Caracteristicas Del Nitrato de Amonio

PRODUCTO El nitrato amónico o nitrato de amonio es una sal formada por iones de nitrato y de amonio. Su formula es NH4NO3. PROPIEDADES GENERALES GENERAL Nombre

Nitrato de amonio

Apariencia

sólido blanco FISICAS

Peso molecular

80,0 uma

Punto de fusión

442 K (169 °C)

Punto de ebullición

se descompone a 483 K (210 °C)

Densidad

1,7 ×10³ kg/m³

Solubilidad

208 g en 100g de agua TERMOQUIMICAS

ΔfH0líquido

-359,6 kJ/mol

ΔfH0sólido

-366 kJ/mol

S0sólido

151 J/mol·K RIESGOS

Ingestión

Peligroso en grandes cantidades.

Inhalación

Muy peligroso - puede ser fatal.

Piel

Puede causar irritación.

Ojos

Puede causar irritación.

PROPIEDADES FÍSICAS El nitrato de amonio es una sal blanca cristalina, en estado puro, sumamente soluble en agua; además presenta elevada solubilidad en amoniaco anhídrido y, en menor grado, el alcohol etílico y metílico en caliente. Presenta una gran tendencia a absorber humedad del medio ambiente, es decir, es muy giroscópico. Asimismo, absorbe amoniaco gaseoso formando soluciones nitrato-amoniacales llamadas “líquido de Divers” con elevado contenido de amoniaco (25% aproximadamente). En estado sólido presenta cinco formas cristalinas, dependiendo de la temperatura a la que se encuentre. Al pasar de una forma cristalina a otra, se producen calor y cambios de volumen, hecho que debe considerarse en las operaciones de manejo y envasado. PROPIEDADES QUÍMICAS El nitrato de amonio, por su inestabilidad, puede componerse debido a cambios climáticos de temperatura, por lo cual el producto se torna un poco acido con el tiempo. NH4NO3

NH3 + HNO3

Con un calentamiento gradual a 200-260 ºC, el nitrato de amonio entra a un tipo de combustión gradual según la reacción que genera gran cantidad de gases tóxicos de oxido de nitrógeno, acompañada de producción de calor, lo que origina que en espacios cerrados y sin ventilación se incremente la temperatura. NH4NO3

N2O + 2H2O

A temperaturas mayores a 260ºC se produce explosión según la reacción: 2NH4NO3

2N2 + 4H2O + O2

Esta explosión es violenta y acompañada de liberación de gases y calor. Las dos ultimas reacciones muestran los extremos en cuanto a la descomposición del nitrato de amonio se refiere; sin embargo, en la realidad la descomposición térmica puede dar lugar a las combinaciones posibles de nitrógeno y oxigeno, como son N 2O4, NO2NO, N2O5, etc todos ellos gases tóxicos. A temperatura ambiente, el nitrato de amonio actúa como material oxidante de muchos metales, tanto en estado sólido como solución acuosa, atacando con especial rapidez el cobre y sus aleaciones resistentes a la corrosión. APLICACIONES El nitrato de amonio se utiliza sobre todo como fertilizante es debido a su buen contenido en nitrógeno. El nitrato es aprovechado directamente por las plantas mientras que el amonio es oxidado por los microorganismos presentes en el suelo a nitrito o nitrato y sirve de abono de más larga duración. Una parte de la producción se dedica a la producción del oxido nitroso (N2O) mediante la termólisis controlada: NH4NO3

2H2O + N2O

Esta reacción es exotérmica y puede ser explosiva si lleva a cabo en un contenedor cerrado o calentado demasiado rápido. Las mezclas del nitrato amónico con petróleo se utilizan como explosivos. Este compuesto también es responsable de la mayor parte de los accidentes graves con los fertilizantes. Al 62% se emplea como fertilizante en suelos pobres en nitrógeno y para cultivos frutales y de hortalizas. Al 90% se utiliza para fabricar emulsiones explosivas.

MERCADO La empresa CAVIM (compañía anónima venezolana de industrias militares), productora de materia prima para explosivos; consta de diez plantas, seis realizan productos terminados que son: CAVIMEX 90, VEMULEX 300, SISMULEX, ANFO, NITROGLICERINA y CARGAS HUECAS, y cuatro plantas son donde se elabora materia prima que son: Emulsiones, ANSOL( nitrato de amonio en solución), Nitracion y Nitrocelulosa. Los consumidores de ANSOL en la empresa CAVIM, son los que generan la demanda del productoestos son CARBONES DEL GUASARE y ORICA- Moron y el resto de la producción es consumida por ellos mismos. En Venezuela CAVIM es el único productor de Nitrato de Amonio en solución, lo que quiere decir que

tiene el control del mercado nacional y puede jugar con las

características del producto. CAVIM tiene un mercado local ya que sus consumidores se encuentran dentro del país. Tamaño de planta El tamaño de la planta en cuestión está definido en función de tres factores: primero, la demanda, la cual consiste exclusivamente en los requerimientos de la emulsión de nitrato de amonio para su utilización en la industria de los explosivos de minería (Específicamente Carbones de Guasare C.A y Empresas Básicas de Guayana) y la elaboración de explosivos para la industria militar (La división de explosivos de C.A.V.I.M). Segundo, la proyección del mercado; se prevee que la variación de la demanda de NH4NO3 a largo plazo es mínima pues no existen hasta el momento proyectos de exploración a gran escala

en la industria minera ni tampoco de la

producción de explosivos, con lo cual se puede concluir que la demanda se mantendrá a un nivel relativamente constante en los próximos años. Y tercero, la competencia; al ser la compañía C.A.V.I.M una empresa del estado venezolano y ser el nitrato de amonio una sustancia controlada por el Ministerio de la Defensa esto presupone la ausencia de competencia, a corto y largo plazo.

Al ser establecida C.A.V.I.M como nuevo y único productor, no se necesita de una estrategia de mercado importante y masiva, pues se ejercería un monopolio sobre el mercado mencionado, sin embargo, vale la pena recalcar que la producción de la emulsión debe tener la calidad suficiente como para satisfacer los requerimientos de la industria que efectúa la compra del compuesto nitrogenado, y esto es con el fin de no perjudicar su imagen comercial y así atraer empresas extranjeras con la suficiente influencia y capital como para hacerle competencia. Con respecto a la zona geográfica seleccionada para el establecimiento de la planta, se tiene como la opción más factible a las zonas aledañas a Morón, Edo. Carabobo, y esto se hace considerando los siguientes aspectos: •

Cercanía de puerto y buenas vías de comunicación para la distribución de productos hacia los estados del país donde se requiera.

•

Cercanía del complejo PEQUIVEN-morón, que es proveedor de las materias primas principales (amoníaco y ácido nítrico) para la producción de nitrato de amonio.

•

Lejanía de zonas altamente pobladas: Esto constituye un factor clave de seguridad pues aunque el nitrato de amonio no es considerado un explosivo, si es sensibilizado de alguna forma puede ocasionar fuertes explosiones.

•

Abundantes fuentes de agua en las cercanías de la planta, para propósitos de servicios industriales.

•

Como la planta será instalada en un valle, esto puede ayudar a la propagación de explosiones a grandes distancias.

•

La relativa cercanía de la ciudad de valencia da la disponibilidad de personal calificado para llevar a cabo el proceso de producción

Período de análisis En conclusión, tomando en cuenta los factores expuestos anteriormente, se sugiere la estrategia de la inversión única para alcanzar la capacidad de producción, pues la demanda se proyecta relativamente constante para los próximos 10 años (horizonte económico) y que no hace falta una estrategia de penetración fuerte pues todas las empresas que necesiten del producto químico que se produce en la planta deben comprarlo a C.A.V.I.M. En caso de que a mediano o largo plazo se tenga un superávit o déficit en la producción se puede contemplar la estrategia de exportar o importar producto terminado para expandir el mercado del nitrato de amonio. Las exportaciones pueden realizarse a países relativamente cercanos como Bolivia y Panamá en donde se están desarrollando actualmente grandes proyectos mineros y de infraestructura donde se requiere de explosivos para voladura, mientras que las importaciones pueden realizarse desde Brasil o México donde existen numerosos complejos de producción de nitratos o por ende se pueden conseguir precios bien competitivos. A continuación se presenta el gráfico de proyección, considerando una base de producción anual de la planta en 19800 toneladas/año.

Determinación del Horizonte Económico 25000

20000

Demanda (Ton)

15000 Proyección de la demanda Estrategia 10000

5000

0 1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

2014

2016

Año

TECNOLOGIAS DE PRODUCCION PROCESO DE CAVIM Materia prima: amoniaco gaseoso y acido nítrico a 61% Principio: la materia prima es suministrada a un reactor, cuando este alcanza una presión interna de 0.5 kg/cm2 se comienza a desalojar el ANSOL (nitrato de amonio en solución) a un reactor secundario y cuando este alcanza un 80% de su nivel se enciende la bomba para trasladar el producto hacia el tanque de almacenamiento y se detendrá el llenado cuando el nivel del reactor secundario sea de un 40%. El vapor de agua generado durante la reacción, una pequeña parte se pasa al reactor de burbujeo y una gran cantidad se envía al la atmósfera a través de una columna. Producto: se obtiene una solución de nitrato de amonio al 90%. Servicios industriales: consumo de electricidad

PROCESO UDHE Materia prima: amoniaco y acido nítrico. Principio: en el reactor se produce nitrato de amonio a presiones normales y a temperaturas de reacción bajas, en dicho reactor circula una solución de nitrato de amonio recirculado, de tal manera que el calor de reacción se almacena en la solución y puede ser utilizado posteriormente. Este método implica gastos de inversión limitados, pues solamente el reactor es ligeramente presurizado para evitar que la solución de nitrato de amonio llegue a su punto de ebullición, dicha medida evita las perdidas de amoniaco. A la salida del reactor la solución se alimenta a un evaporador flash donde una parte del agua se evapora al vacío, con los vapores del mismo se precalienta el acido nítrico que si posee concentraciones alrededor de 58% podría generar concentraciones de nitrato de amonio hasta un 95%. Usualmente se recircula un 30% de la solución que sale del reactor. Producto: Para facilitar el control y garantizar condiciones de seguridad se limita la concentración del nitrato de amonio a un 92%. Servicios industriales: consumo de electricidad y de vapor. PROCESO STAMICARBON Materia prima: amoniaco, acido nítrico 60% y pequeñas cantidades de acido sulfúrico. Principio: se trata de un proceso bajo presión, el neutralizador es un reactor tubular en bucles que descarga a un separador, gracias al calor de reacción la solución circula sin necesidad de bombas. El acido nítrico, el amoniaco y una pequeña cantidad de acido sulfúrico se introducen en la parte baja del reactor que opera a 4bar y 178ºC. La solución de nitrato de amonio formada tiene una concentración de 78%. El vapor eliminado por la parte alta del separador se pasa a través de un ciclón eliminador de nieblas y se usa principalmente para concentrar la disolución de nitrato de amonio. El exceso de vapor se condensa y el amoniaco recuperado del condensado se recicla al reactor. Luego pasa por un segundo evaporador este concentra aun mas la solución usando vapor fresco.

Producto: la solución de nitrato de amonio se encuentra entre un 98% y 99.8% de concentración. Servicios industriales: se consume un alto porcentaje de electricidad y vapor PROCESO NSM / NOSK HIDRO PRESSURE PROCESS Materia prima: amoniaco y acido nítrico Principio: tanto el amoniaco como el acido son precalentados, las condiciones del reactor son de 4.5 bar y entre 170 y 180ºC de temperatura, con ellas se pueden obtener disoluciones de nitrato de amonio d e70 a 80% en peso. La circulación forzada y el efecto del gradiente de temperaturas en las diferencias de densidad del agua hacen circular la solución a través del reactor. Parte del calor de reacción es usado para generar vapor puro en un hervidor exterior, parte evapora agua del reactor produciendo vapor de proceso, el cual se usa para concentrar la solución a un 95%. Las perdidas de amoniaco son pequeñas gracias al lavado de los vapores del proceso con acido nítrico y su posterior adición a la solución producto circulante. Luego se pasa por un evaporador al vacío que hace que la solución sea mas pura. Producto: se obtiene una solución de nitrato de amonio con una concentración 99.5% en peso. Servicios industriales: se consume un alto porcentaje de electricidad y vapor PROCESO STENGEL Materia prima: amoniaco y acido nítrico. Principio: es un método que es ampliamente utilizado ya que se obtiene concentraciones mayores a un 90% y sin necesidad. Dicho método dispone de varias ventajas como economizar mediante el precalentamiento del amoniaco y el acido nítrico y el uso de menos equipamiento pero su mayor desventaja es su falta de seguridad. El amoniaco y el acido nítrico con una concentración del 58% son precalentados con vapor y alimentados continuamente a un reactor tubular vertical que trabaja a 3.5 bar y a una temperatura de reacción que oscila entre 200 y 240 ºC. esta mezcla de nitrato de amonio y vapor se expande en un separador centrifugo a vacío obteniendo finalmente

concentraciones altas de nitrato de amonio fundido, el cual se descargara a una cinta d bandas refrigeradas para su solidificación y posterior granulación. Producto: el nitrato de amonio es de una concentración de 99.8% Servicios industriales: no requiere un alto consumo de electricidad.

MATRIZ DE SELECCIÓN

MATERIA PRIMA (20%) PRINCIPIO (30%) PRODUCTO (40%) SERVICIOS

CAVIM

UDHE

STAMICARBON

NSM

STENGEL

5

5

4

3

3

5

5

4

3

4

3

3

4

3

5

5

4

3

3

5

4.2

4.1

3.9

3

4.3

INDUSTRIALES (10%) TOTAL

En conclusión de la matriz de selección de tecnologías la mejor forma de producir nitrato de amonio seria por medio de la tecnología Stengel la cual tiene mejores condiciones y es mas efectiva, no obstante se va a trabajar con la tecnología de Cavim ya que es un proceso mas sencillo y económico a pesar de que el producto no sea de l misma calidad que con el de la tecnología de Stengel PROCESO DE PRODUCCION DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO DE LA OBTENCION DEL NITRATO DE AMONIO EN SOLUCIÓN

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE NITRATO DE AMONIO EN SOLUCIÓN

La empresa tiene una capacidad de producción de 30 toneladas por cada turno lo que quiere decir que se produce 60 tonelas diarias que al año seria 19.800 toneladas