SISTEMA DE CONTROL PARA UNA PLANTA DE GRANULACIÓN DE NITRATO DE AMONIO

SISTEMA DE CONTROL PARA UNA PLANTA DE GRANULACIÓN DE NITRATO DE AMONIO

Jeison Alexis Villada Bedoya

Facultad de Ingeniería Química; Universidad Pontificia Bolivariana, Bloque 11, Medellín, Colombia

ALCANCE

El alcance de este trabajo es determinar la instrumentación necesaria y los controles con el fin de cumplir con los objetivos de control en la Planta de Granulación de Nitrato de Amonio.

BACKGROUND

El nitrato de amonio es uno de los principales fertilizantes; en la figura 1 se aprecia el proceso para su manufactura. Desde un tanque de alimentación se bombea una solución débil de nitrato de amonio (NH4NO3) a un evaporador. En la parte superior del evaporador hay un sistema de expulsión por vacío; el vacío se controla con aire que entra al sistema. La solución concentrada se bombea a un tanque de agitación y de ahí se alimenta a la parte superior de una torre de granulación (pulverización). En esta torre, la solución concentrada de NH4NO3 se lanza desde la parte superior contra una corriente de aire que se eleva. El aire es suministrado mediante un ventilador situado en el fondo de la torre. Con el aire se enfrían las gotas de forma esférica y se elimina parte de la humedad, con el cual quedan gránulos húmedos. Después, los gránulos se llevan a un secador rotatorio, donde se secan; luego se enfrían y se llevan a un mezclador, donde se les añade un agente antiadherente (arcilla o tierra diatomácea) y se empacan para su embarque.

DISEÑO BÁSICO

[pic 1]

Figura 1. Proceso de nitrato de amonio. Elaboración propia.

CONTROL TASA DE PRODUCCIÓN

“La decisión más crítica es la identificación de la variable manipulada de rendimiento (TPM, por sus siglas en ingles), es decir, el flujo de corriente que determina la tasa de producción de la planta. Esta corriente afecta la operación del proceso en conjunto, no sólo por el efecto directo sobre el flujo de la corriente, sino porque la localización de la TPM determina la disposición de muchos lazos de control restantes [1]”.

Para la elección de la localización de la TPM se tiene en cuenta que la corriente sea rica en productos, en una primera instancia se opta por la corriente de alimentación al evaporador, pero debido a que esta se encuentra en baja concentración (NH4NO3 débil) se toma en consideración la corriente de salida al evaporador, la solución concentrada se bombea a un tanque de agitación y de ahí se alimenta a la parte superior de una torre de granulación.  Al ser una corriente interna del proceso se minimiza la propagación de perturbaciones de flujo.

La solución concentrada se manipula por medio de la corriente de vapor que va al tanque de vaporización, ya que al presentarse un aumento súbito en el flujo de alimentación NH4NO3 débil se debe aumentar la velocidad de evaporación para garantizar la concentración adecuada en la solución. Garantizando además la seguridad de la planta al llevar un buen control de la presión en el tanque de vaporización al controlar el flujo de aire que entra al sistema.

Se opta por controlar la concentración de la solución ya que, por razones de control y seguridad la concentración de la solución se limita principalmente a 92% en peso. La concentración necesaria para otros pasos de proceso tales como la granulación o de formación de perlas se logra a través de una mayor concentración de la solución por calentamiento con vapor bajo presión de vacío [2]. Así la solución final es

Seleccionar la corriente de solución concentrada de NH4NO3 como la corriente TPM y controlar su flujo manipulando el flujo de alimentación de vapor que va hacia en tanque de vaporización.

OBJETIVOS DE CONTROL

los objetivos de control asociados en la Planta de Granulación de Nitrato de Amonio son los siguientes:

1. Controlar el nivel del evaporador.
2. Controlar la presión en el evaporador, lo cual se puede lograr mediante el control de flujo de aire que va al tubo de salida del evaporador.
3. Controlar el nivel del tanque de agitación.
4. Controlar la temperatura de los gránulos secos que salen del secador.
5. Controlar la densidad de la solución fuerte que sale del evaporador.

PERTURBACIONES

Las perturbaciones conocidas asociadas con la Planta de Granulación de Nitrato de Amonio son los siguientes:

1. Concentración de alimentación de NH4NO3

DESCRIPCIÓN DE LOS CONTROLES

Evaporador

• Control de nivel en el tanque de vaporización manipulando el flujo de alimentación de NH4NO3 débil.
• Control de la presión en el evaporador manipulando el flujo de aire que va al tubo de salida del evaporador.
• Control de la densidad de la solución fuerte manipulando el flujo de vapor que va hacia el tanque de vaporización.

Tanque de agitación

• Control de nivel en el tanque de agitación manipulando el flujo de alimentación de solución concentrada de NH4NO3.

Secador

• Control de la temperatura de los gránulos secos que salen del secador manipulando el flujo de aire que sale del calentador de aire.

ACCIONES EN FALLA

Las acciones en falla para los distintos elementos finales de control a utilizar son los siguientes:

Tabla 2. Acciones en falla para los distintos elementos finales de control

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