Planta Procesadora de Ulexita

Planta procesadora de Ulexita La finalidad de esta sección es mostrar de una manera más detallada el proceso de producción que se le realiza a la Ulexita, para así poder dimensionar o seleccionar la maquinaria y estamentos necesarios para montar la planta productora. Como se mencionó anteriormente, el proceso productivo para la elaboración de Ácido Bórico consta de las siguientes etapas: • • • • • • •

Almacenamiento y preparación de la Ulexita. La reacción Química. Filtrado. Cristalizado. Centrifugado. Secado. Envasado.

Las cuales se pueden representar más detalladamente en el siguiente diagrama.

Se determina que aproximadamente se podrían vender sin problema 60.000 [ton/año] de producto terminado. (

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En primera instancia, se puede hacer un análisis estequeométrico de las masas, así se obtiene:

Según la ecuación de la reacción de Ulexita-Ácido Sulfúrico se observa que aproximadamente un 75% de la masa total de Ulexita se convierte en Ácido Bórico. Dicho esto, se puede decir que aproximadamente se requiere de una masa de 80.000 [ton/año] de Ulexita para cumplir con dicha expectativa. Para determinar las cantidades de Ácido Sulfúrico para procesar Ulexita en el periodo de un año, según la proporción obtenida de la ecuación de la reacción, se dice que se requieren 28965.5 [ton/año] de esta sustancia. Referente al Agua necesaria que requiere en los reactores, se puede decir que esta además de ayudar a la reacción en sí, para términos prácticos se utiliza como medio de transporte de la mezcla. Se considera que un 88% de la mezcla entre Agua-Ulexita es agua, así la carga anual de agua para los reactores es de 590.000 [ton/año] aproximadamente.

Gastos Energéticos de la Planta: a) Consumo anual de combustible para calefacción y generación de vapor para la planta. a. Agua de Reactor: Antes de agregar la Ulexita, el reactor se debe cargar con agua con una temperatura aproximada de 60°C, luego de eso se agrega la Ulexita y el Ácido Sulfúrico para seguir con el proceso. Dado que la temperatura ambiente del agua es aproximadamente de 16°C, se requiere de un calefactor el cual tendrá un rendimiento del 80% utilizando Fuel-Oil N°6 como combustible. Se desea determinar la cantidad de combustible necesario durante el periodo de un año para elevar la temperatura de 16°C a 60°C.

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Luego, el consumo de combustible del calefactor está dado por la siguiente ecuación:

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b. Vapor de Calefacción: Para que la reacción de Ulexita ocurra, en el reactor se debe tener una temperatura de valores entre 70-80°C. Para nuestro caso se estima que el reactor se debe mantener a una temperatura de 75°C, la cual se logrará inyectando vapor a 160°C, el cual será producido en el generador de vapor a 6 bar con un rendimiento global del 80%. El agua de alimentación del generador está a 16°C (Temp. Ambiente). Se desea determinar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura del reactor (agua en el reactor) hasta los 75°C, suponiendo que la mezcla luego de agregar Ulexita y Ácido Sulfúrico redujo su temperatura a 50°C.

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Luego el calor necesario para subir la temperatura será el mismo calor otorgado por el vapor de agua.

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Así el consumo de combustible del G.V. si se utiliza al Fuel-Oil N° 6, está dado por la siguiente ecuación.

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b) Consumo anual de Gas utilizado en los Secadores. Considerando el proceso, los secadores entran en acción cuando reciben el ácido bórico húmedo proveniente de las centrífugas, a continuación se determina el combustible utilizado en un año para el debido funcionamiento de estas maquinarias, considerando los siguientes parámetros:   

El aire del medio ambiente, el cual es introducido en un pre-calentador, se encuentra a 16°C y posee 9.5 gr de agua por cada kilógramo de aire seco (X1). El aire abandona el secador a una temperatura de 70°C, poseyendo 41 gr de agua por cada kilógramo de aire seco (X2) Se asume que el proceso de secado será teórico, es decir no poseerá pérdidas.

A continuación, considerando el producto de la reacción, se puede determinar que la masa total de agua a evaporar para producir las 60 toneladas de ácido bórico es de 7000 toneladas ( ̇ ). La necesidad específica del aire se obtiene de la siguiente manera:

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El calor específico necesario se determina mediante la siguiente ecuación: (

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Las entalpías para los puntos 1 y 2, obtenidas del diagrama de Mollier son las siguientes: (

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Por lo tanto el calor específico será igual a 4.29 (KJ/Kg)

Habiendo calculado estos valores es posible calcular el calor total necesario para generar el total de producción de ácido bórico estimado: ̇ ̇

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Finalmente es posible calcular la masa de gas necesaria: ̇ ̇ (

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̇ Lo cual corresponde aproximadamente a 965 m3 de gas al año. Llevando este valor a un flujo por hora, considerando que se trabajan las veinticuatro horas del día los trescientos sesenta y cinco días del año se tiene: ⁄