APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas
Aplicación de procesos industriales II Práctica numero 1
Balance de materiales Producción de Acido Sulfúrico
Equipo
2
Secuencia
3AV11
Integrantes:
Hernández Gayosso Alfonso Javier Editor
Flores Salas Lorena Administrador
Maceda Vega Mariana Contralor
Castillo Medina Sebastián almacenista
Razo Islas Verónica Anahi Operario
López Beltrán Elsa Cristina Operario
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
Objetivo El alumno: 1) Relacionará la ley de conservación de la masa con la obtención de un producto. 2) Reconocerá los aspectos que implican la obtención de un producto en un proceso industrial a escala de laboratorio.
Introducción : Para la elaboración, se requirió de la medición de las sustancias que intervienen en la misma, como lo son: el bisulfito de sodio, el cobre, el acido muriático, el acido clorhídrico el agua entre otras. Después se monto el equipo en el cual se llevaron acabo la s reacciones, se observó que el proceso fue continuo y llevado a cabo mediante dos procesos diferentes para la obtención de a cido sulfúrico. Después se procedió a realizar algunas pruebas par a comprobar si en efecto había presencia de ácido sulfúrico como fueron: la precipitación, medición del PH, y la titilación. Finalmente se realizaron los cálculos necesarios para determinar la cantidad teórica esperada, balance de masa (la materia no se crea ni se destruye solo se transforma) comprobado mediante estequiometria.
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
I.-DISEÑ O DEL PROC ES O
En esta práctica no se elaboro empaque, ya que el producto no requiere empaque para su venta y se vende a granel Materia prima Bisulfito de sodio Agua destilada Alambre de cobre Acido nítrico Acido clorhídrico Cloruro de bario Hidróxido de sodio Fenolftaleína EQUIPO E INSTRUMENTO
IMAGEN
DESCRIPCIÓN
USO
Es una herramienta en forma de triangulo y el material del que esta elaborado es de porcelana.
Para sostener el matraz de tres bocas y poder calentarlo.
1 Matraz de tres bocas
Es un instrumento de laboratorio de forma esférica, con tres bocas en la parte superior y está elaborado de vidrio.
Para contener el ácido sulfúrico generado de la reacción química.
2 Matraces fondo plano de dos bocas de 500 mL
Este tipo de instrumento es similar al anterior la diferencia radica en que este solo dos bocas y es de fondo plano
Para contener las sustancias que producen el SO2 y NO2.
1 Matraz Erlenmeyer de 250 mL
Es un recipiente que permite contener sustancias o calentarlas.
Contener el producto.
1 Triángulo de Porcelana
Utensilio de vidrio, pequeño, de forma ovalada en la parte inferior la cual impide que este se mantenga derecho sin requerir de la gradilla.
1 Tubo de Ensayo de 16 X 150 mm
EQUIPO E INSTRUMENTO
IMAGEN
DESCRIPCIÓN
Para contener una muestra del producto y poder medir su pH.
USO
APLICACIÓN DE PR CESOS INDUSTR IALES
s
e s e e e e v e es es ec s e e e v e é s y e s c As s s y e e e es s (v e es)
¨
1
¡
¢
£
¤
e
¥
¦
e 100
§
§
©
§
¢
§
£
¢
£
¥
§
§
¢
£
§
e Re j
£
$
¢
¦
£
"
¨
¢
e
"
1 Se
¨
¦
¤
¢
c
¦
§
£
&
e c c §
e
¦
¤
¢
¥
¦
e G e 10
¥
§
¦
¦
¨
§
¦
§
¦
©
EQUIPO E IN UMEN O 4
¦
¦
§
¦
¢
"
¢
¥
§
e
¥
£
¦
¦
£
¢
¦
¨
4
5
1 Anillo de Hi erro
1 Espátula chica acanalada 1 Pinza de tres dedos c/ nuez
1 Pinza de Mohr
IMAGEN
¦
¢
¦
¦
$
¨
¦
§
¦
¦
¢
¦
e
¢
c
¦
¦
#
v
£
£
£
¦
¨
¨
§
¢
%
¦
£
"
¦
¢
¥
§
¢
¦
§
¦
§
§
eces e cc e e e
¦
¦
¥
¨
¦
¦
¦
ce
¦
¢
c
§
¦
¦
¦
¢
e
¥
§
&
¦
¥
¢
¨
¢
e
¦
'
¦
s
!
¢
¦
%
¢
£
§
¢
£
se
¨
es
-
¡
¦
¢
¦
s
£
§
¦
e s ye c
¢
£
¤
£
¤
"
¥
e
¢
£
§
e
£
¢
¥
¦
¦
¨
¨
¦
¥
¥
¢
£
¢
e es c e e e e e c e ve e e e
£
§
¦
¨
e
¢
¥
¦
ev
"
¡
£
¦
e
§
e es
§
¨
§
§
¦
£
ev e e ve ss s c c e ex e ¦
¦
¥
¦
¥
¨
¨
£
¥
S ve
§
¦
¢
¦
se s s c s ¢
¦
¥
¦
¦
¢
¦
¦
¢
£
"
¥
¢
¦
¢
¥
Medir el volumen del Á cido Sulfúri co
Es un elemento elaborado de hierro el cual tiene una base y una tipo varilla incrustada en medio.
Para su jetar los material es que conforman el equipo.
DESC IPCIÓN
USO
)
0
1
2
¢
3 Soportes Universales
3
$
¨
¥
¦
e
¥
¢
s un e e ento de v drio que sir ve para dar volúmenes exactos con esta pipeta, se pueden medir di stintos volúmenes de líquido, ya que ll eva una escala graduada.
§
¨
¦
£
¡
e
¦
c
¦
s
1
¢
£
¢
¥
£
(
¤
¨
¨
!
¥
¨
¢
"
¦
s ee e es e v
¨
¥
£
1V
¢
£
£
¨
£
§
£
¢
¦
¦
¨
¥
5
Herramienta en forma de aro, en su extremo hay una lla ve en forma de nue , con Para sostener el embudo d e la que se su jeta al soporte separación. universal. Se fabrican de hierro colorado. 6
Es un instrumento con mango de madera.
Es utilizada para tomar las sustan cias quími cas.
Utensilio de hierro que tiene en lo s lados como tipo Para sostener el matraz de lla ves que sirven para tres bocas. su jetar. Elementos de hierro con pinzas o llaves que ejercen presión.
Para sostener lo s matraces de dos bocas.
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
Son también elaboradas de hierro y parecen dos pinzas grandes unidas de forma contraria.
2 Pinzas para Bureta
7
1 Balanza Electrónica
2 Tapones sin horadar
1 Bureta
Mechero de Bunsen
Tubería de Vidrio
parato basado en métodos mecánicos tiene una sensibilidad de una décima de gramo.
Pesar
Herramienta elaborada de plástico o de madera según sea el caso que tienen orificios los cuales permiten circular a los gases.
5 Tapones Horadados
EQUIPO E INSTRUMENTO
Para sostener la bureta.
IMAGEN
Para evitar la salida de los gases de cada matraz y poder transportarlo por la tubería de vidrio hacia el matraz central.
DESCRIPCIÓN
USO
Son tapones de hule o de madera que no tienen orificios y así evitan que salgan los gases.
Para evitar la salida de gas de los matraces de dos bocas.
Es un utensilio que permite medir volúmenes, es muy útil cuando se realizan neutralizaciones.
Este instrumento esta elaborado de hierro el cual es como un cilindro con plataforma o base que le ayuda a que se sostenga.
Están hechos de varilla de vidrio y se utilizan para agitar o mover sustancias, es decir, facilitan la homogenización.
8
gregar hidró ido de sodio para cambiar el color del producto 9
Para calentar los matraces generadores de SO2 Y NO2 y poder realizar la reacción química.
Para transportar los gases al matraz central.
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
Diagrama de símbolos: ninguna Actividades: Se requerirá la medición de las sustancias que intervienen en la misma, como lo son: el bisulfito de sodio, el cobre, el acido muriático, el acido clorhídrico el agua entre otras. Después se monta el equipo en el cual se llevara n a cabo las reacciones, se observara que el proceso fue continuo y llevado a cabo mediante dos procesos diferentes para la obtención de acido sulfúrico. Después se procederá a realizar algunas pruebas para comprobar si en efecto habrá presencia de ácido sulfúrico como son: la precipitación, medición del PH, y la titulación. Finalmente se realizaran los cálculos necesarios para determinar la cantidad teórica esperada, balance de masa (la materia no se crea ni se destruye solo se transforma) comprobado mediante estequiometria. Todo esto se realizara con la mejor disposición del personal colaborador s e llevara a cabo en un ambiente de respeto, responsabilidad y dedicación. II.-DI SEÑ O DE IMPLANTACIÓN
Se verificaran los puestos, actividades y distribución respectó a la información antes recabada en la planeación. Descripción de puestos: ADMINISTRADOR: verificara la existencia de manuales de procedimientos, analizara los puestos y designara funciones a cada integrante del equipo de trabajo, procurara la realización de las actividades del personal e implantara mejoras para el control de la materia prima ASIGNADO: Flores Salas Lorena CONTRALOR: verificara la calidad del producto en diferentes puntos del proceso a fin de garantizar la inocuidad del producto ASIGNADO: Maceda Vega Mariana ALMACENISTA: proporcionara las cantidades exactas de ma teria prima a fin de evitar desperdicios y mal manejo de la misma, llevara un control de entradas y salidas y verificara la caducidad de la materia prima a fin de evitar contaminación del producto. ASIGNADO: Castillo Medina Sebastián OPERARIOS: realizaran actividades propias de la producción, y deberán conocer los procedimientos para hacer más eficiente el proceso de producción del queso, deberán tener una higiene pulcra y no podrán estar en el área de producción sin el equipo de higiene que marca la norma. ASIGNADO: López Beltrán Elsa Cristina y Razo Islas Verónica Anahi Medición de variables: Tiempo: 6 minutos
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
Concentración: no aplica Temperatura: no aplica III.- EVALUACIÓ N DEL PROCES O
Bloque 1
1.-medicion de materias primas *mide y pesa materia prima *montar equipo
Bloque 2
2.-obtencion de acido sulfúrico *se obtiene acido sulfúrico *efectuar titulación
Procedimientos 1.-medicion de materias primas *mide y pesa materia prima 1.-pese en un vidrio de reloj 1. grmos de bisulfito de sodio y medir . cm de alambre de cobre 2.-medir ml de agua destilada en una probeta y adicione al embudo de separacion .-medir dentro de la campana de extraccion 1 gotas de acido nitrico y adicionelos al matraz de dos bocas y de la misma manera 2 gotas de acido clorhidrico .-se monto el equipo como se muestra en el manual
Procedimientos 2.-obtencion de acido sulfúrico *se obtiene acido sulfúrico 1. se agrego el acido clorhídrico con bisulfito de sodio y se obtuvo dióxido de azufre 2. se agrego cobre y acido nítrico y se obtuvo dióxido de nitrógeno . se mezclo dióxido de nitrógeno con el dióxido de azufre y se obtuvo trióxido de azufre *efectuar titulación 1. se adiciono al trióxido de azufre agua 2. se mezcla perfectamente bien para obtener acido sulfúrico . se tomo el pH de la reacción y se anotaron los volúmenes correspondientes . al final se lavo todo el material utilizado
APLICACIÓN DE PR OCESOS INDUSTR IALES
I ÁGE ES
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
MEJ ORA CO NTINUA
CONCLUS IÓN
En esta práctica no fueron aplicados instrumentos de mejora únicamente y de manera empírica podemos decir que la organización de las actividades no tuvo muy buenos resultados. Los objetivos de la practica se obtuvieron, solo que notamos mucha desorganización a la hora de hacer el experimento, el producto salió dentro de lo que cabe en buenas condiciones y además pudimos comprobar diferentes cuestiones estequiometrias o por decirlo aplico el balance de materias
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
CALC ULOS Y RESULTADOS
1.-Cálculo de la cantidad teóricamente esperada de H 2SO Masa teórica de H 2S O4= (masa real del reactivo) PM H 2SO h
h
PMNaHSO i
Masa Teórica de H 2S O4= ( ,8 g) (98uma) = 0,8009 g
(1
uma)
2.- Cálculo de la cantidad real obtenida de H 2SO Masa real de H 2S O4= (Vol. de NaOH)(Concentración de NaOH)(PM/2 de H 2SO )(Vol.de H2SO generado) Vol. de la muestra titulada Masa real de H 2S O4= ( , 9L)( ,2 eq/L)( 9g/eq)( , 9L)= . 22 x1 - g =1.08045 g , L , h
h
h
i
.-Cálculo del rendimiento o eficiencia de la reacción. Eficiencia= Masa real del producto x1 = ,8 9 g = . Masa teórica esperada 1, 8 g
126 21 x1
RESULTADOS EXPERIMENTALES. Masa esperada de H2SO4 Masa real obtenida Eficiencia
= 0,8009 = 1,08045 = 74
Gramos Gramos %
= 74%
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
CUESTIONARIO
1.- ¿Qué importancia tiene el efectuar un balance de materiales en un proceso industrial? Es de gran importancia debido a que el balance nos permite conocer las cantidades de masa que requerimos para producir y las que se pierden en el proceso debido a la eficiencia, pureza o acumulado, de esta manera nos es posible predeterminar costos y de esta forma maximizar nuestras ganancias y disminuir nuestros gastos.
2.- ¿Cómo resultó ser la masa total del producto o b tenido con respecto a lo que teóricamente se esperaba? ¿A qué se debe esto? La masa total fue menor a la masa teórica debido a la pureza, eficiencia de la reacción, la cantidad residual en los reactores (acumulado) y la pérdida en el transporte de las sustancias de un reactor a otro.
3.- Elabore un diagrama de bloques que ilustre todo el proceso, anotando los datos de las cantidades reales que reaccionan y se obtiene en cada caso, para comprobar el balance de materiales. NaHSO 1. g q
Cu . cm
p
r
t
HCl 1ml
t
H2 O ml r
NO2
SO2
RII
HNO p
Cu HNO
NaHSO HCL p
NaCl H2O
r
. ml s
p
Cu (NO )2 H2 O p
SO2 NO2 H2 O
Exceso HCl
Exceso Cu
Impureza NaHSO p
H2SO
u
4.- Calcule la cantidad de SO 3, S O2, S y H2O que se requieren para producir una tonelada de H 2SO4 2 2 6 S + O 2 SO2 .6 tn x O2 = .6 6tn * 2 / 6 = . 2 tn x S = .6 6tn * 2 / 6 = . 2 tn
6
16
8
SO2 + ½ O2 SO3 .816tn x ½ O2 = .816tn * 16 / 8 = .16 tn x SO2 = .816tn * 6 / 8 = .6 tn
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
18 8 H2O + SO3
98 H2SO4 1 ton x SO = 1tn * 8 / 98 = .816tn x H2O = 1tn * 18 / 98 = .18 tn v
5.- ¿El proceso efectuado en la práctica de la boratorio es continuo o intermitente?
¿Por qué? Este proceso es continuo debido a que todo el proceso no se detiene en ningún momento, ya que los productos de una de las reacciones son utilizadas posteriormente como los reactivos de las reacciones subsecuentes, y así h asta llegar al producto final requerido.
6. Investigue en anuarios de la C ANACINTRA y del INEG I, cuál ha sido la producción nacional de H 2SO4 durante los últimos 5 años y ela bore una gráfica que muestre esta situación. a ñ o
2 0 0 1
2 0 0 2
2 0 0 3
2 0 0 4
P r o d u c c io n
3 1 3 0
3 3 6 7
3 9 3 9
3 9 3 4
P r o d u c c ió n
de
to n e la d a s
Á c i d o S u l f ú r ic o
4 5 0 0
4 0 0 0
3 5 0 0
3 0 0 0
2 5 0 0 P r o d
u c c i o n
2 0 0 0
1 5 0 0
1 0 0 0
5 0 0
0 2 0 0 1
2 0 0 2
2 0 0 3
2 0 0 4
7.- ¿Qué aplicaciones industriales tiene el H 2SO4? El ácido sulfúrico tiene muchas aplicaciones, incluyendo muchas reacciones químicas y procesos de producción. Es el producto químico industrial más usado además del agua. Las aplicaciones principales incluyen la fabricación del fertilizante, procesamiento de minerales, la síntesis química, el proceso de las aguas residuales, y la refinación del petróleo. El ácido sulfúrico es también el ingrediente principal en algunos productos de limpieza del drenaje, fabricados para el uso de emergencia por los profesionales.
8.- ¿Qué efectos nocivos a la salud y al ambiente, tienen los gases S O 2 y NO2? Los efectos de salud del SO 2: puede afectar el sistema respiratorio, las funciones de los pulmones e irritar nuestros ojos. Cuando el dióxido de sulfuro irrita la zona respiratoria que causa toser, la secreción del moco, agrava condiciones tales como asma y bronquitis
APLICACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
crónica y hace a gente más propensa a las infecciones de la zona respiratoria. El dióxido de sulfuro puede asociarse a las partículas y, si se inhalan estas partículas, pueden causar efectos más serios. Ahora bien, el NO2 también es un gas tóxico, irritante y precursor de la formación de partículas de nitrato. Estas llevan a la producción de ácido y eleva dos niveles de PM-2. en el ambiente. Afecta principalmente al sistema respiratorio. La exposición a corto plazo en altos niveles causa daños en las células pulmonares, mientras que la exposición a más largo plazo en niveles bajos de dióxido de nitrógeno p uede causar cambios irreversibles en el tejido pulmonar similares a un enfisema.
9.- ¿Cómo relaciona usted lo aprendido en esta práctica, con su campo de tra ba jo, la Administración Industrial? En la administración industrial es necesario saber como se logra la obtención de diferentes tipos de producto, la cantidad de materias primas, tecnología necesaria y con base en estas determinar un buen costo de producción y costo de ventas para maximizar los beneficios de la organización.
