PRODUCCION DE ACIDO SULFURICO POR EL
PROCESO DE CONTACTO
EDWARD FERNANDO FORERO ALARCÓN
DANIEL PANESO
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTA INGENIERIAS FISICOQUIMICAS
ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
BARBOSA
2010
PRODUCCION DE ACIDO SULFURICO POR EL
PROCESO DE CONTACTO
EDWAR FERNANDO FORERO ALARCON
DANIEL PANESO
INFORME DE INGENIERIA QUIMICA
Docente
LUZ ESPERANZA PRADA FORERO
Ing. Química especializada en educación NTC
Introducción a la ingeniería química
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTA INGENIERIAS FISICOQUIMICAS
ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
BARBOSA
2010
PROCESO
1.1 DIAGRAMA DE FLUJO N2 79%
H2O Aire Azufre
O2 21%
Deshidratación Clarificación
Oxidación N2
Oxidación
SO2
Enfriamiento H2O
Enfriamiento
OxidaciónExotérmicaV + Pt
Oxidación
Exotérmica
V + Pt
N2
SO3 Aire
Hidratación
Hidratación
H2SO4
DESCRIPCION DEL PROCESO
1.2.1 Proceso de contacto
El proceso se basa en el empleo de un catalizador para convertir el SO2 en SO3, del que se obtiene ácido sulfúrico por hidratación.
En este proceso, una mezcla de gases secos de SO2, según la fuente de producción de SO2 y de O2, se precalienta y una vez depurada al máximo, pasa a un convertidor de uno o más lechos catalíticos, por regla general de platino u óxido de vanadio (V), donde se forma el SO3. Se suelen emplear dos o más convertidores.
Los rendimientos de conversión del SO_2 a SO_3 en una planta en funcionamiento normal oscilan entre el 96 y 97%, pues la eficacia inicial del 98%[] se reduce con el paso del tiempo.
En el segundo convertidor, la temperatura varía entre 500 y 600 °C. Esta se selecciona para obtener una constante óptima de equilibrio con una conversión máxima a un costo mínimo. El tiempo de residencia de los gases en el convertidor es aproximadamente de 2-4 segundos.
Los gases procedentes de la catálisis se enfrían a unos 100 °C aproximadamente y atraviesan una torre de óleum, para lograr la absorción parcial de SO3. Los gases residuales atraviesan una segunda torre, donde el SO3 restante se lava con ácido sulfúrico de 98%.
La producción de ácido sulfúrico por combustión de azufre elemental presenta un mejor balance energético pues no tiene que ajustarse a los sistemas de depuración tan rígidos forzosamente necesarios en las plantas de tostación de piritas.
1.2.2 MATERIAS PRIMAS
AZUFRE: Al fundir el azufre, se obtiene un líquido que fluye con facilidad formado por moléculas de S8. Sin embargo, si se calienta, el color se torna marrón algo rojizo, y se incrementa la viscosidad. Este comportamiento se debe a la ruptura de los anillos y la formación de largas cadenas de átomos de azufre, que pueden alcanzar varios miles de átomos de longitud, que se enredan entre sí disminuyendo la fluidez del líquido; el máximo de la viscosidad se alcanza en torno a los 200 °C. Enfriando rápidamente este líquido viscoso se obtiene una masa elástica, de consistencia similar a la de la goma, denominada «azufre plástico» (azufre γ) formada por cadenas que no han tenido tiempo de reordenarse para formar moléculas de S8; transcurrido cierto tiempo la masa pierde su elasticidad cristalizando en el sistema rómbico. Estudios realizados con rayos X muestran que esta forma amorfa puede estar constituida por moléculas de S8 con estructura de hélice espiral.
En estado vapor también forma moléculas de S8, pero a 780 °C ya se alcanza el equilibrio con moléculas diatómicas y por encima de aproximadamente 1800 °C la disociación es completa y se encuentran átomos de azufre.
Además de en trozos, barras o polvo grueso, existe en el mercado una presentación en forma de polvo muy fino, llamada "Flor de azufre", que puede obtenerse por precipitación en medio líquido o por sublimación de su vapor sobre una placa metálica fría.
AIRE: Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor de la Tierra por la acción de la fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta, es particularmente delicado y está compuesto en proporciones ligeramente variables por sustancias tales como el nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (variable entre 0-7%), ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y algunos gases nobles como el criptón o el argón, es decir, 1% de otras sustancias.
El aire necesario seria aire seco para evitar daños en el producto final.
AGUA: Se denomina agua potable o agua para consumo humano, al agua que puede ser consumida sin restricción. El término se aplica al agua que cumple con las normas de calidad promulgadas por las autoridades locales e internacionales.
1.2.3 Usos del acido sulfúrico
Producción de superfosfato de calcio (fertilizantes).
Potabilización de agua: para producir sulfato de aluminio a partir de bauxita.
Detergentes: en la sulfonación de dodecilbenceno, que es la materia prima básica para la mayoría de los detergentes utilizados en el hogar y la industria. También para esto se utiliza oleum 22%.
Refinación de Petróleo: para las calderas y procesos químicos.
Generación térmica de energía: para el tratamiento de las calderas.
2. BALANCE DE MASAS
N2 79%
H2O 19g Aire(X) S(330g)
PRODUCCION DE ACIDO SULFURICO O2 21%
PRODUCCION DE ACIDO SULFURICO
NO2 (Yg)
H2SO4 100% (100g) H2SO4 99% 99g
H2O 1% (1g)
S + O2 SO2 Combustión
32g 32g 64g
330g 330g 660g
Balance por oxigeno para hallar la masa del aire que interviene en la reacción.
O20.21 mol O2mol aire= 32gmol O2*O,21 mol O2mol aire 29gmol=0.23kg O2kg aire= 330 kg O20.23 kg O2kg aire
Aire (29gmol ) =1435 kg aire
N20.79 mol N2mol aire
100 kg H2SO4 1435 kg aire
99 kg H2SO4 X = 1421 kg aire
Como es el oxigeno es tomado como dato teórico, y no como real, se debe multiplicar el resultado por un exceso puesto que el oxigeno no va a ser mi reactivo límite sino en exceso así:
1421 kg aire *1.4 = 1989.4 kg aire
Y este sería un dato más real del consumo de aire.
Balance general
m agua + m aire + m azufre = m acido sulfúrico + m NO2
19kg + 1421kg +330kg – 100kg = m NO2
1670kg = m NO2 = Y
3. DETERMINACION DEL TAMAÑO DE LA EMPRESA
Para determinar el tamaño de nuestra empresa tenemos primero que saber cuánto vamos a producir, y obtendremos ese dato preguntado la cantidad de acido sulfúrico que se vende mensualmente por concepto de baterías para autos distribuidas por empresas. Pero primero hay que calcular el tamaño de la muestra que nos indique el número total de encuestas a realizar sabiendo que en Barbosa se encuentran 4 establecimientos que comercializan baterías.
Calcularemos el tamaño de la muestra mediante la ecuación de zapata así:
n=Z2P*QNZ2P*Q+e2 N-1=> n1.9620.5*0.541.9620.5*0.5+0.052 4-1= 3.96
Se toma el entero más cercano, y en este caso el tamaño de nuestra muestra será de 4.
La encuesta realizada a los 4 establecimientos tuvo las siguientes preguntas:
¿Nombre del establecimiento?
¿Batería más vendida?
¿Numero de baterías vendidas en un mes?
¿Numero de celdas en la batería más vendida?
La encuesta nos arrojo los siguientes resultados:
Nombre del establecimiento
Batería más vendida
Baterías vendidas al mes
Celdas
Energicenter
48.800 900V
60
6
Full llantas
48.800 900V
6
6
Baterías criptón
48.800 900V
20
6
Repuestos
48.800 900V
15
6
TOTAL
101
6
Como las baterías contienen 5.2 formal de concentración en una celda, y un cuarto de litro de volumen se puedo determinar el peso que contiene una celda al desarrollar la siguiente ecuación:
F=PFGV(L) y como PFG=WPM=>reemplazando se obtiene F=WPMV (L)
Luego despajamos W (peso del compuesto) así:
W=F*PM*V L luego reemplazamos con los datos W=5.2*98*0.25
W=127.4 gH2SO4 100% x 6 celdas = 763.4 g H2SO4
Entonces un batería 48.800 de 900V contiene 763.4 g H2SO4/batería.
Hemos fijado como meta abarcar el 30% del mercado total del acido de batería al ver que no seriamos el único proveedor de la zona así que tomaremos esta cifra como la representación de la producción a realizar.
Con este porcentaje tendríamos que:
Numero de batrías a satisfacer=101*30% =30 baterias/mes
Luego de tomamos las baterías y las multiplicamos por la cantidad de acido sulfúrico de cada batería y luego por mil, así obtendríamos la producción total de acido sulfúrico que la empresa debe satisfacer.
Produccion total de H2SO4=30*763.4gH2SO4 1000=22.902 toneladas/mes
Para cubrir esta demanda mensual nuestra empresa tendría que pasar de 99 kg H2SO4 100% a 45,864 kg H2SO4 100%, para esto la empresa tendrá que:
Pasar de 330kg S a 76,340kg de S
Pasar de 1,421kg N2O2a 328,724kg N2O2
Pasar de 19kg H2O a 4395kg H2O
Con estos datos se puede observar que la empresa que se tendría que construir seria pequeña en relación a una empresa que fabrica alrededor de 30 toneladas diarias mínimo, así que realmente nuestra planta física seria pequeña y la producción mínima.
4. DISTRIBUCION DE PLANTA
5.1 MAQUINARIA Y EQUIPO
Como nuestro proceso no necesita grandes cantidades de energía para la producción, utilizaremos un proceso discontinuo de 5 días en la semana por cuatro semanas del mes dándonos la producción a suplir, la empresa a constituir es pequeña y necesitáremos la siguiente maquinaria:
Cuarto de 4m3en ladrillo con rejilla inferior para paso de azufre a la tolva, tendrá una circulación constante aire por los olores emanados del azufre.
Tolva medidora de 4 toneladas
Bomba centrifuga para refrigeración por agua de 12000m3/h que llevar un flujo de agua hacia la tubería del gas SO2 y SO3
Bobina de vapor de 300kg/h con temperatura de 300 °c
Secador de aire con acido para optimizar los resultados del producto y evitar daños en el.
Filtro de gas caliente con catalizador de vanadio para permitir la reacción del SO2 al SO3 de 500kg/h
Torre de absorción de 500kg/h resistente al acido sulfúrico.
Tanque de almacenamiento de 3000L resistente al acido sulfúrico con llave inferior por gravedad.
A continuación mostraremos la propuesta para la distribución en planta en la FIGURA 1:
A1- Almacén de azufre
B1- Bobina de vapor
C1- Filtro de gas caliente
D1- Torre de absorción
E1- Tanque de almacenamiento de acido sulfúrico
F1- Bomba centrifuga de refrigeración
Entrada
Salida
A1B1C1D1E1F12m2m3m3m2m2m2.5m2m2m2m10m1m1m9mFIGURA 1 propuesta de distribución en planta
A1
B1
C1
D1
E1
F1
2m
2m
3m
3m
2m
2m
2.5m
2m
2m
2m
10m
1m
1m
9m
El terreno que se necesita para construir esta empresa será de 90m2 que no incluyen centro administrativo, ni de personal solo serán las instalaciones industriales.
Contara con una altura de 10m para incluir el sistema de ventilación, el almacén de azufre se encuentra a una altura de 4m sobre la tolva medidora, cuenta con espacios de 50 cm para la circulación del personal y de 1m en las zonas de calderas y la bobina.
COSTOS
Inversión
TIPO
JUSTIFICACION
VALOR
TERRENO
230.000 m2x 90m2
20´7000.000
MAQUINARIA
Tolva medidora de 4 ton
Bobina de vapor 300kg/h
Secadora de aire por acido Bomba centrifuga
Filtro de gas
Torre de absorción
Tanque de almacenamiento
10´000.000
7´000.000
12´000.000
4´000.000
20'000.000
12´000.000
5´000.000
INSTALACIONES
Edifico y planta
90´000.000
IMPUESTO PREDIAL
166.000m2x 90m2
14´940.000
MONTAJE
Conexiones
15´000.000
CAPACITACION
Inducción a los operarios de las maquinas
1'031.000
SEGURIDAD INDUSTRIAL
Implementos para 4 empelados que utilizara la empresa en la zona industrial
3'000.000
TOTAL
214.670.000
COSTOS FIJOS
EMPLEADOS
PRIMA
CESANTIAS
SALARIO
3 OPERARIOS
3´900.000 Anual
3'900.000 Anual
3'900.000Mensual
1 ASEADOR
700.000Anual
700.000Anual
700.000Mensual
1 SECRETARIA ADMINISTRATIVA
1'000.000Anual
1'000.000Anual
1'000.000Anual
DIRECTOR DE PLANTA
3'000.000 Anual
3'000.000 Anual
3'000.000 mensual
TOTAL
8'600.000Anual
8'600.000Anual
8'600.000 Mensual
COSTOS MATERIA PRIMA
MATERIA PRIMA
TONELADAS/MES
PRECIO/TONELADA
AZUFRE
160
278.000
AGUA
9.5
165
TOTAL
44'480.000
COSTOS VARIABLES
TELEFONO E INTERNET 102.000
AGUA $165m3 x 80m3/mes = $13.200/mes
LUZ 384.64$kW/h
Sin contar el agua de la materia prima
VIABILIDAD
El costo total de la inversión aproximadamente seria de 267'750.000 para cubrir la maquinaria y el primer mes de producción.
El producto creado en la empresa tiene un valor en el mercado de 720.000 por tonelada, que al multiplicar por el numero de toneladas producidas (45.7) nos da 32'904.000 al mes.
BIBLIOGRAFIA
http://turnkey.taiwantrade.com.tw/showpage.asp?subid=122&fdname=CHEMICAL+MATERIAL&pagename=Planta+de+produccion+de+acido+sulfurico, Proyecto preliminares para plantas industriales
Taiwan Turnkey Project Association, http://www.tpcc.org.tw/index-english.asp
http://pdf.rincondelvago.com/acido-sulfurico_3.html, El Rincón del Vago, en Salamanca desde 1998
Gran enciclopedia Salvat.
Informativo empresa Harting S.A.
Química moderna y sus aplicaciones en la industria chilena: Julio Castro Sánchez.
Química II: Severiano Herrera.
Química I Medio: Lorenzo Villagra.
