Diagrama de Flujo Del Amoniaco

Diagramas de flujo

Un diagrama de flujo de un proceso químico refleja el movimiento de materia que tiene lugar en el mismo y los principales equipos implicados en el proceso. Adicionalmente, pueden aparecer detalles referidos a los balances de materia y de energía y al detalle de la instrumentación. Tipos: Block flow diagram / Diagramas de bloques Process and flow diagrams / Diagramas de flujo Process and Instrument Drawings (P&ID) / Diagramas de instrumentación Plant layout & elevation drawing / Diagrama de distribución de equipos

Diagramas de bloques

Los diagramas en bloques ideogramas de proceso, en los que los equipos y operaciones (y algunos productos o materias primas) aparecen representadas por cajas o bloques unidas por líneas o flechas que representan el flujo de materia del proceso. Ejemplo: proceso Haber-Bosch para producción de amoníaco + producción de hidrógeno por reformado de gas natural.

Son diagramas donde se muestran, en forma de iconos, los equipos utilizados en una planta de proceso. La interconexión entre ellos se representa por líneas que representan normalmente flujos de materia.

Diagramas de flujo

En cada equipo se pueden especificar parámetros tales como la conversión alcanzada, las eficiencias o cualquier otro parámetro que caracteriza su diseño. Se trata del nivel de detalle que presentan los sistemas de apoyo al diseño (CAD = Computer Aided Design) y el que corresponde a un curso introductorio de ingeniería química. Admite diversos grados de detalle puesto que puede incluir bombas, válvulas y otros equipos menores, así como diversa información sobre la instrumentación más importante, sobre el rendimiento de los equipos o sobre los balances de materia y energía. Sin embargo, el objetivo de los diagramas simplificados es permitir una visión de conjunto rápida, de forma que los detalles deben dejarse para los diagramas de instrumentación y proceso (P&ID).

Diagramas de flujo

Son diagramas donde se muestran, en forma de iconos, los equipos utilizados en una planta de proceso. La interconexión entre ellos se representa por líneas que representan normalmente flujos de materia.

Semi-regenerative catalytic (Rh and Pt–Re/-Al2O3) reformer (SRR) . Typically has three reactors, each with a fixed bed of catalyst. All of the catalyst is regenerated in situ during routine catalyst regeneration shutdowns which occur approximately once each 6 to 24 months.

Diagramas de flujo

Diagramas de flujo

Diagramas de flujo Heat exchangers

Diagramas de flujo

Diagramas de flujo Reactors

Diagramas de flujo

Diagramas de instrumentación

Especifica explícitamente la instrumentación de control del proceso.

(FT = Flow Transducer; FC = Flow Controller; LT = Level transducer; LC Level controller; TE = Temperature sensor; T = Temperature Transducer; TC = Temperature Controller; I/P = Current to pressure transducer).

Diagramas de instrumentación

Un diagrama P&ID más complicado que corresponde a una instalación sencilla de destilación. En rojo aparecen las corrientes materiales. Los equipos mayores son la columna propiamente dicha, el calderín y el condensador. Las líneas discontinuas representan señales eléctricas.

Diagramas de instrumentación

Símbolos habituales para la instrumentación:

Diagramas de distribución de equipos

En este diagrama se especifica la ubicación de cada equipo sobre un plano real de la planta. Se suele denominar “lay-out” del proyecto o de la Planta. Su precisión permite estimar la superficie necesaria para cada operación y efectuar cálculos detallados sobre las pérdidas de carga asociadas a los equipos.

Diagramas de distribución de equipos

Plant lay-out , elevation drawing and equipment location

INTRODUCCIÓN

Este documento proporciona la secuencia pasos necesarios para la construcción de diagrama de flujo. Además, muestra importancia del proceso, la simbología y metodología.

de un la su

CONCEPTO

El diagrama de flujo es una representación grafica de la secuencia de pasos que se realizan para obtener un cierto resultado. Este puede ser un producto, un servicio, o bien una combinación de ambos.

CARACTERISTICAS QUE DEBE CUMPLIR • Existe siempre un camino que permite llegar a una solución (finalización del algoritmo). • Existe un único inicio del proceso. • Existe un único punto de fin para el proceso de flujo (salvo del rombo que indica una comparación con dos caminos posibles).

Simbología en el diagrama de flujo

DESARROLLO DEL DIAGRAMA DE FLUJO ACCIONES PREVIAS: • Identificar las ideas principales • Definir qué se espera obtener del diagrama de flujo. • Identificar quién lo empleará y cómo. • Establecer el nivel de detalle requerido. • Determinar los límites del proceso a describir.

PARA CONSTRUIRLO: • Establecer el comienzo y final del diagrama. • Identificar y listar las principales actividades y su orden cronológico. • Si el nivel de detalle definido incluye actividades menores. • Identificar y listar los puntos de decisión. • Construir el diagrama respetando la secuencia cronológica y asignando los correspondientes símbolos. • Asignar un título al diagrama

TIPOS DE DIAGRAMA DE FLUJO • Formato vertical: En él, el flujo o la secuencia de las operaciones, va de arriba hacia abajo. Es una lista ordenada de las operaciones de un proceso con toda la información que se considere necesaria, según su propósito. • Formato horizontal: En él, el flujo o la secuencia de las operaciones, va de izquierda a derecha.

TIPOS DE DIAGRAMA DE FLUJO • Formato panorámico: Registra no solo en línea vertical, sino también horizontal, distintas acciones simultáneas. • Formato arquitectónico: Describe el itinerario de ruta de una forma o persona sobre el plano arquitectónico del área de trabajo.

VENTAJAS DEL DIAGRAMA DE FLUJO • Favorece la comprensión del proceso a través de mostrarlo como un dibujo. • Permite identificar los problemas y las oportunidades de mejora del proceso. • Es una excelente herramienta para capacitar a los nuevos empleados y también a los que desarrollan la tarea, cuando se realizan mejoras en el proceso.

RECOMENDACIONES • Evitar sumideros infinitos, burbujas que tienen entradas pero no salidas. • Evitar las burbujas de generación espontánea, que tienen salidas sin tener entradas, porque son sumamente sospechosas y generalmente incorrectas.

CONCLUSIÓN • Los diagramas de flujo son una herramienta valiosa para la mejora de los procesos, permiten detectar las actividades que agregan valor y aquéllas que son redundantes o innecesarias. • Proveen una descripción de los procesos y un detalle de las operaciones mucho más amigable que los procedimientos e instructivos basados en texto.

VI. PLANTA AMONIACO Síntesis industrial El NH3 se obtiene exclusivamente por el método denominado Haber-Bosh (Fritz Haber y Carl Bosh recibieron el Premio Nobel de química en los años 1918 y 1931). El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) ΔHº = -46,2 kj/mol ΔSº < 0 es una reacción exotérmica por lo que un excesivo aumento de temperatura no favorece la formación de amoníaco Sin embargo, la velocidad a la que se forma NH3 a temperatura ambiente es casi nula. Es una reacción muy lenta, puesto que tiene una elevada energía de activación, consecuencia de la estabilidad del N2. La solución de Haber al problema fue utilizar un catalizador (óxido de hierro que se reduce a hierro en la atmósfera de H2) y aumentar la presión, ya que esto favorece la formación del producto. Convertir el método de Haber en un proceso de fabricación fue trabajo realizado por Carl Bosh, ingeniero químico de la BASF, quien de este modo consiguió su nobel. 57

VI. PLANTA AMONIACO En la práctica las plantas operan a una presión de 100-1000 atm. y a una temperatura de 400-600 C. En el reactor de síntesis se utiliza α-Fe como catalizador (Fe2O3 sobre AlO3 catálisis heterogénea). A pesar de todo, la formación de NH3 es baja con un rendimiento alrededor del 15%. Los gases de salida del reactor pasan por un condensador donde se puede licuar el NH3 separandolo así de los reactivos, los cuales pueden ser nuevamente utilizados. Los estudios sobre el mecanismo de la reacción indican que la etapa determinante de la velocidad de la reacción es la ruptura de la molécula de N2 y la coordinación a la superficie del catalizador. El otro reactivo, H2, se activa más fácilmente. Se producen una serie de reacciones de inserción entre las especies adsorbidas para producir el NH3. El catalizador funciona adsorbiendo las moléculas de N2 en la superficie del catalizador debilitando el enlace interatómico N-N; de esta forma se origina N atómico el cual reacciona con átomos de hidrogeno que provienen de la disociación de H2 que también tiene lugar en la superficie metálica.

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VI. PLANTA AMONIACO Horno de síntesis El comportamiento del acero frente al hidrógeno a altas presión y temperatura es un factor determinante para la construcción de un horno de síntesis. El hierro a elevadas temperatura y presión es permeable al hidrógeno, que en estas condiciones es capaz de eliminar al carbono con formación de hidrocarburos. Con esto el acero pierde resistencia y después de un cierto tiempo de funcionamiento el horno puede rajarse y explotar. Para impedirlo se construye el horno con hierro dulce pobre en carbono. Este apenas tiene resistencia a la presión y tampoco puede evitar que el H2 se difunda a través, pero estas dificultades pueden salvarse si se reviste este tubo con un segundo de acero al cromo-níquel , resistente a la presión y se procura simultáneamente que el hidrógeno que se difunda a través del primero se pueda eliminar del espacio entre ambos con facilidad y a baja presión. Existen numerosos métodos en la síntesis actual del amoniaco, pero todos ellos derivan del proceso Haber-Bosch original. Las modificaciones más importantes están relacionadas con la fuente del gas de síntesis, la diferencia en los procesos de preparación del gas de síntesis y las condiciones de obtención del amoniaco. La producción de una planta de NH3 ronda las 1500 tn./día. La fabricación de amoníaco constituye uno de los ejemplos de la industria química pesada. 59

VI. PLANTA AMONIACO Materias primas El 77% de la producción mundial de amoniaco emplea Gas natural como materia prima. El 85% de la producción mundial de amoniaco emplea procesos de reformado con vapor.

Las previsiones son que el gas natural siga siendo la materia prima principal durante por lo menos los próximos 50 años. 60

VI. PLANTA AMONIACO Proceso de producción de amoníaco Método de reformado con vapor A continuación se explica el proceso de obtención de amoníaco teniendo como referencia el diagrama de flujo de bloques del método de reformado con vapor. Este método es el más empleado a nivel mundial para la producción de amoniaco. Se parte del gas natural constituido por una mezcla de hidrocarburos siendo el 90% metano (CH4) para obtener el H2 necesario para la síntesis de NH3.

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VI. PLANTA AMONIACO Desulfuración Antes del reformado tenemos que eliminar el S que contiene el gas natural, dado que la empresa distribuidora le añade compuestos orgánicos de S para olorizarlo. R-SH + H2 = RH + H2S hidrogenación H2S + ZnO = H2O + ZnS adsorción

Reformado Una vez adecuado el gas natural se le somete a un reformado catalítico con vapor de agua (craqueo- rupturas de las moléculas de CH4). El gas natural se mezcla con vapor en la proporción (1 : 3,3)-(gas : vapor) y se conduce al proceso de reformado, el cual se lleva a cabo en dos etapas 62

VI. PLANTA AMONIACO Reformador primario El gas junto con el vapor se hace pasar por el interior de los tubos del equipo donde tiene lugar las reacciones siguientes CH4 + H2O = CO + 3H2 ΔH = 206 kj/mol CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 ΔH = 166 kj/mol reacciones fuertemente endotérmicas Estas reacciones se llevan a cabo a 800ºC y están catalizadas por óxido de níquel (NiO), así se favorece la formación de H2.

Reformador secundario El gas de salida del reformador anterior se mezcla con una corriente de aire en este 2º equipo, de esta manera aportamos el N2 necesario para el gas de síntesis estequiométrico N2 + 3H2. Además, tiene lugar la combustión del metano alcanzándose temperaturas superiores a 1000ºC. CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O ΔH