Practicas industriales

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA PRACTICAS INDUSTRIALES: EMPRESA EUCALIPTUS-COSSMIL GERENCIA DE EMPRESAS Nombre: RENÉ CHURATA CAYO. LA PAZ BOLIVIA 2016

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

PRACTICAS INDUSTRIALES:

EMPRESA EUCALIPTUS-COSSMIL

GERENCIA DE EMPRESAS

Nombre: RENÉ CHURATA CAYO.

LA PAZ – BOLIVIA

2016

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AGRADECIMIENTO

Manifiesto el debido agradecimiento a nuestro docente Ing. Luis Chávez Ríos por

su gran aporte que nos brinda, en la elaboración de este proyecto, la cual nos resulta

de mucho apoyo y sus sabios consejos que nos ayuda a desarrollarnos como futuros

profesionales en ingeniería Química y por ahora en nuestros centros de prácticas.

También expresamos nuestro agradecimiento al Cnl. DAEN Víctor Hugo Ayoroa

Callejas, jefe del área de gerencia de empresas, COSSMIL, y al Cnl DAEN Boris Plaza

inicialmente por aceptarme desarrollar mis prácticas industriales en el área que tiene a

su cargo y también por su enorme comprensión, y la amabilidad que lo caracteriza.

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1 INFORMACION GENERAL DE LA EMPRESA. ............................................... 4

Antecedentes. ........................................................................................................ 4

Propiedades físicas. ............................................................................................... 7

Propiedades químicas. ........................................................................................... 8

Historia. ................................................................................................................. 8

2 MARCO TEORICO. ............................................................................................ 10

Procesos de obtención de ácido sulfúrico. .......................................................... 10

3 MATERIA PRIMA. ............................................................................................. 18

4 MAQUINAS Y EQUIPOS. ................................................................................. 19

5 Etapas del Proceso productivo. ............................................................................ 21

6 APLICACIONES DE ACIDO SULFURICO. .................................................... 24

7 APORTE A LA EMPRESA. ............................................................................... 26

8 Conclusiones y recomendaciones. ....................................................................... 50

9 Bibliografía. ......................................................................................................... 50

10 Anexos. .............................................................................................................. 52

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EMPRESA EUCALIPTUS-COSSMIL, PRODUCCIÓN DE ÁCIDO

SULFÚRICO.

1 INFORMACION GENERAL DE LA EMPRESA.

Antecedentes.

El Ácido Sulfúrico es un producto industrial fundamental, sus aplicaciones

son numerosas y su consumo es extraordinario. Los usos del ácido sulfúrico son tan

variados que el volumen de su producción proporciona un índice aproximado de la

actividad general industrial. Este ácido es un producto que directa o indirectamente

está presente en toda industria, y su consumo es el termómetro de la industria de un

país.

El ácido sulfúrico es un compuesto químico inorgánico constituido por hidrógeno,

oxígeno y azufre, de fórmula molecular H2SO4 (óleum: H2SO4 con SO3 en solución),

a temperatura ambiente es un líquido corrosivo, es más pesado que el agua e incoloro (a

temperatura y presión ambiente). El óleum tiene un olor picante y penetrante. Esta es la

sustancia más importante de la industria química mundial. Sus nombres químicos son

ácido sulfúrico y ácido sulfúrico fumante. También es llamado aceite de vitriolo, ácido

de baterías y ácido de fertilizantes.

Es un ácido fuerte que, cuando se calienta por encima de 30ºC desprende vapores y

por encima de 200ºC emite trióxido de azufre.

El ácido sulfúrico es un ácido diprótico, ya que cada unidad de ácido produce dos

iones H en dos etapas independientes:

El ácido sulfúrico es un compuesto químico extremadamente corrosivo cuya

fórmula es H2SO4. Es el compuesto químico que más se produce en el mundo, por eso

se utiliza como uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los países. Una

gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para la síntesis de

otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica.

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Generalmente se obtiene a partir de dióxido de azufre, por oxidación con óxidos de

nitrógeno en disolución acuosa. Normalmente después se llevan a cabo procesos para

conseguir una mayor concentración del ácido. Antiguamente se lo denominaba aceite o

espíritu de vitriolo, porque se producía a partir de este mineral.

La molécula presenta una estructura piramidal, con el átomo de azufre en el centro

y los cuatro átomos de oxígeno en los vértices. Los dos átomos de hidrógeno están

unidos a los átomos de oxígeno no unidos por enlace doble al azufre. Dependiendo de la

disolución, estos hidrógenos se pueden disociar. En agua se comporta como un ácido

fuerte en su primera disociación, dando el anión hidrogenosulfato, y como un ácido

débil en la segunda, dando el anión sulfato.

Tiene un gran efecto deshidratante sobre las moléculas hidrocarbonadas como la

sacarosa. Esto quiere decir que es capaz de captar sus moléculas en forma de agua,

dejando libre los átomos de carbono con la consiguiente formación de carbono puro.

El descubrimiento del ácido sulfúrico se relaciona con el siglo VIII y el alquimista

Jabir ibn Hayyan. Fue estudiado después, en el siglo IX por el alquimista Ibn Zakariya

al-Razi, quien obtuvo la sustancia de la destilación seca de minerales incluyendo la

mezcla de sulfato de hierro (II) (FeSO4) con agua y sulfato de cobre (II) (CuSO4).

Calentados, estos compuestos se descomponen en óxido de hierro (II) y óxido de cobre

(II), respectivamente, dando agua y óxido de azufre (VI), que combinado produce una

disolución diluida de ácido sulfúrico. Este método se hizo popular en Europa a través de

la traducción de los tratados y libros de árabes y persas por alquimistas europeos del

siglo XIII como el alemán Albertus Magnus.

Los alquimistas de la Europa medieval conocían al ácido sulfúrico como aceite de

vitriolo, licor de vitriolo, o simplemente vitriolo, entre otros nombres. La palabra

vitriolo deriva del latín “vitreus”, que significa cristal y se refiere a la apariencia de las

sales de sulfato, que también reciben el nombre de vitriolo.[cita requerida] Las sales

denominadas así incluyen el sulfato de cobre (II) (o ‘vitriolo azul’ o ‘vitriolo romano’),

sulfato de zinc (o ‘vitriolo blanco’), sulfato de hierro (II) (o ‘vitriolo verde’), sulfato de

hierro (III) (o ‘vitriolo de Marte’), y sulfato de cobalto (II) (o ‘vitriolo rojo’).

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El vitriolo era considerado la sustancia química más importante, y se intentó

utilizar como piedra filosofal. Altamente purificado, el vitriolo se utilizaba como medio

para hacer reaccionar sustancias en él.

En el siglo XVII, el químico alemán-holandés Johann Glauber consiguió ácido

sulfúrico quemando azufre con nitrato de potasio (KNO3), en presencia de vapor. A

medida que el nitrato de potasio se descomponía, el azufre se oxidaba en SO3, que

combinado con agua producía el ácido sulfúrico. En 1736, Joshua Ward, un

farmacéutico londinense utilizó este método para empezar a producir ácido sulfúrico en

grandes cantidades.

En 1746 en Birmingham, John Roebuck empezó a producirlo de esta forma en

cámaras de plomo, que eran más fuertes y resistentes y más baratas que las de cristal

que se habían utilizado antes. Este proceso de cámara de plomo, permitió la efectiva

industrialización de la producción de ácido sulfúrico, que con pequeñas mejoras

mantuvo este método de producción durante al menos dos siglos.

El ácido obtenido de esta forma, tenía una concentración de tan solo 35-40 %.

Mejoras posteriores, llevadas a cabo por el francés Joseph-Louis Gay-Lussac y el

británico John Glover consiguieron aumentar esta cifra hasta el 78 %. Sin embargo, la

manufactura de algunos tintes y otros productos químicos que requerían en sus procesos

una concentración mayor lo consiguieron en el siglo XVIII con la destilación en seco de

minerales con una técnica similar a la de los alquimistas precursores. Quemando pirita

(disulfuro de hierro) con sulfato de hierro a 480 °C conseguía ácido sulfúrico de

cualquier concentración, pero este proceso era tremendamente caro y no era rentable

para la producción industrial o a gran escala.

En 1831, el vendedor de vinagre Peregrine Phillips patentó un proceso de conseguir

óxido de azufre (VI) y ácido sulfúrico concentrado mucho más económico, ahora

conocido como el proceso de contacto. Actualmente, la mayor parte del suministro de

ácido sulfúrico se obtiene por este método.

Formación del ácido.

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El ácido sulfúrico se encuentra disponible comercialmente en un gran número de

concentraciones y grados de pureza. Existen dos procesos principales para la producción

de ácido sulfúrico, el método de cámaras de plomo y el proceso de contacto. El proceso

de cámaras de plomo es el más antiguo de los dos procesos y es utilizado actualmente

para producir gran parte del ácido consumido en la fabricación de fertilizantes. Este

método produce un ácido relativamente diluido (62 %-78 % H2SO4). El proceso de

contacto produce un ácido más puro y concentrado, pero requiere de materias primas

más puras y el uso de catalizadores costosos. En ambos procesos el dióxido de azufre

(SO2) es oxidado y disuelto en agua. El óxido de azufre (IV) es obtenido mediante la

incineración de azufre, tostando piritas (Disulfuro de hierro), tostando otros sulfuros no

ferrosos, o mediante la combustión de sulfuro de hidrógeno (H2S) gaseoso.

Históricamente existió otro método anterior a estos, pero hoy en desuso, el proceso del

vitriolo.2

Propiedades físicas.

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Propiedades químicas.

Propiedades ácidas: El ácido sulfúrico da todas las reacciones características de los

ácidos.

Acción deshidratante: El ácido sulfúrico, especialmente si es concentrado, tiene

una fuerte apetencia por el agua, dando lugar a una serie de hidratos.

Acción oxidante: El ácido sulfúrico no tiene un poder oxidante particularmente

notable.

Reacciones orgánicas: El ácido sulfúrico interviene también en numerosas

reacciones orgánicas, bien como reactivo, bien como catalizador.

Reactividad: El ácido sulfúrico no es un material combustible en sí mismo, pero

por ser altamente reactivo es capaz de iniciar la ignición de sustancias combustibles

cuando entra en contacto con ellas (materia orgánica y compuestos tales como nitratos,

carburos, cloratos, etc.).

Historia.

La historia de la fábrica de ácido sulfúrico, comienza cuando mediante Resolución

Suprema Nº 138890 del 5 de julio de 1967, se autoriza a la entonces Caja de Pensiones

Militares la suscripción de un contrato con la Compañía Industrial Consultants de

México S.A, para la adquisición de una planta industrial, en la cual se produzca Ácido

Sulfúrico, por el sistema de contacto, por el precio de 1.480.495 dólares, crédito que

estuvo avalado por el Banco Central de Bolivia.

El año 1975 se concluye la construcción de la planta de Eucaliptus y se inician las

operaciones de producción con varias dificultades.

Al año siguiente, los primeros meses, se producen 1.939 toneladas de ácido y, con esta

producción los fabricantes entregan la planta el 15 de febrero de 1976; posteriormente,

la misma cierra sus operaciones ese mismo día y durante todo el año 1977, los

trabajadores se dedican al mantenimiento y reparación del economizador, el equipo que

más problemas presentó por su corrosión y, el 11 de marzo de 1978 se ordena el cierre

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definitivo de la planta, en el gobierno del ex presidente Hugo Bánzer Suárez.

Rehabilitación.

El 24 de abril de 2007, directivos de la Corporación Minera de Bolivia y miembros de

las Fuerzas Armadas de la Nación y la Corporación de Seguro Militar, firmaron una

carta de intenciones interinstitucional para realizar estudios técnicos, económicos y

legales de la Fábrica de Ácido Sulfúrico, para conformar una Sociedad Mixta entre

Comibol y Cossmil.

De acuerdo a la Resolución de directorio Nº 3802/2008, el 22 de abril de 2008, el

entonces presidente de la Comibol, Hugo Miranda Rendón y el representante de la

Cossmil, Gral. Rafael Uría García, suscribieron un contrato de riesgo compartido para la

reactivación de la fábrica de Ácido Sulfúrico en Eucaliptus, en el Departamento de

Oruro.

En el documento se estipulaba un plazo, de vigencia del contrato, de siete años, en el

cual la Comibol se comprometía a invertir los fondos necesarios para rehabilitar la

planta.

Una vez firmado el convenio, cerca de cincuenta trabajadores, entre ellos conocedores

de este tipo de plantas, se pusieron el overol y empezaron los trabajos de rehabilitación

de esa mina de oro.

El trabajo fue arduo y, el 27 de mayo de 2008 comenzaron los trabajos de rehabilitación

y diagnóstico de los equipos y maquinaria de la planta.

Con más de treinta años sin funcionamiento, la entidad presentaba un estado deplorable;

el horno de combustión, la torre de conversión, los tubos de conducción de azufre

fundido, los tanques de almacenamiento y otros elementos estaban en proceso de

corrosión, por lo que fueron reemplazados y en algún caso restablecidos, por un trabajo

hecho con manos netamente bolivianas.

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Ubicación.

La planta de ácido sulfúrico está ubicada en la localidad de Eucaliptus, 1ª Sección de la

provincia Tomás Barrón del departamento de oruro, a 85 kilómetros aproximadamente

de la ciudad de Oruro, a una altura de 3.850 metros sobre el nivel del mar.

Su ubicación es de gran accesibilidad ya que casi la totalidad de la carretera que dirige a

esta planta está asfaltada, asimismo se puede acceder a sus instalaciones por vía férrea.

1.4 Limitaciones.

Una de las limitaciones que tiene la planta, en la comercialización del ácido, es que por

la ley 1008 los responsables se ven obligados a vender solamente a las empresas que

están registradas en la Dirección General de Sustancias Controladas, institución que

limita la venta a clientes que compran cantidades mayores a 4.000 kilos, habiendo

empresas que lo necesitan pero en menor cantidad.

2 MARCO TEORICO.

Procesos de obtención de ácido sulfúrico.

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.

S O 2 + O 2 ⟶ 2 S O 3

S O 3 + H 2 O ⟶ H 2 S O 4

SO3 + H2O = H2SO4

En este proceso, una mezcla de gases secos que contiene del 7 al 10 % de SO2,

según la fuente de producción de SO2 (el valor inferior corresponde a plantas que

tuestan piritas y el superior a las que queman azufre), y de un 11 a 14% de O2, se

precalienta y una vez depurada al máximo, pasa a un convertidor de uno o más lechos

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catalíticos, por regla general de platino o pentóxido de vanadio (V2O5), donde se forma

el SO3. Se suelen emplear dos o más convertidores.

Los rendimientos de conversión del SO2 a SO3 en una planta en funcionamiento

normal oscilan entre el 96 y 97 %, pues la eficacia inicial del 98 %3 se reduce con el

paso del tiempo. Este efecto de reducciones se ve más acusado en las plantas donde se

utilizan piritas de partida con un alto contenido de arsénico, que no se elimina

totalmente y acompaña a los gases que se someten a catálisis, provocando el

envenenamiento del catalizador. Por consiguiente, en ocasiones, el rendimiento puede

descender hasta alcanzar valores próximos al 95%.

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 coste 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 %. Por último, los gases no absorbidos se descargan a la atmósfera a

través de una chimenea.

Existe una marcada diferencia entre la fabricación del SO2 por combustión del

azufre y por tostación de piritas, sobre todo si son arsenicales. El polvo producido en el

proceso de tostación nunca puede eliminarse en su totalidad y, junto con las impurezas,

principalmente arsénico y antimonio, influyen sensiblemente sobre el rendimiento

general de la planta.

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.

S O 3 + H 2 S O 4 ⟶ H 2 S 2 O 7

H 2 O + H 2 S 2 O 7 ⟶ 2 H 2 S O 4

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Catalizador oxido de vanadio (V2O5).

Uno de los pasos más importante durante la fabricación de ácido sulfúrico es la

producción de trióxido de azufre, lo que se logra al pasar una mezcla de gases de

dióxido de azufre y oxígeno a través de un lecho de catalizador, de acuerdo a la

mencionada ecuación:

SO2 + ½ O2 ↔ SO3 ∆H

Sin la presencia de un catalizador, esta reacción necesitaría una temperatura

muy elevada para tener una velocidad realista. Sin embargo, a mayores temperaturas el

equilibrio se desplaza a favor de la formación de SO2 lo que hace muy pobre la

conversión.

De todas las sustancias probadas con actividad catalítica para la oxidación del

dióxido de azufre, es el pentóxido de vanadio el de uso casi exclusivo, el cual se ubica

en uno o más lechos en un equipo conocido como Convertidor.

Los convertidores son dimensionados en base a la velocidad superficial del gas que

atraviesa el lecho de catalizador. Si las velocidades son muy altas, la cantidad de SO2

que atraviesa el catalizador por unidad de tiempo se incrementa dando como

resultado una reducción de la eficiencia de conversión. A velocidades muy bajas

la capacidad de conversión del catalizador no es eficientemente empleada.

A velocidades superficiales elevadas, la caída de presión a través del lecho empieza

a hacerse demasiado alta. Velocidades bajas del gas implican bajas caídas de

presión, dando como resultado problemas en la distribución del gas. Las caídas de

presión en el lecho de catalizador deben mantenerse encima de 50 mm WC (2 pulg.

WC) para asegurar una distribución razonable de gas a través del lecho de catalizador.

Mecanismo de Catalización.

El catalizador pentóxido de vanadio acelera la reacción química entre el

dióxido de azufre (SO2) y el oxígeno (O2) para formar trióxido de azufre

(SO3).

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El catalizador usado en la fabricación de ácido sulfúrico es el pentóxido de

vanadio (5 - 10% V en peso), el cual es considerado como el componente activo; no

obstante, es un catalizador relativamente pobre y solo cuando se le adicionan los

llamados “activadores” puede alcanzar elevad as velocidades de conversión.

Bajo condiciones normales de operación, el catalizador se funde y la

reacción de oxidación toma lugar sobre este líquido fundido. Originalmente, el sulfato

de potasio fue usado como activador pero recientemente se está usando el sulfato de

cesio, ya que este último reduce el punto de fusión del catalizador, pudiendo por lo

tanto ser usado a menores temperaturas. En todos los casos, el catalizador está

soportado por una matriz de sílice.

Formas del Catalizador Pentóxido de Vanadio.

Para la manufactura del ácido sulfúrico, el catalizador pentóxido de vanadio

viene en una variedad de tamaños, formas, formulaciones, etc. Los diversos tipos de

catalizador disponible permiten tanto al diseñador como al operador maximizar la

conversión de SO2 a SO3 para diferentes tipos de planta, composición de gases y

requerimientos de emisión.

Existen tres formas básicas del catalizador que se usan actualmente: pellet, anillo

y estrella. La primera forma en ser usada fue el pellet, que es simplemente un

cilindro sólido. Su desventaja es la dificultad que tienen los reactantes de difundirse

hasta el centro del catalizador y de manera inversa, la dificultad de difusión de los

productos hacia afuera. En esencia, el centro del catalizador no se usa totalmente.

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Fuente: https://weather.com/es-US

Los catalizadores en forma de anillo son básicamente pequeños cilindros con

un espacio vacío en la parte media. Esto proporciona acceso a los reactantes a la

parte central del catalizador, dando como resultado una mejor utilización. El área

superficial total del anillo es mayor que el pellet, lo que aumenta la superficie de

contacto al gas.

Fuente: https://weather.com/es-US

El catalizador en forma de estrella es una mejora respecto al de forma de anillo.

Los canales en la parte externa incrementan el área superficial total y confieren una

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mayor exposición a la estructura porosa del catalizador, permitiendo una difusión

más fácil y más rápida de los reactantes y productos.

fuente: https://weather.com/es-US

Proceso de cámaras de plomo.

En el proceso de cámaras de plomo el dióxido de azufre (SO2) gaseoso caliente

entra por la parte inferior de un reactor llamado torre de Glover donde es lavado con

vitriolo nitroso (ácido sulfúrico con óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2)

disueltos en él), y mezclado con óxido de nitrógeno (NO) y óxido de nitrógeno (IV)

(NO2) gaseosos. Parte de óxido de azufre (IV) es oxidado a óxido de azufre (VI) (SO3)

y disuelto en el baño ácido para formar el ácido de torre o ácido de Glover

(aproximadamente 78 % de H2SO4).

S O 2 + N O 2 ⟶ N O + S O 3

S O 3 + H 2 O ⟶ H 2 S O 4

De la torre de Glover una mezcla de gases (que incluye óxido de azufre (IV) y (VI),

óxidos de nitrógeno, nitrógeno, oxígeno y vapor) es transferida a una cámara recubierta

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de plomo donde es tratado con más agua. La cámara puede ser un gran espacio en forma

de caja o un recinto con forma de cono truncado. El ácido sulfúrico es formado por una

serie compleja de reacciones; condensa en las paredes y es acumulado en el piso de la

cámara. Pueden existir de tres a seis cámaras en serie, donde los gases pasan por cada

una de las cámaras en sucesión. El ácido producido en las cámaras, generalmente

llamado ácido de cámara o ácido de fertilizante, contiene de 62 % a 68 % de H2SO4.

N O + N O 2 + H 2 O ⟶ 2 H N O 2

H N O 2 + H 2 S O 3 ⟶ H 2 S O 4

Luego de que los gases pasaron por las cámaras se los hace pasar a un reactor

llamado torre de Gay-Lussac donde son lavados con ácido concentrado enfriado

(proveniente de la torre de Glover). Los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre que

no haya reaccionado se disuelven en el ácido formando el vitriolo nitroso utilizado en la

torre de Glover. Los gases remanentes son usualmente liberados en la atmósfera.

Obtención en laboratorio

Se puede obtener haciendo pasar una corriente del gas dióxido de azufre (SO2) en

disolución de peróxido de hidrógeno (H2O2):

H2O2 (aq) + SO2 (g) → H2SO4 (aq)

H2O2 (aq) + SO2 (g) = H2SO4 (aq)

H2O2 (aq) + SO2 (g) = H2SO4 (aq)

Esta disolución se concentra evaporando el agua.

Reacción de equilibrio.

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Algunos investigadores indican que los componentes activos del pentóxido de

vanadio se disocian y la oxidación de dióxido de azufre podría seguir el siguiente

esquema:

V2O5 + SO2 V2O4 + SO3

V2O4 + ½ O2 V2O5

La reacción total que se observa es reversible y exotérmica:

SO2 + ½ O2 SO3 H° 298°C = 99 kJ / mol.

El equilibrio químico es alcanzado cuando los reactantes se forman tan

rápidamente como los productos, tal que la composición de la mezcla permanece

constante y no cambia con el tiempo.

La velocidad a la que el SO2 y O2 reaccionan para formar SO3será

proporcional a la cantidad de SO2 y O2 presentes en el gas y puede ser

expresada en términos de sus presiones parciales y una constante de

proporcionalidad o velocidad. De igual manera, la velocidad de la reacción inversa de

SO3 a SO2 y O2 puede ser expresada en términos de la presión parcial de SO3en el gas.

𝑟1 = 𝑘1 ∗ 𝑃𝑆𝑂2𝑚 ∗ 𝑃𝑂2

𝑁

𝑟2 = 𝑘2 ∗ 𝑃𝑆𝑂3𝑥

En el equilibrio, la velocidad de las reacciones directa e inversa es igual:

𝑟1 = 𝑟2 = 𝑘1 ∗ 𝑃𝑆𝑂2𝑚 ∗ 𝑃𝑂2

𝑁 = 𝑘2 ∗ 𝑃𝑆𝑂3𝑥

Los exponentes m, n y x están referidos al mecanismo de reacción y

catálisis. Los investigadores han propuesto diversos valores para estos exponentes

basados en experimentos diseñados para medir la velocidad de reacción. Lo más

simple es asumir m = 1, n = ½ y x = 1. Reordenando la ecuación, da:

𝑘1

𝑘2= 𝐾𝑃 =

𝑃𝑆𝑂3

𝑃𝑆𝑂2 ∗ 𝑃𝑂2

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Donde Kp es la constante de equilibrio de presión parcial. La constante de

equilibrio de presión parcial es una función de la temperatura. Muchas relaciones

han sido propuestas en base a la experimentación con diferentes condiciones de

catálisis y operación. Un ejemplo de una de estas relaciones es:

log(𝐾𝑃) =4956

𝑇+ 4.678

Donde T = temperatura (K).

Al combinar las ecuaciones (17) y (18), puede obtenerse una relación entre

temperatura y el grado de conversión y se puede plotear una curva de equilibrio

como en la Figura N° 2.1. La curva de equilibrio dependerá de la concentración inicial

de SO2 y O2 en el gas. A menor concentración inicial de SO2, mayor será su

posición en la curva de equilibrio. Esto simplemente significa que mayores

conversiones pueden ser obtenidas con menores concentraciones iniciales de SO2 en

el gas.

3 MATERIA PRIMA.

AZUFRE: El azufre es un elemento químico de número atómico 16 y símbolo S.

Es un no metal abundante con un olor característico.

1. Se encuentra en estado libre en yacimientos de origen volcánico formando

depósitos a flor de tierra, llamados solfataras.

2. En yacimientos de origen sedimentarios formando depósitos bajo tierra o

solfataras.

3. Se encuentra formando parte de los numerosos minerales, sulfuros y sulfatos, como

la calcopirita, CuFeS2, Galena, PbS, Pirita, FeS2 y el yeso, CaSO4x2H2O.

4. Formando parte de muchas sustancias orgánicas de origen animal y vegetal, como

los aceites de ajo y de mostaza, los huevos, los pelos y las proteínas.

Otro inconveniente que tiene la planta de ácido sulfúrico Eucaliptus es que importa la

materia prima (azufre) de Canadá, México y Estados Unidos de Norteamérica, compra

que se realiza en la costa marítima de Chile. Compran 1.800 toneladas de azufre para 90

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días, a razón de 300 dólares por tonelada, algo que para la empresa es costoso porque si

hubiera materia prima en el país aumentarían sus utilidades.

4 MAQUINAS Y EQUIPOS.

Reactor CSTR(quemador).

Fuente: Propia. Fuente: https://weather.com/es-US

Caldero.

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Fuente:Propia.

Reactor PBR(convertidor).

Fuente: Propia.

Torre de absorción y Tanques de almacenamiento.

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Fuente: Propia.

5 ETAPAS DEL PROCESO PRODUCTIVO.

Flujo grama

Fuente: https://weather.com/es-US

2.2 Fundición.

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El azufre se funde con vapor saturado de 50 psig. El punto de fusión del azufre se

encuentra entre 115 y 120 ºC, dependiendo de la estructura del cristal.

Quemador.

Producción de dióxido de azufre (anhídrido sulfuroso).

La producción de ácido sulfúrico, comienza con la combustión del azufre para

producir dióxido de azufre:

𝑆(𝐿) + 𝑂2(𝑔) → 𝑆𝑂2(𝑔) ∆𝐻𝑟 = −296810 𝑘𝐽

𝑘𝑚𝑜𝑙

El azufre se atomiza en un horno caliente a 1127 ºC, luego se quema con exceso de

aire seco para formar una mezcla de gases calientes de SO2, O2 y N2.

La reacción es muy exotérmica por lo tanto los gases son enfriados en una caldera

de recuperación de vapor, el vapor de alta presión generado es utilizado para impulsar

los compresores y sopladores.

Control.

Flujo de aire (presión) como reactivo en exceso

Flujo de azufre como reactivo limitante, 115 –

120 °C

Temperatura (quemador) 800 – 1000 °C

Convertidor.

Oxidación catalítica de SO2 a SO3, (anhídrido sulfúrico).

El gas producido en el horno se enfría y es alimentado a un reactor de cuatro etapas

catalíticas con interenfriamientos donde se lleva a cabo la reacción entre el SO2 con

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oxígeno en presencia de un catalizador de pentóxido de vanadio (V2O5) para formar

SO3:

𝑆𝑂2(𝑔) + 12⁄ 𝑂2(𝑔) ↔ 𝑆𝑂3(𝑔) ∆𝐻𝑟 = −99000

𝑘𝐽

𝑘𝑚𝑜𝑙

Esta reacción es tanto reversible como altamente exotérmica. La oxidación en fase

gaseosa es inhibida cinéticamente y virtualmente imposible sin un catalizador a

cualquier temperatura. A temperaturas ordinarias, la reacción es tan lenta que, en

términos prácticos, ésta no ocurre. Al incrementar la temperatura, incrementa la

velocidad de reacción; sin embargo, simultáneamente la posición del equilibrio se

desplaza desfavorablemente, el trióxido de azufre se descompone para formar dióxido

de azufre y oxígeno. Sin un catalizador, la temperatura necesaria para una buena

velocidad de reacción superaría los 600°C y la conversión que se obtendría, a dicha

temperatura, sería no mayor a un 40%.

La eficiencia del proceso de conversión de SO2 a SO3, pasa por un catalizador

activado por esta razón, el catalizador degradado debe ser reemplazado cada cierto

tiempo.

El catalizador empleando es de la forma de anillos Raschig; catalizadores

compuesto de sales de potasio y vanadio soportados sobre un portador de sílice y

catalizadores con compuestos de cesio como promotor en lugar de sales de potasio. El

cesio ayuda a estabilizar las sales fundidas de vanadio, y previene que se precipiten a

temperaturas menores de 410°C, tal y como sucede en los catalizadores que usan

potasio como promotor.

Efectos cinéticos en la reacción:

- La oxidación de dióxido de azufre es lenta y reversible.

- La reacción requiere un catalizador y temperaturas de 426.7°C.

- La reacción es exotérmica y sensible al calor excesivo.

Page 24: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 24

Control.

Flujo de aire (presión) como reactivo en exceso

Fracción del Dióxido de azufre 12%

Temperatura (Catalizador) 400 - 600 °C

Adsorción.

Absorción de SO3 para formar H2SO4 y óleum.

La reacción global para la formación del ácido sulfúrico de manera directa puede

expresarse de la siguiente manera:

𝑆𝑂3(𝑔) + 𝐻2𝑂(𝑙) ↔ 𝐻2𝑆𝑂4(𝑙) ∆𝐻𝑟 = −132000 𝑘𝐽

𝑘𝑚𝑜𝑙

Sin embargo, en la práctica el SO3 de la torre de óleum no se combina

directamente con H2O, sino que indirectamente absorbiéndolo en H2SO4 al 98% en las

torres de absorción, debido a que la reacción directa forma una neblina de ácido

sulfúrico muy difícil de controlar.

𝑆𝑂3(𝑔) + 𝐻2𝑆𝑂4(𝑙) → 𝐻2𝑆2𝑂7(𝑙)

Este producto es conocido como ácido sulfúrico fumante u óleum. Dicho óleum

reacciona de forma segura con agua para producir ácido sulfúrico concentrado.

𝐻2𝑆2𝑂7(𝑙) + 𝐻2𝑂(𝑙) → 2 𝐻2𝑆𝑂4(𝑙)

6 APLICACIONES DE ACIDO SULFURICO.

El ácido sulfúrico es un elemento que se utiliza en el ambiente industrial como

Page 25: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 25

catalizador, en la purificación del petróleo, además de la refinación de aceites minerales

y vegetales, en la industria de pigmentos, pegamentos, herbicidas, cueros y en la

producción de explosivos.

En el procesamiento de metales es usado en el decapado (proceso mediante el cual se

"limpian" las superficies de un elemento), en el tratamiento de minerales de cobre,

uranio y vanadio, además de la preparación de baños electrolíticos para la purificación

de metales no ferrosos.

La industria que más utiliza el ácido sulfúrico es la de los fertilizantes. El

nitrosulfato amónico es un abono nitrogenado simple obtenido químicamente de la

reacción del ácido nítrico y sulfúrico con amoniaco.

Otras aplicaciones importantes se encuentran en la refinación del petróleo,

producción de pigmentos, tratamiento del acero, extracción de metales no ferrosos,

manufactura de explosivos, detergentes, plásticos y fibras.

En muchos casos el ácido sulfúrico funge como una materia prima indirecta y

pocas veces aparece en el producto final.

En el caso de la industria de los fertilizantes, la mayor parte del ácido sulfúrico se

utiliza en la producción del ácido fosfórico, que a su vez se utiliza para fabricar

materiales fertilizantes como el superfosfato triple y los fosfatos de mono y diamonio.

Cantidades más pequeñas se utilizan para producir superfosfatos y sulfato de amonio.

Alrededor del 60 % de la producción total de ácido sulfúrico se utiliza en la

manufactura de fertilizantes.

Cantidades substanciales de ácido sulfúrico también se utilizan como medio de

reacción en procesos químicos orgánicos y petroquímicos involucrando reacciones

como nitraciones, condensaciones y deshidrataciones. En la industria petroquímica se

utiliza para la refinación, alquilación y purificación de destilados de crudo.

En la industria química inorgánica, el ácido sulfúrico se utiliza en la producción de

pigmentos de óxido de titanio (IV), ácido clorhídrico y ácido fluorhídrico.

Page 26: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 26

En el procesado de metales el ácido sulfúrico se utiliza para el tratamiento del

acero, cobre, uranio y vanadio y en la preparación de baños electrolíticos para la

purificación y plateado de metales no ferrosos.

Algunos procesos en la industria de la Madera y el papel requieren ácido sulfúrico,

así como algunos procesos textiles, fibras químicas y tratamiento de pieles y cuero.

En cuanto a los usos directos, probablemente el uso más importante es el sulfuro

que se incorpora a través de la sulfonación orgánica, particularmente en la producción

de detergentes. Un producto común que contiene ácido sulfúrico son las baterías,

aunque la cantidad que contienen es muy pequeña.

En Colombia su uso y comercialización están bajo vigilancia del Ministerio de

Justicia y del Derecho al ser utilizado como precursor químico en la fabricación de

cocaína.

Fuente: https://weather.com/es-US

7 APORTE A LA EMPRESA.

Modelado y simulación del quemador.

Objetivos.

Page 27: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 27

Objetivo general.

Modelación y simulación del quemador

Objetivo específico.

Realizar balance de materia total en estado transitorio.

Realizar balance de materia para los componentes oxígeno, dióxido de

azufre en estado dinámico.

Marco teórico.

Debido a las altas concentraciones de mezclado turbulento entre el combustible y el

oxidante, los estudios de los hornos de combustión equipados con quemadores se han

simplificado no modelando las reacciones de combustión. El supuesto utilizado se

sustenta en que la oxidación del combustible se desarrolla en su totalidad en las zonas

cercanas a las descargas de los quemadores y permite simular los hornos como si

operaran con productos de combustión a elevadas temperaturas, el objetivo de este

trabajo es simular los hornos de quemadores considerando las reacciones de

combustión.

En la simulación de los fenómenos de combustión del gas en hornos equipados con

quemadores radiantes se debe considerar la geometría de los quemadores. Esto sucede

debido a que dicha geometría determina, el desarrollo de las reacciones de oxidación y

tasa de liberación de calor del combustible. El mallado de un quemador de premezcla

(Figura 1) no es un procedimiento sencillo, dado el detalle que implica la geometría. Si

adicional a lo anterior se tiene presente que la mayoría de los hornos de este tipo se

encuentra conformada por un número elevado de quemadores, resulta sumamente

complejo el mallado conjunto del horno y de los quemadores que lo conforman. A su

turno, el costo computacional que se generaría debido al número de celdas sería

considerablemente alto.

Page 28: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 28

Con el objeto de superar la dificultad anotada, en este trabajo se separó el problema

en muchas etapas. La primera consistió en simular un quemador con una geometría

bastante detallada junto a una porción del horno que permitiera desarrollar la llama

(Figura 1)

Resultados de la modelación y simulación.

P: presión.

T: temperatura absoluta.

M: peso molecular

V: volumen.

p: pureza del azufre.

𝛾: fraccuion de conversion =𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒

𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒

Balance de masa total.

�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒 + �̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 − �̇�𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 =𝑑𝑛

𝑑𝑡

Balance de masa parcial.

O2: �̇�𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 0.21 − �̇�𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 ∗ 𝑥𝑂2 − 𝛾 ∗ �̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 =𝑑(𝑛∗𝑥𝑂2)

𝑑𝑡

S: �̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 ∗ 𝑝 − �̇�𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 ∗ 𝑥𝑆 − 𝛾 ∗ �̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 =𝑑(𝑛∗𝑥𝑆)

𝑑𝑡

Page 29: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 29

SO2 −�̇�𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 ∗ 𝑥𝑆𝑂2 + 𝛾 ∗ �̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 =𝑑(𝑛∗𝑥𝑆𝑂2)

𝑑𝑡

N2: �̇�𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 0.79 − �̇�𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 ∗ 𝑥𝑁2 =𝑑(𝑛∗𝑥𝑁2)

𝑑𝑡

𝑥𝑂2 + 𝑥𝑆 + 𝑥𝑆𝑂2 + 𝑥𝑁2 = 1

Simplificación.

Para el O2:

�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑅 ∗ 𝑇𝑎𝑖𝑟𝑒∗ (0.21 ∗ 𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒 −

𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑃𝑠𝑖𝑠∗ 𝑃𝑂2) −

�̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 ∗ 𝜌𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒(𝑙)

𝑀𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒∗ (𝛾 +

1

𝑃𝑠𝑖𝑠𝑃𝑂2)

=𝑉

𝑅 ∗ 𝑇𝑠𝑖𝑠∗

𝑑𝑃𝑂2

𝑑𝑡

�̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 ∗ 𝜌𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒(𝑙)

𝑀𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒∗ (𝑝 − 𝛾 −

1

𝑃𝑠𝑖𝑠𝑃𝑆) −

�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑅 ∗ 𝑇𝑎𝑖𝑟𝑒∗

𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑃𝑠𝑖𝑠∗ 𝑃𝑆 =

𝑉

𝑅 ∗ 𝑇𝑠𝑖𝑠∗

𝑑𝑃𝑆

𝑑𝑡

�̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 ∗ 𝜌𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒(𝑙)

𝑀𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒∗ (𝛾 −

1

𝑃𝑠𝑖𝑠∗ 𝑃𝑆𝑂2) −

�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑅 ∗ 𝑇𝑎𝑖𝑟𝑒∗

𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑃𝑠𝑖𝑠∗ 𝑃𝑆𝑂2 =

𝑉

𝑅 ∗ 𝑇𝑠𝑖𝑠∗

𝑑𝑃𝑆𝑂2

𝑑𝑡

Balance de energía.

�̇�𝑂2 𝑖𝑛 ∗ �̇�𝑂2 𝑖𝑛 + �̇�𝑁2 𝑖𝑛 ∗ �̇�𝑁2 𝑖𝑛 + �̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 𝑖𝑛 ∗ �̇�𝑎𝑧𝑢𝑓𝑟𝑒 𝑖𝑛 − �̇�𝑂2 𝑜𝑢𝑡 ∗ �̇�𝑂2 𝑜𝑢𝑡

+ �̇�𝑁2 𝑜𝑢𝑡 ∗ �̇�𝑁2 𝑜𝑢𝑡 + �̇�𝑆𝑂2 𝑜𝑢𝑡 ∗ �̇�𝑆𝑂2 𝑜𝑢𝑡 + �̇� + (−∆�̇�𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛)

∗ �̇�𝑆𝑂2 𝑜𝑢𝑡 =𝑃 ∗ 𝑉

𝑅 ∗ 𝑇𝑠𝑖𝑠∗

𝑑𝑈

𝑑𝑡

Page 30: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 30

Diagrama de simulación en Matlab/simulink.

Grafica en Matlab/Simulink

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.5

1

1.5

2

2.5x 10

6

tiempo [min]

PO

2 [P

a]

Consumo de Oxigeno

Page 31: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 31

Grafica en Matlab/Simulink.

Conclusiones y Recomendaciones.

La reacción es altamente reactivo.

El reactor alcanza el estado estacionario 0.2 minuto.

Modelado del convertidor.

Objetivos.

Balance de materia total y parcial en las cuatro etapas del convertidor.

Balance de energía en las cuatro etapas del convertidor.

Marco teórico.

Resultados del modelamiento.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.5

1

1.5

2

2.5

3x 10

4

tiempo [min]

PS

O2

[P

a]

Generacion dioxido de Azufre

Page 32: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 32

1º Cama balance de materia.

Balance total.

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏 + �̇�𝑎𝑖𝑟𝑒 − �̇�1𝑠𝑎𝑙 =𝑑𝑛1

𝑑𝑡

Balance parcial para el oxígeno.

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏 ∗ 𝑥𝑂2𝑖 + �̇�𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 0.21 − �̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2 − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛1 ∗ 𝑥𝑂2)

𝑑𝑡

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏 ∗ 𝑥𝑂2𝑖 + �̇�𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 0.21 − �̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2 − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 = 𝑥𝑂2 ∗𝑑𝑛1

𝑑𝑡+ 𝑛1 ∗

𝑑𝑥𝑂2

𝑑𝑡

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏 ∗ (𝑥𝑂2𝑖 − 𝑥𝑂2) + �̇�𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ (0.21 − 𝑥𝑂2) − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑉𝑃

𝑅𝑇

𝑑𝑥𝑂2

𝑑𝑡

𝑃𝑂2 = 𝑥𝑂2 ∗ 𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑑𝑃𝑂2 = 𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 ∗ 𝑑𝑥𝑂2

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏

𝑅 ∗ 𝑇𝑐𝑜𝑚𝑏∗ (𝑃𝑂2𝑖 −

𝑃𝑐𝑜𝑚𝑏

𝑃𝑠𝑖𝑠∗ 𝑃𝑂2) +

�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑅 ∗ 𝑇𝑎𝑖𝑟𝑒∗ (0.21 ∗ 𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒 −

𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑃𝑠𝑖𝑠∗ 𝑃𝑂2) − (−𝑟𝑂2)

∗ 𝑑𝑤 =𝑉

𝑅𝑇1

𝑑𝑃𝑂2

𝑑𝑡

Balance parcial para el dióxido de azufre.

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏 ∗ 𝑥𝑆𝑂2𝑖 − �̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑆𝑂2 − (−𝑟𝑆𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛1 ∗ 𝑥𝑂2)

𝑑𝑡

Page 33: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 33

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏 ∗ 𝑥𝑆𝑂2𝑖 − �̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑆𝑂2 − (−𝑟𝑆𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 = 𝑥𝑂2 ∗𝑑𝑛1

𝑑𝑡+ 𝑛1 ∗

𝑑𝑥𝑆𝑂2

𝑑𝑡

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏 ∗ (𝑥𝑆𝑂2𝑖 − 𝑥𝑆𝑂2) − �̇�𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝑥𝑆𝑂2 − (−𝑟𝑆𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑉𝑃

𝑅𝑇1

𝑑𝑥𝑆𝑂2

𝑑𝑡

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏

𝑅 ∗ 𝑇𝑐𝑜𝑚𝑏∗ (𝑃𝑆𝑂2𝑖 −

𝑃𝑐𝑜𝑚𝑏

𝑃1∗ 𝑃𝑆𝑂2) +

�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑅 ∗ 𝑇𝑎𝑖𝑟𝑒∗

𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑃1∗ 𝑃𝑆𝑂2 − (−𝑟𝑆𝑂2) ∗ 𝑑𝑤

=𝑉

𝑅 ∗ 𝑇1

𝑑𝑃𝑆𝑂2

𝑑𝑡

Balance para el trióxido de azufre.

−�̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑆𝑂3 + (−𝑟𝑆𝑂3) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛1 ∗ 𝑥𝑆𝑂3)

𝑑𝑡

−�̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑆𝑂3 + (−𝑟𝑆𝑂3) ∗ 𝑑𝑤 = 𝑥𝑆𝑂3 ∗𝑑𝑛1

𝑑𝑡+ 𝑛1 ∗

𝑑𝑥𝑆𝑂3

𝑑𝑡

−(�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒+�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒) ∗ 𝑥𝑆𝑂3 + (−𝑟𝑆𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑉𝑃

𝑅𝑇

𝑑𝑥𝑆𝑂3

𝑑𝑡

−(�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒+�̇�𝑎𝑖𝑟𝑒) ∗𝑃𝑆𝑂3

𝑅𝑇1+ (−𝑟𝑆𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇1

𝑑𝑃𝑆𝑂3

𝑑𝑡

𝑃𝑁2 = 𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 − 𝑃𝑆𝑂2 − 𝑃𝑆𝑂3 − 𝑃𝑂2

Balance de energía:

(�̇� ∗ 𝐻)𝑐𝑜𝑚𝑏,𝑇 + (�̇� ∗ 𝐻)𝑎𝑖𝑟𝑒 − (�̇� ∗ 𝐻)𝑠𝑎𝑙1 + (−𝐻𝑟) ∗ (−𝑟𝑟) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛 ∗ 𝑈)1

𝑑𝑡

2º Cama balance de materia.

Page 34: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 34

Balance total.

�̇�1𝑠𝑎𝑙 − �̇�2𝑠𝑎𝑙 =𝑑𝑛1

𝑑𝑡

Balance parcial:

�̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,1 − �̇�2𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,2 − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛2 ∗ 𝑥𝑂2.2)

𝑑𝑡

�̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,1 − �̇�2𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,2 − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 = 𝑥𝑂2,2 ∗𝑑𝑛1

𝑑𝑡+ 𝑛1 ∗

𝑑𝑥𝑂2,2

𝑑𝑡

�̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ (𝑥𝑂2,1 − 𝑥𝑂2,2) − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑉𝑃

𝑅𝑇

𝑑𝑥𝑂2,2

𝑑𝑡

�̇�1𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑇1∗ (𝑃𝑂2,1 − 𝑃𝑂2,2) − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇2

𝑑𝑃𝑂2,2

𝑑𝑡

Para el dióxido de azufre SO2:

�̇�1𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑇1∗ (𝑃𝑆𝑂2,1 − 𝑃𝑆𝑂2,2) − (−𝑟𝑆𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇2

𝑑𝑃𝑆𝑂2,2

𝑑𝑡

Para el trióxido de azufre SO3:

�̇�1𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑇1∗ (𝑃𝑆𝑂3,1 − 𝑃𝑆𝑂3,2) + (−𝑟𝑆𝑂3) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇2

𝑑𝑃𝑆𝑂3,2

𝑑𝑡

Balance de energía:

(�̇� ∗ 𝐻)1𝑠𝑎𝑙 − (�̇� ∗ 𝐻)2𝑠𝑎𝑙 + (−𝐻𝑟) ∗ (−𝑟𝑟) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛 ∗ 𝑈)2

𝑑𝑡

3º Cama balance de materia.

Balance total.

�̇�2𝑠𝑎𝑙 − �̇�3𝑠𝑎𝑙 =𝑑𝑛3

𝑑𝑡

Page 35: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 35

Balance parcial:

�̇�2𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,2 − �̇�3𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,3 − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛3 ∗ 𝑥𝑂2,3)

𝑑𝑡

�̇�2𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,2 − �̇�3𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,3 − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 = 𝑥𝑂2,3 ∗𝑑𝑛3

𝑑𝑡+ 𝑛1 ∗

𝑑𝑥𝑂2,3

𝑑𝑡

�̇�2𝑠𝑎𝑙 ∗ (𝑥𝑂2,2 − 𝑥𝑂2,3) − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑉𝑃

𝑅𝑇

𝑑𝑥𝑂2,3

𝑑𝑡

�̇�2𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑇2∗ (𝑃𝑂2,2 − 𝑃𝑂2,3) − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇3

𝑑𝑃𝑂2,3

𝑑𝑡

Para el dióxido de azufre SO2:

�̇�2𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑇2∗ (𝑃𝑆𝑂2,2 − 𝑃𝑆𝑂2,3) − (−𝑟𝑆𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇3

𝑑𝑃𝑆𝑂2,3

𝑑𝑡

Para el trióxido de azufre SO3:

�̇�2𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑇2∗ (𝑃𝑆𝑂3,2 − 𝑃𝑆𝑂3,3) + (−𝑟𝑆𝑂3) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇3

𝑑𝑃𝑆𝑂3,3

𝑑𝑡

Balance de energía:

(�̇� ∗ 𝐻)2𝑠𝑎𝑙 − (�̇� ∗ 𝐻)3𝑠𝑎𝑙 + (−𝐻𝑟) ∗ (−𝑟𝑟) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛 ∗ 𝑈)3

𝑑𝑡

4º Cama balance de materia.

Balance total.

�̇�3𝑠𝑎𝑙 − �̇�4𝑠𝑎𝑙 =𝑑𝑛4

𝑑𝑡

Balance parcial:

�̇�3𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,3 − �̇�4𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,4 − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛4 ∗ 𝑥𝑂2,4)

𝑑𝑡

Page 36: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 36

�̇�3𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,3 − �̇�4𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2,4 − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 = 𝑥𝑂2,4 ∗𝑑𝑛4

𝑑𝑡+ 𝑛4 ∗

𝑑𝑥𝑂2,4

𝑑𝑡

�̇�3𝑠𝑎𝑙 ∗ (𝑥𝑂2,3 − 𝑥𝑂2,4) − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =𝑉𝑃

𝑅𝑇

𝑑𝑥𝑂2,4

𝑑𝑡

�̇�3𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑇3∗ (𝑃𝑂2,3 − 𝑃𝑂2,4) − (−𝑟𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇4

𝑑𝑃𝑂2,4

𝑑𝑡

Para el dióxido de azufre SO2:

�̇�3𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑇3∗ (𝑃𝑆𝑂2,3 − 𝑃𝑆𝑂2,4) − (−𝑟𝑆𝑂2) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇4

𝑑𝑃𝑆𝑂2,4

𝑑𝑡

Para el trióxido de azufre SO3:

�̇�3𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑇3∗ (𝑃𝑆𝑂3,3 − 𝑃𝑆𝑂3,4) + (−𝑟𝑆𝑂3) ∗ 𝑑𝑤 =

𝑉

𝑅𝑇4

𝑑𝑃𝑆𝑂3,4

𝑑𝑡

Balance de energía:

(�̇� ∗ 𝐻)3𝑠𝑎𝑙 − (�̇� ∗ 𝐻)4𝑠𝑎𝑙 + (−𝐻𝑟) ∗ (−𝑟𝑟) ∗ 𝑑𝑤 =𝑑(𝑛 ∗ 𝑈)4

𝑑𝑡

Cinética del catalizador.

(−𝑟𝑆𝑂2) =

𝑘1 ∗ 𝑃𝑂2,𝑥 ∗ 𝑃𝑆𝑂2,𝑥 ∗ (1 −𝑃𝑆𝑂3,𝑥

𝑃𝑆𝑂2,𝑥 ∗ 𝑃𝑂2,𝑥

12 ∗ 𝑘𝑃

)

22.414 ∗ (1 + 𝑘2 ∗ 𝑃𝑆𝑂2,𝑥 + 𝑘3 ∗ 𝑃𝑆𝑂3,𝑥)

𝑘1 = exp (12.160 − 5473𝑇⁄ )

𝑘2 = exp (−9.953 + 8619𝑇⁄ )

𝑘3 = exp (−71.745 + 52596𝑇⁄ )

𝑘𝑃 = 10^(−4.765 + 5022𝑇⁄ )

Conclusiones y recomendaciones.

Page 37: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 37

Los modelos están relacionados unos con otro, por lo que al simular se

resolverá espontáneamente.

Los modelos están relacionados fuertemente al perfil de temperatura en

cada cama por lo que se concluye, la temperatura es una variable sensible

en el proceso de producción de ácido sulfúrico.

Modelación y simulación de la reacción reversible 𝑆𝑂2 + 𝑂2 ⇄ 𝑆𝑂3.

Objetivos.

Objetivo general.

Análisis de las variables que influyen en el desplazamiento de los reactivos

al producto.

Objetivo específico.

Influencia de la temperatura en la reacción reversible.

Influencia de la fracción de dióxido de azufre inicial, en el equilibrio

Influencia de la fracción de oxigeno inicial, en el equilibrio.

Marco teórico.

En la etapa de conversión catalítica del SO2 a SO3 (Ec. 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).

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 SO2 a SO3 en función

de la temperatura, se obtiene la curva correspondiente (Fig. 2), donde se ve claramente

que a mayor temperatura, la conversión disminuye y como la reacción es

Page 38: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 38

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.

Resultados de la modelación y simulación

𝑆𝑂2 + 𝑂2 ⇄ 𝑆𝑂3.

∆𝐺 = −𝑅 ∗ 𝑇 ∗ ln(𝐾𝑃)

𝐾𝑃 =𝑥𝑆𝑂3

𝑥𝑆𝑂2 ∗ 𝑥𝑂2

12

∗ 𝑃𝑡

−12

∆𝐺 = 𝐴 ∗ 𝑇 + 𝐵 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐴 = 0.09357 [𝑀𝐽 −𝑘𝑚𝑜𝑙

𝑘]

𝐵 = −98.41 [𝑀𝐽

𝑘𝑚𝑜𝑙] 𝑅 = 0.008314 [

𝑀𝐽

𝑘𝑚𝑜𝑙 − 𝑘]

𝐴 ∗ 𝑇 + 𝐵 = −𝑅 ∗ 𝑇 ∗ ln(𝐾𝑃)

𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑇: 𝑇 = −𝐵

𝐴 + 𝑅 ∗ ln |𝑥𝑆𝑂3

𝑥𝑆𝑂2 ∗ 𝑥𝑂2

12

∗ 𝑃𝑡

−12|

Balance de masa para los componentes en estado estacionario:

�̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2𝑖𝑛𝑡 − �̇�2𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑂2

𝐸 − 𝐶 = 0

�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏 ∗ 𝑥𝑆𝑂2𝑖𝑛𝑡 − �̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑆𝑂2

𝐸 − 𝐶 = 0

−�̇�1𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑥𝑆𝑂3𝐸 + 𝐺 = 0

𝑥𝑂2𝐸 + 𝑥𝑆𝑂2

𝐸 + 𝑥𝑆𝑂3𝐸 + 𝑥𝑁2 = 1

Combinando las ecuaciones:

Page 39: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 39

𝑇 =−𝐵

𝐴 + 𝑅 ∗ 𝑙𝑛 ||(𝑥𝑆𝑂2

𝐸

1 − 𝑥𝑆𝑂2𝐸 ) ∗ (

1 −12 ∗ 𝑥𝑆𝑂2

𝑖𝑛𝑡 ∗ 𝑥𝑆𝑂2𝐸

𝑥𝑂2𝑖𝑛𝑡 −

12 ∗ 𝑥𝑆𝑂2

𝑖𝑛𝑡 ∗ 𝑥𝑆𝑂2𝐸

)

12

∗ 𝑃𝑡

−12

||

Cosntantes de la ecuacion Condiciones de

entrada

A [MJ-KMOL/K]= 0,09357 X_SO2= 12

B [MJ/KMOL]= -98,41 x_O2= 13,2

R[MJ/KMOL-K]= 0,008314

Condiciones de operación

Presion total [bar] 1,4

%x_Equilibri T

equilibrio[K]

10 1192,998044

15 1138,694682

20 1100,667472

25 1070,910389

30 1046,041286

35 1024,310455

40 1004,684145

45 986,4857941

50 969,2301419

55 952,5349815

60 936,0662036

65 919,4950767

70 902,4533925

75 884,4689788

80 864,8456874

85 842,3857248

90 814,5650366

95 773,814872

x=xlsread('CURVA DE EQUILIBRIO.xlsx',1,'B11:B28');

T=xlsread('CURVA DE EQUILIBRIO.xlsx',1,'C11:C28');

figure(1)

Page 40: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 40

plot(T,x,'-','LineWidth',2,'color','b')

xlabel('Temperatura [K]','fontSize',15,'color','r');

ylabel('fracción % SO2 ','fontSize',14,'color','r');

grid

title('Reacción de Equilibrio','fontSize',14,'color','b');

hold on

Grafica en Matlab/Simulink.

Conclusiones y recomendaciones.

La cantidad de dióxido de azufre es una variable sensible para desplazar el

equilibrio a la derecha.

El exceso de oxigeno es una variable sensible para desplazar el equilibrio a la

derecha.

La presión del sistema aumenta el equilibrio se desplaza a la derecha.

Layout de la planta de producción de ácido bórico.

800 900 1000 1100 1200 1300 14000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura [K]

fra

ccio

n %

SO

2

Reaccion de Equilibrio

Page 41: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 41

Objetivo general.

Desarrollar los equipos de la planta de ácido bórico.

Marco teórico.

El ácido bórico es obtenida a partir de mineral de ulexita, cuyo producto es de

prioridad en la industria, ya sea como tales o como insumo de otras industrias y la

existencia del recurso natural adecuado nos permite avizorar la perspectiva de

comprender un trabajo de investigación tendiente a determinar y proponer un proceso

tecnológico en la obtención del ácido bórico.

El proceso de obtención del ácido bórico empieza con selección del mineral

del yacimiento, preparación física del mineral, chancado y molienda, reacción con

solución de ácido sulfúrico, filtración para separación sólido-líquido y cristalización

por evaporación. Finalmente secado y pesado.

El ácido bórico se obtiene por reacción de ácido sulfúrico y mineral de ulexita.

Esta reacción se realiza a temperaturas entre 70 y 80°C, debido a que su solubilidad

disminuye fuertemente con la temperatura. La cristalización del ácido bórico se

logra por enfriamiento del líquido lixiviado.

Page 42: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 42

Page 43: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 43

Page 44: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 44

Fuente: propia software Sketchup 2015.

Conclusiones y recomendaciones.

La planta de ácido bórico se debería localizar en el mismo lugar de la planta

de ácido sulfúrico.

La materia prima ulexita se debería trasladar al lugar donde está el ácido

sulfúrico por lo siguiente que el ácido sulfúrico es sustancia controlada.

Estudio de la cinética de lixiviación de la ulexita y ácido sulfúrico.

Objetivos.

Objetivo general.

Simular la lixiviación de ulexita (33% anhídrido bórico B2O3) – ácido

sulfúrico H2SO4.

Objetivo específico.

Describir la cinética de lixiviación.

Page 45: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 45

Realizar balance de energía.

Marco teórico.

La disolución del mineral de ulexita depende de la concentración del ácido

sulfúrico, es el factor determinante en la afinidad química, mientras más alta sea la

acidez más rápida será la reacción con la ulexita, desprendiéndose más calor puesto que

la reacción principal es de carácter exotérmico

El mineral de ulexita contiene 33% de B2O3 el mismo que fue determinado por

análisis químico por titulación ácido-base con glicerina. El porcentaje de extracción

obtenida de B2O3 fue de 94.89 %, las condiciones de operación fueron: temperatura

de reacción adecuada 80°C, concentración del ácido sulfúrico 100 g/L y tiempo de

lixiviación de 40 min. El ácido bórico obtenido presenta características, tales como

textura, color y pureza comparable con las normas de calidad del producto.

Resultados del estudio de la lixiviación.

Cinética heterogénea.

−𝑑𝐶𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜

𝑑𝑡= 𝑘 ∗ 𝐶𝑎 𝑘 = 𝑓(𝐷, 𝐶, 𝑆, 𝑊, 𝑇)

−𝑙𝑛|1 − 𝑥𝐵2𝑂3| = (1150 ∗ 𝐷−1.24 ∗ 𝐶−0.401 ∗ 𝑆−0.65 ∗ 𝑊0.14 ∗ 𝑒−4400

𝑇 ) ∗ 𝑡0.79

Donde.

D. tamaño de partícula, um

C. concentration inicial, mol/L

S. relación solido/liquid, g/100 mL

W. agitador rps, 1/s

t. tiempo de residencia, s.

T. temperatura del sistema, K

La temperatura de solución es función del tiempo.

Page 46: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 46

𝑑𝑈

𝑑𝑡= 𝑚 ∗ 𝑐𝑝 ∗

𝑑𝑇𝑠𝑜𝑙

𝑑𝑡 Calor ganado por la solución.

Balance de energía en la solución ácido sulfúrico.

𝑄𝑐ℎ𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑎 + (∆𝐻𝑟) ∗ 𝜀 =𝑑𝑈

𝑑𝑡

𝑄𝑐ℎ𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑎 + (∆𝐻𝑟) ∗ 𝜀 =𝑑(𝑚 ∗ 𝐶𝑝 ∗ 𝑇)

𝑑𝑡

�̇�𝑐ℎ𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑎 + (∆𝐻𝑟) ∗ 𝜀 = 𝜌𝑠𝑜𝑙 ∗ 𝑉𝑠𝑜𝑙 ∗ 𝐶𝑝𝑠𝑜𝑙 ∗𝑑𝑇𝑠𝑜𝑙

𝑑𝑡

�̇�𝑐ℎ𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑎 =�̇� ∗ ∆𝐻𝑣

�̅�

Balance de energía en la chaqueta en estado estacionario:

�̇� ∗ 𝜌 ∗ 𝐻𝑒 − �̇� ∗ 𝜌 ∗ 𝐻𝑠 − 𝑈 ∗ 𝐴 ∗(𝑇𝑒𝑡 − 𝑇𝑠𝑡)

𝑙𝑛 |𝑇𝑒𝑡 − 𝑇𝑠𝑜𝑙𝑇𝑠𝑡 − 𝑇𝑠𝑜𝑙

|= 0

𝜌 ∗ �̇� ∗ ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 − 𝑈 ∗ 𝐴 ∗(𝑇𝑒𝑡 − 𝑇𝑠𝑡)

𝑙𝑛 |𝑇𝑒𝑡 − 𝑇𝑠𝑜𝑙𝑇𝑠𝑡 − 𝑇𝑠𝑜𝑙

|= 0

Despejando el flujo de vapor:

𝐹 =𝑈 ∗ 𝐴

∆𝐻𝑣𝑎𝑝

�̅�

∗(𝑇𝑒𝑛 − 𝑇𝑠𝑎)

𝑙𝑛 |𝑇𝑒𝑡 − 𝑇𝑠𝑜𝑙𝑇𝑠𝑡 − 𝑇𝑠𝑜𝑙

|

U=8,84[kj/m^2-s-ºC].

A=17,81m^2

Propiedades del vapor 2 bares 300ºC

T saturación =120ºC

Hr =3072,1 kj/kg-mol

V=1,316 m^3/kg

Page 47: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 47

Despejando el flujo de vapor:

𝐹 =8,84 ∗ 17,81

3072,11,316̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅

∗(300 − 120)

𝑙𝑛 |300 − 66120 − 66|

= 1,7𝑚3

𝑠

Calculo de relación solido líquido.

Calculo esterquiometrico para la obtención de la cantidad de materia prima y su

costo

Reacción del ácido sulfúrico con la ulexita para la obtención del ácido bórico y la

merma.

Na2O.2CaO.5B2O3.16H2O + 3H2SO4 ⇔ 2Ca SO4.2H2O (s) + Na2SO4 (ac) +

10H3BO3

B2O3 + 3 H2O ⇔ 2 H3BO3

Cantidad de materia prima que ingresan al proceso.

Cantidad de Ácido Sulfúrico.

7589 𝑙𝑡𝑠 ∗0,15 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑆𝑂4

1 𝑙𝑡. 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛∗

98 𝑔𝑟

1 𝑚𝑜𝑙∗

100 𝑔

98.5 𝑔∗

1 𝑘𝑔

1000 𝑔𝑟= 113.35 𝐾𝑔. 𝐻2𝑆𝑂4

Cantidad de Ulexita.

7589 𝑙𝑡𝑠 ∗0,15 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑆𝑂4

1 𝑙𝑡. 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛∗

2 𝑚𝑜𝑙 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎

3 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑆𝑂4∗

810 𝑔

1 𝑚𝑜𝑙 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎

∗1 𝑘𝑔 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎 𝐻3𝐵𝑂3 𝑘𝑔

100 𝑔𝑟. 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎= 614.7 𝐾𝑔. 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎

Cantidad de Ácido Bórico

7589 𝑙𝑡𝑠 ∗0,15 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑆𝑂4

1 𝑙𝑡. 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛∗

2 𝑚𝑜𝑙 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎

3 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑆𝑂4∗

810 𝑔

1 𝑚𝑜𝑙 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎∗

33 𝑔 𝐵2𝑂3

100 𝑔𝑟. 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎

∗1𝑚𝑜𝑙 𝐵2𝑂3

69.62𝑔 𝐵2𝑂3 ∗

2 𝑚𝑜𝑙𝐻3𝐵𝑂3

1𝑚𝑜𝑙 𝐵2𝑂3 ∗

61.81 𝑔 𝐻3𝐵𝑂3

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻3𝐵𝑂3∗

1 𝑘𝑔

1000 𝑔𝑟.

= 360.19 𝐾𝑔. 𝐻3𝐵𝑂4

Page 48: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 48

Costo de la materia prima

Costo de Ácido Sulfúrico

113.35 𝑘𝑔. 𝐻2𝑆𝑂4 𝑙𝑡𝑠 ∗460 $𝑢𝑠.

1000 𝐾𝑔. 𝐻2𝑆𝑂4= 61.34 $𝑢𝑠. 𝐻2𝑆𝑂4

Costo de Ulexita

614.7 𝑘𝑔. 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎 ∗80 $𝑢𝑠.

1000 𝐾𝑔. 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎= 49.17 $𝑢𝑠. 𝑈𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎

Precio del producto y costo de la materia prima.

Total Costo materia prima

49.17 $us Ulexita + 61.34 = 110.51 $us.

Precio del Ácido Bórico

360,19 𝑘𝑔. 𝐻3𝐵𝑂3 ∗500 $𝑢𝑠.

1000 𝐾𝑔. 𝐻3𝐵𝑂3= 180.1 $𝑢𝑠. 𝐻3𝐵𝑂3

Calculo de relación solido líquido.

𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜

𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜=

614,7 ∗ 103𝑔 𝑢𝑙𝑒𝑥𝑖𝑡𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜

7589 ∗ 103 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛= 8,09 𝑔𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜/100𝑚𝑙

Page 49: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 49

Fuente: propia diagrama de la simulación lixiviación Matlab/Simulink.

Page 50: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 50

Fuente: propia software Matlab/Simulink.

8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

El modelo esta validad con los datos de Cossmil.

La temperatura es una variable importante en la reacción ulexita – ácido

sulfúrico.

Se recomienda hacer más pruebas, variando la concentración del ácido

sulfúrico, la velocidad de agitación y diámetro de partícula ulexita, para

comprobar el modelo con esas variables.

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Disponible desde: <http://www.aiche-cf.org/Clearwater/2008/Paper2/8.2.7.pdf>

[Acceso 7 de diciembre 2014].

0 500 1000 1500 2000 2500 30000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

tiempo [s]

fra

ccio

n B

2O

3

reaccion del anhidrido borico

Page 51: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 51

2. A. A. Kiss, C. S. Bildea, J. Grievink, (2010) Dynamic modeling and process

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RENE CHURATA CAYO 52

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10 ANEXOS.

Fuente: Propia.

Page 53: Practicas industriales

RENE CHURATA CAYO 53

Fuente: Propia.

Fuente: Propia.