Diseño De Equipos De Una Planta Productora De Amoniaco

Introducción

El amoniaco es un gas incoloro con un olor muy penetrante, es muy soluble en agua tiene un peso molecular de 17.03 g/mol, presenta una composición del 82.25% de nitrógeno y el 17.75% de hidrogeno, entre sus propiedades físicas presenta una temperatura de ebullición de -33.4ºC, este en reacciones químicas puede actuar como una base o como un reductor.

El amoniaco es una sustancia inorgánica de gran valor que se utiliza en la industria de los fertilizantes: como nitrato de amoniaco, sales amónicas y urea; En la manufactura de explosivos, caprolactama, poliuretanos, gas criogénico por su elevado poder de vaporización, en textiles, en producción de pulpa y papel, en maquinas frigoríficas, en industrias farmacéuticas y en muchas otras áreas.

La elaboración de amoniaco de manera industrial comienza a finales del siglo del antepasado, donde muchos químicos se esforzaron para sintetizar amoniaco utilizando catalizadores de hierro, pero fue hasta 1900 que el químico Haber empezó a investigar el equilibrio del amoniaco y en 1913 elaboro la primera planta de elaboración de amoniaco junto con Carl a partir del método de Haber-Bosh, el cual consiste en una reacción directa entre el nitrógeno y hidrogeno en presencias de inertes, es una reacción exotérmica por lo que un aumento de la temperatura no favorece la formación de amoniaco, por lo tanto para una mejor formación de amoniaco es utilizar un catalizador de hierro y aumentar las presiones. Fritz Haber y Carl Bosh eran ingenieros químicos que recibieron el Premio Nobel de química en los años 1918 y 1931 gracias al descubrimiento de la síntesis de amoniaco.

La cantidad de amoníaco producido industrialmente cada año es casi igual a la producida por la naturaleza. El amoníaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposición y por desechos de los animales, pero la producción industrial de este se debe a la reacción entre en nitrógeno y el hidrogeno que son las materias primas utilizadas en la elaboración de este proceso. La venta del amoniaco producido industrialmente tiene un valor aproximado de 370 USD/ton al año.

Objetivo general

 Diseñar el proceso productivo de elaboración de amoniaco a partir del aire y del metano.

Objetivos específicos

 Caracterizar la materia prima, a partir de la cual se producirá el amoniaco.

 Elaborar el proceso tecnológico con el que se lleve a cabo la elaboración del amoniaco a partir del aire y del metano.

 Dimensionar los equipos involucrados en el proceso tecnológico de la elaboración de amoniaco a partir del aire y del metano.

Resumen.

En el presente trabajo mostraremos el proceso productivo de la elaboración de amoniaco a partir del aire y el metano.

La obtención del amoniaco lo estaremos realizando a través del método de Haber-Bosh el cual consiste en la reacción directa del hidrogeno y nitrógeno gaseosos en presencia de inertes. Fritz Haber y Carl Bosh eran ingenieros químicos y fueron los primeros en realizar este método al utilizar un reactor catalítico de lecho fijo PVR, esta reacción ocurre a altas presiones y con la ayuda de un catalizador de hierro.

Las materias primas utilizadas en este proceso a como se menciono antes serán el aire y el metano, las cuales pasaran por varias etapas para llegar a obtener nuestro producto deseado, para la mejor comprensión del proceso realizaremos balances energéticos y balances de masa con los que se mostraran los cambios que sufren las materias trabajadas.

Las etapas que se realizaran en este proceso serán el reformado, conversión, absorción, metanacion, compresión, mezclado, síntesis, condensación y por último el almacenado.

El reformado consiste de dos etapas en la primera se mezclaran vapor de agua con el metano y se realiza por un catalizador de oxido de níquel, mientras que en el segundo reformado lo que tendremos es una mezcla de los gases procedentes del primer reformado con una corriente de aire para obtener el nitrógeno necesario para el gas de síntesis, en la etapa de conversión se realiza una conversión del monóxido de carbono consiste igual que el reformado en dos etapas.

En la etapa de metanacion se eliminan la trazas de dióxido de carbono y monóxido que no pudieron ser removidas se pones a reaccionar con hidrogeno y se convierten en metano, en la etapa de compresión se toma como una preparación para la síntesis porque la reacción del amoniaco a altas presiones favorece la formación del producto, en la síntesis se da la formación del amoniaco.

Marco teórico.

Amoniaco: es un gas incoloro de olor penetrante con un peso molecular de 17.03 g/mol. Su composición es del 82.25% de nitrógeno y el 17.75% de hidrogeno.

Aire: es una mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, esta compuesto por el nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (variable entre 0-7%), ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y algunos gases nobles como el criptón o el argón, es decir, 1% de otras sustancias .

Metano: es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH4. Es incoloro e inodoro y apenas soluble en agua en su fase líquida.

Catalizador: es una sustancia o agente acelerador de una reacción química, en algunos casos también puede configurarse como un agente iniciador de la reacción; sin embargo, como característica particular, los catalizadores no actúan en dicha reacción.

Reformacion: es el nombre general de la reacción de un hidrocarburo con agua para producir una mezcla monóxido de carbono e hidrogeno.

Conversión: es una etapa en la cual se elimina el monóxido de carbono que actúa como un veneno para el catalizador de la síntesis del amoniaco.

Metanizacion: es el proceso de reformacion con vapor que incluye la conversión del monóxido de carbono y la eliminación del dióxido de carbono

Compresión es una operación en donde se comprimen los gases a elevadazas presiones.

Síntesis: es el proceso de obtener compuestos químicos a partir de sustancias más simples

Absorción: es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma una solución.

Tanque criogénico: es un tanque diseñado para almacenar y transportar gases licuados a temperaturas bajo cero.

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