A1-acido-sulfurico-lunes.docx

Diseño de una Planta Industrial de Ácido Sulfúrico

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO “ESPOCH” FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA TRABAJO DE INGENIERÍA DE PLANTAS

Tema: DISEÑO DE UNA PLANTA INDUSTRIAL DE ÁCIDO SULFÚRICO

Ing. Aida Granja Nivel: Décimo Nivel Fecha: Riobamba, 13 de julio de 2011

TABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO ...................................................................................................... 1

Ing. Química

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Página 1

Diseño de una Planta Industrial de Ácido Sulfúrico ANTECEDENTES .................................................................................................................... 3 JUSTIFICACIÓN...................................................................................................................... 4 INTRODUCCIÓN.................................................................................................................... 5 1

2

OBJETIVOS........................................................................................................................ 6 1.1

Objetivo General ....................................................................................................... 6

1.2

Objetivos Específicos ................................................................................................ 6

MARCO TEORICO .......................................................................................................... 7 2.1

Obtención industrial de acido sulfúrico ................................................................ 7

2.1.1

Proceso de contacto ........................................................................................... 7

2.1.2

Reacciones ........................................................................................................... 9

2.1.3

Producción ........................................................................................................ 10

2.1.4

Materia prima ................................................................................................... 10

2.1.5

Equipos .............................................................................................................. 10

2.1.6

Materiales.......................................................................................................... 10

2.1.7

Balances de masa y energía ............................................................................ 11

2.1.7.1 Balance de masa ........................................................................................... 11 2.1.7.1.1 Cálculos.................................................................................................... 12 2.1.7.2 Balance de energía ....................................................................................... 18 3

RESULTADOS ............................................................................................................... 20

4

DISEÑO FINAL Y ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS ......................................... 21

5

CONCLUSIONES .......................................................................................................... 23

6

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 24

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ANTECEDENTES El ácido sulfúrico fue producido por primera vez aproximadamente en el año 1,000 de la era cristiana. Por 18 siglos, el ácido sulfúrico fue preparado por el quemado de salitre con azufre. En el siglo XVIII y XIX, este fue esencialmente producido por una cámara procesadora en la cual el óxido de nitrógeno era usado como un catalizador homogéneo para la oxidación del óxido de azufre. El producto hecho por este proceso era de baja concentración, no era lo suficientemente alto para los muchos usos comerciales. Durante la primera mitad del siglo XIX, la cámara procesadora fue gradualmente reemplazada por el proceso de contacto, y ahora el método anterior es considerado obsoleto. En 1915, un efectivo catalizador de vanadio fue desarrollado para el proceso de contacto. Este tipo de catalizador fue empleado en los Estados Unidos. El catalizador de vanadio tiene la ventaja de una resistencia superior a la intoxicación y de ser relativamente abundante y barata comparado con el platino. Después de la segunda guerra mundial, el tamaño típico de las plantas que realizaban el proceso de contacto se incrementó drásticamente alrededor del mundo suministrando un rápido incremento de la demanda de la industria de fertilizantes de fosfatos.

En el año de 1963, se desarrolla el primer proceso de doble absorción en gran escala. En este proceso, el gas SO2que ha sido parcialmente convertido en SO3por medio del catalizador es refrigerado, pasa a través del ácido sulfúrico para remover SO3recalentado, y luego es pasado a través de una o dos cámaras catalizadores. Por este método, la conversión total puede ser incrementada desde el 98% al 99.5-99.8%, por consiguiente reduciendo la emisión del SO2convertido a la atmósfera. El proceso de contacto ha sido mejorado en todo detalle y es ahora una de las industrias de bajo costo, con un proceso automático continuo. Todas las nuevas plantas de ácido sulfúrico usan el proceso de contacto. Las pocas plantas de pequeña capacidad emplean la cámara de procesamiento que representan el 5% de las plantas de ácido sulfúrico.

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JUSTIFICACIÓN

El presente trabajo investigativo tiene como finalidad poner en práctica, los conceptos teóricos de la cátedra de Ingeniería de Plantas mediante la elaboración de un diseño de una planta industrial como es el caso de la obtención de ácido sulfúrico.

Ante la necesidad de conocer la capacidad de los equipos de proceso que conforman una planta industrial para determinar el rendimiento total de la misma, se ha visto conveniente determinar algunos parámetros para lograr este objetivo. Ya que siempre es necesario conocer

cuánto volumen puede ser procesado en un

determinado equipo y de esta forma se controla el flujo de materia prima limitado en la entrada de las operaciones básicas.

Por lo antes mencionado es importante aplicar el diseño e Ingeniería de Plantas como factor importante en el área de producción de una industria. Además de que es un determinante en cuanto a los costos económicos involucrados para una óptima factibilidad de una planta antes de ser puesta en marcha, y de esta forma evitar riesgos durante el proceso productivo.

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INTRODUCCIÓN El diseño, ingeniería e instalación de planta está en función de la inversión y del tipo de alimento que se desea elaborar.

En detalle involucra establecer el tamaño de planta, principios sanitarios, características del proceso (continuo ó batch), nivel de tecnología, selección de maquinaria y equipo y finalmente, la infraestructura de la planta. El diseño de planta debe considerar en forma primordial que la planta esté apta para cumplir con las exigencias en la implementación de cualquier sistema de gestión inocuidad (HACCP, BPM, BPA, etc.).

En el diseño de nuestra planta el ácido sulfúrico es uno de los químicos industriales más importantes. El ácido sulfúrico es importante en casi todas las industrias, y es usada ampliamente en la manufactura de fertilizantes superfosfatos, sales sulfatadas, celofán, rayón, detergentes, ácido clorhídrico, ácido nítrico, tintes, pigmentos, explosivos, refinación de petróleo, en el almacenaje de baterías, en el tratamiento de agua industrial, y en el blanqueado de minerales.

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1

OBJETIVOS

1.1 Objetivo General



Realizar el diseño de una planta de elaboración de acido sulfúrico para una producción anual determinada.

1.2 Objetivos Específicos



Determinar los quipos empleados en las diferentes operaciones de proceso.



Determinar la importancia de las reacciones químicas en los cálculos de balance de materia y energía.



Determinar la capacidad de diseño de los equipos más importantes.



Establecer el diseño final con las especificaciones obtenidas en cada proceso.

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2

MARCO TEORICO

2.1 Obtención industrial de acido sulfúrico El ácido sulfúrico se encuentra disponible comercialmente en un gran número de concentraciones y grados de pureza. Existen dos procesos principales para la producción de ácido sulfúrico, el método de cámaras de plomo y el proceso de contacto. El proceso de contacto produce un ácido más puro y concentrado, pero requiere de materias primas más puras y el uso de catalizadores costosos. En ambos procesos el dióxido de azufre (SO2) es oxidado y disuelto en agua. El dióxido de azufre es obtenido mediante la incineración azufre, tostando piritas (Bisulfuro de Hierro), tostando otros sulfuros no ferrosos, o mediante la combustión de sulfuro de hidrogeno (H2S) gaseoso 2.1.1 Proceso de contacto Es el método de uso más generalizado en los países desarrollados. El fundamento del mismo reside en la oxidación reversible del SO2 a SO3 sobre un catalizador sólido, que en un principio fue platino y que modernamente suele ser pentaóxido de divanadio (V2O5) por razones de economía, resistencia a los envenenadores (a los que el Pt es tan vulnerable).

Figura N 1: Diagrama del proceso de contacto

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Obtención del dióxido de azufre

El azufre es enviado dentro de una tolva medidora de azufre, luego será fundido por una bobina de vapor, el índice de fusión será acelerado por medio de un agitador. El azufre fundido es derramado en los compartimentos de almacenaje de azufre. Dos equipos tipo bombas, serán instalados en el compartimento de almacenaje de azufre del medidor de azufre, uno será operado y el otro será parado. La bomba entregará azufre derretido a través de una línea elevadora de vapor al azufre quemado. Una presión de vapor de 5 Kg/Cm2 será usada para calentar la línea elevadora. El azufre será rociado en la parte superior de la cámara de combustión de azufre. El aire para la combustión será proporcionado por una tolva conducida por un motor eléctrico. El aire de la tolva pasará a través de una torre de secado para precalentar el aire y sobre el azufre quemado para proporcionar el oxígeno necesario para producir el gas SO2. 

Obtención del acido sulfúrico

En este proceso, una mezcla de gases secos que contiene del 7 al 10% de SO 2, según la fuente de producción de SO2 (el valor inferior corresponde a plantas que tuestan piritas y el superior a las que queman azufre), y de un 11 a 14% de O 2, se precalienta y una vez depurada al máximo, pasa a un convertidor de uno o más lechos catalíticos, por regla general de platino o pentóxido de vanadio, donde se forma el SO3. Se suelen emplear dos o más convertidores. Los rendimientos de conversión del SO2 a SO3 en una planta en funcionamiento normal oscilan entre el 96 y 97%, pues la eficacia inicial del 98% se reduce con el paso del tiempo. Este efecto de reducciones se ve más acusado en las plantas donde se utilizan piritas de partida con un alto contenido de arsénico, que no se elimina totalmente y acompaña a los gases que se someten a catálisis, provocando el envenenamiento del catalizador. Por consiguiente, en ocasiones, el rendimiento puede descender hasta alcanzar valores próximos al 95%. En el segundo convertidor, la temperatura varía entre 500º y 600ºC. Esta se selecciona para obtener una constante óptima de equilibrio con una conversión máxima a un

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Diseño de una Planta Industrial de Ácido Sulfúrico coste mínimo. El tiempo de residencia de los gases en el convertidor es aproximadamente de 2-4 segundos. Los gases procedentes de la catálisis se enfrían a unos 100ºC aproximadamente y atraviesan una torre de óleum, para lograr la absorción parcial de SO3. Los gases residuales atraviesan una segunda torre, donde el SO3 restante se lava con ácido sulfúrico de 98%. Por último, los gases no absorbidos se descargan a la atmósfera a través de una chimenea. Existe una marcada diferencia entre la fabricación del SO2 por combustión del azufre y por tostación de piritas, sobre todo si son arsenicales. El polvo producido en el proceso de tostación nunca puede eliminarse en su totalidad y, junto con las impurezas, principalmente arsénico y antimonio, influye sensiblemente sobre el rendimiento general de la planta. La producción de ácido sulfúrico por combustión de azufre elemental presenta un mejor balance energético pues no tiene que ajustarse a los sistemas de depuración tan rígidos forzosamente necesarios en las plantas de tostación de piritas. 2.1.2

Reacciones

Se distinguen tres etapas: Primera etapa:Obtención del SO2 La obtención del SO2 se realiza por la combustión de S o tostando sulfuros sobre todo pirita. S + N2 + 2O2 → SO2 + N2 + O2 S + O2 → SO2 Segunda etapa: Oxidación de SO2 a SO3 3 2SO2 + O2 + N2 → SO3 + SO2 + O2 + N2 2 2SO2 + O2 → 2SO3 Tercera etapa: Obtención del acido sulfúrico 3 SO3 + H2 O + 2SO2 + O2 + N2 → H2 SO4 + SO3 + SO2 + O2 + N2 2 SO3 + H2 O → H2 SO4

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Diseño de una Planta Industrial de Ácido Sulfúrico 2.1.3 Producción Esta unidad de quemado de azufre puede producir 30 toneladas de ácido sulfúrico (98%) por día (capacidad mínima). Conociendo previamente que dicha planta tiene una producción anual de 8400 ton y que labora durante 280 días al año, realizando 4 ciclos por día comprendiendo en cada ciclo 5 horas de reacción y 1 hora de carga, descarga y limpieza. 2.1.4 Materia prima 

Materia prima: Azufre Calidad: Un proceso FRASCH



Dilución del agua Calidad: Agua potable (depende de la calidad de producto requerido)

2.1.5 Equipos 

Horno



Convertidor (Reactor)



Absorbedores



Chimenea

2.1.6 Materiales EQUIPOS

MATERIALES

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

Caldera,

Acero inoxidable de tipo Es básico, tipo austenítico para

intercambiadores, reactor

302

propósito resistencia

general, a

la

con

buena

corrosión

y

propiedades mecánicas Horno

En

el

interior

material Para resistir altas temperaturas y

refractario. Y externamente evitar acero inoxidable.

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la

desintegración

del

material a fundirse.

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Diseño de una Planta Industrial de Ácido Sulfúrico 2.1.7 Balances de masa y energía 2.1.7.1 Balance de masa 

Especificación de variables de entrada y salida en cada equipo

O2 N2 P-41

S liquido 400 kg/h

P-48

SO2 O2 N2

HORNO

P-49 P-50

E-28

SO2

P-42

O2 N2

REACTOR SO3

P-51

O2 N2 SO2

E-27

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SO3

P-46

O2 N2 SO2

H2SO4 98% ABSORB EDORES

98%

P-39

SO2

P-36

SO3

P-44

O2

P-38

N2

P-43

E-25

2.1.7.1.1 Cálculos 8400

30

ton 1 año 𝐭𝐨𝐧 × = 𝟑𝟎 𝐇 𝐒𝐎 año 280días 𝐝í𝐚 𝟐 𝟒

ton H2 SO4 1000Kg 𝐊𝐠𝐇𝟐 𝐒𝐎𝟒 × = 𝟑𝟎𝟎𝟎𝟎 día 1ton 𝐝í𝐚

30000

KgH2 SO4 0,98 KgH2 SO4 × = 29 400 día 1 Kgmol H2 SO4 día

29 400

KgH2 SO4 1 dia 𝐊𝐠𝐇𝟐 𝐒𝐎𝟒 × = 𝟏𝟐𝟐𝟓 día 24h 𝐡

𝐒𝐎𝟑 + 𝐇𝟐 𝐎 → 𝐇𝟐 𝐒𝐎𝟒  Cantidad requerida de 𝑺𝑶𝟑

29 400

KgH2 SO4 1 KgmolH2 SO4 1KgmolSO3 80KgSO3 𝐊𝐠𝐒𝐎𝟑 × × × = 𝟐𝟒 𝟎𝟎𝟎 día 98 KgH2 SO4 1 Kgmol H2 SO4 1 Kgmol SO3 𝐝í𝐚

𝟐𝟒 𝟎𝟎𝟎

𝑲𝒈𝑺𝑶𝟑 𝟏𝒅𝒊𝒂 𝑲𝒈𝑺𝑶𝟑 × = 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒅í𝒂 𝟐𝟒𝒉 𝒉

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 Cantidad requerida de agua

29 400

5 400

KgH2 SO4 1 KgmolH2 SO4 1KgmolH2 O 18KgH2 O 𝐊𝐠𝐇𝟐 𝐎 × × × = 𝟓 𝟒𝟎𝟎 día 98 KgH2 SO4 1 Kgmol H2 SO4 1 KgmolH2 O 𝐝í𝐚

KgH2 O 1 dia 𝐊𝐠𝐇𝟐 𝐎 × = 𝟐𝟐𝟓 día 24h 𝐡

 Flujo de agua requerida

5 400

KgH2 O 1L L × = 5 400 día 1Kg dia

𝐟𝐧𝐨𝐦𝐢𝐧𝐚𝐥 = 5 400

L dia

𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 𝐟𝐧𝐨𝐦𝐢𝐧𝐚𝐥 × 𝟏, 𝟎𝟓 𝐿 × 1,05 𝑑𝑖𝑎 L 1 dia L fdiseño = 5 670 × = 236,25 dia 24 h h 𝐋 𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 𝟐𝟑𝟔, 𝟐𝟓 𝐡 𝑓𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 5 400

𝟐𝐒𝐎𝟐 + 𝐎𝟐 → 𝟐𝐒𝐎𝟑  Cantidad requerida de 𝑺𝑶𝟐

24000Kg SO3 ×

1Kgmol SO3 1Kgmol SO2 60Kg SO2 𝐊𝐠 𝐒𝐎𝟐 × × = 𝟏𝟗𝟐𝟎𝟎 80Kg SO3 1Kgmol SO3 1Kgmol SO2 𝐝𝐢𝐚

 Reacciona: 19200 Kg SO2 (0.97) = 18624

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Kg SO2 dia

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18624

Kg SO2 1dia 𝐊𝐠 𝐒𝐎𝟐 × = 𝟕𝟕𝟔 dia 24h 𝐡

 No Reacciona: 19200 Kg SO2 (0.03) = 576

576

Kg SO2 dia

Kg SO2 1dia 𝐊𝐠 𝐒𝐎𝟐 × = 𝟐𝟒 dia 24h 𝐡

 Cantidad requerida de 𝑶𝟐

24000

Kg SO3 1Kg − mol SO3 1,5 Kg − mol O3 32Kg O3 𝐊𝐠 𝐎𝟐 × × × = 𝟏𝟒𝟒𝟎𝟎 dia 80Kg SO3 1Kg − mol SO3 1Kg − mol O3 𝐝𝐢𝐚

14400Kg O2 𝐊𝐠 𝐎𝟐 = 𝟕𝟐𝟎𝟎 2 𝐝𝐢𝐚  Reacciona: 7200 Kg O2 (0.75) = 5400

5400

Kg O2 dia

Kg O2 1 dia Kg O2 × = 225 dia 24 h h

 No Reacciona: 7200 Kg O2 (0.25) = 1800 1800

Kg O2 dia

Kg O2 1 dia Kg O2 × = 75 dia 24 h h

𝐒 + 𝐎𝟐 → 𝐒𝐎𝟐  Cantidad requerida de S

19200Kg SO2 ×

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1Kg − mol SO3 1Kg − mol S 32Kg S 𝐊𝐠 𝐒 × × = 𝟗𝟔𝟎𝟎 64Kg SO2 1Kg − mol SO2 1Kg − mol S 𝐝𝐢𝐚 Ing. de Plantas

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Capacidad de la bomba para el azufre Kg S 1 dia 6h 1 ciclo m3 1000L L 9600 × × × × × = 115,94 dia 24 h 1 ciclo 10 min 2070KgS m3 min 𝐟𝐧𝐨𝐦𝐢𝐧𝐚𝐥 = 115,94

L min

𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 𝐟𝐧𝐨𝐦𝐢𝐧𝐚𝐥 × 𝟏, 𝟎𝟓 L × 1,05 min 𝐋 = 𝟏𝟐𝟏, 𝟕𝟒 𝐦𝐢𝐧

𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 115,94 𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨

 Cantidad requerida de 𝑶𝟐

19200Kg SO2 ×

1Kg − mol SO3 2Kg − mol O2 32Kg O2 × × = 𝟏𝟗𝟐𝟎𝟎𝐊𝐠 𝐎𝟐 64Kg SO2 1Kg − mol SO2 1Kg − mol O2

 Reacciona: Kg O2

19200

11520

día

(0.60) = 11520

Kg O2 día

Kg O2 1dia 𝐊𝐠 𝐎𝟐 × = 𝟒𝟖𝟎 día 24 h 𝐡

 No Reacciona: Kg O2 día Kg O2 1dia 𝐊𝐠 𝐎𝟐 7680 × = 𝟑𝟐𝟎 día 24 h 𝐡 19200 Kg O2 (0. 40 ) = 7680

Calculo de la cantidad de catalizador empleado Se emplea el 5% del volumen final del acido sulfúrico para el catalizador. Kg × 0,05 = fcatalizador dia Kg 1 dia 5h 1 ciclo = 1500 × × × dia 24 h 1 ciclo 10 min

30000 fcatalizador

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fcatalizador = 31,25

Kg L × min 3.35 kg

 Calculo de la capacidad de la bomba del catalizador 𝐟𝐍𝐨𝐦𝐢𝐧𝐚𝐥 = 9,33

L min L × 1.05 min L = 9,8 min

𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 𝐂𝐚𝐭𝐚𝐥𝐢𝐳𝐚𝐝𝐨𝐫 = 9,33 𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 𝐂𝐚𝐭𝐚𝐥𝐢𝐳𝐚𝐝𝐨𝐫

 Determinación del flujo másico de combustible en el horno

𝐂𝟏𝟐 𝐎𝟐𝟑 + 𝟏, 𝟒𝐚𝐭 (𝐎𝟐 + 𝟑, 𝟕𝟔 𝐍𝟐 ) → 𝐱𝐂𝐎𝟐 + 𝐲𝐇𝟐 𝐎 + 𝟎, 𝟒 𝐚𝐭 𝐎𝟐 + (𝟏, 𝟒 × 𝟑, 𝟕𝟔 )𝐚𝐭 𝐍𝟐 C

12 = 𝒙

H

23 = 2𝒚 𝒚 = 11,5

O

y

1,4at = x + 2 + 0,4 at 1,4at − 0,4 at = 12 + 𝐚𝐭 =

23 4

48 + 23 4

𝐚𝐭 = 𝟏𝟕, 𝟕𝟓 C12 O23 + 𝟐𝟒, 𝟖𝟓 (O2 + 3,76 N2 ) → 𝟏𝟐 CO2 + 𝟏𝟏, 𝟓 H2 O + 𝟕, 𝟏 O2 + 𝟗𝟑, 𝟒𝟒 N2 Elemento

Reactivos

Productos

C

12

12

H

23

23

O

49,7

49,7

N

93,44

93,44

𝐦𝐚𝐢𝐫𝐞 = 24,85(1 + 3,76)Kmol (29

Kg ) Kmol

𝐦𝐚𝐢𝐫𝐞 = 𝟑𝟒𝟑𝟎, 𝟐𝟗𝟒 𝐊𝐠 𝐦𝐜𝐨𝐦𝐛𝐮𝐬𝐭𝐢𝐛𝐥𝐞 = 𝐂 + 𝐇 𝐦𝐜𝐨𝐦𝐛𝐮𝐬𝐭𝐢𝐛𝐥𝐞 = 12Kmol (12 Ing. Química

Kg Kg ) + 11,5Kmol (2 ) Kmol Kmol Ing. de Plantas

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Diseño de una Planta Industrial de Ácido Sulfúrico 𝐦𝐜𝐨𝐦𝐛𝐮𝐬𝐭𝐢𝐛𝐥𝐞 = 𝟏𝟔𝟕𝐊𝐠 Kg m3 1000L 1 día 6h 1 ciclo 𝐋 167 × × × × × = 𝟒, 𝟗𝟏 día 850Kg 1m3 24 h 1 ciclo 10 min 𝐦𝐢𝐧 𝐋 𝐦𝐢𝐧

𝐟𝐧𝐨𝐦𝐢𝐧𝐚𝐥 = 𝟒, 𝟗𝟏

𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 𝐟𝐧𝐨𝐦𝐢𝐧𝐚𝐥 × 𝟏, 𝟎𝟓 L × 1,05 min 𝐋 = 𝟓, 𝟏𝟔 𝐦𝐢𝐧

𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨 = 4,91 𝐟𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨

 Calculo de los volúmenes 𝒎 𝝆= 𝒗 𝒎 𝒗= 𝝆 kg

𝐯𝐬 =

9600 dia Kg

2070 m3

𝐯𝟎𝟐 =

19200

×

1000L 𝐋 = 𝟒 𝟔𝟒𝟎 1m3 𝐝𝐢𝐚

kg dia Kg

×

1429 m3

1000L L = 13435,96 3 1m dia

kg

𝐯𝐒𝐎𝟐 =

18 624 dia Kg

1400 m3

×

kg

𝐯𝐇𝟐 𝐎 =

5400 dia Kg

1000 m3

×

1000L 𝐋 = 𝟓𝟒𝟎𝟎 1m3 𝐝𝐢𝐚

kg

𝐯𝐒𝐎𝟑 =

24000 dia Kg

1920 m3

1000L L = 13300 3 1m dia

×

1000L 𝐋 = 𝟏𝟐𝟓𝟎𝟎 3 1m 𝐝𝐢𝐚

 Cálculo de la capacidad de la Caldera de Azufre

𝐯𝐂𝐚𝐥𝐝𝐞𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐒 = 𝐯𝐒 + 𝐯𝐎𝟐 L L + 13435,96 dia dia L 100 L = 18075,97 × = 24101,29 dia 75 dia

𝐯𝐂𝐚𝐥𝐝𝐞𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐒 = 4 640 𝐯𝐂𝐚𝐥𝐝𝐞𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐒

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𝐯𝐂𝐚𝐥𝐝𝐞𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐒 = 24101,29 𝐯𝐂𝐚𝐥𝐝𝐞𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐒 = 1004,22

L 1 dia × dia 24h

L h

 Cálculo de la capacidad del reactor

𝐯𝐑𝐞𝐚𝐜𝐭𝐨𝐫 = 𝐯𝐒𝐎𝟐 + 𝐯𝐎𝟐 + 𝐯𝐒𝐎𝟑 L L L + 13435,96 + 12500 dia dia dia L 100 L = 39235,96 × = 52314,61 dia 75 dia L 1 dia = 52314,61 × dia 24h L = 2179,77 h

𝐯𝐑𝐞𝐚𝐜𝐭𝐨𝐫 = 13300 𝐯𝐑𝐞𝐚𝐜𝐭𝐨𝐫 𝐯𝐑𝐞𝐚𝐜𝐭𝐨𝐫 𝐯𝐑𝐞𝐚𝐜𝐭𝐨𝐫

 Cálculo de la capacidad del absorbedor

𝐯𝐚𝐛𝐬𝐨𝐫𝐛𝐞𝐝𝐨𝐫 = 𝐯𝐇𝟐 𝐎 + 𝐯𝐒𝐎𝟑 L L + 12500 dia dia L 100 L = 17900 × = 23866,67 dia 75 dia L 1 dia = 23866,67 × dia 24h L = 994,44 h

𝐯𝐚𝐛𝐬𝐨𝐫𝐛𝐞𝐝𝐨𝐫 = 5400 𝐯𝐚𝐛𝐬𝐨𝐫𝐛𝐞𝐝𝐨𝐫 𝐯𝐚𝐛𝐬𝐨𝐫𝐛𝐞𝐝𝐨𝐫 𝐯𝐚𝐛𝐬𝐨𝐫𝐛𝐞𝐝𝐨𝐫

2.1.7.2 Balance de energía Calor requerido para la caldera

∆Hrso2 = ∆Hfso2 − ∆Hfs − ∆Hfo2 ∆Hrso2 = 296,8 − 0 − 0

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Diseño de una Planta Industrial de Ácido Sulfúrico KJ mol KJ 1mol = 296,8 × mol 1000Kmol KJ = 296 800 Kmol KJ 1J 0,239cal 1000Kcal = 296 800 × × × Kmol 1000KJ 1J 1cal

∆Hrso2 = 296,8 ∆Hrso2 ∆Hrso2 ∆Hrso2

𝐊𝐜𝐚𝐥 𝐊𝐦𝐨𝐥 Kcal 1Kg − molSO2 18 624KgSO2 1 dia 1 ciclo = 70 935,20 × × × × Kg − mol 64Kg SO2 dia 4 ciclos 5h

∆𝐇𝐫𝐬𝐨𝟐 = 𝟕𝟎 𝟗𝟑𝟓, 𝟐𝟎 Qrequerido

𝐐𝐫𝐞𝐪𝐮𝐞𝐫𝐢𝐝𝐨 = 𝟏𝟎𝟑𝟐𝟏𝟎𝟕, 𝟏𝟔

𝐊𝐜𝐚𝐥 𝐡

Masa de flujo de aire para la caldera

Qrequerido = 1032107,16

Kcal dia

T2 = 1000C = 1273K T1 = 800C = 1073K Cp aire = 1,005

KJ 1J 0,239cal 1000Kcal Kcal × × × = 0,24 Kg K 1000KJ 1J 1cal Kg K

𝐐 = 𝐦𝐂𝐩∆𝐓 m=

m=

Q Cp∆T 1.032.107,16 0,24

Kcal Kg K

h

(1273 − 1073)K

maire = 21.502,23

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Kcal

Kg h

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3

RESULTADOS HORNO Masa del combustible

167Kg

Flujo de diseño del combustible en la

5,16

L min

400

Kg S h

bomba

CALDERA Azufre Oxigeno

480

Kg O2 h

No reacciona: 320

Kg O2 h

Reacciona:

Dióxido de azufre

Reacciona: 776

Kg SO2 h

No reacciona: 24 Flujo de calor

Kg SO2 h

𝐾𝑐𝑎𝑙 ℎ 𝐿 1004,22 ℎ Kg 21.502,23 h L 121,74 min

1032107,16

Volumen Flujo de aire Flujo de diseño para la bomba de azufre

CONVERTIDOR Dióxido de azufre

Reacciona: 776

Oxigeno

No reacciona: 24

Kg SO2 h

No reacciona: 24

Kg SO2 h

No reacciona: 75

Kg O2 h

Trióxido de azufre

1000

Volumen

KgSO3 h

𝐿 ℎ Kg 31,25 min 𝐿 9,8 𝑚𝑖𝑛 2179,77

Catalizador Capacidad de la bomba del catalizador

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Kg SO2 h

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ABSORBEDOR Trióxido de azufre Agua

1000 Masa:225

KgSO3 h

KgH2 O h L

Flujo volumétrico: 236,25 h KgH2 SO4 h L 994,44 h

Acido sulfúrico

1225

Volumen

4

DISEÑO FINAL Y ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS

Ing. Química

Ing. de Plantas

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Diseño de una Planta Industrial de Ácido Sulfúrico

Aire O2 N2

S solido

P-8

S liquido 400 kg/h

E-8

400 kg / h

P-13

SO2

SO3

P-17

P-19

O2 N2

O2 N2

SO2

H2SO4 98%

P-14

P-25

SO2

P-29

SO3

P-28

O2

P-30

N2

P-27

P-16

P-11

CALDERA

HORNO

REACTOR

ABSORBEDOR

P-18

V2O5

P-9

V-4

V-2

H 2O

V-5

V2O5

DIESEL

P-7

Tanque del Catalizador TANQUE DE AGUA E-2

Diesel

P-1

Bomba

P-24

H2O

P-23

V-3 P-32 P-34

V-1 V-6

Bomba E-1

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5

CONCLUSIONES

Al realizar el siguiente trabajo tuvimos las siguientes conclusiones: 

Los principales equipos utilizados en la producción de acido sulfúrico son: horno para la fundición del equipo, caldera para la transformación del estado liquido a gaseoso del azufre, reactor para convertir el dióxido de azufre en trióxido de azufre y finalmente este ultimo reacciona con el agua para dar el ácido sulfúrico al 98%.



La importancia de las reacciones químicas en un proceso industrial radica debido a que indican la proporción equimolar de reactivos y productos, facilitando de esta manera los flujos de los componentes a la entrada y salida del sistema de producción.



Para determinar la capacidad de diseño de los equipos es necesario realizar diferentes pasos de cálculos como balances de materia y energía basados en las reacciones estequiometrias involucradas en el proceso.

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BIBLIOGRAFÍA  http://www.antartica.cl/antartica/servlet/LibroServlet?action=fichaLibro&i d_libro=91244  http://turnkey.taiwantrade.com.tw/showpage.asp?subid=122&fdname=CHE MICAL+MATERIAL&pagename=Planta+de+produccion+de+acido+sulfurico  http://html.rincondelvago.com/acido-sulfurico_3.html  http://www.indec.cl/man_asp.html#fabricacion  http://www.indec.cl/manualpa.html  http://html.rincondelvago.com/plantas-industriales.html  http://www.tipsparaempresas.com/diseno-de-plantas-industriales-2/  www.cosmos.com.mx/h/g1dz.htm

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