recipiente a presión esférico para almacenar amoniaco.
RESULTADOS Las siguientes ecuaciones serán utilizadas para calcular el volumen y radio de la esfera.
=43=∙= . = 34 . ó=864 = 37.15 í⁄ 15 í =557.ó.25 Donde:
Para un día de producción
CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO
ó=5.9 ñ=1 080 ñ=6.5 ESPESOR
=3. =46°=80 % =0.:78 8 . ó →í =0. ⁄ 6 45 =18800 ⃗ ó: =0.85 316 =174.47 =23,157.80 PROPIEDADES DEL AMONIACO
= 50
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
ó í =90 =630 =1506. 8 =418.1 =24.97 ⃗⃗ =54.⃗ 97 .. =18800 =0.85
CLIENTE: FES ZARAGOZA PRODUCTO: Recipiente de almacenamiento de ácido nítrico
RESULTADOS
TANQUE DE ACIDO NITRICO
Para almacenar 7 días
Condiciones de operación
=4.96≈5 =7. ≈7.545
ℎ=1.≈1.524 51
Se utilizaran dos tanques de ácido nítrico
=250.8 =0.4 :=0.1476 =87.23 =2,377.018 =20,553.08 =25,307.12
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO: Cálculo de diques de contención.
~ 5.78 =250. ó = =507.3 4 6 6 6 4 4
CLIENTE: FES ZARAGOZA PRODUCTO: Dique de contención para tanques de ácido nítrico.
RESULTADOS
DIQUE PARA TANQUE DE VOLUMEN DE OPERACIÓN DEL DIQUE
DIMENSIONES DEL DIQUE
Distancia mínima entre tanques
=6 ñ =558.03 ℎ =1.10 ℎ =1.20 =608.4
Altura del muro de conteción
. 5
4 26 19.5 52
*Para cumplir con los requerimientos mínimos de la norma NRF – 015 – PEMEX – 2008
Silletas para el tanque de ácido nítrico
1Posición de las silletas que soportan al tanque de ácido nítrico. ( Megyesy, 1992)
ℎ
36.3
=1 506.8 =9.81 ℎ=6 = (1 506.8 )9.81 6 =88 690.248 =88.69 8.5 =753.865 53
=0 =0
Como las silletas se encuentran a la misma distancia, entonces
== 22 =376. =376.99325325 =0 (2) =0 753.865 4.25 376.9325 8.5 =0 =0.5 2 =0.5 ( 62)=1.5 1.5 0.381 0.41.0645 59.1605 8.5 334.64 9376.040.98325̅⁄ 8412.737.85 8 0.012013463 ° 118.0.1205311° ⁄⁄ ⁄⁄ ⁄
Aplicando la suma de momentos en el punto
Distancia óptima para colocar las silletas
Distancia de la línea de tangencia de la cabeza al centro de la silleta. Ancho de la silleta. Profundidad de la concavidad de la cabeza. Longitud del recipiente, tangente a tangente. Presión interna de diseño. Carga sobre una silleta. Radio del casco. Espesor de pared del casco. Angulo de contacto.
Esfuerzo en las silletas. Esfuerzo a la mitad del c laro. Esfuerzo debido a la presión interna. Suma de los esfuerzos de tensión. Valor del esfuerzo en la costura circunferencial.
328.2 71.073 1 284.381 1 355.454 14 875
54
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
CLIENTE: FES ZARAGOZA PRODUCTO: Recipiente de almacenamiento de ácido sulfúrico
RESULTADOS
TANQUE DE ACIDO SULFURICO
1 =147.=1836. 0 508 =270 Material de construcción: Acero inoxidable 316 =14.7 ⃗⃗ . =44..7=18800 Condiciones de operación
≈6 =5. 58 =8.3≈8.5 ℎ=1.4≈1.5
55
=0.=0. =176. 5 44 : 12
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO: Cálculo de diques de contención.
5 =176. ℎ ó =179. ~ 2.8355 2.5 5 2.5 2.5
CLIENTE: FES ZARAGOZA PRODUCTO: Dique de contención para tanque de ácido sulfúrico.
RESULTADOS
DIQUE
Se cumple con la norma
NRF – 015 – PEMEX – 2008
Distancia mínima entre tanques
=10 ℎñ =608. =1.=1.2242857 ℎ=197.
10.5 2.5 10 15.5 56
Silletas para el tanque de ácido sulfúrico
=1836.1 =9.81 ℎ=5 = (1 506.8 )9.81 5 =73 908.54 =73.91 7.5 =554. 325=0 ∑=0 = 2 =277.1625 = 2 =277.1625 =0 (2) =0 554.325 =0.3.575=0.5 (277.5)=1.162525 7.5 =0 2 2 1.25 49.21 0.1.353 59.1305 7.5 295.27 ̅ 9277.180.0.02.1201016 15625° ⁄ 6213.98.308.0.12004526°0 ⁄⁄ ⁄⁄ ⁄
Como las silletas se encuentran a la misma distancia, entonces
Aplicando la suma de momentos en el punto
Distancia óptima para colocar las silletas
Distancia de la línea de tangencia de la cabeza al centro de la silleta. Ancho de la silleta. Profundidad de la concavidad de la cabeza. Longitud del recipiente, tangente a tangente. Presión interna de diseño. Carga sobre una silleta. Radio del casco. Espesor de pared del casco. Angulo de contacto.
Esfuerzo en las silletas. Esfuerzo a la mitad del c laro. Esfuerzo debido a la presión interna. Suma de los esfuerzos de tensión. Valor del esfuerzo en la costura circunferencial.
57
328.2 71.073 1 284.381 1 355.454 14 875
SECADOR UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS
CLIENTE: FES ZARAGOZA
ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
PRODUCTO: Secador de aire.
RESULTADOS
SECADOR DE AIRE
=404. =1.3=311. 49 9386 ó: ó =404. 9 37 =14.7 ⃗ =0.=0.117878 .. =18800 ⃗ =0.85 : 3 16 =37.366 =6 =1,466.242 =6,338.99 =9 =9,271.4761 ℎ=1.5 Volumen de diseño
Condiciones de operación
Espesor
58
REACTORES UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS
CLIENTE: FES ZARAGOZA
ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
PRODUCTO: Reactor Catalítico
RESULTADOS REACTORES Para el reactor se utilizará el mismo criterio de dimensionamiento, ya que se calculará como un tanque a presión.
REACTOR CATALÍTICO
Condiciones de operación
=338.17 =7. 175 =56. 55 =900=130.53 ⃗ =18800 ⃗ =0. 85
=8.5
=6
ℎ=1.5 59
=160.53 ⃗ =282 =1.=1.318312 :1 1 =322.35 ⃗2 =299.08 =1,955.98 =51,=47,830.918.557660 Presión máxima permisible
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS
CLIENTE: FES ZARAGOZA
ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
PRODUCTO: Reactor tubular
RESULTADOS
REACTOR TUBULAR
3 /=6.=6. 27349 =1. =70.78 ⃗ =18800 ⃗ =0.85
Material de construcción: Acero inoxidable 316
Condiciones de operación
=2.44 ≈2.5
=1.6≈2
=100. 7 8 ⃗ = =0.=0.374373 : 8¨3
Espesor
Presión máxima permisible
=202.07 ⃗ =74.811 =208.7526 =1,880.202
ℎ=0.4≈0.5
=2,297.7072 60
FILTROS UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingenieril PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS
CLIENTE: FES ZARAGOZA
ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
PRODUCTO: Filtro de amoniaco.
RESULTADOS FILTRO PARA AMONIACO Se utilizara un filtro de bolsa con casco de acero
inoxidable y medio filtrante de cerámica
kg =371700 − L =410 =6.46 ⃗ =1240 =179. 8 4 =18800 ⃗ =0.85 Condiciones de operación
1816
=209.84 ⃗ = 8.25 =0.=0.2:442431¨ 4 =322.35 ⃗ ñ 3
Presión máxima permisible
=0.7
=0.5 1816 61
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS
CLIENTE: FES ZARAGOZA
ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
PRODUCTO: Separador Flash.
RESULTADOS
SEPARADOR FLASH
Flujo volumétrico de entrada:
=25. 404 =41.=23. 66271.677206=0. 0246 =18 . =15
Ñ =66.26 ⃗
=75
=0.=0.4278 4375 7 : 16¨ =36.26 =45° ==18800 0.6⃗ = 18 ¨ ==0.0.856 =95.64 ⃗ =87.214 =3.57≈3.6 =1,232.02 =6.6 =15,=13,4084.20.095 ℎ=0.64≈0.65 Espesor
Material de construcción: Acero inoxidable 316 (SA-240)
Condiciones de operación
Espesor
Presión máxima permisible
62
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingenieril PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS
CLIENTE: FES ZARAGOZA
ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
PRODUCTO: Filtro para platino.
RESULTADOS FILTRO PARA PLATINO Filtro de canastilla Casco de acero inoxidable Medio filtrante de oro y rodio
=535970kg =2. 4 6 =2. 6 ó=0.005 ⃗ ⃗ =160. 5 3 =900=130. 5 3 ⃗ =0.=0.2159 =18800 =0.85 241551 : 4 ¨ ⃗ =322. 3 5 =0.7 5 ñ =2. Condiciones de operación
Presión máxima permisible
=1 63
TORRE DE ABSORCION UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS
CLIENTE: FES ZARAGOZA
ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
PRODUCTO: Torre de absorción
RESULTADOS
TORRE DE ABSORCION
Flujo volumétrico de entrada
=4.12 =0.041 =4.16 =1. 5 32 =6 =5.7 6=170 =34. 2 . =50 Ñ =171.94 ⃗ 765 =. =25 ° =0. =255 = 0.6 = 0.6 =0.757 : 8¨ Material de construcción: Acero inoxidable 316
Condiciones de operación
Espesor
Espesor
RESULTADOS
Presión máxima permisible
=2. 94 ≈3 =37
H=34.5
ℎ=1.47≈1.5 64
=268.8 ⃗
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS
CLIENTE: FES ZARAGOZA
ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
PRODUCTO: Torre de absorción 2.
RESULTADOS
TORRE DE ABSORCION 2
Flujo volumétrico de entrada:
=19. =0. 1 0 02 841 =19. 1 861 4 =9. 8 862 =120 =100 =20 . =60 =. ⃗ =200 °
Material de construcción: Acero inoxidable 316
Condiciones de operación
Espesor
=20,000 = 18 ¨ =0.85
=3.4 =30
H=28m
ℎ=1.69 65
Ñ =88.784 ⃗
=300
=0.=0.47989 : 1 ¨ 2 ⃗ =121.89 =99.7 =1,256.26 =66,=63,4896.08.27247447
Espesor
Presión máxima permisible
TORRE DE DESTILACION UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Internacional PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS
CLIENTE: FES ZARAGOZA
ASUNTO: Cálculo del volumen y radio.
. =0. =22.1321 102
PRODUCTO: Torre de destilación.
RESULTADOS
TORRE DE DESTILACIÓN (
Flujo volumétrico de entrada:
=40.61.88483 =20 =30
Material de construcción: Aleación de Ac. (C-Mn-Si)
Condiciones de operación
Espesor
Ñ =44.7 ⃗
=90.6884
=0.=0.3329285 : 38 ¨ =82.12 ⃗ =348.93 =2,377.085
Espesor
Presión máxima permisible
=20,=.000 ⃗ =18 ¨=100=0.°85
P
=128,803.02
=2.5
=133,557.19
=23.5 ℎ=1.5 66
BRIDAS UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (esfera de almacenamiento)
PRODUCTO: Brida nominal 150 lb.
: 1
RESULTADOS
2 7/85 11/16
9 1.610 2 5/8
=2.625
67
0.3750 =1.015 . =4 = 12 =1. 1.2 5 4.80 > =
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
1 18
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (lavador de aire)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 150lb
: 5,6 1013.5/85
RESULTADOS
0.125 0.5075 . =8 3 = 12 =34 1.1.422156 7.981 < = 0.1 9.75 643 ℎ0.87653 =9.75 10.62 68
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos:: (Reactor Catalítico)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 1500lb
RESULTADOS
10 27.4614
1 2.348 . =16 =3 12 20 =8 28.26.02 < = 1. 82 1.2 1
8
22
30
=30 69
33. 5
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (Reactor Catalítico)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 1500lb
11
RESULTADOS
12.2375
0.183 2.65 . =12 4.5 =1 78 12 =3.5 11.22.8992 < = 11. 9.2 03 1.5 14.5 37.5 =14.5 70
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (Reactor Tubular)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 300 lb
:15 ,9 16 27.3625
RESULTADOS
2.5 2.75 . =24 2 34 1 =1 13 =2.2 5 6.8.8232 < = 21.55 1. 4 26 3. 7 =26 31.557 71
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (Separador Flash)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 300 lb
:18
Datos:
RESULTADOS
30.235
0.2.0037531 . =24 =1 14 2 12 =1.75 14 7.674 4.6875 < = 2. 9 863 17.938 7.9 6 123 8 31.09 =23 18 72
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (S. Flash y T absorción)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 300 lb
:19 ,19
Datos:
30.5 23
RESULTADOS
4 2.125 . =20 14 =1 1 5.3475=28 21.8535 > =
2 12
17.938
23 18
=23 18 73
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
Datos:
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (S. Flash y T absorción)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 150 lb
:20 ,21 257/8
1116
9 1.61
2 58
5 =2 8 74
RESULTADOS
0 0.5125 . =4 = 12 75 0.6=0. 887 1.13 > =
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (T absorción)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 300 lb
:22
RESULTADOS
7.4 51/8
0.35 0.8073 9 . =8 = 34 1.4=1 0 2.76 > =
1
2.323
3 1516
=3 1516
75
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (T. absorción 1 y T. Destilación)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 300 lb
:23,24
RESULTADOS
6.3 55/8
0.0 0.6863 9 .=8 = 58 1.=1 16 14 2.85 > =
7/8
1.94
3 165
5 =3 16 76
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (Torre de Destilación)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 150 lb
:25
Datos:
RESULTADOS
7 3 1/8
0.0 0.6863 9 . =4 =1 =5 8 1.16 2.85 > =
7/8
2.323
3 34
=3 156 77
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (Torre de Destilación)
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 150 lb
:30
Datos:
0.0 0. 2 5 . =4 = 12 =0.75 0. 7 2 6 <0.65= 0. 07 3.5 5.5 RESULTADOS
3.5 1 3/8
167
1.5
2
=2 78
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (Evaporador Destilador )
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 150 lb
:28,29
Datos:
2 1/26
RESULTADOS
0.75 0.218 . =4 34 = 58 6 =3.75 0.0.493264 < = 0.1 1.939 446 7.2 3 1/4 3 9.61 =3.25 79
UNAM – FES ZARAGOZA UNIDADES: Sistema Ingles PROCESO: Ác. Nítrico. FECHA: 12 – Nov – 2015
MEMORIA DE CÁLCULOS ASUNTO:
CLIENTE: FES ZARAGOZA
Cálculo de bridas y sus refuerzos: (Evaporador Destilador )
PRODUCTO: Brida de cuello largo soldable 150 lb
42265/81/2
RESULTADOS
0.5 0.5 6 . =4 =0. =12 75 0.45 0.993 > =
58
1.38
2.375
=2 80
TUBERIAS Los diámetros supuestos a continuación se obtuvieron de tablas de flujo en tuberías usando el caudal volumétrico que se tienen en el proceso, utilizando cédulas 40, 80 y 120 dependiendo del flujo que se está manejando. No. de corriente
Flujo volumétrico (GPM)
Diámetro nominal
1 2 3 4 5y6 7 8 9 10 11 12 14 15 16
10.5726 802.27 961.1 1704.836 955.12 14980 13501.68 4534.7 15225.58 44559.86 35367.23 42223.042 28320.4 10.83
1 ½ in CD 80 12 in CD 80 12 in CD 80 16 in CD 80 8 in CD 40 24 in CD 40 24 in CD 80 24 in CD 80 24 in CD 80 10 in CD 120 24 in CD 80 24 in CD 80 24 in CD 80 24 in CD 80
18 19 20 y 21 22 23 24 25 26 27 28 y 29 30 32
10.86 994.72 10.86 72.15 17.57 19 33.55 11.5 8.217 28.3 11.627 11.06
20 in CD 80 14 in CD 80 1 ½ in CD 40 2 ½ in CD 80 2 in CD 80 2 in CD 80 2 ½ in CD 80 1 ¼ in CD 40 1 in CD 40 2 in CD 80 1 ½ in CD 80 ½ in CD 80
81
BOMBAS Simbología a usar: DI: Diámetro interno S: Área de la tubería ∆Z: diferencia de alturas ρ: Densidad f: factor de
LT: Longitud total U: Velocidad del flujo PH: Potencia hidráulica Hfs: Pérdidas por fricción gc: factor de conversión
Q: Caudal P: Presión PR: Potencia real g: Gravedad η: Eficiencia de la bomba
Balance de energía mecánica
= ∆ ∆ 2 = = = = ;
;
Bomba: B-1
Datos: DI: 0.120 ft ρ: 62.2388 lb/ft3 LT: 200.1312 ft ∆Z: 131.2336 ft
S: 0.0113 ft2 Q: 0.0242 ft 3/s P1: 19621.44 lbf/ft3 P2: 18797.18 lb/ft3 f: 0.021 U: 7 ft/s
El intercambiador de calor genera un ∆P de 1044.288 lbf/ft 2
82
Usando 6 codos de 90°, una válvula de compuerta totalmente abierta, una válvula de retención, entrada y salida y considerando la velocidad máxima permisible en líquidos (7 ft/s) se tiene lo siguiente: Sustituyendo datos en el balance de energía de 1 a 2
131.2336 (32.2 ) 824.256 7 43.9647 1044.288 = 32.2 ∗∗ 62.2388 2(32.2 ∗∗ ) 2(32.2 ∗∗ ) 62.2388
-Wf=180.3644 lbf*ft/lb PH= 271.661 lbf*ft/s = 0.5 HP Suponiendo que la bomba tiene una η=60% PR=0.8 HP
Bomba: B-2
Datos: DI: 0.155 ft ρ: 87.7575 lb/ft3 LT: 29.5275 ft ∆Z: 0 ft
S: 0.0188 ft2 Q: 0.04 ft 3/s 3 P1: 19621.44 lbf/ft P2: 2073.6 lb/ft3 f: 0.019 U: 7 ft/s
El intercambiador de calor genera un ∆P de 1044.288 lbf/ft 2 Usando 4 codos de 90°, una válvula de compuerta totalmente abierta, una válvula de retención, entrada y salida y considerando la velocidad máxima permisible en líquidos (7 ft/s), se tiene lo siguiente: Sustituyendo datos en el balance de energía de 1 a 2
83
17547. 8 4 1044. 2 88 0 ( 32. 2 ) 7 10. 7 385 7 = 32.2 ∗∗ 87.7575 2(32.2 ∗∗ ) 2(32.2 ∗∗ ) 87.7575 -Wf=220.79 lbf*ft/lb PH= 770 lbf*ft/s = 1.41 HP Suponiendo que la bomba tiene una η=60% PR=2.35 HP
Bomba: B-3
Datos: DI: 0.2057 ft ρ: 107.407 lb/ft3 LT: 124.672 ft ∆Z: 0 ft
S: 0.03322 ft2 Q: 0.07475 ft 3/s P1: 2116.2 lbf/ft3 P2: 2116.2 lb/ft3 f: 0.018 U: 7 ft/s
Usando 4 codos de 90°, una válvula de compuerta totalmente abierta, una válvula de retención, entrada y salida y considerando la velocidad máxima permisible en líquidos (7 ft/s), se tiene lo siguiente: Sustituyendo datos en el balance de energía de 1 a 2
0 0 ( 32. 2 ) 7 17. 5 135 7 = 32.2 ∗∗ 107.407 2(32.2 ∗∗ ) 2(32.2 ∗∗ ) 84
-Wf=14.08 lbf*ft/lb PH= 113.0947 lbf*ft/s = 0.2 HP Suponiendo que la bomba tiene una η=60% PR=0.34 HP
Bomba: B-4
Datos: DI: 0.155 ft ρ: 109.2675 lb/ft3 LT: 101.706 ft ∆Z: 0 ft
S: 0.0188 ft2 Q: 0.063 ft 3/s P1: 2116.2 lbf/ft3 P2: 2116.2 lb/ft3 f: 0.019 U: 7 ft/s
Usando 4 codos de 90°, una válvula de compuerta totalmente abierta, una válvula de retención, entrada y salida y considerando la velocidad máxima permisible en líquidos (7 ft/s), se tiene lo siguiente: Sustituyendo datos en el balance de energía de 1 a 2
= 032.2(32.∗2∗) 109.20675 2(32.27 ∗∗ ) 2(32.19.33922 7∗∗) -Wf=15.4754 lbf*ft/lb PH= 106.531 lbf*ft/s = 0.2 HP Suponiendo que la bomba tiene una η=60% PR=0.34 HP
85
Bomba: B-5
Datos: DI: 0.155 ft ρ: 109.2675 lb/ft3 LT: 322.8346 ft ∆Z: 106.3 ft
S: 0.0188 ft2 Q: 0.063 ft 3/s P1: 2116.2 lbf/ft3 P2: 2116.2 lb/ft3 f: 0.019 U: 7 ft/s
Usando 7 codos de 90°, una válvula de compuerta totalmente abierta, una válvula de retención, entrada y salida y considerando la velocidad máxima permisible en líquidos (7 ft/s), se tiene lo siguiente: Sustituyendo datos en el balance de energía de 1 a 2
161.92847∗ = 106.32.32(32.∗∗2 ) 109.20675 2(32.27 ∗∗ ) 2(32. 2 ∗ )
-Wf=230.2672 lbf*ft/lb PH= 1585.1258 lbf*ft/s = 2.882 HP Suponiendo que la bomba tiene una η=60% PR=4.8 HP
86
Bomba: B-6
Datos: DI: 0.04 ft ρ: 93.1708 lb/ft3 LT: 316.273 ft ∆Z: 106.3 ft
S: 0.0012 ft2 Q: 0.026 ft 3/s 3 P1: 2116.2 lbf/ft P2: 2116.2 lb/ft3 f: 0.027 U: 7 ft/s
El intercambiador de calor genera un ∆P de 1044.288 lbf/ft 2 Usando 9 codos de 90°, una válvula de compuerta totalmente abierta, una válvula de retención, entrada, salida y una tee y considerando la velocidad máxima permisible en líquidos (7 ft/s), se tiene lo siguiente: Sustituyendo datos en el balance de energía de 1 a 2
0 1044. 2 88 106. 3 (32. 2 ) 7 227. 0 902 7 = 32.2 ∗∗ 93.1708 2(32.2 ∗∗ ) 2(32.2 ∗∗ ) 93.1708
-Wf=291.0552 lbf*ft/lb PH= 1084.7138 lbf*ft/s = 1.97 HP Suponiendo que la bomba tiene una η=60% PR=3.28 HP
87
COMPRESORES La simbología que se usan en las ecuaciones para el cálculo de la potencia se muestra a continuación: P=i Presión inicial
P =f Presión final
R
C = Razón de compresión
D = Presión de PS = Presión de P PSR = Presión succión descarga succión real de RCR = Razón de RCprom. = razón de K= compresión real compresión promedio Lo = factor de pérdidas PR= Potencia real W = Flujo másico de presión
Ecuaciones a usar:
=
== ∆ = 2 = ∆2 = = 1=−− 2 = Si 2.5
88
n = número de etapas PDR = Presión descarga real de PT = Potencia teórica R CT = Razón de compresión total
Los datos de Lo que se muestran a continuación se pueden consultar en el libro: Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants de Ernest E. Ludwig, página 280 Los datos de K que se muestran a continuación se pueden consultar en el libro: Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants de Ernest E. Ludwig, página 269
Compresor de amoniaco Datos: Pi = 2116.8 lbf/ft2
Pf = 25896.96 lbf/ft2
∆P/2 = 522.144 lbf/ft2
ρ = 0.0434 lb/ft3
w = 0.882 lb/s
Lo = 1.215
K = 1.317
η = 65%
Sustituyendo los datos correspondientes tenemos que:
lb f 2116.896lb2f 2 =12.234 = 25896.
= √12.234=3.5 ;=2 =(2116.8 )3.5=7408.8 =7408.8 522.144 =7930.944 =7408. =(7408. 8 8 522.)1344.5=25930. =6886.8 656 =25930.8 522.144 =26452.944 7930. 9 44 = 2116.8 =3.7466 89
26452. 9 44 = 6886.656 =3.8411 =3.79385 = 1.32171 116.8 0.04341.∗317 3.7466 −. 3.8411 −.∗2=153354.927 ∗ = 153354.927 (0.882 )=135259.0456 =245.925
= 245.9250.65 1.215 =459.7
Compresor de aire Datos: Pi = 2116.8 lbf/ft2 w = 14.8815 lb/s
∆P/2 = 522.144 lbf/ft2 ρ = 0.074 lb/ft3 K = 1.4 η = 65%
Pf = 25896.96 lbf/ft2 Lo = 1.215
Sustituyendo los datos correspondientes tenemos que:
l b f 25896. 9 6 = 2116.8 lb2f 2 =12.234
= √12.234 =3.5 ;=2 =(2116. )3.5=7408. 8 8 =7408.8 522.144 =7930.944 = 7408.8 522.144 =6886.656 =(7408.8 )3.5=25930.8 90
=25930.8 522.144 =26452.944 7930. 9 44 = 2116.8 =3.7466 = 26452. 6886.695644 =3.8411 =3.79385
= 1.24116.180.0741.4 3.7466−. 3.8411 −. 2=92845.2415 ∗ = 92845.2415 ∗ (14.8815 )=1381676.461 ∗ =2515.14
= 2515.140.65 1.215 =4695.76 Compresor de la mezcla NO-NO2 Datos: Pi = 4135.22 lbf/ft2
Pf = 20885.76 lbf/ft2
∆P/2 = 522.144 lbf/ft2
w = 2.5491 lb/s
Lo = 1.25
KNO = 1.4 ; K NO2 = 1.29
Sustituyendo los datos correspondientes tenemos que:
l b f 20885. 7 6 2 = 4135.22 lb2f =5.05
= √12.234 =2.35; =2 91
ρmezcla= 0.2278 lb/ft3 η = 65%
=4135.22 lbf22.5=10338.05 =10338.05 522.144 =10860.194 =10338.=(10338.05 05 522.)21.544=25845. =9815.125906 =25845.125 522.144 =26367.269 10860. 1 94 = 4135.22 =2.6262 =2.6861 = 26367. 9815. 9 2 06 69 =2.6561 = 1.41.2 29 =1.345
= 1.43135.451220.22781.345 2.6262−. 2.6861 −. 2=40303.1 ∗
= 40303.1045 ∗ =(2.186.549180.6)=102736. 5 1.25 =3609502 ∗ =186.8 92
LAY OUT
93
CAPÍTULO 5 HOJAS DE ESPECIFICACIONES
94
5.1
Esfera de almacenamiento (NH3 liq)
Cliente:
FESZarago za
Lo calizació n: Servicio :
tanquedealmacenamientodeA mo niaco . UG-0-1-Esf-Alm-Am on.
Clave:
No. Unidades:
Fecha: Ac .Nit-15-16:2000 REQ./O.C.No .:
No. Contrato o Proyecto:
A v.FuertedeLo retoco l.iztapalapa
Fabricante:
EduardoCIA .
ist.Internacional Serie: No .
0.10.552AlM tech
M o delo
101-Esf-Am on-0.1
21/11 / 2015 13
0.001-UG-Esf-Am on (lic)
RECIPIENTES Co ndiciones de O peración TipodeFluido (Amo : niaco )
Vo lumen:864m^3
Vapo Gas: o-r
Flujo- :
Temperatura: Oper.-4°C
M áxima:0°C
P resió n:Oper. 3 7,196.18 Kgf/m2
Diseño -5°C
M áxima: 58,291.5Kgf/m2
Dimensio nes:Lo ng.T-T: 13m
Diámetro :1 3m
Nivel No rmal: 80 %
Densidad:645kg/m3 Densidad: -
M áximo90% :
A larma de Alt o N ivel: 86%
Diseño : 7 3,927.77Kgf/m2 Cap.To tal:865m3 M ínimo75% :
A larma de Bajo N ivel: 76%
Nivel de Paro : 75%
M ateriales Casco : Ac . Inox. 316 (SA-240) Cabezas: Ac . Inox. 316 (SA-240) Mal la separadora: Espeso r : 7/8 ¨
Ma terial
Tipo Circular: TipoRectangular: Co rro sió nP erm.:
1/8¨
Ancho Cabezal
A islamient o: Recubrimiento: BOQUILLAS
No .
No .DeREQ.
ØNo minal
Servicio
1.Es-Al
1.1-B o q-C-0
150lb
Entradadeamo niaco
2.Es-Al
1.2-Bo q-C-1
150lb
Salidadeamo niaco
Notas:
1 El peso to tal del tanqu e vacio sin registros ni boquillas es de 23,157.80 kg 2
Peso de la Brida de en trada corriente 0 es de
3
5.5 kg
Pes o de la B rida de salida corriente 1es de 5.5 kg
El peso to tal del Tanq ue vacio co n bridas es de 23,1 68.8 kg REV
F e c ha
A
21 de no viem bre del 20 15
D e s c ripc ió n
supervisión
B 0
95
P re p a ro
Ibarra Eduardo
R e v is o
A pro bó
M adera Ange l Ramos Maria no
5.2
Secador de Aire
Cliente: Lo calizació n: Servicio :
FESZarago za A v.FuertedeLo retoco l.iztapalapa tanquedeo peració n(Secado rdeA ire)
UG-0-2-Sec-A ir.
Clave:
No .Unidades:
NoCo . ntratoo Proyecto: Fabricante:
21/11 / 2015 Fecha: A c.Nit -15-16:2000 REQ./O.C.No .: 2 EduardoCIA . M o delo 0.103355-51125.M r
ist.Internacio nal Serie: No .
102-Sec-A ire-0.1
0.002-UG-Sec-A ir-3°G
RECIPIENTES Co ndiciones de O peración Tipode Fluido(Gaseo : so ) Vapo orGas:(A ire)
Flujo :Flujo : 22.102m3/min
Temperatura: Oper.°C
M áxima:°C
P resión :Oper. 10,335.1228 Kgf/m2
Densidad:Densidad:1.3kg/m3 Diseño °C
Má xima: 85,126.5145Kgf/m2
Diseño : 2 4,396.5114Kgf/m2
Dimensio nes:Lo ng.T-T: 9m
Diámetro :6 m
Cap.To tal:265m3
Nivel No rmal: 80 %
M áximo90% :
M ínimo75% :
A larma de A lto Niv el: 86%
A larma de B ajo N ivel: 76%
Niv el de Paro : 75%
M ateria les Casco : Ac . Inox. 316 (SA-240) Cabezas: Ac . Inox. 316 (SA-240) Mal la separador a: Espesor : 3/16 ¨
Mat erial
Tipo Circular : TipoR ectangular: Co rro sió nP erm.:
1/8¨
A ncho Cabezal
A isla mient o : Recubrimiento: BOQUILLAS
No .DeREQ.
No .
ØNo minal
Servicio
1.Ev-D
2.1-B o q-C-5
150lb
EntradadeA ireatmos ferico
2.Ev-D
2.2-Bo q-C-6
150lb
Salida de Ai re filtradoy secado.
Notas:
1El peso to tal del tanq ue vacio s in registros ni boquill as es de 9,271.4761 kg 2
Peso de la Brida de entrad a co rriente 5 es de 46.35 kg
3
Pes o de la Brida de Salida co rriente 6 es de 46.35 kg
4
El peso to tal del Tan que vacio co n bridas es de 9,3 64.1 761 kg
REV
F e cha
A
21 de no viem bre del 20 15
D e s c ri pc i ó n
supervisi ón
B 0
96
P re pa ro
Ibarra Eduardo
R e v is o
A p ro bó
Riva s Abig ail Ramos M ariano
5.3
Reactor Catalítico
Cliente:
FESZarago za
Lo calizació n: Servicio :
tanquedeo peració n(Reacto rCatalítico ) UG-0.3-Rec-Ca tal.
Clave:
No .Unidades:
Fecha: A c.Nit -15-16:2000 REQ./O.C.No .:
No. Contrato o Proyecto:
A v.FuertedeLo retoco iztapalapa l.
EduardoCIA .
Fabricante:
ist. Internacion al Serie: No .
M o delo
103.-Re c-Ca23P- 00.25-0.1
21/11/2015 13
0.125_REC-CatUG-126 0.1
0.003-UG-Reac-Catal-900
RECIPIENTES Condiciones de Operación Tipo deFluido :(entrada)(Me zclaGaseo saA ire-N Flujo : m3/min Tipo defluido :(Salida)(Me zclagaseo sadeNxOx) Flujo : m3/min Temperatura:Oper.900°C
Densidad:5 6.55kg/m3 Densidad: kg/m3
M áxima: 1,080°C
Pr esión :Oper. 9 1,771.6722 Kgf /m2
Diseño9 50°C
Má xima: 226,529.0186Kgf/m2
Diseño: 112,863.7596 Kgf/m2
Dimensio nes:Lo ng.T-T:10m
Diámetro :6m
Cap.To tal:60m3
Nivel No rmal: 80 %
M áximo90% :
M ínimo75% :
A larm a de Alt o N ivel: 86%
A larm a de Bajo Niv el: 76%
Niv el de Par o : 75%
M ateria les Casco : Ac . Inox. 316 (SA-240) Cabezas: Ac . Inox. 316 (SA-240) Ma lla separador a:Espeso r :1/2 ¨
Ma terial
Tipo Circular : TipoRectangular: Co rro sió nP erm.:
1/8¨
A ncho Cabezal
A islam iento : Recubrimiento: BOQUILLAS
No .
No .DeREQ.
ØNo minal
Servicio
1.Re-Cat 3.1-Boq -C-10
1500lb
ntradad eMe zcla(Ai re-Amo niaco
2.Re-Ca
1500lb
alida de mon oxido y subprod uct os
3.2-Boq -C-11
Notas:
1 l peso t ot al del tanq ue vacio s in registros ni boquill as es de
51 ,830.5576
2
Pes o de la Brida de entrada co rriente 10 es de 1,431 kg
3
P eso de la Brida de Salida co rriente 11es de 274.5 kg
k
El peso to tal del Tanq ue vacio co n brid as es de 53,536.0576 kg REV
A
F e c ha 21 de noviembre del 2015
D e s c ripc ió n
sup ervici on
B 0
97
P re pa ro
Ibarra Eduardo
R e v is o
A pro bó
Riva s Abig ail Ramos Maria no
5.4
Reactor Tubular
98
Cliente:
FESZarago za
Lo calizació n: Servicio :
tanquedeo peració n(Reacto rTubularRe-o x) UG-0-4-Reac-Tub.
Clave:
No. Unidades:
Fecha: Ac .Nit-15-16:2000 REQ./O.C.No .:
No. Contra to o Proyecto:
A v.FuertedeLo retoco iztapalapa l.
Fabricante: ist.Internacion a Serie: No .
EduardoCIA. 104-Reac-Tub-0-132
21/11 / 2015 13
M o delo 0.103355-515RmTub 0.004-UG-Reac-Tubul-292.ox
RECIPIENTES Condiciones de Operación TipodeFluido :(M ezcladegases)
Flujo :6.23m3/min
VapooGas: r (NO, N)
Flujo : m3/min
Temperatura: Oper.°C Pr esió n:Oper. 4 9,763.2648 Kgf/m2
M áxima:°C Má xima: 142,020.055Kgf/m2
Dimensio nes:Lo ng.T-T: 3.5m
Diámetro :1 .6m
Nivel No rmal: 80 %
Diseño °C Diseño: 70,855.3522Kgf/m2 Cap.To tal: m3
M áximo90% :
A larma de Alt o Niv el: 86%
Densidad:1.3kg/m3 Densidad: kg/m3
M ínimo75% :
Ala rma de Bajo Nivel: 76%
Nivel de Paro : 75%
M ateriales Casco: Ac. Inox. 316 (SA-240) Cabezas: A c. Inox. 316 (SA-240) Mal la separador a:Espeso r :1/2 ¨
Mat erial
Tipo Circular: TipoRectangular: Co rro sió nP erm.:
1/8¨
Ancho Cabezal
A islamien to : Recubrimiento: BOQUILLAS
No .DeREQ.
No .
ØNo minal
Servicio
1.Re-Tu 4.1-Boq -C-15
300lb
Entradad em on oxidode nitrog eno
2.Re-Tu 4.2-Boq -C-9
300lb
ntrada de Aire Secado y purificad
3.Re-Tu 4.3-Bo q-C16
300lb
Salidad Dioxido d e nitrog eno
Notas:
1 l peso to tal del tanque vacio sin registros ni bo quillas es de 2,297.7072 kg 2
Peso de la Brida de entrada co rriente 15 es de 370.5 kg
3
Peso de la Brida de entrada co rriente 9 es de 370.5 kg
4
Peso de la Brida de salida corriente 1 6 es de 370.5 kg
El peso to tal del Tanque vacio c on bridas es de 3,409.2 72 kg REV
F e c ha
A
21 de no viembre del 2015
D e s c ripc ió n
supervicion
B 0
99
P re pa ro
Ibarra Eduardo
R e v is o
A pro bó
Rivas Abigail Ramos Mari ano
5.5
Separador flash
100
Cliente: Localización: Servicio: Clave:
FES Zaragoza No. Contrato o Proyecto: Av . Fuerte de Loreto c ol. iztapalapa tanque de operación (Separador Flash) Fabricante: UG-0.5-Sp-Fsh No. Unidades: ist.Internacio na Serie: No .
Ac .Nit-15-16:2000 Eduardo CIA. 112 Sep-Falsh
Fecha:
21/11/2015
REQ./O.C. No.: 5 00455-596 M o delo 0.1 0.005-UG-S-Flash
RECIPIENTES Condicio nes de Operación Tipo de Fluido: (H2O)
Flujo: 0.0246 m3/min
Densidad: 998.5 kg/m3
Vapor o Gas: (NO,NO2)
Flujo: 25.404 m3/min
Densidad: 2.934 kg/m3
Temperatura: Oper. 45°C Pres ión: Oper. 25.493.3 Kgf/m 2
M áxima: 60°C M áxima: 67,241.57 Kgf/m 2
Diseño 50°C Diseño : 46,838.5 Kgf/m 2
Dimens io nes: Long. T-T: 6.6m
Diámet ro: 3.6 m
Cap. To tal: 41.6627 m3
Nivel Normal: 80 %
Máximo: 88%
Mínimo: 75%
Alarm a de Alt o Niv el: 82%
Alarm a de Bajo Niv el: 76%
Nivel de Paro: 75%
M ateriales Casc o: Ac . Inox. 316 (SA-240) Cabezas: Ac . Inox. 316 (SA-240) M alla separadora: Espeso r: 7/16 ¨
Material
Tipo C ircular: Tipo Rectangular: Corrosión Perm.:
1/16¨
Anc ho Cabezal
Ais lamiento : Recubrimiento: BOQUILLAS
No. De REQ.
No .
ØNom inal
Servicio
1.SF
5.1-Bo q-C18SF
300 lb
Entrada de flujo. (2 fases)
2.SF
5.2-Bo q-C19SF
300lb
Salida de Mezcla de Gases
3.SF
5.3-Boq-C20SF
150 lb
Salida de Agua
Notas:
1 El peso to tal del tanque vacio s in registros ni boquillas es de 15,484.09 kg 2
El peso de la Brida de entrada c orrient e 18 es de260 kg
3
El peso de la Brida de salida c orrient e 19 es de155 .13 k g
4
El peso de la B rida de salida corrient e 20 es de10 kg
5 Cont emplando que el peso del area remobida casi igual al peso del refuerz o.
6
El peso to tal del Tanque vacio c on bridas es de 15,909.22 kg
R EV
F e c ha
A
21 de nov iembre del 2 01 5
D e s c ri pc i ó n
supervis ión
B 0
101
Preparo
Ibarra Eduardo
Reviso
Aprobó
M adera Ang el Ramos Maria no
5.6
Torre de Absorción
Cliente: Lo calizació n:
FESZarago za A v.FuertedeLo retoco l.iztapalapa
Servicio :
tanquedeo peració n(To rredeabso rcio n) UG-0.6-To r-A bs-1
Clave:
No .Unidades:
Fecha: A c.Nit -15-16:2000 REQ./O.C.No .:
No. Contra to o Proyecto: Fabricante:
EduardoCIA .
ist.Internacio nal Serie: No .
0.103355-515Rm
M o delo
113-TA B
21/11 / 2015 13
0.005-UG-Tr-A bs.0.1
RECIPIENTES TipodeFluido (H2O) :
Condiciones de Operación Flujo : 0.041m3/min
Densidad:1000.085kg/m3
Vapo roGas:(NO,NO2)
Flujo : 4.12m3/min
Densidad:16.8358kg/m3
Temperatura:Oper.25°C
M áxima: 45°C
P resió n:Oper. 9 2,987.99 Kgf /m2
Má xima: 141,598.22Kgf /m2
Dimensio nes:Lo ng.T-T: 39m
Diámetro :3 .02m
Nivel No rmal: 80 %
M áximo90% :
A larma de A lto Niv el: 86%
Diseño 35°C Diseño : 114,080.08 Kgf /m2 Cap.To tal:150m3 M ínimo75% :
A larma de B ajo N ivel: 76%
Niv el de Paro : 75%
M ateriales Casco : A c. Inox. 316 (SA-240) Cabezas: A c. Inox. 316 (SA -240) Ma lla separador a:Espeso r :3/4¨
Ma terial
Tipo Circular: TipoRectangular: Co rro sió nP erm.:
A ncho Cabezal
1/8¨
A islam iento : Recubrimiento: BOQUILLAS
No .DeREQ.
No .
ØNo minal
1.T:Ab 6.1-Bo q-C19TAb
300 lb
Servicio Entrada de Me zla de Gases
2.T:Ab 6.2-B o q-C21TA b
150lb
EntradadeA gua
3.T:Ab
.3-Boq -C22TAb
300lb
Salida de mezcla de Gases N:Rx
4.T:Ab
.4-Bo q-C23TAb
300 lb
Salida de Ac .Nitrico D iluido
Notas:
1 l peso tot al del tanq ue vacio s in registros ni boquil las es de
113,6 75 .84 1 kg
2
El peso de la B rida de entrada co rriente 21es de 10 kg
3 4
El peso de la Brida de entrada co rriente 19 es de 155.13 kg El peso de la B rida de salida co rriente 22 es de 13 kg
5
El peso de la B rida de salida co rriente 23 es de 9 k g
6
El peso to tal del Tan que vacio co n brid as es de 113,862.97 kg
REV
A
F e c ha 21 de nov iembre del
D e s c ripc ió n 201 5
supervis ión
B 0
102
P re p a ro
Ibarra Eduardo
R e v is o
Aprobó
Riv as Abi gail Ramos Mari ano
5.7
Torre de Absorción (Azeotrópica)
cliente: Lo calizació n: Servicio :
FESZarago za Av.FuertedeLo retoco iztapalapa l. tanquedeo peració n(To rredeabso rcio n)
UG-0-7-To r-AbsAci-2
Clave:
No .Unidades:
Fecha: A c.Nit-15-16:2000 REQ./O.C.No .:
No. Contra to o Proyecto: Fabricante:
EduardoCIA.
ist.Internacio nal Serie: No .
M o delo
114-TA B -A ci
21/11 / 2015 13
0.103355-515Rm
0.007-UG-Tr-A bs.-A ci0.2
RECIPIENTES Condiciones de Operación TipodeFluido :(A cidoNitrico ) Vapo roGas:(NO,NO2)
Flujo : 0.102m3/min Flujo : 28.8381m3/min
Temperatura:Oper.200°C
M áxima:250°C
Presió n:Oper. 41,329.26 Kgf/m2
Má xima: 6 2,421.36Kgf/m2
Dimensio nes:Lo ng.T-T: 30m
Diámetro :3 .6m
Nivel No rmal: 80 %
Diseño2 20°C Diseño : 85,391.085 Kgf/m2 Cap.To tal:120m3
M áximo90% :
Ala rma de Alt o N ivel: 86%
Densidad:1,500kg/m3 Densidad:16.8358kg/m3
M ínimo75% :
Ala rma de Ba jo N ivel: 76%
Nive l de Paro : 75%
M ateriales Casco : A c. (C-M n-Si) (SA-193) Cabezas: Ac . (C-M n-Si) (SA-193) Ma llas eparador a:Espesor :1/2¨
Ma terial
Tipo Circula r: TipoRectangular: Co rro sió nP erm.:
1/8¨
Ancho Cabezal
Ais lamient o : Recubrimiento: BOQUILLAS
No .
No .DeREQ.
ØNo minal
Servicio
1.T:Ab. 7.1-Boq -C24TA b
300 lb
Entrada de Ac ido n itrico dilido
2.T:Ab. .2-Boq -C29TA b
150lb
Entrada de Ac ido Sulfurico co n.
3.T:Ab. .3-Boq-C30TAb
150lb
alida de Acido Nitrico co ncentra d
4.T:Ab. .4-Boq -C25TA b
150lb
Salidad eAc idoSu lfuricoDi luido
Notas:
1 l peso total del tanque vacio sin regi stros ni boquill as es de 66,408.7447 k 2
peso de la B rida de entrada co rriente 24 es de 9 kg
3
peso de la B rida de entrada co rriente 29 es de 7.5 kg
4
peso de la B rida de salida co rriente 25 es de 9.5 kg
5
peso de la B rida de salida co rriente 30 es de
6
El peso to tal del Tanq ue vacio co n brida s es de
REV
A
F e c ha 21 de noviembre del 2015
5.5 kg
66,440.2447 kg
D e s c ripc ió n
supervicion
B 0
103
P re pa ro
Ibarra Eduardo
R e v is o
A pro bó
Rivas Abig ail Ramos Mari ano
5.8
Purificación de ácido sulfúrico.
Cliente: Lo calizació n: Servicio :
FESZarago za A v.FuertedeLo retoco iztapalapa l. tanquedeo peració n(To rredeabso rcio n)
Clave: UG-0-8.1-Ev-Dst-proc -0.1 No. Unidades:
NoCo . ntratoo Proyecto: Fabricante:
21/11 / 2015 Fecha: Ac .Nit-15-16:2000 REQ./O.C.No .: 13 EduardoCIA. M o delo 0.103355-515Rm
ist.Internacion al Serie: No .
115-EVDTS-0.1
0.003.3-UG-Ev:Dstln0.1
RECIPIENTES Condiciones de Operación TipodeFluido :(AcidoSulfúrico ) Vapo roGas:(Agua)
Flujo :0 .2341m3/min Flujo : 22.102m3/min
Temperatura:Oper.100°C
M áxima:150°C
P resió n:Oper. 10,335.13 Kgf/m2
Má xima: 5 7,740.05Kgf/m2
Dimensio nes: Long. T-T : 25 m
Diámetro : 2.5m
NivelNo rmal:80%
M áximo :90%
A larma de Alt o Niv el: 86%
Densidad:1800kg/m3 Densidad:999.9kg/m3 Diseño1 20°C Diseño : 31,427.23Kgf/m2 Cap.To tal:55m3 M ínimo: 75 %
Ala rma de Bajo Nivel: 76%
Nivel de Paro : 75%
M ateriales Casco : Ac . (C-M n-Si) (SA-193 Cabezas: Ac. (C-Mn-Si) (SA-193) Mal la separador a:Espeso r :1/2 ¨
Mat erial
Tipo Circular: TipoRectangular: Co rro sió nP erm.:
1/8¨
Ancho Cabezal
A islamien to : Recubrimiento: BOQUILLAS
No . 1.Ev-D
No .DeREQ. 8.1-B o q-C25
ØNo minal 150lb
Servicio Entrada de Acido Sulfurico Diluido
2.Ev-D
8.2-Boq-C26
150lb
alida de Acido Sulfuric concentrad
3.Ev-D
8.3-B o q-C28
150lb
SalidadeVapo rdeagua
Notas:
1 El peso to tal del tanqu e vacio sin registro s ni boquillas es de 18,561.93 kg 2
Peso de la Brida de entrada corriente 25 es de 9 kg
3
Peso de la Brida de entrada co rriente 26 es de 7.5 kg
4
Peso de la Brida de salida co rriente 28 es de 8.5 kg
El peso to tal del Tanqu e vacio co n bridas es de 18,587.93 kg REV
F e c ha
A
21 de no viembre del 2015
D e s c ripc ió n
supervicion
B 0
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P re pa ro
Ibarra Eduardo
R e v is o
A pro bó
Torr es Bryan Ramos Mari ano
5.9
Almacenamiento de Ácido Nítrico (98%): por tanque
Cliente: Lo calizació n: Servicio :
FESZarago za A v.FuertedeLo retoco iztapalapa l. tanquedealmacenamiento(ÁcIDONITRICO)
UG-0.09-A l-Ac.Nit
Clave:
NoU . nidades:
NoCo . ntratoo Proyecto: Fabricante:
17/11/2015 Fecha: Ac .Nit-15-16:2000 REQ./O.C.No .: 13 EduardoCIA. M o delo 0.1 03355-515Rm
ist.I nternacio nal Serie: No .
109-Alm-A c-Nit1
0.009-UG-Alm-Aci-Nit(98%)
RECIPIENTES Condiciosnes de Operación TipodeFluido :(AcidoNitrico ) VapoorGas:-
Vo lumen:2 50.8m3 Flujo :
Temperatura: Oper.25°C
M áxima:89°C
P resió n:Oper. 17,555.65 Kgf/m2
Diseño4 5°C
Má xima: 1 02,130.01Kgf/m2
Dimensio nes:Lo ng.T-T: 10.5m
Diámetro :5 m
Nivel No rmal: 80 %
Diseño : 38,647.74Kgf/m2 Cap.To tal:420m3
M áximo90% :
A larma de Alt o Niv el: 86%
Densidad:1506.8 kg/m3 Densidad:
M ínimo75% :
Ala rma de Bajo Nivel: 76%
Nivel de Paro : 75%
M ateriales Casco: Ac. Inox. 316 (SA-240) Cabezas: A c. Inox. 316 (SA-240) Mal la separador a:Espeso r :1/2 ¨
Mat erial
Tipo Circular: TipoRectangular: Co rro sió nP erm.:
1/8¨
Ancho Cabezal
A islamien to : Recubrimiento: BOQUILLAS
No . 1.Al.Nit
No .DeREQ. 0.1.1-Bo q-C-32
ØNo minal 150lb
2.Al.Nit 0.1.2-B oq -C32.1
150lb
Servicio Emtradade Ac ido nitrico SaldadeAcidoN itrico
Notas:
1 El peso to tal del tanque vacio s in registro s ni boquillas es de 25,30 7.1 2 kg 2
Peso de la Brida de entrada corriente 25 es de 13 kg
3
Peso de la Brida de entrada co rriente 26 es de 13 kg
El peso to tal del Tanque vacio c on bridas es de 25,333.12 kg REV
F e c ha
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21 de no viembre del 2015
D e s c ripc ió n
supervicio n
B 0
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IbarraEduardo
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A pro bó
Ramo sMa riano
5.10 Bombas B-1 Cliente:
FES Zaragoza -UNAM
Fabricante:
SIEMENS AG
Localización
Av. Fuerte de Loreto. Col. Iztapa lapa
No. contrato:
Ac.Nit-15-16-2000
Servicio:
Bombeo de agua para proceso
No. unidades:
1
Clave:
UG-B1-Agua
serie: No.
SI325HL29FLILMX
Fecha:
21-nov-15
Fecha:
21-nov-15
BOMBA CENTRÍFUGA Condiciones de operación Fluido a manejar:
Agua
GPM a manejar:
10.86
Densidad:
62.23 lb/ft^3
Presión descarga:
920.3 l bf/in^2
Viscosidad:
0.000891 Kg/m*s
Presión succión:
15.16 l bf/in^2
Presión de vapor:
0.4595 l bf/in^2
NPSH disponible:
85.344 m
Potencia hidraúli:
0.5 HP
Potencia real:
0.8 HP
Corr/ero causada por: Temp. De bombeo:
25 °C
B-2 Cliente:
FES Zaragoza -UNAM
Fabricante:
BYMISA
Localización
Av.FuertedeLoreto.Col.Iztapalapa
No. contrato:
Ac.Nit-15-16-2000
Servicio:
Bombeodeác.Nítricoparaproceso
No. unidades:
Clave:
UG-B2-Nítrico
serie: No.
1
BOMBA CENTRÍFUGA Condiciones de operación Fluido a manejar:
Ácido Nítrico (65.5%)
GPM a manejar:
18
Densidad:
87.7575 lb/ft^3
Presión descarga:
19.38 l bf/in^2
Viscosidad:
0.746 cP
Presión succión:
14.83 l bf/in^2
Presión de vapor:
0.1314 l bf/in^2
NPSH disponible:
65.42 m
Corr/ero causa da por:
Agente ácido
Potencia hidraúli:
1.41 HP
Temp. De bombeo:
10 °C
Potencia real:
2.35 HP
Datos de la bomba Cauda l máx. (GPM):
1000
Carga dinámica:
130 m
Material:
Espesor corros:
Acero inox-Hiero dúcil
Temp. Máxima:
260 °C
Modelo:
ANSI
106
1/8 "
B-3 Cliente:
FES Zaragoza -UNAM
Fabricante:
BREDEL
Localización
Av.FuertedeLoreto.Col.Iztapalapa
No. contrato:
Ac.Nit-15-16-2000
Servicio:
Bombeodeác.sulfúricoparaproceso
No. unidades:
Clave:
UG-B3-Sulfúrico
serie: No.
Fecha:
21-nov-15
Fecha:
21-nov-15
1
BOMBA CENTRÍFUGA Condiciones de operación Fluido a manejar:
Ácido sulfúrico (88%)
GPM a manejar:
33.6
Densidad:
107.407 lb/ft^ 3
Presión descarga:
24.63 l bf/in^2
Viscosidad:
23 cP
Presión succión:
14.7 l bf/in^2
Presión de vapor:
0.0048 lbf/in^2
NPSH disponible:
1.7118 m
Corr/ero causada por:
Agente ácido
Potencia hidraúli:
0.2 HP
Temp. De bombeo:
25 °C
Potencia real:
0.34 HP
Datos de la bomba Cauda l máximo (L/hr) :
9600
Tamaño puerto:
1.5 "
Capacidad (L/rev.)
1.33
Lubricantereque:
5 Litros
Presión descarga máx:
16bares
Temp. Máx:
80 °C
Diámetro interno:
40 mm
Pardearranque:
320 Nm
Peso aprox:
400 lb
B-4 Cliente:
FES Zaragoza -UNAM
Fabricante:
BREDEL
Localización
Av.FuertedeLoreto.Col.Iztapalapa
No. contrato:
Ac.Nit-15-16-2000
Servicio:
Bombeodeác.sulfúricoparaproceso
No. unidades:
Clave:
UG-B4-Sulfúrico
serie: No.
1
BOMBA CENTRÍFUGA Condiciones de operación Fluido a manejar:
Ácido sulfúrico (98%)
GPM a manejar:
Densidad:
109.2675lb/ft^3
Presióndescarga: 25.86 l bf/in^2
28.3
Viscosidad:
25 cP
Presión succión:
14.72 l bf/in^2
Presión de vapor: Corr/ero causada por:
0.0188 l bf/in^2 Agente á cido
NPSHdisponible: Potencia hidraúli:
1.186 m 0.2 HP
Temp. De bombeo:
300 °C
Potencia real:
0.34 HP
Datos de la bomba Caudal máximo (L/hr):
9600
Tamaño puerto:1.5 "
Capacidad (L/rev.)
1.33
Lubricantereque:Litros 5
Presión descarga máx:
16bares
Temp. Máx:
80 °C
Diámetro interno:
40 mm
Pardearranque: 320 Nm Peso aprox:
107
400 lb
B-5 Cliente:
FES Zaragoza -UNAM
Fabricante:
BREDEL
Localización
Av.FuertedeLoreto.Col.Iztapalapa
No. contrato:
Ac.Nit-15-16-2000
Servicio:
Bombeodeác.sulfúricoparaproceso
No. unidades:
Clave:
UG-B5-Sulfúrico
serie: No.
Fecha:
21-nov-15
Fecha:
21-nov-15
1
BOMBA CENTRÍFUGA Condiciones de operación Fluido a manejar:
Ácido sulfúrico (98%)
GPM a manejar:
28.3
Densidad:
109.2675 lb/ft^ 3
Presión descarga:
188.8 l bf/in^2
Viscosidad:
25 cP
Presión succión:
14.72 l bf/in^2
Presión de vapor:
0.0188 l bf/in^2
NPSH disponible:
0.52 m
Corr/ero causada por:
Agente ácido
Potencia hidraúli:
0.2 HP
Temp. De bombeo:
100 °C
Potencia real:
4.8 HP
Datos de la bomba Caudal máximo (L/hr):
9600
Tamaño puerto:1.5 "
Capacidad (L/rev.)
1.33
Lubricantereque:Litros 5
Presión descarga máx:
16bares
Temp. Máx:
80 °C
Diámetro interno:
40 mm
Pardearranque: 320 Nm Peso aprox:
400 lb
B-6 Cliente:
FES Zaragoza -UNAM
Fabricante:
BREDEL
Localización
Av.FuertedeLoreto.Col.Iztapalapa
No. contrato:
Ac.Nit-15-16-2000
Servicio:
Bombeodeác.nítricoparaproceso
No. unidades:
Clave:
UG-B6-Nítrico
serie: No.
1
BOMBA CENTRÍFUGA Condiciones de operación Fluido a manejar:
Ácido nítrico (98%)
Densidad:
93.1708lb/ft^3
Viscosidad: Presión de vapor:
11.67
GPM a manejar: Presióndescarga:
195.27 l bf/in^2
0.75 cP
Presión succión:
16.92 l bf/in^2
2.223 l bf/in^2 Agente ácido
NPSH disponible:
Corr/ero causada por:
Potencia hidraúli:
0.52 m 1.97 HP
Temp. De bombeo:
320 °C
Potencia real:
3.28 HP
Datos de la bomba Caudal máximo (L/hr):
5250
Tamaño puerto:1.5 "
Capacidad (L/rev.)
0.625
Lubricantereque: 3.5 Litros
Presión descarga máx:
16bares
Temp. Máx:
80 °C
Diámetro interno:
32 mm
Pardearranque: 210 Nm Peso aprox:
108
290 lb
CAPÍTULO 6 SEGURIDAD E HIGIENE
109
6. Higiene y seguridad
Impacto ambiental en la producción de ácido nítrico El principal problema que conlleva el uso o la producción de Ácido Nítrico lo constituyen los gases liberados cuando se hace reaccionar con otras sustancias en ciertas condiciones, cuando sufre procesos de calentamiento excesivo o cuando se emiten en el proceso de producción. Estos gases están constituidos principalmente por monóxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno (NO 2), que son sustancias muy tóxicas por vías respiratoria y cutánea. En países de Europa se estipula que el máximo permitido de emisiones de NO X debe ser 200 ppm (1996) y que los gases y vapores generados solo se pueden descargar a la atmósfera cuando estén libres de coloraciones rojas o amarillas. Todas las plantas de producción de Ácido Nítrico modernas incluyen operaciones de recuperación de emisiones de óxidos de Nitrógeno. La recuperación se realiza con métodos denominados de absorción mejorada, de depuración química, de reducción catalítica y de adsorción. El nitrógeno y el dióxido de nitrógeno constituyen óxidos de monóxido nitrógenodemás importantes toxicológicamente; ninguno dos de de loslosdos es inflamables y son incoloros a pardo en apariencia a temperatura ambiente. El monóxido de nitrógeno es un gas de olor dulce penetrante a temperatura ambiente, mientras que el dióxido de nitrógeno tiene un fuerte olor desagradable. El dióxido de nitrógeno es un líquido a temperatura ambiente, pero se transforma en un gas pardo-rojizo a temperaturas sobre 70 °F. Comportamiento en el ambiente
El Ácido Nítrico está presente en la atmósfera por acción humana indirecta donde contribuye en los fenómenos de lluvia ácida. Los compuestos nitrogenados de carácter ácido, como los óxidos de Nitrógeno y el Ácido Nítrico generan una amplia de efectos en el ambiente, incluyendo cambiosy en la composición de algunasgama especies de vegetación en ecosistemas acuáticos terrestres, reducción de visibilidad, acidificación de cuerpos de agua dulce, eutrofización de aguas costeras y de estuarios e incrementos de toxinas peligrosas para peces y otros organismos acuáticos. Los óxidos de nitrógeno son degradados rápidamente en la atmósfera al reaccionar con otras sustancias comúnmente presentes en el aire. La reacción del dióxido de nitrógeno con sustancias químicas producidas por la luz solar lleva a la formación de ácido nítrico, el principal constituyente de la lluvia ácida. El dióxido 110
de nitrógeno reacciona con la luz solar, lo cual lleva a la formación de ozono y smog en el aire que respiramos. Suelo
El Ácido Nítrico puede alcanzar el suelo por acción de las lluvias que lo limpian de la atmósfera o por derrames directos producto de accidentes o malos manejos en las plantas de producción o transformación. Gracias a sus características de alta reactividad no es una sustancia que se mantenga en su forma ácida por mucho tiempo. Reacciona con sustancias básicas en el suelo formando Nitratos que son luego transformados y asimilados por bacterias del suelo o por plantas y se incorpora a las cadenas alimenticias en forma de nutrientes. Por sus características oxidantes, reacciona con materiales orgánicos generando de nuevo los Óxidos de Nitrógeno de los cuales proviene. Aire
El Ácido Nítrico está presente en la atmósfera gracias a la interacción de Óxidos de Nitrógeno (NO y NO 2 principalmente) con Ozono y humedad atmosféricos en presencia de sustancias catalíticas como aerosoles metálicos y radiaciones ultravioleta del sol. Los Óxidos de Nitrógeno se liberan en la atmósfera como producto de los gases emitidos por vehículos a motor, la quema de Carbón, aceite o gas natural, en operaciones como la soldadura con arco eléctrico, electro plateado, la reacción del Ácido Nítrico con celulosa o metales y explosión de dinamita. La presencia de Óxidos de Nitrógeno en la atmósfera varía de lugar a lugar y con la época del año. La generación de Ácido Nítrico a partir de sus óxidos se esquematiza en el siguiente esquema de reacciones:
→ →2 − → UV
Estas reacciones son un paso de terminación dentro de una cadena de reacciones por radicales libres y es muy rápida en condiciones de atmósfera despejada de nubosidad, pudiendo producir una alta cantidad de Ácido Nítrico en el lapso de pocas horas. Como resultado final de estos procesos se genera smog1 y se retiran del aire radicales reactivos de Nitrógeno y de Hidroxilo.
111
Durante la noche en lugares de atmósferas muy contaminadas y con alta presencia de ozono, el Óxido de Nitrógeno (V) ( ) se transforma en Ácido Nítrico por acción de una reacción heterogénea con agua. Esta reacción es despreciable durante el día debido a que el Trióxido de Nitrógeno ( ), intermediario en la generación de se destruye con facilidad en presencia de radiaciones ultravioleta.
El Ácido Nítrico es la principal ruta de conversión de los óxidos de Nitrógeno en la atmósfera y constituye una contribución importante en las deposiciones ácidas ambientales, que pueden ser de la forma seca o de la forma húmeda. El Ácido Nítrico atmosférico puede seguir un camino húmedo y se puede retirar de la atmósfera por acción de las lluvias que lo conducen al suelo o a lechos acuosos. La vía seca implica la reacción en el aire con especies básicas como el amoniaco para formar aerosoles de nitrato de amonio. Por causa de estos fenómenos, la permanencia del Ácido Nítrico en la atmósfera baja es de solo entre uno y diez días. Agua
Al igual que en la tierra, al Ácido Nítrico entra en los lechos de agua por medio de
− − − +
la lluviade ácida y por derrames directos; también se generaenen forma. de acción bacterias nitrificantes que transforman EnNitratos el agua,por el Ácido Nítrico se disocia completamente en sus iones constitutivos, y , promoviendo la disminución del pH y generando un peligro muy alto para especies acuáticas aún en bajas concentraciones.
112
Rie sgos a la salud
Este producto es principalmente irritante y causa quemaduras y ulceración de todos los tejidos con los que está en contacto. La extensión del daño, los signos y síntomas de envenenamiento y el tratamiento requerido, dependen de la concentración del ácido, el tiempo de exposición y la susceptibilidad del individuo. La dosis letal mínima es aproximadamente de 5 ml (concentrado) para una persona de 75 Kg. Las personas con problemas en piel, ojos y cardiopulmonares tienen gran riesgo al trabajar con este producto Niveles de toxicidad RQ: 1000 TPQ: 1000 IDLH (cualquier concentración): 100 ppm México: CPT: 5 mg/m3 (2 ppm) CCT: 10 mg/ m3 (4 ppm) Estados unidos TLV (2 (4 ppm) TLV TWA: STEL:5mg/m3 10 mg/m3 ppm) Inhalación La fuente de exposición al Ácido Nítrico en el aire obedece a que éste desprende humos tóxicos aun a temperatura ambiente; estos humos corresponden principalmente a óxido nítrico y Dióxido de Nitrógeno, La exposición aguda a humos de Ácido Nítrico provoca de manera inmediata irritación nasal, inflamación del tracto respiratorio, sensación de ahogo, laringitis y dolor en el pecho. Junto con estos efectos se puede presentar sangrado de las encías y de la nariz, ulceración de la mucosa nasal y oral, edema pulmonar, bronquitis crónica y neumonía. Los signos severos de intoxicación se 25 presentan a 48 h de después la exposición, habiendo respirado como mínimo ppm en de un 5periodo 8 h. Sedehan informado, incluso, de muertes inmediatamente después de una exposición seria a vapores de NO2. También causa erosión de los dientes bajo periodos prolongados de exposición.
113
Contacto con la piel / ojos Ocurre por accidentes y manipulación inadecuada de esta sustancia, El contacto de la piel con gases concentrados de Ácido Nítrico en periodos cortos provoca amarillamiento de la piel y dermatitis. Si la exposición es por tiempo prolongado se pueden dar quemaduras y ulceraciones profundas. El contacto con nieblas de Ácido Nítrico o sus gases se produce irritación, enrojecimiento y dolor agudo, existe erosión de la córnea y, dependiendo el grado del daño se puede perder la visión de forma permanente Ingestión Este ácido es muy corrosivo y puede destruir los tejidos gastrointestinales. Los principales síntomas de una intoxicación por ingestión de este ácido son: salivación, sed intensa, dificultad para tragar, dolor y shock. Se producen quemaduras en boca, esófago y estómago, hay dolor estomacal y debilitamiento. En caso de vómito,un éste generalmente es café. Si la cantidad ingerida es grande puede presentarse colapso circulatorio. Equipo de protección personal:
Para su manejo debe utilizarse bata y lentes de seguridad y, si es necesario, delantal y guantes de neopreno o Viton (no usar hule natural, nitrilo, PVA o polietileno). No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas (perillas de seguridad), nunca aspirar con la boca. Acciones de emergencia
Debido a que este producto es extremadamente reactivo, debe tenerse mucho cuidado en su manejo. Las personas expuestas a este producto, deben ser transportadas a un área bien ventilada y deben eliminarse las ropas contaminadas, de manera general. Dependiendo del grado de contaminación, las personas que atiendan a las víctimas deberán vestir equipo de protección adecuado para evitar el contacto directo con este ácido. Las ropas y equipo contaminado deben ser almacenados adecuadamente para su posterior descontaminación.
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Inhalación: Evaluar los signos vitales; pulso y velocidad de respiración; detectar cualquier trauma. En caso de que la víctima no tenga pulso, proporcionar rehabilitación cardiopulmonar; si no hay respiración, dar respiración artificial y si ésta es dificultosa, suministrar oxígeno y sentarla. Ojos: Lavarlos con agua tibia corriente de manera abundante, hasta su eliminación total. Piel: Lavar cuidadosamente el área afectada con agua corriente de manera abundante. Ingestión: Proceder como en el caso de inhalación en caso de inconciencia. Si la víctima está consciente, lavar la boca con agua corriente, sin que sea ingerida. NO INDUCIR EL VOMITO NI TRATAR DE NEUTRALIZARLO. El carbón activado no tiene efecto. Dar a la víctima agua o leche, solo si se encuentra consciente: niños mayores de 1 año, 1/2 taza; niños de 1 a 12 años, 3/4 de taza y adultos, 1 taza. Continuar tomando agua, aproximadamente una cucharada minutos. EN TODOS AL LOS CASOS DE EL PACIENTE cada DEBE10SER TRANSPORTADO HOSPITAL TANEXPOSICION, PRONTO COMO SEA POSIBLE.
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CONCLUSIONES
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CONCLUSIONES A lo largo de este proyecto se logró alcanzar los objetivos planteados, debido a que se aplicaron conocimientos obtenidos en las materias del módulo de manejo de materiales, como fueron:
Flujo de fluidos para cálculo de tuberías, compresores y bombas requeridas para el transporte de fluidos. Separación mecánica y mezclado para el cálculo de los filtros requeridos para separar las impurezas que afectan el proceso. Diseño de equipo para el cálculo de recipientes a presión, con la aplicación de código ASME y API.
Entre otros, obtenidos por la necesidad del proceso. Debido a la magnitud del proyecto y las capacidades desarrolladas hasta ahora, se tuvieron limitaciones en cuanto al dimensionamiento y diseño de equipos que manejan transferencia de masa y energía. También se logró realizar los diagramas de bloques y de flujo que sirvieron de base para la elaboración de un balance de materia.
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ANEXOS
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A. Mate rias prim as Los materiales esenciales son amoniaco, aire, agua y un catalizador en grasa de platino y 10% de rodio. Por lo general es deseable localizar la planta cerca de una de amoniaco. Ya que se requieren hasta 17 kg de amoniaco para contener 1 kgátomo de nitrógeno, pero 105 kg de ácido nítrico al 60%, para los grandes usuarios puede ser más barato embarcar amoniaco que ácido nítrico. Las soluciones de ácido nítrico pueden ser embarcadas en vagones y camiones de acero inoxidable. AMONIACO
El Amoniaco a temperatura ambiente, es un gas incoloro con un olor muy penetrante y sumamente irritante. Es ampliamente utilizado en la industria química y como refrigerante, se emplea con frecuencia en solución acuosa, por lo tanto, es muy soluble en agua, alcohol y éter, licua fácilmente por presión, es combustible. Se produce naturalmente por descomposición de la materia orgánica y también se fabrica industrialmente. Se disuelve con facilidad en agua formando el agua amoniacal y se evapora rápidamente. Es una sustancia muy corrosiva y tóxica por lo que su manejo requiere medidas de seguridad para evitar daños a la salud e incluso la muerte. Generalmente se vende en forma líquida. A pesar de ser clasificado como un gas no inflamable, el amoniaco puede arder bajo ciertas concentraciones en fase vapor y el riesgo de fuego aumenta en presencia de materiales combustibles. En caso de fuga o descomposición rápida de este gas, existe el riesgo de congelamiento y deshidratación causando quemaduras al contacto con la piel debido a que se almacena a presión como líquido. El amoniaco anhidro, en concentraciones de más de mil partículas por millón es asfixiante, quema las vías respiratorias, produce quemaduras, destruye tejidos y si no se usa el equipo adecuado, ni se toman las medidas de seguridad necesarias durante su manejo, puede producir la muerte.
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ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE
Cilindros metálicos, esferas de almacenamiento ASME, auto tanques, carro tanques, ducto, buque tanque y tanques portátiles para gases licuados bajo presión. Materia de acero. No se permiten aleaciones de cobre, plata o zinc. Los contenedores no deberán presentar señales de abuso físico, deformaciones, abolladuras, fracturas, laminaciones. Los recipientes deben inspeccionarse y probarse periódicamente, registrando los resultados obtenidos. Deben contar con una placa de datos técnicos que indique; especificación, presión de servicio, fecha de construcción, última prueba, etc.
AIRE Es una combinación de gases en proporciones ligeramente variables, compuesto por nitrógeno (78 %), oxígeno (21 %), y otras sustancias (1 %), como ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y gases nobles (como kriptón y argón). A alta presión puede acelerar la combustión. AGUA El agua utilizada en el proceso debe estar des-ionizada para evitar la corrosión del acero debida a las sales. También esto es debido a que si hay presencia de cloro esto acarrea un problema único y grave para la absorción. Ya que si el agua tiene cloruros estos se van al fondo de la torre de absorción y esto provoca que el ácido nítrico que ya está a una elevada concentración, los oxida a cloro, que es barrido hacia arriba de la columna, pero no puede salir por el gas superior porque aquí el NO los reduce a HCL, que baja por la columna, en fase acuosa. Y como se sabe la combinación de ácido nítrico y ácido clorhídrico es sumamente corrosiva, perjudicando a los equipos en los cuales se almacenara o concentrara más y a la misma torre de absorción.
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Almacenamiento del agua La norma API 650 permite calcular estanques de acero soldado para el almacenamiento de petróleo y derivados, y que trabajan a presión cercana a la atmosférica. Esta norma se utiliza también en el cálculo de estanques para el almacenamiento de agua en empresas donde requieren una gran cantidad de estanques, optimizando el trabajo de cálculo y diseño al usar una sola norma. La norma AWWA D-100, permite calcular estanques de acero soldado para el Almacenamiento de agua, ya sea potable o de procesos, que trabajen a presión atmosférica y que no necesiten servicio de refrigeración. El uso de esta norma permite calcular estanques de fondo plano apoyados en el suelo, y estanques elevados sobre una torre estructural. Respecto a la aplicación, la norma API 650 es más estricta en los procedimientos de cálculo que la norma AWWA D-100, ya que está diseñada para almacenar combustibles. La norma API 650 tiene la ventaja de entregar los resultados de las fórmulas en unidades delAWWA sistemaD-100, internacional sistema inglés Por otra parte, la norma dificulta yeldel procedimiento de paralelamente. cálculo debido a que mantiene las unidades del sistema inglés. También se pueden utilizar distintos estanques ya prediseñados por empresas dedicadas a esto como ROTOPLAS, ESTECH, talleres industriales potosinos etc. PLATINO (CATALIZADOR) Las velocidades de muchas reacciones se incrementan en forma considerable al usar catalizadores; dichas sustancias incrementan la velocidad de reacción, aunque no participan en ella. Los catalizadores características:
deben
tener
las
siguientes
No debe ser ni reactivo ni producto, por lo tanto no aparecerá en la ecuación global de la reacción química. Son eficaces incluso si existe en muy pequeñas cantidades en el sistema químico. Se recupera al final del proceso en el mismo estado en el que se ha introducido, es decir, que podría 121
volver a utilizarse de nuevo. No altera las variables termodinámicas del proceso, porque el catalizador ni aporta ni consume energía del sistema; no cambia ni ∆H ni ∆G ni ∆S de la reacción. Un proceso que no sea espontáneo no será favorecido por la presencia de un catalizador. Acelera por igual la reacción directa e inversa. El catalizador conduce la
reacción más rápidamente al estado de equilibrio por ambos sentidos. En general, los catalizadores son específicos, es decir, aceleran sólo una reacción concreta y no el resto.
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B . HOJAS DE SEGURIDAD
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C. TIPOS DE TANQUES DE A
LMA CENAMIENT O
Tanques atmosféricos:
Se emplea el término de “tanque atmosférico” para cualquier deposito diseñado para su utilización dentro de más o menos varios centenares de pascales(unas cuantas libras por ft cuadrado) de presión atmosférica. Pueden estar abiertos a la atmosfera o cerrados. Por lo común, se obtiene el costo mínimo en una forma cilíndrica vertical y un fondo relativamente plano al nivel del terreno. Tanques elevados:
Estos pueden proporcionar un flujo grande cuando se requiere, pero las capacidades del bombeo no tienen que ser de más del flujo promedio. En esta forma es posible ahorrar en inversiones de bombas y tuberías. También proporcionan flujo después que fallan las bombas, lo que constituye una consideración importante en los sistemas contra incendio. Tanques a presión:
Son tanques cilíndricos verticales o cúpulas, que funcionan a presiones por encima de varios pero que sede acerca todavía la presión atmosférica, segúnpascales, las especificaciones la norma APIbastante 650. A amedida que aumenta l tamaño o la presión se hace necesaria la curvatura en todas las superficies. Se pueden construir tanques de esta categoría hasta una presión de 103.4 KPa, según las especificaciones de la norma API 620. Las formas utilizadas son esferas, elipsoides, estructuras toroidales y cilindros circulares con cabezas torisfericas, elipsoidales o hemisféricas. El código sobre recipientes a presión ASME pressure Vessel Code (Sec. VIII del código ASME Boiler and pressure vesel code) aunque no es requerido para presiones inferiores de 103.4 KPa, es útil para el diseño de estos recipientes. Tanques al vacío:
Estos tanques estarán provistos de valvular para rompimiento de vacío o serán diseñados para vacío (presión extrema). El codifo ASME Pressure Vesel Code contiene procedimientos de diseño para estos tanques
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Aislamiento de tanques
Los tanques que contienen materiales por encima de la temperatura atmosférica requieren el aislamiento para reducir las pérdidas de calor. Se puede emplear casi todo los materiales aislantes que se emplean comúnmente. Entre ellos se encuentran los silicatos de calcio, la fibra de vidrio, la lana mineral, el vidrio celular, y las espumas de plásticos. Los tanques expuestos al medio ambiente deben de tener recubrimientos de protección o revestimientos, por lo común de asfalto, evitando el agua. Almacenamiento de gases
Recipiente para gases. El gas se almacena a veces en recipientes dilatables ya sea de tipo de sello seco o sello líquido. Los recipientes de sello líquido, tienen un recipiente cilíndrico cerrado en la parte superior y un volumen que varía mediante su ascenso y descenso en un deposito anular, con sello lleno de agua, se han construido tanques sellados en tamaños de hasta 280 000m^3. Los recipientes de sello seco tienen una parte superior rígida fija a las paredes laterales mediante diafragmas de tela que le permiten ascender y descender. Solución de gases en líquidos. Algunos gases se disuelven fácilmente en líquidos. En casos donde las cantidades no son grandes, este se puede considerar un proceso práctico de almacenamiento. Algunos de los ejemplos (Amoniaco en agua, Acetileno en acetona, Cloruro de hidrogeno en agua). Manipulación de los tanques No lavar sus contenedores por fuera, ni usar para otros propósitos. Cuando se esté diluyendo, el ácido debe ser añadido lentamente al agua y en cantidades pequeñas, nunca use agua caliente ni añada agua al ácido. Agua añadida al ácido puede causar un descontrol de ebullición y salpicar. Al principio el ácido nítrico se manejó principalmente en recipientes cerámicos o recubiertos con ladrillo antiácido, pero hoy en día como materiales de construcción se emplean casi en forma exclusiva, el acero inoxidable; de hecho, el desarrollo de los aceros inoxidables hizo posible el proceso a presión. Para acido débil a temperatura ordinaria, el acero inoxidable al cromo simple es satisfactorio; para ácidos más concentrados o a mayores temperaturas, se puede utilizar el tipo convencional 18-8. Hay una fenómeno que presenta el ácido nítrico en contacto con el acero, llamado pasividad; que permite la resistencia del acero inoxidable al 134
ataque del ácido nítrico como resultado de una formación de un oxido en forma de película fuertemente adherida al metal, que lo protege de ataques posteriores, para condiciones severas, los recipientes deben templarse o fabricarse de acero inoxidable estabilizado. (El acero inoxidable es muy sensible a la corrosión por impurezas, especialmente cloruros). En general se busca cumplir las siguientes condiciones de almacenamiento y logística.
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D. CAL CULO DE TA NQUES A PRESIO N INT ERNA
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E. TAB LA S PA RA DIS MENSI ONAMIENT O DE EQUI PO
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F. TAB LA S DE PESO DE BRIDAS
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Brida 150 lb
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Brida 300 lb
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Brida 1500 lb
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G. CAL IBRES DE PLACA S (ACERO I NOXI DAB LE)
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H. TAB LA DE PRESIÓ N NOMINAL EN BR IDAS (Código ANSI B16.5)
I. TAB LA DE VELOCI DADES EN TUBERI AS
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J . TAB LA DE K (Cv/ Cp) PARA VARIOS GASES
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K . CURVA DE LA PERDIDA POR FRICCIÓ N (Lo )
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L . TAB LA DE AC. COMERCI AL CD 40 ( FLUJO DE GA SES)
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M. TAB LA DE A C. COMER CIAL CD 40 ( FLUJO DE LIQUI DOS)
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N. TAB LA DE ESF UERZO S PARA SILLETAS
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