Diseño de Una Planta de Ácido Sulfúrico A Partir Del Sulfuro J y E. Terminado [PDF]

Zitiervorschau

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA UNEFA – NÚCLEO CARABOBO EXTENSIÓN BEJUMA

DISEÑO DE UNA PLANTA PRODUCTORA DE ÁCIDO SULFÚRICO (H 2SO4) A PARTIR DEL SULFURO UBICADA EN PUERTO PIRITU ESTADO ANZOÁTEGUI.

TUTOR:

BACHILLERES: JOSÉ REVERÓN

ING. MANUEL JIMÉNEZ

C.I: 26.752.437 EDWIN GUTIÉRREZ

ING. PETROQUÍMICA

C.I.: 24.302.147

BEJUMA, 2020. ÍNDICE GENERAL

CONTENIDO INTRODUCCIÓN..........................................................................................................................8 CAPÍTULO I................................................................................................................................10 PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................................................................10 OBJETIVO GENERAL...............................................................................................................13 OBJETIVOS ESPECÍFICOS......................................................................................................14 JUSTIFICACIÓN.........................................................................................................................14 CAPITULO II...............................................................................................................................16 MARCO TEÓRICO.....................................................................................................................16 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN........................................................................16 BASES CONCEPTUALES..........................................................................................................20 PIRITA......................................................................................................................................................20 PROPIEDADES FÍSICAS.........................................................................................................................20 ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4)..................................................................................................................21 PROPIEDADES FÍSICAS DEL ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4)..............................................................22 PROPIEDADES QUÍMICAS DEL ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4)..........................................................23 MERCADOS PARA EL ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4)......................................................................24 PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SÚLFURICO (H2SO4)..................................................................................24 PROCESO..................................................................................................................................................25

BASES LEGALES........................................................................................................................28 Normas y Referencias................................................................................................................................28

CAPITULO III.............................................................................................................................29 MARCO METODOLÓGICO.....................................................................................................29 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN...............................................................................................................29 TIPO DE INVESTIGACIÓN.....................................................................................................................29 POBLACIÓN Y MUESTRA.....................................................................................................................30 TÉCNICAS Y RECOLECCIÓN DE DATOS...........................................................................................30 SIMULACIÓN...........................................................................................................................................31 ESTRATEGIA DE SIMULACIÓN...........................................................................................................31

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS.......................................................................36 DESARROLLO DE LA SIMULACIÓN Y RESULTADOS.................................................................36 RESULTADOS.........................................................................................................................................37

DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA..............................................................................................42 

Capacidad de la Planta.................................................................................................................42



Turnos laborables.........................................................................................................................42

UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PLANTA......................................................................42 PLANO DE LA PLANTA PRODUCTORA DE ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4)..................43 CAPÍTULO V...............................................................................................................................44 EVALUACIÓN ECÓNOMICA.................................................................................................................44

CÁLCULO DE EQUIPOS DE PROCESOS..............................................................................................45 TERRENO.................................................................................................................................................45 COSTO TOTAL DEL PRODUCTO..........................................................................................................46

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.........................................................................48 CONCLUSIONES....................................................................................................................................48 RECOMENDACIONES............................................................................................................................49

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................50 ANEXOS.......................................................................................................................................54 HOJA DE SEGURIDAD.........................................................................................................................55 BASES LEGALES...................................................................................................................................56

ÍNDICE DE ECUACIONES 4 FeS2+11O2 = 2Fe2O3+ 8 SO2

Ecuación 1..................................................................26

SO2+ 1/2 O2= SO3

Ecuación 2..................................................................26

SO3 + H2O = H2SO4

Ecuación 3..................................................................26

logKp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,7497

Ecuación 4..............................................................26

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Flujo molares de las principales corrientes del proceso simulado...................................39 Tabla 2. Calores de Reacción.........................................................................................................39 Tabla 3. Costos Directos e Indirectos.............................................................................................44 Tabla 4. Costos por Equipo............................................................................................................45 Tabla 5. Costos de Producción.......................................................................................................46 Tabla 6. Cargos Fijos......................................................................................................................46 Tabla 7. Gastos Generales..............................................................................................................46 Tabla 8. Costo Total.......................................................................................................................46 Tabla 9. Cálculos VAM y TIR.......................................................................................................47

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Diagrama de bloques para la producción de ácido sulfúrico (H 2SO4) por el método de contacto......................................................................................................................................25 Ilustración 2. Diagrama de conversión del SO2 vs. Temperatura (Vian Ortuño, 2006)................27 Ilustración 3. Simulación (Aspen Plus – Aspen Technology Inc., 2011), tostación de pirita y enfriamiento del SO2.......................................................................................................................32 Ilustración 4. Simulación (Aspen Plus – Aspen Technology Inc., 2011), Conversión del SO 2 en SO3..................................................................................................................................................32 Ilustración 5. Simulación (Aspen Plus – Aspen Technology Inc., 2011), Absorción de SO 3 para la producción de H2SO4......................................................................................................................33 Ilustración 6. Selección del método base y tipo de corrientes para la simulación.........................34 Ilustración 7. Componentes seleccionados para la simulación......................................................34 Ilustración 8. Reacciones desarrolladas en la simulación.............................................................35 Ilustración 9. Especificación del Desig Spec DS-TVAP1, variable Temperatura del VAPOR1, y variable manipulada el flujo molar del AGUA1............................................................................37 Ilustración 10. Comparación de datos de equilibrio y de la simulación para la etapa de conversión adiabática........................................................................................................................................38 Ilustración 11. Perfiles de composición en la fase liquida de la torre de absorción.......................40 Ilustración 12. Captura de pantalla de la simulación de producción de ácido sulfúrico. Tostación y conversión.......................................................................................................................................41 Ilustración 13. Captura de pantalla de la simulación de producción de ácido sulfúrico (H 2SO4). Absorción.......................................................................................................................................41 Ilustración 14. Ácido Sulfúrico H2SO4...........................................................................................56

Ilustración 15. Norma Venezolana COVENIN 98-86....................................................................57 Ilustración 16. Norma Venezolana COVENIN 2634:2002............................................................58

INTRODUCCIÓN Desde la antigüedad las sustancias químicas han sido de relevancia en la vida diaria, según seas sus características o su clasificación nos permiten darles un adecuado uso, donde podemos destacar las bases y los ácidos; estas sustancias al disolverse en agua forman soluciones ácidas con un pH menor a 7, al contrario de las bases. Estas sustancias pueden dar paso a reacciones químicas que son de vital importancia en diversas aplicaciones industriales ya que de las mismas se pueden obtener ácidos que llegan hacer materia prima de muchas sustancias útiles para el hombre como para procesos industriales. El ácido sulfúrico (H 2SO4) es un ejemplo de estas sustancias ya que es uno de los químicos con mayor importancia a nivel industrial y mundialmente conocido, porque posee propiedades que al usar con otros compuestos puede generar productos más versátiles y útiles. Aproximadamente en el año 1.000 de la era cristiana fue producido por primera vez el ácido sulfúrico (H2SO4), fue preparado por el quemado del salitre con azufre por 18 siglos. Durante los siglos XVIII y XIX se producía esencialmente por una cámara procesadora donde el óxido de nitrógeno era usado como catalizador homogéneo para la oxidación del óxido de azufre. El producto realizado por este proceso era de concentración baja y no era suficientemente alto para los múltiples usos comerciales; esto llevo a la implementación de un nuevo método de producción llamado método de contacto en el que se realiza una oxidación catalítica con pentoxido de vanadio y luego pasar a un proceso de doble absorción, con este nuevo método se obtuvo una eficiencia de entre 83 a 90%, y una pureza más alta del ácido. Las materias primas principales de ácido sulfúrico (H2SO4) son azufre, que puede ser puro, de minerales y aire en donde combustionan para formar SO 2, a partir de diversas reacciones se obtiene el ácido para ser distribuido. El ácido sulfúrico (H 2SO4) tienes propiedades tanto

físicas como químicas que son de gran peligrosidad para el ser humano, sin embargo, es de fundamental utilidad formando parte importante de los procesos industriales en la fabricación de fertilizantes, además es usado también en diversas aplicaciones en la industria de pigmentos, ácidos, pegantes, purificación del petróleo, baños de electro plateado, herbicidas, en la refinación de aceites minerales y vegetales, en industrias del cuero, como agente en la producción de explosivos y otros más. Pero la mayoría de los usos del ácido sulfúrico (H 2SO4) no se implican de forma directa como materia prima sino como uso indirecto en forma de catalizador. Por tal motivo es muy poco el ácido sulfúrico (H 2SO4) que aparece como ácido consumido o como varios tipos de sulfatos de desecho. Los diseños de plantas de ácido sulfúrico (H 2SO4) son importantes ya que siendo una sustancia peligrosa necesitan requerimientos específicos para su producción, es de real importancia que exista una buena demanda de este producto ya que es directa o indirectamente un producto que está presente en toda la industria y su consumo es el termómetro de la manufactura de un país.

CAPÍTULO I PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA En la industria química existen diversos productos de suma importancia para el desarrollo innovador de un país, estos al ser descubierto en épocas en donde la industrialización estaba en crecimiento, generaron un impacto en muchos ámbitos de la vida cotidiana, uno de estos productos es el ácido sulfúrico de formula química H2SO4, es un ácido fuerte que posee diversas características que lo hacen muy útil y versátil a la hora de emplearse en otros métodos de elaboración. El ácido sulfúrico (H2SO4) al ser muy corrosivo puede generar quemaduras graves, además de que es un oxidante fuerte; este ácido por su estructura molecular se puede disociar en dos etapas generando proporciones altas y bajas de su disolución que puedan ser empleadas en diversos usos como catalizador, pigmentación, tintes, explosivos, sales sulfatadas, entre otros. Siendo peligroso de diferentes maneras este compuesto tiene un gran volumen de producción y juega un papel importante en algunos servicios que benefician el progreso diario de una nación, un ejemplo claro es su uso en la realización de fertilizantes, en la metalurgia, en la purificación del petróleo, en laboratorios químicos, entre otros; sin embargo, estos usos pueden ser tanto de forma directa o indirectamente dependiendo de cómo se use el ácido en la producción. Diversos continentes, como el europeo, norteamericano y oriental, poseen una alta producción de ácido sulfúrico (H2SO4) y su demanda es grande en comparación de otros productos, no obstante al ser un químico peligroso posee restricciones y propiedades que minimizan su uso en algunos ámbitos sociales. Al mismo tiempo, cuando se habla de Latinoamérica, países como Chile, México y Argentina, son grandes productores de ácido sulfúrico (H2SO4) lo que genera una gran competencia en el mercado del continente. Otros países

no poseen un mercado amplio de ácido sulfúrico (H2SO4) ya que por restricción de condiciones ambientales no pueden diseñar una planta o algunos equipos que usan en la fabricación son difíciles de obtener, por este motivo, tienen que importarlos de otros países lo que hace que los procesos de producción y la obtención del ácido sean más costoso, cambiando así el estudio de mercado que se puede analizar de este producto. Ahora bien, el ácido sulfúrico (H2SO4) es producido en el Complejo Petroquímico de Morón, siendo esta empresa la mayor competencia existente de este producto, sin embargo, también existen otras empresas que se encargan de la producción de este químico, pero no producen tanto ácido como la mencionada anteriormente. Por otra parte, según el INE (Instituto Nacional de Estadística) “Desde el 2016 la exportación del ácido sulfúrico (H2SO4) en Venezuela dejo de ser regular generando que la importación de este producto aumentara”, de esta manera esto ocasiono gastos principalmente en el mercado de este producto y también para las empresas que necesitan como materia prima de este, con respecto a lo antes mencionado, algunas empresas o plantas de producción están diseñadas para generar una gran cantidad de ácido sulfúrico (H 2SO4) en toneladas anuales, para así cubrir la demanda que genera este producto, sin embargo en algunos casos estas plantas con los años se van deteriorando por la gran corrosión que genera este ácido, así mismo, la planta se ve obligada a sustituir los equipos, realizar algún cambio o hasta llega el momento de no obtener adecuadamente la materia prima ocasionando que la producción vaya disminuyendo. Debido a esto, se puede denotar que en Venezuela la producción de ácido sulfúrico (H2SO4) ha disminuido considerablemente originando que su demanda aumente, y al no ser suplida por el país, otras empresas que necesitan de este químico como materia prima, buscan el producto fuera de la nación generando mayores gastos en importaciones para ellos. Ahora bien, la

solución principal es diseñar una nueva planta productora de ácido sulfúrico (H 2SO4) ubicada en Puerto Piritu Estado Anzoátegui, trabajada con el proceso de doble contacto a partir de la pirita mineral encontrado en el territorio nacional con yacimientos ubicados en los estados Sucre y en Puerto Piritu Estado Anzoátegui, este es un mineral de hierro perteneciente al grupo de sulfuros que posee un porcentaje de 53,48% de azufre y 46,52% de hierro frecuentemente macizo con esto se busca generar mayor impulso a la producción de ácido sulfúrico (H 2SO4) beneficiando así a la industria petroquímica del país impulsando a su vez el desarrollo de Venezuela. Con lo planteado anteriormente se generan las siguientes interrogantes: - ¿Qué se puede realizar para obtener ácido sulfúrico (H2SO4) industrial en el país? - ¿De qué manera influye el diseño de una nueva planta de ácido sulfúrico (H 2SO4) en el mercado químico del país?

OBJETIVO GENERAL Diseñar una Planta de Ácido Sulfúrico (H2SO4) a partir del sulfuro ubicada en Puerto Piritu Estado Anzoátegui.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Determinar el estudio para el diseño de una planta de ácido sulfúrico (H 2SO4) con el fin de mejorar la oferta y demanda en el país. - Definir el estudio de localización para la planta de ácido sulfúrico con la necesidad de ubicarla en un lugar adecuado con respecto a diferentes factores como materia prima, transporte, compradores, entre otros. - Establecer el diseño y capacidad para la planta de ácido sulfúrico (H2SO4) ubicada en Puerto Piritu Estado Anzoátegui.

JUSTIFICACIÓN La producción del ácido sulfúrico (H2SO4) puede delimitar diversos ámbitos de un país ya que este proporciona muchos usos importantes y necesarios para procesos industriales de materias primas y productos químicos que utilizamos diariamente, como detergentes, fertilizantes, papel, entre otros. En Venezuela el mercado de este producto no ha tenido mucho relevancia ya que existen dificultades en las empresas que imposibilitan la producción del ácido, sin embargo, es producido pero las importaciones son más elevadas que las exportaciones del producto lo que aumenta las divisas de este y lo hace más costoso a la hora de comprarlo fuera del país. Por esta razón es importante realizar este proyecto para mejorar la producción del ácido sulfúrico (H2SO4), beneficiando así la producción monetaria de Venezuela y generando más comercios internacionales y nacionales en el país. Además esto generara que Venezuela aproveche los recursos naturales en materia prima que posee brindando beneficios para la industria petroquímica. Principalmente la motivación de esta investigación radica en ampliar el desarrollo químico y económico del país con el diseño de una planta productora de ácido sulfúrico (H 2SO4) para así fomentar la producción de este ácido que posee gran participación en diversos procesos químicos.

CAPITULO II MARCO TEÓRICO “El marco teórico es un cuerpo de ideas explicativas coherentes viables conceptuales y exhaustivas, armadas lógicas y sistemáticamente para proporcionar una explicación envolvente pero limitada, acerca de las causas que expliquen la fórmula del problema de la investigación”. Así cuando el investigador se enfrenta al problema de explicar un hecho, el deberá hacerlo enfrentando el reto con un discurso coherente. [CITATION Bal062 \l 8202 ]

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN Esta sección [ CITATION Fid06 \l 8202 ]se refiere a los estudios previos: trabajos, tesis de grado, artículos, publicaciones e informes científicos relacionados con el problema planteado, es decir, investigaciones realizadas anteriormente y que guardan alguna vinculación con nuestro proyecto, por lo que no deben confundirse con la historia del objeto en cuestión”. [CITATION Fid06 \l 8202 ]

En este caso se tomaron como referencia los siguientes trabajos especiales de grado y publicaciones que sirvieron de guía para la presente investigación: Entre los antecedentes más resaltantes tenemos a

[ CITATION JLo13 \l 8202 ].En su

investigación titulada “Análisis del Proceso de Producción del Ácido Sulfúrico Aplicando los Principios Fundamentales para el Diseño de Procesos Industriales Sostenibles.”, Los principios fundamentales del diseño de procesos industriales sostenibles aplicados a la producción de ácido sulfúrico son la Química Verde (por sus aportes relacionados con la

economía atómica, el uso de catalizadores y la minimización de residuos), la Ingeniería Verde, la Producción más Limpia y la Ecología Industrial. La materia prima para la fabricación de ácido sulfúrico debe contener azufre capaz de producir SO2 (Anhídrido Sulfuroso), desde la perspectiva de los procesos industriales sostenibles sería más conveniente producir ácido sulfúrico utilizando azufre como materia prima, pero se tienen dos opciones: partir de azufre nativo (recurso no renovable) o a partir de azufre petroquímico (recurso no renovable reciclado), conviene la segunda opción ya que se aprovechan los residuos de la desulfuración de los combustibles, principalmente del petróleo y el gas natural. A pesar de ser el H2SO4 un producto químico fundamental en la manufactura de productos de alto valor agregado, su precio es relativamente bajo por lo que se deberían buscar fuentes de materias primas disponibles con facilidad en grandes cantidades y de costo reducido. En este sentido una materia prima atractiva es el dióxido de azufre (SO2), residuo gaseoso producido en el procesamiento de piritas, ya que además de atender una problemática ambiental se obtiene una sustancia química apreciada en el mercado, por ello se ha considerado al ácido sulfúrico obtenido a partir de residuos como un “Producto Ecológico”. De igual forma tenemos a[ CITATION Dan11 \l 8202 ]. Que plantea en su proyecto “Prefactibilidad Técnica y Económica para el Diseño de una Planta Combinada de Ácido Sulfúrico y Dióxido de Azufre Liquido a Partir de Azufre Elemental.” La importancia del desarrollo de una planta combinada que produzca Ácido Sulfúrico y Dióxido de Azufre liquido se debe principalmente a la reactivación de proyectos mineros no solo en Chile, sino que también en países vecinos tales como Perú y Bolivia, los cuales predicen un aumento en el consumo de H2SO4 y por ende un mejor precio en este producto. Lo anterior se ve respaldado en el informe

entregado por COCHILCO, el Mercado de Ácido Sulfúrico en Chile y su Proyección al año 2020 (Actualizado a Junio 2010). Seguidamente [ CITATION Car17 \l 8202 ]. En su informe técnico “Estudio de Prefactibilidad del Diseño, Construcción y Puesta en Marcha de una Planta de Producción de Ácido Sulfúrico a partir de Azufre Natural” Se realizó la simulación de la producción de ácido sulfúrico vía proceso de contacto con catalizador de pentóxido de vanadio a partir de la combustión de azufre natural proveniente de la mina El Vinagre ubicada en el RIP (Resguardo Indígena Puracé). La simulación se realizó alimentando la mitad de la producción diaria de azufre de la mina, equivalente a 500 kg/h, para una producción de ácido sulfúrico de 1703 kg/h de ácido sulfúrico. A partir de los resultados de la simulación, se realizó el análisis ambiental, económico y energético. En el análisis ambiental se plantean soluciones de control para el control y monitoreo de las emisiones de SO2 y de niebla química (SO3). En el análisis energético se realizó la integración energética y una recuperación del calor residual utilizando una turbina ideal para la generación de energía eléctrica (5660 kW). Finalmente, la evaluación económica arrojó como resultado principal un costo unitario de producción de ácido sulfúrico de 123.6 USD/ton para un costo de venta de 275 USD/ton. En concordancia [ CITATION Por07 \l 8202 ] , en su trabajo especial de grado para optar al título de Ingeniero Químico titulado “Evaluación de Mejoras en el Sistema de Calentamiento de una Planta de Ácido Sulfúrico del Complejo Petroquímico Morón” El presente estudio se aboca a plantear diversas alternativas de mejoras del sistema con la finalidad de reducir la duración de la fase de calentamiento de la misma durante el arranque. Se planteó cuatro opciones de mejoras las cuales consistieron en: opción Nº1: Aumentar el diámetro del bypass existente de la Caldera H-02B del SRC a 40 pulg de diámetro interno, opción Nº2: Diseñar dos ductos de

diámetro interno 30 pulg que cumplan la función del bypass actual de la caldera, opción Nº3: Colocar un bypass en el Sobrecalentador F-09 de 34 pulg de diámetro interno y finalmente la opción Nº4: Colocar un bypass al sistema Caldera-Sobrecalentador con diámetro interno de 24 pulg. Se evaluó: la temperatura a la salida del SRC, la caída de presión y el diámetro del ducto se concluyó que la opción más favorable es la número 4, ya que cumple con todos los requisitos y garantiza un buen funcionamiento del SRC. Para concluir los antecedentes se menciona a [ CITATION Car09 \l 8202 ], en su trabajo especial de grado para optar al el título de Ingeniero Químico titulado “Evaluación de la Factibilidad Técnico-Económica de la Adaptación de la Tecnología WSA de Producción de Ácido Sulfúrico en la Planta 215 del Complejo Petroquímico Morón, de PEQUIVEN”. El objetivo principal con el que se realizó este trabajo fue disminuir las emisiones de SO 2 producidas por la instalación 215 del Complejo Petroquímico PEQUIVEN – Morón, mediante la evaluación de la factibilidad técnica – económica de la adaptación de la tecnología WSA. El trabajo se realizó con la finalidad de aumentar la conversión a SO 3 y en consecuencia operar a la capacidad de diseño de la planta, La metodología usada consistió en realizar un diagnóstico a los equipos principales de la instalación a través del estudio de sus condiciones de operación actuales. Luego se determinó el rango de las emisiones de SO 2 producidas y se propusieron los equipos necesarios para lograr la adaptación tecnológica de manera satisfactoria. Posteriormente, con la ayuda del simulador de procesos Aspen HYSYS® se evaluó la factibilidad técnica del proyecto utilizando la disminución de las emisiones de SO 2 como criterio principal. Finalmente se determinó la factibilidad económica de la adaptación utilizando los principales indicadores de rentabilidad de proyectos de inversión.

BASES CONCEPTUALES Toda investigación parte del conocimiento previo, de esta manera se requiere profundizar sobre los conceptos que fundamentan la investigación. [CITATION Gon03 \l 8202 ]

PIRITA Es un mineral del grupo de los sulfuros cuya fórmula química es FeS2. Se compone de un 53,48% de azufre y un 46,52% de hierro. Frecuentemente macizo, granular fino, algunas veces subfibroso radiado; reniforme, globular, estalactítico. Insoluble en agua, y magnética por calentamiento. Su nombre deriva de la raíz griega pyr (fuego), ya que al rozarla con metales emite chispas, lo cual intrigaba al mundo antiguo. También conocida como el “oro de los tontos” o el “oro de los pobres” por su gran parecido con el oro.

PROPIEDADES FÍSICAS  Sistema Cristalográfico: Cúbico.  Habito: Cúbico, cubo-octaédrico, piritoedros (doce caras pentagonales) y raramente icosaedro (veinte caras triangulares), en macla de cruz de hierro, masivo.  Color: Amarillo latón.  Color de la Raya: Pardo-Oscuro verdoso.  Brillo: Metálico.  Dureza: 6-6´5, de manera que no se exfolia, y las fracturas son de forma concoidea (de concha).  Diafanidad: Opaco.  Densidad: 5´1 g/cm3 (Pesado).

ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4) En su forma pura, el ácido sulfúrico (H 2SO4) es un líquido aceitoso, sin color y sin olor. Es muy corrosivo. En su forma comercial esta usualmente impuro y su colaboración son parduscos. El ácido sulfúrico (H2SO4) puede formar soluciones con el agua en cualquier proporción. Las soluciones acuosas de ácido sulfúrico (H 2SO4) se nombran de acuerdo con el porcentaje en peso de ácido en la solución: el ácido sulfúrico (H 2SO4) concentrado es entonces (H2SO4) 100%, que se conoce como anhidro o como monohidrato de trióxido de azufre. El ácido sulfúrico puede disolver cualquier cantidad de trióxido de azufre (SO 3). Al introducir trióxido de azufre sobre ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado se genera óleum, que por lo general se comercializa en soluciones de 10 a 70% de contenido de trióxido de azufre y que se conocen también como ácido sulfúrico fumante. El ácido sulfúrico (H2SO4) es, a temperatura normal, un líquido incoloro, inodoro, considerablemente denso (tiene una densidad de 1,834 g/ml, un valor casi el doble al del agua) y de una apreciable viscosidad (parecida a la del aceite de oliva, de ahí que durante muchos siglos, antes de establecerse una nomenclatura sistemática, se le llamase aceite de vitriolo). Su fusión tiene lugar a 10,37 °C, mientras que su punto de ebullición se encuentra en los 317 °C, si bien es cierto que a 300 °C comienza a tener lugar la descomposición del ácido en H2O y SO3. Sin duda, desde un punto de vista puramente químico, una de las propiedades que más se aprovechan del ácido sulfúrico (H2SO4) es su elevada afinidad por el agua, con la que reacciona desprendiendo una gran cantidad de calor. De ahí que se diga que el ácido sulfúrico (H 2SO4) es un potente desecante. No obstante, su manejo en presencia de agua siempre debe hacerse con especial cuidado. Relativo a este punto, sirva este apartado para decir que siempre que se preparen disoluciones de ácido sulfúrico (H 2SO4), debe añadirse siempre ácido sobre el agua y

con agitación constante. La razón está en el elevado calor que se desprende en el proceso de dilución. Si el agua se añade sobre el ácido, el calor liberado haría que las gotas de agua se evaporasen (haciendo irrespirable el aire del entorno más próximo) o incluso se proyectasen violentamente (con grave peligro para las personas que estén más próximas). Sobra decir, que las gotas de ácido sulfúrico (H2SO4) que puedan caer sobre la piel provocan quemaduras graves, pues el ácido interactúa con el agua acumulada en las células de la piel. De toda la lista de compuestos químicos que se producen industrialmente el ácido sulfúrico (H2SO4) es el producto que anualmente se fabrica en mayor cantidad de masa (no obstante, este es un dato un tanto engañoso debido a la elevada densidad del ácido sulfúrico (H2SO4) en comparación con otros compuestos líquidos también producidos masivamente como el amoniaco). La importancia de este compuesto químico llega a tal punto que su producción ha sido utilizada como uno de los datos que indican fortaleza industrial de un país.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4) Entre sus propiedades físicas más importantes se encuentran las siguientes:  La mayor concentración obtenida es la de 98,5% a una temperatura de 15,5 °C.  Su punto de ebullición se ubica cerca de 338 °C o 640 °F.  La densidad del ácido a 20 °C es 1,84 g/cm3.  El punto de fusión se encuentra cerca de -40 °C para una concentración de 65,13%.  Es muy soluble en agua, pero reacciona violentamente al mezclarse con ella, generando calor, mientras que con otros solventes no se mezcla.  La temperatura de descomposición gira en torno a los 340 °C.  La presión de vapor a 20 °C, es menor a 0,001 bar.

En cuanto a los riesgos que presenta el ácido sulfúrico (H 2SO4), cabe destacar que en sí mismo no es inflamable, pero se le debe aislar de materiales orgánicos, nitratos, carburos, cloratos y polvos metálicos, ya que el contacto del ácido concentrado con estos materiales puede causar ignición. Otro riesgo que puede presentarse es cuando el ácido es almacenado en tambores, camiones cisternas u otros tanques de almacenamiento metálicos, porque desprende hidrogeno, el cual además de ser inflamable, en altas concentraciones, impide un adecuado suministro de oxígeno a los pulmones causando mareos, posible náuseas y eventualmente pérdida de conocimiento.

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4) Entre las propiedades más relevantes del citado líquido, se encuentran:  Reactividad: Además de atacar muchos metales, el Ácido Sulfúrico (H 2SO4) concentrado es fuerte agente oxidante y puede dar lugar a la ignición (inicio de combustión que puede degenerar en explosión) al entrar en contacto con materia orgánica y compuestos tales como nitratos, carburos, cloratos y otros. También reacciona de forma exotérmica con el agua, tiene mayor desprendimiento de calor, alcanzando una temperatura de 158 °C (316 °F). Presenta una gran afinidad por el agua, de allí, que produce deshidratación de los compuestos orgánicos, a veces tan fuerte que llega a carbonizar.  Corrosividad: Es un líquido altamente corrosivo, particularmente en concentraciones altas, corroe los metales, con excepción del oro, iridio y rodio, dando lugar al desprendimiento de hidrogeno.

MERCADOS PARA EL ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4)  La industria de fertilizantes es el usuario más grande y consume 50-65 por ciento del total producido.  En segundo lugar está la industria química orgánica. Un ejemplo es la producción de plásticos y fibras sintéticas.  La producción de TiO2 consume grandes cantidades de ácido sulfúrico. TiO2 es un pigmento blanco usado en pinturas y plásticos.  En la industria del metal el ácido sulfúrico (H2SO4) es usado para picar materiales ferrosos y no ferrosos y la recuperación de níquel, cobre y zinc de mineral de bajo grado.  Finalmente, en la industria del petróleo es utilizado como catalizador en varias reacciones, principalmente en alquilación.

PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SÚLFURICO (H2SO4) El ácido sulfúrico (H2SO4) es uno de los productos químicos más empleado por la industria química básica, con una producción mundial de aproximadamente 250 millones de toneladas anuales [ CITATION Top07 \l 8202 ] y una estimación de 285 millones de toneladas para 2.020 [ CITATION Ros12 \l 8202 ].

El ácido sulfúrico (H2SO4) se obtiene a partir de azufre, de minerales sulfurados o a partir de efluentes de los procesos de endulzamiento del gas natural. En todos los casos el producto intermedio que se produce es el óxido sulfuroso (SO2), el que es transformado en oxido sulfúrico por un proceso de oxidación catalítica heterogénea, método denominado de contacto. Por último el óxido sulfúrico (SO3) reacciona con agua produciendo el ácido sulfúrico (H2SO4), esta última operación se realiza en torres de absorción.

En el caso de minerales sulfurados, la tostación oxidante es uno de los métodos extractivos ampliamente difundido, puesto que provee del óxido metálico como especie valiosa y dióxido de azufre (SO2) como especie gaseosa portadora del azufre. En el caso particular de la tostación de piritas, el valioso es el gas sulfuroso, más que el óxido ferroso producido. El 80% de la materia prima utilizada para producir ácido sulfúrico (H2SO4) es azufre elemental, mientras que el aporte de las piritas ronda el 8%. En la ilustración 1 se presenta un esquema simplificado para la fabricación del ácido sulfúrico (H2SO4) por el método de contacto, empleando pirita como fuente de azufre.

Aire

Tostación

SO2

Acondicionamiento

Conversión Catalítica

SO3

Enfriamiento

Pirita Residuo

Agua Ilustración 1. Diagrama de

H2SO4

Absorción Enfriamiento bloques para la producción de ácido sulfúrico

(H2SO4) por el método de contacto.

PROCESO La primera reacción corresponde a la tostación oxidante de la pirita, que produce el anhídrido sulfuroso (SO2) y el óxido de hierro correspondiente (Ecuación. 1), reacción que libera 201,3 kcal/gmol. Posteriormente el SO2 es oxidado catalíticamente (Ecuación. 2), correspondiendo a una reacción de equilibrio, que libera 22,6 kcal/gmol y por último la formación del ácido sulfúrico (H2SO4) por la absorción del gas sulfúrico en agua (Ecuación. 3), que libera 37,3

kcal/gmol; cabe señalar que la última reacción, además de ser violenta es extremadamente lenta, razón por la cual el SO3 se absorbe sobre ácido sulfúrico de menor concentración. 4 FeS2+11O2 = 2Fe2O3+ 8 SO2

Ecuación 1

SO2+ 1/2 O2= SO3

Ecuación 2

SO3 + H2O = H2SO4

Ecuación 3

En la etapa de conversión catalítica del SO2 a SO3 (Ecuación. 2), la temperatura (T) es la variable de mayor importancia para desplazar el equilibrio hacia el producto. La influencia sobre la constante de equilibrio (Kp) se presenta en la Ecuación. 4. logKp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,7497

Ecuación 4

El equilibrio de la reacción es independiente de la clase y de la cantidad de catalizador empleado, estando condicionado exclusivamente por la temperatura y la concentración de los reaccionantes, pero no ocurre lo mismo con la velocidad de la reacción, que depende principalmente de la naturaleza del catalizador. Graficando la conversión o equilibrio de transformación del SO 2 a SO3 en función de la temperatura, se obtiene la curva correspondiente (Ilustración. 2), donde se ve claramente que a mayor temperatura, la conversión disminuye y como la reacción es exotérmica, la temperatura de la mezcla gaseosa se incrementa, necesitando consecuentemente ser refrigerada. Paralelamente a bajas temperaturas la velocidad de reacción es lenta, es por esta razón que se emplean catalizadores (pentóxido de vanadio), los que exigen como temperatura mínima del sistema 400°C.

Ilustración

2. Diagrama

de

conversión

del SO2 vs. Temperatura [ CITATION Via06 \l 8202 ] De acuerdo a lo recién expuesto la manera de lograr resultados óptimos es trabajar con un reactor isotérmico, lo que en la práctica no es posible por las grandes masas involucradas, sumado al hecho de ser un proceso catalítico heterogéneo, por estas razones se opta por un proceso adiabático en etapas, con refrigeraciones intermedias.

BASES LEGALES Se refieren a lo señalado en la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela; las Leyes Orgánicas, los Reglamentos y Normas que le dan un basamento jurídico o que pueden condicionar el desarrollo del trabajo de investigación. [CITATION Jim \l 8202 ]

Normas y Referencias Para el diseño de esta planta se toaron en cuenta las últimas ediciones de los códigos, especificaciones y listados a continuación, que constituyeron los requerimientos mínimos. Esta especificación además requirió el cumplimiento de los códigos, normas y regulaciones venezolanas. Comité Venezolano de Normas Industriales [ CITATION Com \l 8202 ]. En este contexto se toma en consideración la Norma Venezolana – [ CITATION Com \l 8202 ] 98-8,

Ácido Sulfúrico (H2SO4) y Óleum. La los requisitos que deben cumplir el ácido

sulfúrico (H2SO4) y el óleum con el fin de mantener un manejo adecuado a la hora de su uso y producción en alguna empresa, además ayuda a conocer las propiedades de estos acido para conocer sus riegos y evitar accidentes laborales. Seguidamente la Norma Venezolana –[ CITATION Com \l 8202 ] 2634-89, Aguas Naturales, Industriales y Residuales. Definiciones. Esta norma menciona las definiciones de las principales aguas que se utilizan en la empresa, para que son convenientes, y su proceso de utilización en la empresa con el fin de usarlas adecuadamente en la empresa y especificar para que proceso deben aplicarse.

CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO “La metodología del proyecto incluye el tipo o tipos de investigación, las técnicas y los instrumentos que serán utilizados para llevar a cabo la indagación. Es el “cómo” se realizará el estudio para responder al problema planteado”. [ CITATION Fid06 \l 8202 ]

DISEÑO DE INVESTIGACIÓN “En este punto se especifica el tipo de investigación según el diseño o estrategia adoptada para responder al problema planteado. Recuerde que según el diseño, la investigación puede ser documental, de campo o experimental”. [ CITATION Fid06 \l 8202 ] . De este modo se caracterizó por ser un diseño descriptivo no experimental, entonces según [ CITATION Fid06 \l 8202 ], “La investigación descriptiva consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno, individuo o grupo, con el fin de establecer su estructura o comportamiento. Los resultados de este tipo de investigación se ubican en un nivel intermedio en cuanto a la profundidad de los conocimientos se refiere”.

TIPO DE INVESTIGACIÓN Está presente investigación es de tipo documental, [ CITATION Fid06 \l 8202 ], afirma: “este tipo de investigación es un proceso basado en la búsqueda, recuperación, análisis, crítica e interpretación de datos secundarios, es decir, los obtenidos y registrados por otros investigadores

en fuentes documentales: impresas, audiovisuales o electrónicas. Como en toda investigación, el propósito de este diseño es el aporte de nuevos conocimientos.

POBLACIÓN Y MUESTRA Para [ CITATION Tam03 \l 8202 ], la población “es la totalidad de un fenómeno de estudio (cuantificado). Y la muestra “parte representativa de una población”. En este caso la población que se toma como referencia es el 20% del consumo venezolano, la muestra las condiciones óptimas de cómo debe estar el ácido sulfúrico para abastecer dicha población, las cuales son: punto de ebullición de 338 °C o 640 °F, punto de fusión se encuentra cerca de -40 °C, también, debe ser soluble en agua.

TÉCNICAS Y RECOLECCIÓN DE DATOS Para [ CITATION Fid06 \l 8202 ], “Las técnicas de recolección de datos son las distintas formas o maneras de obtener la información. Son ejemplos de técnicas; la observación directa, la encuesta en sus dos modalidades: oral o escrita (cuestionario), la entrevista, el análisis documental, análisis de contenido, entre otros”. Y “Los instrumentos son los medios materiales que se emplean para recoger y almacenar la información. Ejemplo: fichas, formatos de cuestionario, guía de entrevista, lista de cotejo, escalas de actitudes u opinión, grabador, cámara fotográfica o de video, entre otros”. 1. Técnicas: entre las técnicas utilizadas fueron: planificar la investigación, observación directa en cuanto a los cálculos de las distintas variables, pagina web, simulación en Aspen-Plus HYSYS, entre otras. 2. Instrumentos: referencias documentales, computadora, Pendrive, entre otros.

SIMULACIÓN La simulación es una herramienta empleada para evaluar procesos mediante su representación a través de modelos matemáticos. Para la resolución de estos modelos, se dispone de poderosos programas informáticos y simuladores interactivos, con entornos amigables e interfaces accesibles, que son usados ampliamente en la industria y también a nivel académico. La simulación de procesos permite, principalmente, por medio de relaciones termodinámicas básicas de ingeniería, tales como equilibrio químico y de fases y balances de materia y energía, predecir el comportamiento de un proceso. A nivel comercial actualmente existe una gran variedad de simuladores para las industrias de procesos químicos. Los simuladores más desarrollados corresponden a la industria del petróleo y gas, mientras que para la simulación de procesos con corrientes sólidas, se presentan ciertas complicaciones que no se observan en aquellas que involucran corrientes líquidas o gaseosas. Esto se debe, fundamentalmente, a la complejidad característica de los procesos en los que intervienen especies sólidas.

ESTRATEGIA DE SIMULACIÓN La simulación estacionaria del proceso de producción de H 2SO4 a partir de la tostación de 2 kmol/h (240 kg/h) de mineral sulfurado de hierro (pirita, FeS 2), ley 50% FeS2, fue estructurada mediante el simulador de procesos Aspen Plus V8. (Ilustración 3, 4 y 5). El objetivo es lograr un modelo que permita simular el proceso teniendo en cuenta las consideraciones teóricas y técnicas presentadas en bibliografía técnica [ CITATION Due59 \l 8202 ] y [ CITATION Via06 \l 8202 ] que permite determinar los parámetros básicos de diseño de las unidades del proceso. Además se incorpora a la simulación bloques manipuladores de corrientes, cuya función equivalente a los

operadores lógicos del simulador Hysys, posibilitan mejorar la calidad de respuesta de la simulación propuesta.

Ilustración 3. Simulación[ CITATION Asp111 \l 8202 ], tostación de pirita y enfriamiento del SO2. Ilustración 4. Simulación[ CITATION Asp111 \l 8202 ], Conversión del SO2 en SO3.

Los métodos para el cálculo de las propiedades de las sustancias seleccionadas para la simulación en Aspen Plus corresponden al paquete denominado “SOLIDS”, recomendado para sólidos y combinado al paquete ELECNRTL, que es específico para el manejo de electrolitos, para la simulación de la etapa de absorción del SO3. El tipo de corrientes fueron definidas como MIXED y CISOLID, es decir MIXCISLD (Ilustración 6).

Ilustración 5. Simulación[ CITATION Asp111 \l 8202 ], Absorción de SO3 para la producción de H2SO4.

El FeS2 es inicialmente oxidado en un reactor adiabático (TOSTADOR), luego es separada la mezcla reactiva en un tanque (Sep) produciendo Fe 2O3 (RESIDUO) y SO2; el SO2 es transformado en SO3 mediante una serie de 4 reactores (REACT1, 2, 3, y 4) que operan adiabáticamente, que son simulados por el modelo RStoic, donde se especifica la estequiometria y conversión de cada etapa.

Ilustración 6. Selección del método base y tipo de corrientes para la simulación.

Las reacciones químicas correspondientes a la tostación y las cuatro etapas de oxidación (Ecuaciones. 1, 2 y 3), fueron definidas como reacciones de conversión y la reacción de formación del ácido a partir del SO3, como reacción de equilibrio. Los compuestos necesarios para la simulación se seleccionaron todos desde la base de datos de Aspen Plus (Ilustración 7). Tanto la Pirita (FeS 2), como la Hematita (Fe2O3) y la ganga silicea (SiO2) fueron simuladas como especies sólidas (Solids) y el resto de los compuestos químicos como convencionales (Conventional).

Ilustración 7. Componentes seleccionados para la simulación. La ilustración 8 presenta las reacciones correspondientes a la tostación, oxidación y formación del ácido sulfúrico (H2SO4). La etapa de conversión se desarrolla en 4 reactores (RStoic), en cada uno de los cuales fue cargada la misma reacción química, variando en cada etapa la conversión de acuerdo a datos bibliográficos. Los intercambiadores de calor (HeatX) corresponden al tipo carcasa y tubo, que operan en contracorriente, simulados en modo de diseño, con método de cálculo shortcut. La torre de absorción es simulada con el modelo RadFrac, que es un modelo riguroso para simular todo tipo de operaciones de fraccionamiento líquido-vapor multietapa; se definió una torre de 7

Ilustración 8. Reacciones desarrolladas en la simulación.

platos.

CAPITULO IV ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS En este capítulo presentaremos los resultados obtenidos de la investigación mediante los análisis e interpretación de los datos alcanzados, arrojados de los balances,

producción y

balances de materia que están incluidos en los procesos de producción, con la ayuda del simulador Aspen-Plus de HYSYS.

DESARROLLO DE LA SIMULACIÓN Y RESULTADOS El aire necesario para la tostación es alimentado a 20 °C y

se precalienta hasta una

temperatura de 100 °C previo a ser ingresada al primer reactor, aprovechando la corriente de gases calientes que emergen del tostador; se usa un Design Spec (DSTEMP1) para ajustar la temperatura de la corriente de salida del TOSTADOR, especificando como máxima temperatura 700 °C, para ello el simulador varia el caudal de aire en forma automática de manera de cumplir con el objetivo. La corriente de SO2, que egresa del tostador es acondicionada térmicamente previo al ingreso al reactor catalítico, para lo cual se definieron dos etapas de enfriamiento, en la primera, intercambia con el aire frio que alimenta el tostador (IQ-AIRE), luego el SO 2 es enfriado con agua hasta una temperatura no superior a los 420ºC (IQ1), resultado del intercambio se genera vapor saturado de 5 kg/cm2; en forma similar luego de cada etapa de reacción de conversión, se realiza un intercambio para adecuar la temperatura del SO 2, para ello se emplea agua de refrigeración, y consecuentemente se genera vapor en cada intercambio de energía. Para asegurar la generación de vapor saturado con el agua de refrigeración, se emplea el operador Design Spec

(DS-TVAP), especificando en los 4 casos la temperatura final del vapor (155 °C), variando para ello el caudal de agua de refrigeración (Ilustración 9), esto para cada uno de los 4

intercambiadores de calor (IQ1, IQ2, IQ3 e

IQ4).

Ilustración 9. Especificación del Desig Spec DS-TVAP1, variable Temperatura del VAPOR1, y variable manipulada el flujo molar del AGUA1

En la torre de absorción ocurre la formación del ácido sulfúrico (H 2SO4) por absorción del SO3 en una corriente de ácido de menor concentración, para el caso simulado corresponde a un ácido al 80%, logrando un producto del 99%. RESULTADOS Puesto que los datos de conversión y temperatura de alimentación fueron impuestos a partir de datos bibliográficos, se verifica que los cálculos termodinámicos entregados por el simulador

sean correctos. La Figura

8 muestra la curva de

equilibrio y los datos del

simulador,

que para la simulación las

líneas se replican.

observando

Ilustración 10. Comparación de datos de equilibrio y de la simulación para la etapa de conversión adiabática.

En la Tabla 1 se presentan los resultados reportados por el simulador, a partir de los flujos molares se concluye que para una alimentación de 2 mol/h de PIRITA, es decir 180 kg/h de mena que contienen 119,85 kg/h de FeS2, que producen 115,2 kg/h de SO2, 144 kg/h de SO 3,

consumiendo 233,6 kg/h de O2. El flujo neto de H2SO4 al 99% producido es de 86,24 kg/h. Cabe señalar que el flujo de aire consumido es de 1.008 kg/h, el que corresponde a un exceso respecto del estequiométrico, además de que el exceso en la práctica posibilita un control de la exotermia de la tostación y además contribuye a desplazar el equilibrio hacia la formación del SO3.

Tabla 1: Flujo molares de las principales corrientes del proceso simulado. Corriente

PIRITA

RESIDUO

Tipo de Corriente

SOLID

SOLID

FES2 O2 FE2O3 SO2 N2 SO3 H2O H2SO4 Total, kmol/hr Flujo másico total kg/hr Temp., °C

1,00 00 0 0 0 0 0 0

0,10 0 0,45 0 0 0 0 0

1,00

SO2 frio VAPOR

SO3

SO3 frio

ÁCIDOdil

H2SO499

SO3resid

VAPOR

VAPOR

LIQUID

LIQUID

VAPOR

Flujo molar (kmol/h) 0 0 0 4,9 4,0 4,0 0 0 0 1,80 0,023 0,023 27,6 27,6 27,6 0 1,8 1,8 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 4

0 5E-04 0 2E-04 3E-03 0,073 2,9E-10 4,88

0 3,97 0 0,022 27,6 0,705 0,0003 1,2E-01

0,55

34,3

33,4

33,4

5

4,95

32,42

180,06

143,94

1.044

1.044

1.044

410,33

484,3

970

20,0

700,7

630,0

432

70,0

35,0

74,9

50

Son necesarios 852 kg/h de agua de refrigeración para cumplir con las restricciones de temperatura impuestos, produciendo la misma cantidad de vapor a 5 kg/cm2 de presión. En la Tabla 2 se presentan los calores de reacción reportados por el simulador correspondientes a en cada uno de los reactores químicos y los valores de bibliografía [ CITATION Via06 \l 8202 ].

Tabla 2. Calores de Reacción Bibliografía Calor de Reacción (kcal/ml) -200.00 -22,6 -22,6 -22,6 -22,6

Reactores TOSTADOR REACTOR 1 REACTOR 2 REACTOR 3 REACTOR 4 En

la

ilustración el

11

perfil

concentraciones H2SO4

Simulación Calor de Reacción (kcal/mol) -199.306 -23,17 -23,17 -23,17 -23,17

y

se

presenta

de de

SO3,

H2O,

correspondientes a la

fase

liquida de la torre de absorción,

tomando

en cuenta

que el plato N° 7 corresponde al tope de la columna, donde puede observarse claramente que a medida que se produce el consumo del SO3, aumenta la fracción los cambios de temperatura ocurren entre el plato de alimentación y dos superiores.

Ilustración 11. Perfiles de composición en la fase liquida de la torre de absorción

Por último se presenta en la ilustración 12 y 13 capturas de pantalla del resultado de la simulación, detallando en cada corriente la temperatura asicada a la misma, así como el flujo másico correspondiente.

Ilustración 12.

Captura de pantalla

de la simulación

de producción de

ácido sulfúrico.

Tostación

conversión

y

Ilustración 13. Captura de pantalla de la simulación de producción de ácido sulfúrico (H2SO4). Absorción. Fueron empleados 6 Design Spec y un Transfer, sobre una estructura de proceso que incluye los 5 reactores, 8 intercambiadores de calor y una torre de absorción.

DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA

 Capacidad de la Planta.  86,24 kg/ día  2069.76 kg/ día  755462.4 kg/ año  324 días laborables de producción.  776 horas laborables.

 Turnos laborables.  De lunes a lunes 24 h * día.  2 turnos.  6:00am - 6:00pm.  06:00pm - 6:00am.  1 hora de descanso

 Consideraciones: mantenimientos largos, 1 quincenal.

UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PLANTA Esta planta tendrá como ubicación en Puerto Piritu Estado Anzoátegui, debido a que allí se encuentra la materia prima la cual es la Pirita, además se encuentra los abastecimientos necesario, tanto transporte, recursos necesarios, siendo asa un área factible para dicha construcción de la planta.

PLANO DE LA PLANTA PRODUCTORA DE ÁCIDO SULFÚRICO (H2SO4)

Servicio Medico

Edificio Administrativo

Estacionamiento

Baños

Laboratorio Almacenamiento de materia prima

Planta de Tratamiento

Comedor

Baños

Planta de Procesos

Área de Recreación

Recepción Área de Automatización

Baños

Zona de Procesos Especiales

Garita

Planta Eléctrica

Almacén P.T

Zona de Carga

Área de Desechos

CAPÍTULO V EVALUACIÓN ECÓNOMICA Los ingresos anuales fueron estimados mediante cálculos con los datos obtenidos a través de la demanda del proyecto, los ingresos se perciben por concepto de venta de ácido sulfúrico (H2SO4). Las valorizaciones se realizaron de acuerdo a un estudio de mercado, todos los valores están expresados en dólares US$ con una tasa de cambio a Bs.S Tabla 3. Costos Directos e Indirectos

Costos Indirectos

Costos Directos

VALOR 1.-

Equipos de Procesos

26.740.895

2.-

Instalación de los Equipos

11.617.371

3.-

Instrumentación y Control

8.422.594

4.-

Cañerías de Procesos

13.069.542

5.-

Instalaciones Eléctricas

7.260.857

6.-

Edificios de Planta

11.617.371

7.-

Servicios de Planta y Preparación del Terreno

20.330.399

8.-

Terreno

1.742.606

Sub Total de Costos Directos

100.801.635

10.-

Ingeniería y Supervisión

5.082.600

11.-

Gastos de Construcción

4.356.514

12.-

Honorarios de Contratistas

1.161.737

13.-

Gastos Legales

580.869

14.-

Capital Fijo

2.904.343

Sub Total de Costos Indirectos

14.086.063

Capital de Trabajo

17.578.534

TOTAL

132.466.232

Valores Expresados en US$ CÁLCULO DE EQUIPOS DE PROCESOS Los equipos se calcularon mediante los costos entregados por las plataformas web [CITATION htt \l 8202 ] y

[ CITATION htt1 \l 8202 ] las cuales arrojan valores, los cuales son

actualizados mediante el modelo de costos indexados, como se muestra a continuación.

Tabla 4. Costos por Equipo N°

Código

Nombre del Equipo

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Qs1(E4) TGE CGE TEGE TK SO2 CC(E6) TAI IC9 F2(E3) SEPG TKH2S

Tostador de Pirita Turbina Generación Eléctrica Condensador (Refrigerante) Torre de Enfriamiento Tanque Almacenamiento SO2 liq. (10,5.5 ton) Reactor Catalítico Torre de Absorción Doble Contacto Intercambiador de Calor Filtro Separador Tanque de Almacenamiento 120.000 ton

12

O4 CHIM

Costo del Equipo $

Cantidad

Total Equipo

$466.489 $1.551.017 $58.279 $1.851.579 $102.740 $907.251 $280.998 $407.828 $743.335 $31.176 $9.129.369

1 1 1 1 1 5 1 8 1 1 1

$466.489 $1.551.017 $58.279 $1.851.579 $102.740 $4.536.255 $280.998 $3.262.624 $4.743.335 $31.176 $9.129.369

Chimenea Valores Expresados en US$

$727.034 TOTAL

1

$727.034 $26.740.895

TERRENO El terreno se calcula a un precio de $8.000 el metro cuadrado lo que equivale en dólares a US$16app. dado que el precio promedio de los terrenos para la localidad bordea los $6.500 el metro cuadrado. COSTO TOTAL DEL PRODUCTO Estos fueron estimados a partir del modelo presentado en [CITATION Max \l 8202 ] Tabla 5. Costos de Producción a.- Costos de Producción 1.-Materia Prima 2.-Supervicion y Administración Directa 3.-Servicios

5.105.029 1.788.480 2.552.515

4.-Mantenimiento y Reparación 5.-Cargos de Laboratorio Subtotal

1.742.606 268.272 11.456.902

Valores Expresados en US$

Tabla 6. Cargos Fijos b.-Cargos Fijos 1.-Impuestos Locales 2.-Seguros Subtotal Valores Expresados en US$

726.086 290.434 1.016.520

Tabla 7. Gastos Generales Gastos Generales A. Costos Administrativos

1.073.088

B. Costo de Venta y Distribución Subtotal

850.838 1.923.926

Valores Expresados en US$

Tabla 8. Costo Total Costo Total Valores Expresados en US$

14.397.348

Tabla 9. Cálculos VAM y TIR Año 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TOTA

Flujo Ingreso 9125000 6661250000 7,29407E+12 1,06493E+16 1,9435E+19 4,25628E+22 1,08748E+26 2,77851E+29 9,1274E+32 3,3315E+36

Flujo de Egreso 146863575 293727150 440590725 587454300 734317875 881181450 1028045025 1174908600 1321772175 1468635750

Flujo Neto 137738575 6367522850 7,2936E+12 1,0649E+16 1,9435E+19 4,2563E+22 1,0875E+26 2,7785E+29 9,1274E+32 3,3315E+36

3,33241E+36

8077496625

3,3324E+36

VAM TIR

VALOR ACTUAL NETO % DE GANANCIA O PERDIDA EN UNA INVERSION

F FLUJO DE EFECTIVO NETO F= FLUJO DE INGRESO - FLUJO DE EGRESO N: CANTIDD DE AÑOS O PERIODO I= TASA DE INTERES O = INVERSION INICIAL

-146863575 9125000 6661250000 7,2941E+12 1,0649E+16 1,9435E+19 4,2563E+22 1,0875E+26 2,7785E+29 9,1274E+32 3,3315E+36

L

Inversión inicial Precio Unid prod/dia Tasa de Interés Años de Vida Año Producción Diaria

IO $ $ I N ton

146863575 10000 25000 0,2 10 365 2,5

{{=VAN(I;F1;F2)-O TIR (1+I)^10

$ 448.527.259.894.207.000.000.000.000.000.000.000,00 69920%

VAM= F1/(1+I)N+F2/(1+I)N....+Fn/(1+I)N

CAPITULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES En atención a los resultados obtenidos en el presente trabajo de investigación, se alcanzaron las siguientes conclusiones:  Mediante la búsqueda de información, se puede denotar que en Venezuela la producción de ácido sulfúrico (H2SO4) ha disminuido considerablemente originando que su demanda aumente, y muchas empresas se ven obligadas a la importación del mismo.  Se pudo determinar la factibilidad para el mercado interno del país de una nueva planta de ácido sulfúrico (H2SO4) ya que proporcionara un aumento en la economía de la producción de ácido.  La simulación desarrollada, a partir de una simulación preexistente, incorporando los manipuladores de corrientes, tales como el Design Spec y Transfer, posibilitan una respuesta de la simulación en forma más autónoma.  Se realiza un efectivo aprovechamiento energético de las corrientes calientes del proceso.  Los datos obtenidos de la simulación se validan aceptablemente con los datos de bibliografía.  El diseño de la planta a partir de la pirita es de gran utilidad ya que se pueden usar los principios fundamentales del diseño de procesos industriales sostenibles aplicados a la producción de ácido sulfúrico (H2SO4).  Deben tenerse muy presente los riesgos que pueden tener los procesos químicos, a la hora de diseñar una empresa o planta de producción, en cuanto a su adecuada distribución.

RECOMENDACIONES  La producción de ácido sulfúrico (H2SO4) también puede ser viable por el método de fundido de azufre, sin embargo es más factible por medio de la tostación de la pirita como materia prima.  Implementar una mayor información a la hora de realizar los estudios de mercado y localización.  En el proceso de producción es adecuado que el ácido haga el recorrido de recirculación por las torres de absorción para que así ocurra una eficiencia del proceso mucho mejor y se obtenga un ácido con mayor pureza.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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ANEXOS

HOJA DE SEGURIDAD Ilustración 14. Ácido Sulfúrico H2SO4

BASES LEGALES Ilustración 15. Norma Venezolana COVENIN 98-86

Ilustración 16. Norma Venezolana COVENIN 2634:2002