“Evaluación del reemplazo del sistema de control de...

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

Trabajo especial de grado presentado ante la Ilustre Universidad Rafael Urdaneta para optar al Título de Ingeniero Químico.

“Evaluación del reemplazo del sistema de control de temperatura de un convertidor de la Planta de

Amoniaco del Complejo Petroquímico Ana María Campos.”

Presentado por: Br: Neomar Sánchez. C.I.: 16.991.288

[email protected]

Tutor Industrial: Tutor Industrial: Tutor Académico:

Ing. Karla Zambrano. Ing. Rosely Chourio. Ing. Humberto Martinez. C.I. V-13.529.667 C.I. V-11.459.400 C.I. V-3.112.555

Maracaibo, Octubre de 2008.

DERECHOS RESERVADOS

Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado “EVALUACIÓN DEL REEMPLAZO DEL SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA DE UN CONVERTIDOR DE LA PLANTA DE AMONIACO DEL COMPLEJO PETROQUÍMICO ANA MARÍA CAMPOS”. Presentado por: Sánchez García

Neomar Alberto, portador de la C.I. V-16.991.288, para optar al Título de Ingeniero

Químico.

MARACAIBO, Diciembre de 2008

Ing. Humberto Martinez. C.I. V-3.112.555 Tutor Académico

Ing. Oscar Urdaneta Ing. María Emilia C.I. V-4.520.200 C.I. V-10.000.000 Jurado Jurado

Ing. Oscar Urdaneta Ing. José Bohórquez

C.I. 4.520.200 C.I. 3.379.454

Director de la Facultad Ing. Química Decano de la Facultad de Ing. Química

DERECHOS RESERVADOS

AAAgggrrraaadddeeeccciiimmmiiieeennntttooo

Agradecimiento

Ante todo te quiero agradecerte a ti mi Dios todo poderoso por la vida que

me has dado, el apoyo y valentía que me has otorgado a lo largo de cada

situación. Aunque pudiera escribir aquí muchas palabras con ninguna de ellas

lograría expresar mi agradecimiento hacia ti. Solo tú con tu infinita sabiduría lo

sabes padre celestial.

Abuela solo Dios sabe lo agradecido y orgulloso que me siento de ti, a

pesar de nuestros carácter de los desacuerdos nunca me diste la espalda ni

perdiste tu confianza en mi, aun cuando muchos lo hicieron. Por que siempre que

necesite un alma gemela eras tu que de una forma u otra me hacías entender y

me brindabas tu apoyo, tu infinito amor y carriño y es Gracias a ti Nélida Vera

que hoy soy un hombre de provecho. Te amo abuela…

Mama a ti al igual que mi abuela no se como agradecerte por el amor y

dedicación que has tenido con cada uno de tus hijos, por que día a día has

luchado por sacarnos adelante y darnos siempre el mejor ejemplo de trabajo y

dedicación. Y es de a hora en adelante mi turno de velar por ustedes, por

otorgarles la vida que siempre se han merecido y no daré descanso a mi alma

hasta intentar retribuirles algo de su esfuerzo. Te amo mama...

Hermanos a ustedes también les debo muchos de mis éxitos, aunque

siempre les parezco un cascarrabias regañón, quiero que sepan que también los

amo mucho y que mis triunfos son también de ustedes.

A toda mi familia quiero darle las agracias, a ti Naty a todos en general y

quiero decirles que donde voy me siento muy orgulloso de llevar el apellido Vera y

de formar parte de esta maravillosa familia y que ni en mil años hubiese querido

nacer en otra. Los amo…

DERECHOS RESERVADOS

AAAgggrrraaadddeeeccciiimmmiiieeennntttooo

Agradecer a la familia Barrios Barrueta quienes siempre me han bendecido

como un miembro mas de la familia y de donde e recibido los mejores ejemplos de

perseverancia y sacrificios para conseguir las metas.

A la Familia Hernadez Rivas de donde e tenido apoyo y amor incondicional

en todo momento.

A la familia Gonzales Arias quiero darle mil gracias de todo corazón por

brindarme apoyo y compañía en la soledad, por brindarme calor de hogar en esta

ciudad donde vine a estudiar.

A mis padrinos y madrinas, padres adoptivos quiero que sepan que les

estoy y estaré eternamente agradecidos, por que a pesar de sus muchas

ocupaciones y problemas siempre tuvieron un minuto de su tiempo para

escucharme y darme animo en los momentos difíciles, y doy gracias a Dios por

cada uno de ustedes por a vérmelos puesto en el camino.

Al personal de las Plantas de Fertilizante por su alto profesionalismo y

dedicación, por el compañerismo demostrado en todo momento.

Agradezco a todos esos maravillosos profesores por su dedicación y

profesionalismo en su trabajo, en especial al Ing. Humberto Martínez y Oscar

Urdaneta como grandes amigos y profesionales.

A mis amigos y demás familiares quiero darles una vez mas las gracias, por

su apoyo y compañía en todo momento.

DERECHOS RESERVADOS

DDDeeedddiiicccaaatttooorrr iiiaaa

Dedicatoria

La culminación de este trabajo y con el mi carrera, lo dedico primero que

todo a Dios por darme salud y las fuerzas para culminar esta etapa tan importante

de mi vida, a mi abuela y a mi madre por el apoyo de siempre estar ahí cuando

mas los necesitaba, y por los grandes esfuerzos hechos al encontrarme

separado de ellos durante el desarrollo de mi carrera.

A los señores Alberto Barrios, Robinson Sanchez y Gerónimo Garcia. Que

aunque ya hace mucho que se fueron nunca me han dejado solo en los momentos

difíciles de la vida.

De igual forma les dedico este esfuerzo a todos mis familiares, padrinos y

madrinas por el apoyo y la confianza que siempre han colocado en mí, por ser

siempre una fuente de inspiración y ejemplos a seguir.

También dedico este trabajo a todas aquellas personas que me brindaron

su apoyo incondicional en los momentos difíciles y a aquellas que no hicieron mi

vida tan fácil, por que gracias a ellos me vi motivado a colocarle siempre un mayor

esfuerzo y sacrificio a esta etapa de la vida.

DERECHOS RESERVADOS

ÍÍÍnnndddiiiccceee GGGeeennneeerrraaalll

Índice General

FRONTIPICIO III EVALUACIÓN IV AGRADECIMIENTO V DEDICATORIA VI ÍNDICE GENERAL VIII ÍNDICE DE TABLAS XII INDICE DE FIGURAS XIII ÍNDICE DE ANEXOS XV RESUMEN XVI ABSTRACT XVII INTRODUCCION 1 CAPITULO I EL PROBLEMA 3 1.1. Planteamiento del problema. 3 1.2. Formulación del problema. 5 1.3. Justificación e importancia de la investigación. 6 1.4. Objetivos de la investigación. 6

1.4.1. Objetivo general. 6 1.4.2. Específicos Objetivos. 6

1.5. Delimitación del estudio. 7 1.5.1. Delimitación espacial. 7 1.5.2. Delimitación temporal. 7

CAPITULO II MARCO TEORICO 9 2.1 Descripción de la empresa. 9

I. Actividad económica: 10 II. Misión y Visión: 10 III. Proceso productivo: 10 IV. Productos: 11 V. Organización 12

2.2. Breve descripción del proceso de obtención del amoniaco. 13 2.2.1. Secuencia del proceso: 14

a) Hidrodesulfuración (hds): 14 b) Reformacion: 16 b) Conversion: 17 c) Lavado y metanacion: 17 c) Compresion y sistesis: 19 d) Refrigeracion: 20 d) Recuperacion: 20

2.2.2. Descripción de las etapas del proceso. 22 a. Reformacion: 22

Reformación primaria: 22 Reformación secundaria: 23

b. Conversion: 23 Convertidores de alta temperatura D-2AT: 23 Convertidores de baja temperatura D-2BT: 24

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b. Lavado y metanacion: 24 Purificación del gas de proceso: 24 Lavado: 24 Metanación 25

c. Síntesis de amoniaco: 25 c. Sistema de refrigeración: 27 d. Recuperación del amoniaco: 27

2.3. Antecedentes. 28 2.4. Bases teóricas 31

2.4.1 Amoníaco 31 a) Propiedades físicas y químicas del amoniaco. 31 b) Usos. 32

2.4.2 Monóxido de carbono. 33 a) Propiedades físicas y químicas del monóxido de carbono. 33 b) Intoxicación 34

2.4.3 Dióxido de carbono 35 a) Propiedades físicas y químicas del dioxido de carbono. 35 b) Efecto invernadero. 36 c) Usos. 36

2.4.4 Reacción química. 37 2.4.5 Reactor químico. 37 2.4.6 Catalizador. 37 2.4.7 Reacciones Catalíticas 38 2.4.8 Cinética 38 2.4.9 Reactor continúo. 38 2.4.10 Reactor de lecho fluidizado. 38 2.4.11 Reactor de lecho fijo. 39

2.5. Intercambiadores de calor. 39 2.5.1 Tipos de intercambiadores de calor. 39

a) Intercambiador de paso simple. 40 b) Intercambiadores de placa. 44

2.6 Transmisión de calor por conducción. 45 2.7 Transmisión de calor por convección. 45 2.8 Caldera. 45

2.8.1 Principales tipos de calderas. 46 a) Calderas pirótubulares. 46 b) Calderas acuotubulares. 47

2.9 Calor específico. 48 2.9.1 Condensado. 48 2.9.2 Condensador. 49 2.9.3 Combinación. 49 2.9.4 Isomerización. 50 2.9.5 Mezclas binarias de gases o vapores. 50 2.9.6 Naturaleza de los adsorbentes. 50 2.9.7 Alúmina. 51 2.9.8 Temperatura. 51 2.9.9 Presión. 52

2.10 Tipos de presiones 52 a) Presión absoluta 52 b) Presión atmosférica 52

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c) Presión manométrica 53 2.10.1 Flujo masico 53 2.10.2 Flujo volumétrico 53 2.10.3 Punto de rocío 53 2.10.4 Punto de burbuja 54 2.10.5 Concentración 54 2.10.6 Equipos para medición de variables 55

a) El manómetro 55 b) Tubo bourdon 55 c) Traductores de la presión 55 d) Traductores de presiones manométricas 56 e) Traductor de presión absoluta 56 f) Traductores de presión diferencial 56 g) Barómetro 56 h) Termómetro 56 i) Thermocouple 56

2.10.7 Control de procesos 57 2.10.8 Sistemas de control 57

a) Control de temperatura 57 b) Control de presión 58 c) Control de nivel 58 d) Control de flujo 58

2.10.9 Planos de planta 58 2.10.10 Simulación 59 2.10.11 Aspen Tech 59 2.10.12 Como está compuesto Aspen Tech 61

a) Simulación engine. 61 b) Graphic user interface 61 c) Propiedades físicas 61

2.11 Operación de variables 61 a) Definición teórica de la variable de control: 61 b) Definición practica de la variable de control: 62

2.12 Definición de términos básicos 64 CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO 3.1. Tipo de Investigación 68 3.2. Diseño de Investigación 68 3.3. Técnicas e instrumentos para la recolección de información 69 3.4. Fases de la investigación. 69

3.4.1. Fase 1: Analizar las condiciones actuales de operación del sistema de conversión (D-2BT).

69

3.4.2. Fase 2: verificar si es necesaria la inyección de condensado para que se lleve acabo la reacción de conversión de CO a CO2.

70

3.4.3. Fase 3: Estudiar las distintas alternativas de reemplazo del control de temperatura del convertidor (D-2BT)

70

3.4.4. Fase 4: Simulación de las distintas alternativas de reemplazo para el sistema de control de temperatura; a través de ASPEN PLUS y B-JACT.

71

3.5. Metodología 82

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CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE RESULTADOS 4.1. Fase 1: Análisis de las condiciones actuales de operación del sistema

de conversión de baja temperatura (D-2BT). 85

4.2. Fase 2: Verificar si es necesaria la inyección de agua para que se origine la reacción de conversión de CO a CO2.

86

4.3. Fase 3: Estudiar las alternativas de sustitución del sistema de control de temperatura del convertidor (D-2BT).

89

4.4. Fase 4: Simular las diferentes alternativas de reemplazo con el fin de proponer la más favorable al proceso de conversión.

92

CONCLUSIONES 105 RECOMENDACIONES 107 BIBLIOGRAFÍA 109 ANEXOS 112

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RRReeesssuuummmeeennn SÁNCHEZ NEOMAR; EVALUACIÓN DEL REEMPLAZO DEL SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA DE UN CONVERTIDOR DE LA PLANTA DE AMONIACO DEL COMPLEJO PETROQUÍMICO ANA MARÍA CAMPOS. Trabajo

Especial de Grado para optar al título de Ingeniero Químico. Universidad Rafael

Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Química. Maracaibo, Agosto 2008.

Resumen

La producción de fertilizantes a nivel nacional tiene una alta importancia, para

garantizar la producción de alimentos en el país, y que este proceso sea más

eficiente y eficaz es el objetivo de los ingenieros de La Planta de Amoniaco.

Actualmente se están presentando problemas con la temperatura y el catalizador del

convertidor (D-2BT). Por lo que se plantearon los siguientes objetivos con el fin de

solucionarlos: Analizar las condiciones actuales de operación del sistema de

conversión, verificar si es necesaria la inyección de agua para que se origine la

reacción de conversión de CO a CO2, estudiar las opciones de sustitución del

sistema de control de temperatura, simular las diferentes opciones de reemplazo con

el fin de proponer la más favorable. La investigación que se estableció fue como un

proyecto factible, puesto que se llevo a cabo en la realidad para determinar la

solución al problema; la estrategia utilizada para realizar la investigación fue

documental con la necesidad de recopilar información necesaria para establecer una

solución viable; y de campo por que se realizo donde se encuentra la fuente principal

del objetivo de estudio; las distintas soluciones a este problema se obtuvieron de

forma manual y través de los simuladores Aspen Tech, Pro II entre otros, estos

permitieron establecer los balances de materia y energía, así como también dieron

paso a una visión mas real de lo que se plantea. Entre las posibles soluciones que

se obtuvieron se puede destacar la utilizacion de la torre de enfriamiento y el

intercambiador E-2 de La Planta de Amoniaco B, asi como también se puede utilizar la

caldera WHE-1 de La Planta de Amoniaco B con la que se obtiene la temperatura de

entrada en el rango de operación y se produce vapor de 500 psi. Además de otra serie

de beneficios adicionales que se pueden tener con cada una de las propuestas.

Palabras Calves: Temperatura, conversión, CO, CO2, simulación, reemplazo,

opciones.

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AAAbbbsssttt rrraaacccttt Sanchez Neomar; assessment of the replacement system temperature control of a converter the ammonia plant of petrochemical complex Ana Maria fields. Ad Hoc Working degree to qualify for certification as a chemical engineer. Rafael

Urdaneta University. Faculty of Engineering. school chemistry. Maracaibo, in August

2008.

ABSTRACT

The fertilizer production at the national level has a high importance to ensure food

production in the country, and that this process more efficient and effective is the

goal of engineers Ammonia Plant. It is currently being presented problems with

temperature and the catalytic converter (D-2BT). Therefore raised the following

objectives in order to solve them: Analyze the current conditions of operation of the

system conversion, check if it is needed injection of water to be generated from the

reaction of conversion of CO to CO2 to study options replacement of the temperature

control system, simulating the various replacement options with a view to proposing

the most favorable. The investigation which was established as a project was

feasible, since it was carried out in reality to determine the solution to the problem,

the strategy used to conduct the research was documentary with the need to gather

information needed to establish a viable and Fieldwork was performed by holding the

primary source of objective studies, different solutions to this problem were obtained

by hand and using the simulators Aspen Tech, Pro II among others, helped establish

the balance sheets of matter and energy , And also gave way to a more real vision of

what is raised. Among the possible solutions that can be obtained emphasize the use

of the cooling tower and heat exchanger E-2 of the ammonia plant B, as well as the

boiler can be used WHE-1 from the ammonia plant with which B you get the inlet

temperature in the range of operation and produce steam for 500 psi. Besides a

series of other additional benefits which may be taken with each proposal.

Words Calvados: temperature, conversion, CO, CO2, simulation, replacement

options.

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IIInnnttt rrroooddduuucccccciiióóónnn

Introducción

La producción de fertilizantes a nivel nacional tiene una muy alta

importancia, ya que esto ayuda a garantizar la soberanía alimentaría en el país, y

a fortalecer la revolución agraria.

Pequiven (Petroquímica de Venezuela S.A), es la corporación del estado

Venezolano encargada de producir y comercializar productos petroquímicos

fundamentales con prioridad hacia el mercado nacional y con capacidad de

exportación. Hoy día la industria petroquímica nacional juega un papel importante

y fundamental en la actividad económica y laboral del país, es por ello que la

misma se mantiene en una incesante mejora de la calidad de sus procesos, a

través de nuevas estrategias con visión de negocios que le permitan ir a la par de

las nuevas exigencias que se presenten en el mercado.

A estas consideraciones, en el Complejo Petroquímico Ana María Campos”

se encuentra ubicada una planta de amoníaco y una de urea. La cuan tiene como

finalidad, la obtención de amoníaco a partir del hidrógeno (H2) y el nitrógeno (N2).

Dónde el amoniaco es una de las materias prima para la producción de urea, así

como también el Dióxido de Carbono, que de igual forma es obtenido en el

proceso de producción del amoniaco.

En el cual, la secuencia para la obtención del amoníaco anhidro, se podría

sintetizar en la siguiente forma: Hidrodesulfuración, Reformación, Conversión,

Lavado, metanación, Compresión y síntesis.

En la busca del hidrogeno (H2) para la producción de amoniaco se obtiene

también un sub-producto no deseado que es el monóxido de carbono (CO) el cual

es transformado en la etapa de conversión a dióxido de carbono (CO2) y retirado

en esta forma en el proceso de lavado. Este dióxido de carbono (CO2) es enviado

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a la planta de urea para la producción de la misma. El exceso de CO2 es

comercializado a la empresa Praxair para diversas empresas y productos.

Actualmente existen problemas en la etapa de conversión con el D-2BT y el

catalizador que este usa. El cual se esta viendo afectado por la inyección de

condensado, esta inyección ocurre en el tambor de enfriamiento súbito D-3 para el

control la temperatura del gas de síntesis.

La presente investigación se ha fundamentado en darle solución al

problema, estableciendo criterios de diseño, especificando materiales y equipos,

simulando y elaborando planos de planta y detalle de las distintas alternativas que

brinden respuestas al problema existente y de esta forma hacer mas eficiente y

eficaz el proceso de producción de amoniaco.

Para alcanzar el objetivo general, el estudio se estructuró en cuatro (4)

capítulos:

En el Capítulo I “El Problema”, incluyó el planteamiento, objetivos de la

investigación (general y específicos), se desarrolló la importancia de la

investigación mediante la justificación de la misma. Y finalmente se puede

encontrar la delimitación temporal y espacial del estudio.

Por otro lado, en el Capítulo II. El “Marco Teórico”, en el cual se hizo una

pequeña descripción de la empresa, una breve explicación del proceso para la

obtención del amoniaco, una revisión de las antiguas investigaciones con

referencia a este tema u otros similares que manejan la variable objeto de estudio,

se incluyó además, las bases teóricas que fundamentan la investigación y el

sistema de variables.

El Capítulo III. Trata sobre El “Marco Metodológico”, enfoca a la estrategia

metodológica, técnica mediante la cual se abordó el estudio; definiéndose el tipo y

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diseño de investigación, se describieron las técnicas de recolección de

información, así como la metodología utilizada para el procesamiento de los datos.

Por Ultimo en el Capítulo IV, se situó “El Análisis de los Resultados”. Una

vez realizada la simulación se procedió a analizar los resultados de la

investigación, donde se expusieron los datos arrojados por la misma, facilitando su

análisis e interpretación. Y finalmente, se presentaron las Conclusiones y

Recomendaciones pertinentes al presente estudio.

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CCCaaapppííí tttuuulllooo III EEElll PPPrrrooobbbllleeemmmaaa

3

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.1. Planteamiento Del Problema

La planta de amoníaco, instalada en el Complejo Petroquímico “Ana María

Campos” tiene una capacidad de producción, según diseño, de 900 TM/D de

amoníaco. El proceso tiene como finalidad la obtención de amoníaco a partir del

hidrógeno (H2) y el nitrógeno (N2). Donde el hidrógeno se obtiene de la reformación

del gas natural (metano) con vapor de agua; y el nitrógeno se obtiene de la

combustión del gas de salida del reformador primario producida en el tope del

reformador secundario. Todas estas reacciones químicas del proceso se efectúan en

reactores y hornos de reformación en presencia de catalizadores especiales.

Durante el proceso de reformación se genera como producto de la reacción del gas

metano con el vapor y el aire, el hidrogeno y monóxido de carbono quien es un

componente no deseado, el cual debe ser retirado del proceso.

A estas consideraciones, para la producción de la síntesis del amoniaco, este

componente es transformado en CO2 el cual puede ser eliminado en un proceso de

absorción. La transformación de CO en CO2 se da en un proceso de conversión de

dos etapas; una a alta temperatura y otra a baja temperatura. El D-2AT es un

convertidor de alta temperatura cuya finalidad básica es convertir el monóxido de

carbono (CO) presente en el gas de proceso, en dióxido de carbono (CO2).

Este proceso es realizado en dos etapas:

− Convertidor de Alta Temperatura D-2AT

− Convertidor de Baja Temperatura D-2BT

En cada una de las etapas de de conversión ocurre un incremento de la

temperatura debido a que la reacción que se produce tanto en el convertidor de alta

como el de baja es exotérmica.

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4

La reacción que se produce es la siguiente:

CO + H2O ------> CO2 + H2 + Calor

Convertidores de Alta Temperatura D-2AT:

El gas que sale del reformador se enfría aproximadamente a 370 °C, en el

lado de los tubos de la caldera WHE-|, donde se genera vapor saturado de 500

lbs/pulg2, y entra al tope del convertidor de alta temperatura. El control de la

temperatura de entrada al lecho catalítico se realiza a través del desvío interno de la

caldera WHE-1. Además está prevista una conexión de condensado de proceso a la

entrada del reactor.

El calor liberado por la reacción, incrementa la temperatura del gas a 428 °C.

Convertidores de Baja Temperatura D-2BT:

El gas que sale del convertidor de alta temperatura D-2AT, entra por los tubos

e intercambia calor en los E-25 con el mismo gas que regresa del E-2

(Intercambiador de calor del metanador). La temperatura baja a 390 °C. El gas de

proceso es enfriado de forma súbita con condensado de proceso en el tambor de

enfriamiento rápido D-3 y su temperatura desciende a 222 °C.

Con esta temperatura y una presión de 411 lbs/pulg2, el gas de proceso pasa

al convertidor D-2BT, donde se completa la conversión del CO y la temperatura

aumenta a 242 °C por efecto de la liberación de calor durante la reacción ya que la

misma es exotérmica.

El D-3 es un enfriador de gas con agua por medio del contacto directo entre

las 2 corrientes. La falta de control en la temperatura esta produciendo que en el

contacto de las 2 corrientes, el agua pase al punto de rocío, siendo esta arrastrada

hasta el lecho catalítico donde se condesa, produciendo la dilución de los sulfuros y

cloruros que puedan estar presente en pequeñas cantidades. Produciendo de esta

manera el envenenamiento y posterior desactivación del mismo. Esto produce que el

catalizador tenga que ser reemplazado con mayor frecuencia de lo habitual, lo que

implica un mayor número de gastos, ya que el catalizador de CuO que utiliza el

DERECHOS RESERVADOS


5

convertidor de baja temperatura es uno de los más costosos del proceso de

producción de amoniaco.

El dióxido de carbono (CO2) que se obtiene de la conversión del monóxido de

carbono (CO) es un sub-producto de gran importancia en el proceso de producción

ya que este es comercializado a la planta de Praxair y cedido a la planta de UREA

como una de sus materias primas, por lo que esta inyección de agua esta

produciendo una baja conversión de estos gases al ir desactivando el catalizador.

El hidrogeno (H2) liberado en la reacción como producto de la conversión es

uno de los principales elementos necesarios para la síntesis del amoniaco. Las altas

temperaturas y presiones que se manejan en el convertidor producen que en el D-3

no se alcance la temperatura deseada en el tiempo prudente, lo que también esta

asociado a la velocidad con la cual actúe el relacionador de flujo y temperatura.

1.2. Formulación del problema.

Los requerimientos de la planta de Amoniaco para el control de temperatura

en el proceso de conversión y equipos que conforman el proceso de conversión del

CO a CO2

Para el desarrollo de la propuesta fue necesario formular el problema con el

fin de definir las fases en que se realizaría el presente trabajo de investigación. En

primer lugar se establecieron las condiciones operacionales que se deberían cumplir

para un óptimo grado de conversión y una mayor vida util del catalizador. Dado que

se requirió la utilización de normas y criterios de diseño, fue necesario realizar un

estudio de la operación actual y de lo establecido por diseño, para conocer las

posibles modificaciones que podrían realizarse al proceso, se requirió del estudio de

la literatura lo cual facilitó el establecimiento de las propiedades físico-químicas y

termodinámicas, procediéndose de este modo a fijar la operación y funcionamiento

de cada una de las distintas alternativas por medio de la simulación, obteniéndose

de esta manera los balances de materia y energía, así como también la descripción

de algunos equipos. Las variables utilizadas fueron la presión, temperatura, caudal,

composición de las corrientes, las cuales permitieron establecer la mejor operación

del sistema de control de temperatura para el convertidor D-2BT al momento de

simular. Finalmente se procedió a realizar la ingeniería conceptual y el estudio de las

distintas opciones de reemplazo para el tambor de enfriamiento súbito D-3, que es

uno de los objeto del presente trabajo de investigación.

DERECHOS RESERVADOS


6

1.3. Justificación e importancia de la investigación.

Con la ejecución del trabajo especial de grado se busca que el estudiante

logre estar en contacto y comprender la realidad de los procesos y relacionarse con

el ambiente de trabajo para que de esa manera se puedan aplicar todos los

conocimientos que durante el periodo de estudio fueron adquiridos. Las pasantías

industriales representan un conjunto de actividades esenciales para la preparación

del ingeniero y además sirve de inicio para el buen desempeño en el campo laboral.

El trabajo especial de grado tiene una gran importancia y relevancia para la

empresa ya que esto posiblemente disminuirá la frecuencia de reemplazo del

catalizador en el convertidor D2-BT.

Para Pequiven, Petroquímica de Venezuela S.A. y para todos los empleados

que laboran dentro de la corporación, la seguridad es lo primero. La falta de control

en la temperatura del convertidor D-2 atenta contra la política de la empresa de cero

(0) accidentes, lo que motiva a la evaluación del equipo con la finalidad de hacerlo

mucho mas seguro y eficiente.

1.4. Objetivos de la investigación.

1.4.1. Objetivo general.

− Evaluar El Reemplazo Del Sistema De Control De Temperatura Del

Convertidor (D-2BT) De La Planta De Amoniaco Del Complejo

Petroquímico Ana María Campos.

1.4.2. Objetivos específicos.

− Analizar las condiciones actuales de operación del sistema de conversión (D-

2BT).

− Verificar si es necesaria la inyección de agua para que se origine la reacción

de conversión de CO a CO2.

− Definir las opciones de sustitución del sistema de control de temperatura del

convertidor (D-2BT).

− Simular las diferentes opciones de reemplazo con el fin de proponer la más

favorable al proceso de conversión.

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7

1.5. Delimitación del estudio.

1.5.1. Delimitación espacial.

El trabajo de investigación fue realizado en el Complejo Petroquímico “Ana

María Campos”, en la Gerencia Técnica; sección de Ingeniería de Procesos

“Gas-Fertilizantes” específicamente en la Planta de Amoniaco.

1.5.2. Delimitación temporal.

Este trabajo de investigación fue realizado en un lapso de 6 meses

comprendidos entre el periodo de enero 2008 a julio del 2008. DERECHOS RESERVADOS

CCCaaapppííí tttuuulllooo III III MMMaaarrrcccooo TTTeeeóóórrr iiicccooo

9

CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.1. Descripción De La Empresa

Pequiven, Petroquímica de Venezuela S.A. es la empresa del Estado que se

encarga de producir y comercializar productos químicos y petroquímicos para los

mercados nacionales e internacionales y propicia a su vez la creación de empresas

mixtas para el desarrollo de las cadenas de productos petroquímicos aguas abajo.

Pequiven desde que fue creada en 1977 asumió las funciones y operaciones

de lo que fuera el Instituto Venezolano de Petroquímica (IVP), inaugurado en el año

1955. Desde marzo de 1978, cuando se constituyó como filial de PDVSA, Pequiven

ha vivido sucesivas etapas de reestructuración hasta llegar a convertirse en la

Corporación Petroquímica estratégica nacional.

Con el cometido de manufacturar y comercializar productos químicos y

petroquímicos de alta calidad, en el mercado nacional e internacional, maximizando

el valor del gas y de las corrientes de refinación, a fin de impulsar el desarrollo

industrial y agrícola de nuestro país.

I. Actividad Económica

Pequiven (Petroquímica de Venezuela, S.A.), filial de Petróleos de Venezuela,

S.A. (PDVSA), es una industria compleja que se basa en la transformación del gas

natural para la producción y comercialización de productos petroquímicos en el

mercado venezolano e internacional.

Su propósito es desarrollar una industria líder regional y de alcance global

sobre las bases de las ventajas comparativas con que cuenta Venezuela:

− País petrolero con abundantes reservas de gas natural.

− Posición geográfica favorable para acceder a mercados regionales y

globales en crecimiento.

− Disponibilidad de una importante infraestructura industrial en áreas

claves para la expansión.

DERECHOS RESERVADOS


10

Todo ello satisfaciendo las necesidades de sus clientes y logrando el mayor

rendimiento posible para sus accionistas en armonía con el ambiente y con las

comunidades en las cuales se desarrollan sus actividades.

II. Misión y Visión:

La Misión De Pequiven Es

La misión organizacional de Pequiven es lograr alcanzar las metas de

producción acordadas con nuestros clientes, garantizando la calidad de los

productos y servicios, el mejoramiento continuo de nuestros procesos y el

cumplimiento de las normas de Seguridad, Higiene y Ambiente, para contribuir con

su rentabilidad a través de la producción y comercialización de productos

petroquímicos básicos e intermedios, enfocados principalmente hacia derivados de

metano y etano, aprovechando las ventajas comparativas que tiene Venezuela con

el gas natural asociado.

La Visión De Pequiven Es

− Lideres en la región, tanto en ventas como en rentabilidad, en los

sectores de fertilizantes nitrogenados, productos oxigenados y en

derivados de etileno, así como participación en mercados regionales y

globales.

− Empresa con participación mayoritaria de capital privado, representado

por numerosos inversionistas individuales e institucionales, bajo el

control de PDVSA.

− Ser un Complejo Petroquímico de clase mundial reconocido por su

confiabilidad operacional, fortaleza técnica y eficiencia, donde cada

persona contribuya con estos objetivos en un ambiente de retos y

satisfacción.

DERECHOS RESERVADOS


11

III. Proceso Productivo:

La producción de Pequiven cubre más de 40 renglones, entre materias primas

básicas, productos intermedios y productos destinados al consumidor final. La

capacidad de producción total de la empresa en sus plantas propias, sumada a la de

las empresas mixtas en las cuales presenta participación, es de 7 millones 800 mil

toneladas al año. Entre los principales productos tenemos:

• Cloro Soda: Cloro (40000 TMA), Soda Cáustica (40000 TMA), Ácido

Clorhídrico (16500 TMA).

• Gas Natural: Gas Natural (165000 MPC), Etano (150000TMA), Propano

(94000 TMA).

• Olefinas: Etileno (150000 TMA), Propileno (32000 TMA).

• Fertilizantes: Amoniaco (297000 TMA), Urea (396000 TMA).

• MVC: Monocloruro de vinilos (130000 TMA).

IV. Productos:

PLANTA CAPACIDAD (TM/A) PRODUCTO APLICACIONES

Cloro Soda

40000

45000

16500

Cloro

Soda Cáustica

Acido Clorhídrico

PVC y Tratamiento

de agua

LGN

165

150000

94000

Gas Natural

Etano

Propano

Amoniaco , Olefinas y

Gas Combustible

Olefinas 150000

32000

Etileno

Propileno

Polietileno Lineal, de

Alta y de Baja

densidad, propileno,

detergentes

Fertilizantes 297000

369000

Amoniaco

Urea Fertilizantes

Cloruro de Polivinilos

40000 Cloruro de polivinilo Plásticos

Tabla # 1 Capacidad de Producción y Productos Elaborados en el Complejo Petroquímico Ana María Campos; Fuente: Pequiven (1999)

DERECHOS RESERVADOS


12

V. Organización

La estructura organizacional que se ha venido diseñando e implementando en

Pequiven S.A., obedece al establecimiento de políticas comerciales con las cuales

busca que cada complejo sea responsable de la producción y comercialización de

los mercados de los productos que le son asignados.

Es así como se establecen tres unidades de negocio que atienden el

desarrollo de una amplia gama de productos, agrupados en tres sectores

principales: Olefinas y Plásticos (UNOP) Complejo Zulia, Fertilizantes (UNF)

Complejo Morón y Productos Industriales (UNIPI) Complejo Oriente.

Su organización incluye además cuatro empresas filiales: International

Petrochemical Holding Ltd (IPHL) constituida en el exterior, Unidad Nacional olefinas

y Plásticos, Servifertil y Servicios Industriales Jose; participa en 16 empresas mixtas

del sector con socios nacionales e internacionales, 15 en Venezuela y una en

Barranquilla, Colombia.

El complejo Zulia se encuentra situado en la región Nor-Oriental del Lago de

Maracaibo, más concretamente en la bahía el Tablazo en los Puertos de Altagracia,

Municipio Miranda, Estado Zulia. El sector básico del complejo comenzó a

construirse en 1969 habiéndose concluido en 1973 la mayor parte del mismo. este

complejo se extiende sobre un área industrial de 858 hectáreas. Su construcción en

1976 aumentó significativamente la expansión de las actividades petroquímicas

venezolanas e impulsó el aprovechamiento del gas natural como fuente básica de

insumos para estas operaciones.

Sus instalaciones se distribuyen en dos fajas de terreno claramente

delimitadas. En una faja central están ubicadas las plantas básicas del complejo:

LGN I y II, PPE, Olefinas I y II y Cloro soda. En el norte de la faja central se

encuentran instaladas las demás plantas pertenecientes a los procesos intermedios

y finales de producción, como lo son: Amoniaco A, Urea A, PVC I y II, MVC I y II,

mientras las demás instalaciones existentes pertenecen a las empresas mixtas:

Polinter, Indesca, Química Venoco, Propilven, Cloro Vinilos del Zulia, Olefinas del

Zulia.

También operan en el complejo las empresas privadas Estizulia, que produce

poliestireno, Dow Chemical, dedicada a la elaboración de látex, y Praxair, destinada

a la producción de anhídrido carbónico.

DERECHOS RESERVADOS


13

2.2. Breve descripción del proceso de obtención del amoniaco.

La planta de amoníaco, instalada en el Complejo Petroquímico “Ana Maria


amoníaco.

La planta de amoníaco, instalada en el Complejo Petroquímico “Ana María


amoníaco. El proceso tiene como finalidad la obtención de amoníaco a partir del

hidrógeno (H2) y el nitrógeno (N2). El hidrógeno se obtiene de la reformación del gas

natural (metano) con vapor de agua; y el nitrógeno se obtiene de la combustión del

gas de salida del reformador primario producida en el tope del reformador

secundario. Todas estas reacciones químicas del proceso se efectúan en reactores

y hornos de reformación en presencia de catalizadores especiales.

El gas natural de alimentación, antes de ser utilizado en el proceso se purifica,

luego se reforma y se convierte en lo que llamaremos “gas de síntesis”. Este gas se

purifica, eliminándole por transformaciones sucesivas, los elementos no deseables

considerados perjudiciales al proceso, y luego se comprime para su posterior

conversión en amoníaco.

Figura 1: Balance de las plantas de fertilizantes.

Fuente: Pequiven año 2006.

AMONIACO 900 TMD

UREAGAS METANO 50 MMPCED

UREA1200 TMD

PRAXAIR

AMONIACO

732

864

LGN-PPE

CO 2 1044

0.35-0.40% Formaldehído

0.5 % Máx Humedad

1 % Máx Biureto

46 % Mín Nitrógeno

COMPOSICÍON UREA

5 ppm máx Aceite

0.5 % Máx Agua

99.5 % Máx Amoniaco

1.5 %Fondo

1 % MáxGranul. +8

97.5 %Granul. +20

168

DERECHOS RESERVADOS


14

2.2.1. Secuencia del proceso:

La secuencia del proceso para la obtención del amoníaco anhidro, se podría

sintetizar en la siguiente forma:

Hidrodesulfuración

Reformación

Conversión

Lavado y metanación

Compresión y síntesis.

Figura 2: Diagrama de bloque del proceso de producción de amoniaco

Fuente: Rosely Chourio año 2005

a) Hidrodesulfuración (hds):

Esta sección tiene como finalidad la preparación del gas natural de

alimentación para las plantas de amoníaco, mediante los procesos de hidrogenación

y desulfuración y en reactores especialmente acondicionados para ello.

En el proceso de hidrogenación, al gas natural de alimentación se le agrega

una pequeña cantidad de hidrógeno, de forma que todos los sulfuros orgánicos se

convierten en sulfuro de hidrógeno (H2S) y también se saturen las olefinas que

pudieran estar presentes en el gas natural.

DERECHOS RESERVADOS


15

Las reacciones químicas que se producen en el reactor D-1A (COMO), son:

(Sulfuro de Carbonilo) COS + H2 H2S + CO (Mercaptano) RSH + H2 RH + H2S (Sulfuro Orgánico) RSR + H2 RH + R’H+H2S (Olefinas) CH2 = CH2 + H2 CH3 - CH3

En el proceso de desulfuración se remueven los compuestos sulfurosos que

en forma de sulfuro de hidrógeno (H2S) están presentes en la corriente de gas de

alimentación provenientes del reactor de hidrogenación. La corriente de gas pasa a

través de los lechos del absorbente de óxido de zinc donde se produce la siguiente

reacción.

ZnO + H2S ZnS + H2O

Figura 3: Sistema de Hidrodesulfuración.

Fuente: Manuales de Operación del Sistema de Hidrodesulfuración_1993

b) Reformacion:

La reformación se define como la descomposición química del gas natural,

llevada a cabo mediante la aplicación de calor.

D-1 A D - 1B D - 1C S-101BOOSTER

“ A ” TC-200 A/B/C

HaciaBooster B

D - 52 D-204

H2 de S íntesis

Gas Natural LGN II

Gas Natural LGN I

Gas Combustible

Vapor de 45 Psig

Vapor de 500 Psig

HDSD-1 A D - 1B D - 1C S-101

BOOSTER“ A ”

TC- 200A/B/C

BOOSTER“ A ”

TC- 200A/B/C

HaciaBooster B

D - 52 D-204

H2 de S íntesis

Gas Natural LGN II

Gas Natural LGN I

Gas Combustible

Vapor de 45 Psig

Vapor de 500 Psig

HDS

DERECHOS RESERVADOS


16

El gas desulfurado se mezcla con vapor, en una proporción 4 a 1 (vapor / gas)

y luego fluye a través de los tubos del reformador primario, donde la mezcla gas /

vapor reacciona en presencia del catalizador a base de níquel para formar H2, CO y

CO2.

Será en el tope del reformador secundario, el gas reformado proveniente del

reformador primario reacciona con el oxigeno del aire precalentado y por efecto de la

combustión producida, se libera el nitrógeno requerido para la formación del

amoníaco. El calor que se produce con la reacción en el tope del reformador,

suministra el calor necesario para reformar casi todo el metano remanente del

reformador primario.

Las reacciones química que se producen en el reformador primario, son las

siguientes:

CH4 + H2O + Calor -------> CO + 3H2

CH4 + 2H2O + Calor -------> CO2 + 4H2

CO + H2O + Calor -------> CO2 + H2

En el tope del reformador secundario se producen las reacciones siguientes:

2H2 + O2 + N2 ------> 2H2O + N2 + Calor CH4 + O2 + 4N2 --------> 2H2 + 4N2 + CO2 + Calor CH4 + 2O2 + 8N2 ------> 2H2O + 8N2 + CO2 + Calor

En el lecho del catalizador del reformador secundario se producen las

siguientes reacciones:

CH4 + H2O + Calor ------> CO + H2

CO + H2O + Calor ------> CO2 + H2

Figura 4: Sistema de Reformación Primaria y Secundaria Fuente: Manuales de Operación del Sistema Reformación_1993

SK-3

WHE-3

Gas + Vapor

PTO-2

PTO-1

PTO-28

PTO-27

FV-35

Gas Combustible

Aire Precalentado

B-1 EC-1

EC-3

E-1

E-27

Gas de proceso

H-1

H-2

Gas de Proceso a Conversión

MUF-1 PV-130

MV-4A

FV-2

PTO-32

PTO-29

FV-41

ATM

FR-11

Vapor

Aire

2”

PV-85MUF-1

FV-3

FE-41

FE-11

FE-2

FE-3 WHE-1

Vapor Saturado

FE-14HDS

FE-60.1

Vapor

SK-3

WHE-3

Gas + Vapor

PTO-2

PTO-1

PTO-28

PTO-27

FV-35FV-35

Gas Combustible

Aire Precalentado

B-1 EC-1

EC-3

E-1

E-27

Gas de proceso

H-1

H-2

Gas de Proceso a Conversión

MUF-1 PV-130

MV-4A

FV-2FV-2

PTO-32

PTO-29

FV-41

ATM

FR-11

Vapor

Aire

2”

PV-85PV-85MUF-1

FV-3FV-3

FE-41FE-41

FE-11

FE-2FE-2

FE-3FE-3 WHE-1

Vapor Saturado

FE-14

WHE-1

Vapor Saturado

FE-14FE-14HDS

FE-60.1FE-60.1

Vapor

DERECHOS RESERVADOS


17

c) Conversion:

La finalidad básica es convertir el monóxido de carbono (CO) presente en el

gas de proceso, en dióxido de carbono (CO2), el cual puede ser fácilmente eliminado

en un proceso de absorción.

Este proceso es realizado en dos etapas:

− Convertidor de Alta Temperatura D-2AT

− Convertidor de Baja Temperatura D-2BT

La reacción exotérmica que se produce es la siguiente:

CO + H2O ------> CO2 + H2 + Calor

d) Lavado Y Metanacion:

El sistema de MEA consiste en un proceso continuo en contracorriente gas /

MEA para depurar y recuperar el dióxido de carbono (CO2) del gas de proceso.

La solución de MEA se regenera fácilmente haciéndola bullir a baja presión,

despojándola del CO2 que contiene.

La mayor parte del vapor de agua que permanece en la mezcla de gas de

proceso, antes de entrar en la sección del lavado, se remueve mediante

condensación a baja temperatura, con el fin de evitar dilución de la MEA.

Los residuos de CO y CO2 son convertidos a metano el metanador. La

reacción de metanación es como sigue:

CO + 3H2 ------> CH4 + H2O + Calor

CO + 4H2 ------> CH4 + 2H2O + Calor

El gas de proceso así reformado y purificado se llamará de aquí en adelante,

gas de síntesis.

DERECHOS RESERVADOS


18

Figura 5: Sistema de Lavado, Conversión y Metanación.

Fuente: Manuales de Operación del Sistema de de Lavado, Conversión y

Metanación _1993

e) Compresion Y Sistesis:

El gas de síntesis, para la obtención del amoníaco, se comprime a una

presión de 2.300 lbs/pulg2 aproximadamente. Esta compresión se efectúa en cuatro

de las cinco etapas del compresor centrífugo C-1, el cual es impulsado por una

turbina a gas y otra a vapor. La quinta etapa del compresor C-1 consiste en hacer recircular el gas de

síntesis a través de los convertidores D-17. El amoníaco se produce al hacer reaccionar el hidrógeno con el nitrógeno, en

dos reactores con catalizador cuyo ingrediente activo es el hierro.

La reacción química que se produce en los reactores, es la siguiente:

N2 + 3H2 ---------> 2NH3 + Calor

0D-2ATE-25

0

E-28

D-3

SS-11

S-4

Vapor Sobrecalentado0

E-2

D-2BT

D-4

0 E-10T-2

T-1

D-6

0

E-3Cw

D- 7

0

E-5

0

E-4

D-8

A Síntesis

De Reformación

MV-4FV-16

FV-5

PTO-36

PTO - 30

858687

888990

858687

MV-8

MV-5

MV-6

MV-2TV-99

TV-95PV-22

PV-68

PV-69

MUF-1

MUF-1

PV-23.2

PV-23.1AL D-203

AGUAALIM. CALDERA

CW

MUF-2

PTO - 34

MV-1

MV-3 PV-130

PV-69MUF-1

PTO - 35

MV- 7

PTO - 35

PTO - 82

PTO - 38

MV-9

TV-57

FE-8

FE-5

WHE-4

0

Vapor Saturado

FE-34

FE-19MEA

TV-16

92939495

00D-2ATE-25

00

E-28

D-3D-3

SS-11SS-11

S-4S-4

Vapor Sobrecalentado0

E-2

00

E-2

D-2BT

D-4D-4

00 E-10T-2T-2

T-1T-1

D-6D-6

0

E-3

0

E-3

00

E-3Cw

D- 7

0

E-5

0

E-5

00

E-5

00

E-4

D-8D-8

A Síntesis

De Reformación

MV-4FV-16

FV-5FV-5

PTO-36

PTO - 30

858687

888990

858687

MV-8

MV-5

MV-6

MV-2TV-99

TV-95PV-22

PV-68

PV-69

MUF-1

MUF-1

PV-23.2

PV-23.1AL D-203

AGUAALIM. CALDERA

CW

MUF-2

PTO - 34

MV-1

MV-3 PV-130

PV-69MUF-1

PTO - 35

MV- 7

PTO - 35

PTO - 82

PTO - 38

MV-9

TV-57

FE-8FE-8

FE-5FE-5

WHE-4

0

Vapor Saturado

FE-34

WHE-4

0

Vapor Saturado

FE-34

FE-19FE-19MEA

TV-16

92939495

DERECHOS RESERVADOS


19

Figura 6: Sistema de Compresión y Síntesis.

Fuente: Manuales de Operación del Sistema de Comprensión y Síntesis_1993

f) Refrigeracion:

La refrigeración es un circuito cerrado cuya finalidad es la de enfriar y

condensar el amoníaco formado en la sección de síntesis.

IPF-

40-E-

D-14

40-E-

S-2

S-1

40-E-

A Sistema de

Gas de

Síntesis

del D-8

S-

E-

Amoníaco del Sistema

Amoníaco a Sistema de

FV- FV-

FV-

H-

C-1

FT-

FT-

PV-22

MU-

PV-

FV-21

FV-29

LV-14 PV-4

LV-17

PV-52

FV-26 FT-

FT-

FR-

FR-

PT-52 PIC-52

LT-14

LIC-14

LS-15

PT-55

TT-56

PVP-353

MU-

LT-

TH-67

LIC-

LV-16

42-P-

Urea D-14

FR-

DERECHOS RESERVADOS


20

C-3S-12

D-49D-16

E-12

E-13

E-14

2254#

110° C

224#

43° C

21 #

-14° C

41° C223 #S-2

40-E-20

CW

Vapor 45 Psig

C-3S-12

D-49D-16

E-12E-12

E-13E-13

E-14E-14

2254#

110° C

2254#2254#

110° C110° C

224#

43° C

224#224#

43° C43° C

21 #

-14° C

21 #21 #

-14° C-14° C

41° C223 # 41° C41° C223 #223 #S-2

40-E-2040-E-20

CW

Vapor 45 Psig

Figura 7: Sistema de Refrigeración.

Fuente: Manuales de Operación del Sistema de Refrigeración_1993

g) Recuperacion:

El sistema de recuperación de gas de purga consiste en remover el amoníaco

del gas de purga, aprovechando la solubilidad del amoníaco en agua. El gas libre de

amoníaco puede ser utilizado como gas combustible.

DERECHOS RESERVADOS


21

Figura 8: Sistema de Recuperación.

Fuente: Manuales de Operación del Sistema Recuperación_1993

Descripción del flujo:

La descripción del flujo se desarrollará según la ubicación secuencial de los

equipos del proceso y se pueden sintetizar en la siguiente forma:

La planta de Amoníaco recibe el gas natural desde los compresor Booster

TC-202 A/B/C, situados en la planta de Servicios (Off-Sites)

En el separador S-101 se elimina todo el aceite proveniente de la lubricación

forzada de los compresores de gas y se separa el condensado acumulado.

A la corriente de gas de proceso se le inyecta un pequeño flujo de gas

síntesis, para mantener un residual de 5% de hidrógeno en el gas natural de

alimentación a los reformadores primarios.

El gas natural de alimentación pasa luego por el horno precalentador de gas

de proceso H-5, donde se calienta hasta 370 °C. La corriente de gas pasa a través

del hidrogenador D-1A, donde se saturan las olefinas y donde los compuestos de

azufre orgánicos se transforman en H2S.

De S-3 Sistema de

Síntesis

Amoníaco d l

Vapor d

E-501 Gas Natural

a Reformación

Gas Natural

Vapor

T-6

E-48

40-E-17

40-E-19 P-9 A/B P-8 A/B

T-7

40-E-18

Amoniaco Recuperado

Venteo

Agua Amoniacal

Vapor

Condensado

2

5

2

3

2

4

2

4

2

4

3.9 GPM T-501

DERECHOS RESERVADOS


22

A la salida de D-1A, el gas pasa a los desulfuradores o lechos de óxido de

zinc, el cual queda retenido en el lecho del catalizador.

Figura 9: Sistema de Obtención de Amoníaco.

Fuente: Manuales de descripción general del proceso de Amoníaco_1993

2.2.2. Descripción de las etapas del proceso.

a. Reformacion:

Reformación primaria:

El gas de alimentación, que de aquí en adelante llamaremos “gas de proceso”

se mezcla con vapor saturado a 500 lbs/pulg2 en forma controlada y se continúa

precalentando hasta 430 °C en el ducto de humos aprovechando los gases de

combustión del reformador primario. Luego de esta precalentamiento, la mezcla

pasa a través de los tubos (200 en total) de las cuatro celdas del reformador primario

H-1. En el reformador el gas se calienta a unos 784 °C, mediante el calor recibido en

el horno, quedando la corriente de gas de proceso parcialmente reformada.

H2 de Síntesis

BOOSTER“A”

TC-200A/B/C

D-1C D-1B D-1A

H1-A

H2-A

T-1

Vapor

C-1

E-20E-13E-11

D-14

S-3T-6T-7N

Gas de Purga

Amoníaco LíquidoRecuperación

Síntesis de AmoníacoE-18

WHE-1A

WHE-3A

D2-AT

D2-BT

Vapor

Gases EfluentesPara producción

de vapor

GasNatural

Compresión

D-7

D-17

Lavado

Conversión

Reformación Primaria y SecundariaHidrodesulfuración

Metanación

Compresión

Gas Natural

CO2Aire

E-1

E-27

SK-3

B-1

Vapor Condensado

S-2

2309#

41° C

2280#

19° C

2280#

-5° C

2260#

36° C

2220#

144° C

213#

40° C

214#

40° C

295#

38° C

4°C240#

5°C200#

520#

38 ° C

370°C508#

500#

875° C

473#

430° C

364#

41° C

370#

310° C

960°C420#

428 #

521° C

734°C430#

371°C414#

381#

52° C

40-H5

Recuperación

Hidrodesulfuración

Síntesis de Amoníaco

Recuperación

HidrodesulfuraciónReformación Primaria y Secundaria


Recuperación

HidrodesulfuraciónLavadoReformación Primaria y Secundaria


Recuperación

Hidrodesulfuración

Compresión

LavadoReformación Primaria y Secundaria


Recuperación

Hidrodesulfuración

Conversión MetanaciónH2 de Síntesis

BOOSTER“A”

TC-200A/B/C

BOOSTER“A”

TC-200A/B/C

D-1CD-1C D-1BD-1B D-1AD-1A

H1-AH1-A

H2-AH2-A

T-1

Vapor

C-1C-1

E-20E-13E-11

D-14

S-3T-6T-6T-7T-7NN

Gas de Purga

Amoníaco LíquidoRecuperación

Síntesis de AmoníacoE-18

WHE-1A

WHE-3A

D2-AT

D2-BT

Vapor

Gases EfluentesPara producción

de vapor

GasNatural

Compresión

D-7

D-17

Lavado

Conversión

Reformación Primaria y SecundariaHidrodesulfuración

Metanación

Compresión

Gas Natural

CO2Aire

E-1

E-27

SK-3

B-1

Vapor Condensado

S-2

2309#

41° C

2309#2309#

41° C41° C

2280#

19° C

2280#2280#

19° C19° C

2280#

-5° C

2280#2280#

-5° C-5° C

2260#

36° C

2260#2260#

36° C36° C

2220#

144° C

2220#2220#

144° C144° C

213#

40° C

213#213#

40° C40° C

214#

40° C

214#214#

40° C40° C

295#

38° C

295#295#

38° C38° C

4°C240# 4°C240# 4°C240#

5°C200# 5°C200# 5°C200#

520#

38 ° C

520#520#

38 ° C38 ° C

370°C508# 370°C508# 370°C508#

500#

875° C

500#500#

875° C875° C

473#

430° C

473#473#

430° C430° C

364#

41° C

364#364#

41° C41° C

370#

310° C

370#370#

310° C310° C

960°C420# 960°C420# 960°C420#

428 #

521° C

428 #428 #

521° C521° C

734°C430# 734°C430# 734°C430#

371°C414# 371°C414# 371°C414#

381#

52° C

381#381#

52° C52° C

40-H540-H5

Recuperación

Hidrodesulfuración


Recuperación

HidrodesulfuraciónReformación Primaria y Secundaria


Recuperación

HidrodesulfuraciónLavadoReformación Primaria y Secundaria


Recuperación

Hidrodesulfuración

Compresión

LavadoReformación Primaria y Secundaria


Recuperación

Hidrodesulfuración

Conversión Metanación

DERECHOS RESERVADOS


23

Los gases de combustión del reformador primario son aprovechados para

producir por convección vapor, precalentar el gas, el aire de proceso y el agua de

alimentación de calderas.

Reformación secundaria:

El gas reformado al salir del reformador primario H-1, entra por el tope del

reformador secundario H-2, donde se mezcla con aire precalentado (550°C). Este

aire es comprimido previamente en el compresor centrífugo C-2, adicionalmente se

le agrega un flujo de vapor saturado, con el objeto de controlar la temperatura a la

salida del precalentador de aire de proceso E-27.

En el tope de reformador secundario se produce la liberación del nitrógeno

requerido para la formación del amoníaco por combustión del gas de salida del

reformador primario. La reacción es exotérmica.

El calor que se libera por la reacción hace que la temperatura aumente,

suministrando el calor necesario para reformar casi todo el metano remanente del

reformador primario.

b. Conversion:

Convertidores de alta temperatura D-2AT:

El gas reformado que sale del reformador se enfría aproximadamente a

370°C, en el lado tubos de la caldera WHE-|, donde se genera vapor saturado de

500 lbs/pulg2, y entra al tope del convertidor de alta temperatura. El control de la

temperatura de entrada al lecho catalítico se realiza a través del desvío interno de la

caldera WHE-1. Además está prevista una conexión de condensado de proceso a la

entrada del reactor.

El calor liberado por la reacción, incrementa la temperatura del gas a 428 °C.

DERECHOS RESERVADOS


24

Convertidores de baja temperatura D-2BT:

El gas que sale del convertidor de alta temperatura D-2AT, entra por los tubos

e intercambia calor en los E-25 con el mismo gas que regresa del E-2

(Intercambiador de calor del metanador). La temperatura baja a 390 °C. El gas de

proceso es enfriado de forma súbita con condensado de proceso en el tambor de

enfriamiento rápido D-3 y su temperatura desciende a 222°C.

Con esta temperatura y una presión de 411 lbs/pulg2, el gas de proceso pasa

al convertidor D-2BT, donde se completa la conversión del CO y la temperatura

aumenta a 242 °C por efecto de la liberación de calor durante la reacción.

c. Lavado y metanacion:

Purificación del gas de proceso:

El gas que sale del D-2BT pasa a la caldera WHE-4, donde la temperatura se

reduce a 177 °C. La caldera produce vapor de 45 lbs/pulg2. El gas de proceso pasa

al S-4, un tambor separador de condensado del convertidor. El calor que tiene el

gas de proceso es utilizado para el precalentamiento del agua de alimentación de las

calderas WHE-1 y WHE-3 en el precalentador de agua de alimentación E-28 y la

temperatura del gas de proceso se reduce a unos 172 °C. El gas de proceso, de allí en adelante, se enfría en los rehervidores de MEA

(E-10), pasa al separador de condensado D-4, luego a los condensado E-5 y

finalmente en el enfriador de gas de proceso E-3, hasta una temperatura de 52 °C.

Mientras el gas de proceso se enfría en esta serie de etapas, el vapor

presente en la corriente de gas se condensa y se remueve como condensado de

proceso en el S-4, D-4 y en las botas del E-28, E-5 y E-3.

Este condensado se almacena en el D-215 y se utiliza posteriormente como

agua de alimentación de calderas. Otra parte del condensado proveniente del D-4

se utiliza como medio de enfriamiento, tanto en el D-3 como a la entrada del D-2AT.

Lavado:

El gas de proceso a 52 °C y 396 lbs/pulg2, entra al fondo del absorbedor de

CO2 (T-1), donde el CO2 se remueve por absorción en contracorriente con una

solución de MEA al 20% que desciende en la torre.

DERECHOS RESERVADOS


25

La solución de MEA, rica de CO2 del fondo del absorbedor se regenera en

reactivador de MEA (T-2), que opera a 4 lbs/pulg2. Además del calor de proceso

también se usa vapor de 45 lbs/pulg2 para hacer bullir la MEA en el rehervidor, a fin

de regenerarla. El CO2 recuperado del tope de la T-2 se enfría luego y se envía a la

Planta de Urea.

La solución de MEA arrastrada y el condensado formado se separan del CO2

en el tambor D-9 y se usan como reflujo al reactivador T-2.

La solución de MEA reactivada a 118 °C, se retira por el fondo de la T-2 y se

enfría en los intercambios de amina (E-9) con la solución rica proveniente del

absorbedor (T-1). Luego es enfriada por el conjunto de enfriadores de aire E-8 hasta

una temperatura de 56 °C y posteriormente en los intercambiadores de calor de

agua de enfriamiento E-7 hasta 45 °C. Esta solución pobre es luego bombeada al

tope del absorbedor T-1.

El gas proveniente del tope de la T-1 pasa a través del separador D-6, donde

se separa la solución de MEA que haya sido arrastrada.

Metanación:

El gas que sale del separador D-6 se precalienta por el lado de la carcasa de

los intercambiadores de calor del metanador (E-2) y del convertidor (E-25) a una

temperatura de 310 °C, para luego entrar al lecho catalífico, del metanador donde el

CO y el CO2 residual se convierten en metano.

El gas de proceso, al salir del metanador, es enfriado en el intercambiador del

metanador E-2 y en el enfriador de gas de síntesis E-4 hasta 41 °C, donde se separa

el condensado formado.

El gas de proceso así reformado y purificado, llega al D-8 y se llamará de aquí

en adelante, gas de síntesis.

d. Síntesis De Amoniaco:

El gas de síntesis, para la obtención del amoníaco, se comprime a una

presión de 2.300 lbs/pulg2 aproximadamente. Esta compresión se efectúa en cuatro de las cinco etapas del compresor

centrífugo C-1, el cual es impulsado por una turbina a gas y una turbina a vapor; la

quinta es una etapa de reciclo.

DERECHOS RESERVADOS


26

Este gas es una corriente que recircula del circuito de síntesis y una vez

enfriado en los enfriadores interetapas E-35, se une con la corriente de salida de la

cuarta etapa.

Las corrientes de salida de las etapas 1, 2, 3 y 4, pasan previamente por los

enfriadores interetapas E-31, E-32, E-33 y E-34 y se les remueve el vapor de agua

antes de unirse con la descarga de la quinta etapa.

El gas de síntesis fresco, comprimido por las primeras cuatro etapas y la

porción de gas de reciclo del sistema, entran por la carcasa del intercambiador del

circuito de síntesis de amoníaco E-20 a una temperatura de 41 °C. El gas se enfría

hasta 19 °C al intercambiador calor en el E-20 con el gas de síntesis frío que

proviene del separador secundario de amoníaco E-13. El amoníaco líquido se

separa en el separador secundario S-2 y se envía al tope del tambor de amoníaco

D-14.

El gas que sale por el tope del separador secundario S-2 se calienta al pasar

por los tubos del E-20 y absorbe el calor del gas de síntesis que sale del Compresor

C-1. Alcanza una temperatura de 36 °C y de allí continúa hasta los reactores

convertidores de amoníaco D-17A y B, donde se produce el amoníaco. La

temperatura sube hasta más o menos 470 °C en el segundo lecho del convertidor y

a su salida se enfría en el intercambiador de calor que está en el fondo de los

reactores D-17A/B, llegando a una temperatura de 176 °C.

El gas luego se enfría a 52 °C en los enfriadores de aire E-15 y pasa de allí al

separador primario S-1 antes de ser succionado por la quinta etapa (gas de reciclo)

del compresor C-1 la cual recircula el gas hacia el sistema de síntesis.

Una porción de gas de reciclo se purga continuamente para controla la

concentración de gases inertes (CH4 y Ar) del circuito de síntesis. Este gas de purga

se enfría aproximadamente a 40 °C en el E-11, con el amoníaco que sale del D-14 y

pasa por el separador de gas de purga S-3 donde se recupera el amoníaco del gas

de purga.

El amoníaco proveniente del tanque D-14 es bombeado a la Planta de Urea y

el exceso hacia los tanques de almacenamiento de amoníaco.

DERECHOS RESERVADOS


27

e. Sistema De Refrigeración:

El proceso de compresión y refrigeración en las Plantas de Amoníaco es un

circuito cerrado que se usa para enfriar y condensar el amoníaco del gas de síntesis.

Este proceso se realiza en los condensadores secundarios de amoníaco E-13.

En estos condensadores se mantiene un nivel de amoníaco, suplido por el

tambor de almacenamiento de amoníaco D-49. El calor del gas de síntesis al fluir a

través de los tubos de los E-13, hace bullir el amoníaco líquido.

Los vapores de amoníaco salen por el tope de los E-13 y pasan al tambor

separador D-16, donde el amoníaco líquido se va al fondo regresando a los E-13 y

el amoníaco gaseoso se libera por el tope del tambor y es succionado por la primera

etapa del compresor de refrigeración C-3, y de allí a la segunda etapa.

Cada etapa del compresor está provista de su respectivo enfriador. El

amoníaco gaseoso, luego de salir del enfriador de la segunda etapa, pasa por los

enfriadores E-12 y de allí a los condensadores de amoníaco de refrigeración E-14.

El amoníaco líquido, producto a la condensación, pasa al tambor de almacenamiento

D-49 y luego es transferido a los E-13 (carcasa), cerrándose así el ciclo.

f. Recuperación Del Amoniaco:

El objetivo de esta sección es separar el amoníaco del gas de purga que no

es condensado en el separador de gas de purga S-3.

El sistema de recuperación de amoníaco consta de una torre purificadora T-6

y una torre despojadora T-7. El gas de purga entra por la parte inferior de la T-6

donde el amoníaco, debido a su solubilidad en el agua, es absorbido a 38 °C y 240

lbs/pulg2, mientras que los gases H2, N2, Ar y CH4, insolubles en el agua, salen al

sistema de venteo de gas de purga ó al sistema de gas combustible de baja presión.

La solución de agua amoniacal es bombeada desde el fondo de la T-6 con las

bombas P-8, una parte de la cual pasa por el enfriador de agua amoniacal E-17 y

recircula a la parte media de la T-6, mientras que la otra parte fluye a la sección

media del despojador T-7.

La solución de agua amoniacal en la T-7 se calienta en el rehervidor de fondo

E-48, el cual trabaja con vapor sobrecalentado de 500 lbs/pulg2. Los vapores suben

a través de la torre T-7 y se encuentran con la corriente fría que viene de la T-6 y el

vapor de agua se condensa. El resto de vapores ascendentes son enfriados con

DERECHOS RESERVADOS


28

una inyección de amoníaco líquido proveniente del D-14 para controlar la

temperatura del tope y a la vez condensar el resto de agua arrastrada. El agua

separada baja al fondo de la T-7 y por el tope sale amoníaco gaseoso casi puro,

este se enfría y se condensa y se envía al tanque de almacenamiento de amoníaco

en el Área 41.

El agua proveniente del fondo de la T-7 se enfría en el enfriador de

condensado E-19 y se recircula al tope de la T-6, para continuar con la absorción de

amoníaco de la corriente de gas de purga.

2.3. Antecedentes.

Por su parte, PADRÓN ZAMBRANO LISSET. (2002) en su trabajo especial

de grado titulado: “REHABILITACIÓN DE LA CALDERA GENERADORA DE VAPOR

SOBRE CALENTADO DE LA PLANTA DE AMONIACO “A” DEL COMPLEJO

PETROQUÍMICO EL TABLAZO”. Para la Universidad Rafael Urdaneta. Facultada de

ingeniería en el área de pregrado de ingeniería química.

Donde los objetivos de dicha investigación fueron: 1) Identificar los

requerimientos necesarios para la operación de la caldera de vapor sobre calentado,

2) Evaluar la unidad generadora de vapor sobre calentado aprovechando la energía

proveniente de los gases de combustión de la turbina de gas del compresor C-1,

además de usar como medio de aporte de calor adicional el quemador auxiliar,

verificando el tipo de combustible adecuado según condiciones de diseño y actuales

en el complejo, 3) Preparar el paquete de la ingeniería conceptual.

Algunos autores con los cuales se sustento la investigación fueron; 1) Cengel,

Yunus A. (2004). Transferencia de Calor (2da. Edición). México: Mc GRAW-HILL. 2)

CALGON (Tratamiento químico). 3) Tubular Exchanger Manufacturers Association.

Heat Exchange (Section 1). 4) Manual Básico del simulador de proceso Aspen Plus

10.2 (2001)

El aporte que brinda este trabajo a la investigación es de gran importancia ya

que por medio de los modelos que en el se describen se logro la evaluación de una

de las propuestas de reemplazo a través del simulador Aspen Plus. La metodología

utilizada fue de tipo descriptiva por que se tenían cocimientos generales del

funcionamiento de la planta de amoniaco al igual que lo hicieron mediante la

simulación y la revisión bibliográfica.

DERECHOS RESERVADOS


29

A su vez, C. BETANCOR, J. CEREZO, A. VEGA (2005). En su investigación

titulada “DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA” En el

Departamento de Ingeniería Electrónica y Automática, Instituto Universitario de

Microelectrónica Aplicada (IUMA), para la Universidad de Las Palmas de Gran

Canaria.

En el cual, sus objetivos de investigación fueron: 1) Encontrar un modelo

matemático de la planta que presente cierta exactitud y probar el o los controladores

diseñados con la planta físicamente disponible, 2) Realiza el control analógico de

temperatura de un sistema, desde su fase inicial de identificación hasta la fase de

comprobación apoyándose en el toolbox Real-Time Windows Target de MATLAB

para realizar las simulaciones en tiempo real.

Algunos autores con los cuales se sustento la investigación fueron; 1) Using

Simulink. © COPYRIGHT 1990 - 2001 by The MathWorks, Inc. 2) Real-Time

Windows Target User’s Guide. © COPYRIGHT 1999-2001 by The MathWorks,

Inc. 3) Identificación y Control Adaptativo. Alberto Aguado Behar y Miguel

Martínez Iranzo. Prentice-Hall, 2003. 4) Ingeniería de Control Moderna, 4ªedición,

2003. Katsuhiko Ogata. Prentice Hall. 6) Sistemas de control continuos y discretos,

2005. John Dorsey. McGraw-Hill.

Este trabajo sirve de aporte a esta investigación, en el diseño de los sistemas

de control de temperatura por que plantea muchos de los conceptos básicos

adaptables al contexto de esta evaluación. La metodología utilizada fue tanto de tipo

exploratoria con un diseño de campo por que se tenían cocimientos generales del

funcionamiento de la planta de amoniaco al igual que lo hicieron mediante la

simulación y implementación del sistema en una planta piloto mediante la revisión

bibliográfica.

Por otro lado, FERNANDO J. MONTES U. (2007) en su trabajo especial de

grado titulado “ESTUDIO CONCEPTUAL DE RECUPERACIÓN DE HIDRÓGENO

PROVENIENTE DE LA SECCIÓN DE RECUPERACIÓN DE UNA PLANTA DE

AMONÍACO”. Para La Universidad del Zulia. Facultada de ingeniería en el área de

Pregrado De Ingeniería Química.

Para lo cual entre sus objetivos estaban: 1) Determinar los requerimientos y

necesidades técnicas sobre la recuperación de Hidrógeno (H2) contenido en el gas

de purga que sale de la torre purificadora 40A-T-6: Unidad de Hidrógeno y Sistema

de Compresión, 2) Realizar balance de masa de hidrógeno recuperado y evaluar la

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30

factibilidad de inyección hacia Hidrodesulfuración (HDS), así como también la venta

actual hacia las Empresas Mixtas y al momento de sus ampliaciones, 3) Calcular la

producción de Amoníaco (NH3) que se obtendrá al inyectar Hidrogeno hacia

Hidrodesulfuración (HDS) desde la unidad en cuestión, 4) Análisis económico del

proyecto.

Algunos de los autores en los que se sustento su investigación fueron: 1)

Raymond, Chang (1992). Química (7ma Edición). México: Mc GRAW HILL. 2)

Porras, Julio. Manual de operaciones de la Planta de Amoníaco del Complejo

Petroquímico “El Tablazo” 1979. 3) Green, Richard W. Compresores (2005).

Selección, uso y mantenimiento (1era Edición). México: Mc GRAW HILL. 4)

Fernández Diez, Pedro (1997). Ingeniería térmica y de fluidos (1era Edición).

El aporte brindado por el presente trabajo especial de grado a esta investigación fue

en uno de los objetivos más importantes. Por medio del mismo se estudio la forma

en la cual se podría determinar la cantidad de agua necesaria para que se llevara a

cabo la reacción de conversión en el D-2BT. La metodología en la cual estuvo

enfocado dicho trabajo lo ubican en una forma descriptiva- explicativa.

Y por ultimo, BRAVO RANGEL, MARYANGELA. (2007), que realizó el

trabajo especial de grado titulado: “SIMULACIÓN DE LOS PROCESOS DE

HIDRODESULFURACIÓN Y REFORMACIÓN DE UNA PLANTA DE AMONÍACO”.

En La Universidad del Zulia; para la Facultada de ingeniería en el área de Pregrado

De Ingeniería Química.

Donde el objetivo principal de dicha investigación fue: Simular los procesos de

hidrodesulfuración, reformación primaria y secundaria, de la planta de amoníaco de

Pequiven El Tablazo, con la finalidad de obtener una herramienta que permita

observar y predecir de una manera más práctica y sencilla el comportamiento de la

planta (aún cuando esta no este diseñada). Esta herramienta es de suma

importancia, ya que a través de ella, se realizó un análisis para verificar la tendencia

que tienen las variables que intervienen a lo largo del proceso.

Algunos autores con los cuales se sustento la investigación fueron; 1) Cengel,

Yunus A. (2004). Transferencia de Calor (2da. Edición). México: Mc GRAW-HILL. 2)

American Petroleum Institute (API) (Junio 1995). Reciprocating Compressors for

Petroleum, Chemical, and Gas Industry Services. 3) Tubular Exchanger

Manufacturers Association. Heat Exchange (Section 1).

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31

Este trabajo sirvió de aporte a esta investigación, ya que la misma le brindo

una gran orientación al momento de la selección de los modelos termodinámicos

que podían describir mejor el proceso, de igual modo plantea muchos de los

conceptos básicos adaptables al contexto de esta evaluación. La metodología

utilizada fue tanto de tipo exploratoria como de campo por que se tenían cocimientos

generales del funcionamiento de la planta de amoniaco al igual que lo hicieron

mediante la simulación y la revisión bibliográfica.

2.4. Bases Teóricas

2.4.1 Amoníaco

Es un gas formado por la combinación de un átomo de nitrógeno y tres de

hidrógeno. Es incoloro, más ligero que el aire, tiene un olor desagradable que irrita

los ojos y las vías respiratorias. Tiene un sabor cáustico.Es el derivado más

importante del nitrógeno y es el camino para hacerlo activo. A través de él, se

obtienen los restantes compuestos. Licua a −33 ºC dando un líquido fuertemente

asociado con moléculas polares y enlaces por puentes de hidrógeno. Tiene elevada

constante dieléctrica y por lo tanto, es un solvente ionizante. El NH3 arde al aire con

formación de N2 y H2O a una temperatura de 900 ºC. El hecho de que el amoníaco

presente este tipo de enlace entre sus moléculas hace que sus puntos de fusión y

ebullición, el calor de vaporización, la constante dieléctrica, entre otros; sean

anormalmente altos.

a) Propiedades físicas y químicas del amoniaco

Propiedades Físicas y Químicas del Amoníaco Fórmula NH3

Peso molecular 17,04 Punto de ebullición -33 ºC

Punto de Fusión -77 ºC Temperatura crítica 133 C

Presión critica 111 atm Densidad 0,72 g / l

Calor de vaporización 5'6 kcal / mol Estado físico Gas comprimido Apariencia Gas o líquido

Solubilidad en agua 100% Solubilidad en otros productos

químicos Alcohol. Forma hidratos enlazando las moléculas de agua por puentes

de hidrógeno. Corrosividad Algunos tipos de plásticos, gomas y revestimientos, oro y mercurio

Tabla # 2: Propiedades Físicas y Químicas del Amoníaco Fuente: N. Sánchez (2008)

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32

Figura 10: Estructura del Amoníaco

Fuente: Wikipedia (2008)

b) Usos

A temperatura ambiente es un gas difícilmente licuable.

Es muy soluble en agua. El amoníaco en estado líquido es muy poco

conductor de la electricidad, bastante menos que el agua. Y por las características

de la molécula es un disolvente ionizante. En éste estado el amoníaco se emplea

como refrigerante y como disolvente. Arde en presencia del oxígeno puro con una

llama poco luminosa, desprendiendo vapor de agua y de nitrógeno. Si se eleva la

presión de la mezcla de oxígeno puro y amoníaco el resultado puede ser una

explosión.

Es estable a temperatura ambiente pero se descompone por la acción del

calor. Por otra parte, la reacción del amoníaco con metales, especialmente con

alcalino y alcalinotérreos, puede dar lugar a amidas, imidas o nitruros.

La disolución del amoníaco se emplea en usos domésticos. Como elimina la

dureza temporal del agua, se emplea para limpiar y lavar, con el ahorro consiguiente

de jabón. Recientemente se ha ideado un método para descomponer el amoníaco

mediante un catalizador y producir una mezcla del 75% de hidrógeno y 25% de

nitrógeno, en volumen, que puede utilizarse en sopletes oxhídricos para soldar

metales raros y aceros especiales. Un tubo de amoníaco líquido proporciona así

más hidrógeno que el que pudiera comprimirse en el mismo volumen. Para

transporte y almacenaje resulta, pues, una fuente conveniente y compacta de

hidrógeno. El amoniaco es usado principalmente por las plantas petroquímicas para

la producción urea, resinas ureicas, fertilizantes (NPK/NP), fosfatados, nitrato de

amoníaco, sulfato de amoníaco, entre otros.

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33

2.4.2 Monóxido De Carbono.

El monóxido de carbono u óxido de carbono (II) cuya fórmula química es CO,

es un gas inodoro, incoloro, inflamable y altamente tóxico. Puede causar la muerte

cuando se respira en niveles elevados. Se produce cuando se queman materiales

combustibles como gas, gasolina, keroseno, carbón, petróleo, tabaco o madera en

ambientes de poco oxígeno. Las chimeneas, las calderas, los calentadores de agua

o calefones y los aparatos domésticos que queman combustible, como las estufas u

hornallas de la cocina o los calentadores a kerosina, también pueden producirlo si no

están funcionando bien. Los vehículos detenidos con el motor encendido también lo

despiden.

a) Propiedades físicas y químicas del monóxido de carbono

Óxido de carbono (II)

Nombre (IUPAC) sistemático Óxido de carbono (II)

General Fórmula semidesarrollada CO

Propiedades físicas Estado de agregación Gas

Apariencia Incoloro Densidad 1.145 kg/m3; 0,001145 g/cm3

Masa 28,0 u Punto de fusión 68 K ( °C)

Punto de ebullición 81 K ( °C) Propiedades químicas

Solubilidad en agua 0,0026 g en 100 g de agua

KPS n/d Compuestos relacionados

Óxidos de carbono Óxido de carbono (IV), monóxido de dicarbono, trióxido de carbono Peligrosidad

Temperatura de autoignición 882 K (609 °C) Riesgos

Ingestión Puede causar vómito y diarrea. Inhalación Muy peligroso, puede ser fatal.

Piel Inhalación puede causar lesiones cutáneas. Evitar contacto con líquido criogénico.Ojos Inhalación puede causar problemas a largo plazo en la visión.

Tabla # 3: Propiedades Físicas y Químicas del monóxido de carbono Fuente: Wikipedia (2008)

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34

b) Intoxicación

Si se respira, aunque sea en moderadas cantidades, el monóxido de carbono

puede causar la muerte por envenenamiento en pocos minutos porque substituye al

oxígeno en la hemoglobina de la sangre. Una vez respirada una cantidad bastante

grande de monóxido de carbono (teniendo un 75% de la hemoglobina con monóxido

de carbono) la única forma de sobrevivir es respirando oxígeno puro. Cada año un

gran número de personas pierde la vida accidentalmente debido al envenenamiento

con este gas. Las mujeres embarazadas y sus bebés, los niños pequeños, las

personas mayores y las que sufren de anemia, problemas del corazón o

respiratorios pueden ser mucho más sensibles al monóxido de carbono. Los efectos

son los siguientes:

CONCENTRACIÓN EN AIRE EFECTO

0,01 % Exposición de varias horas sin efecto

0,04 – 0,05 % Exposición una hora sin efectos

0,06 – 0,07 % Efectos apreciables a la hora

0,12 – 0,15 % Efectos peligrosos a la hora

165 mg/m3 (1500 ppm) IPVS

0,4 % Mortal a la hora

Tabla # 4: Efectos del monóxido de carbono


2.4.3 Dióxido de carbono

El dióxido de carbono, también denominado óxido de carbono (IV) y anhídrido

carbónico, es un gas cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno

y uno de carbono. Su fórmula química es CO2.

Su representación por estructura de Lewis es: O=C=O. Es una molécula lineal

y no polar, a pesar de tener enlaces polares. Esto se debe a que dada la hibridación

del carbono la molécula posee una geometría lineal y simétrica.

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35

a) Propiedades físicas y químicas del dióxido de carbono

Óxido de carbono (IV)

Nombre (IUPAC) sistemático Dióxido de carbono

Óxido de carbono (IV) General

Otros nombres Anhidrído carbónico Gas carbónico

Fórmula semidesarrollada CO2

Propiedades físicas Estado de agregación Gas

Apariencia Gas incoloro Densidad 1.6 kg/m3; 0,0016 g/cm3

Masa 44,0 u Punto de fusión 195 K (–78 °C)

Punto de ebullición 216 K (-57 °C) Estructura cristalina Parecida al cuarzo

Viscosidad 0,07 cP a −78 °C Propiedades químicas

Acidez (pKa) 6,35 y 10,33 Solubilidad en agua 1,45 kg/m³

KPS n/d Momento dipolar 0 D

Compuestos relacionados Compuestos relacionados

Monóxido de carbono, Dióxido de tricarbono, Monóxido de dicarbono, Trióxido de carbono Riesgos

Ingestión Puede causar irritación, náuseas, vómitos y hemorragias en el tracto digestivo.

Inhalación Produce asfixia, causa hiperventilación. La exposición a largo plazo es peligrosa.

Piel En estado líquido puede producir congelación. Ojos En estado líquido puede producir congelación.

Tabla # 5: Propiedades Físicas y Químicas del dióxido de carbono


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36

b) Efecto Invernadero

El dióxido de carbono es uno de los gases de efecto invernadero (G.E.I.) que

contribuye a que la Tierra tenga una temperatura habitable. Por otro lado, un exceso

de dióxido de carbono se supone que acentuaría el fenómeno conocido como efecto

invernadero, reduciendo la emisión de calor al espacio y provocando un mayor

calentamiento del planeta; sin embargo, se sabe también que un aumento de la

temperatura del mar por otras causas (como la intensificación de la radiación solar)

provoca una mayor emisión del dióxido de carbono que permanece disuelto en los

océanos (en cantidades colosales), de tal forma que la variación del contenido del

gas en el aire podría ser causa o consecuencia de los cambios climáticos, cuestión

que no ha sido dilucidada por la ciencia.

En los últimos años la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera ha

presentado un aumento. Se ha pasado de unas 280 ppm en la era preindustrial a

unas 379 ppm en 2005 (aún cuando su concentración global en la atmósfera es de

apenas 0,03%). Este aumento podría contribuir, según el Grupo intergubernamental

de expertos sobre el cambio climático promovido por la ONU, al calentamiento global

del clima planetario;1 en oposición, otros científicos (Global Warming Petition Project)

dudan de que la influencia de los gases llamados "de efecto invernadero"

(básicamente anhídrido carbónico y metano) haya sido crucial en el calentamiento

que se lleva registrando en promedio en la superficie terrestre (0,6 grados

centígrados) en los aproximadamente últimos 100 años.

c) Usos

Se utiliza como agente extintor eliminando el oxígeno para el fuego.

En Industria Alimenticia, se utiliza en bebidas carbonatadas para darles

efervescencia.

También se puede utilizar como acido inocuo o poco contaminante. La acidez

puede ayudar a cuajar lácteos de una formas más rápida y por tanto barata, sin

añadir ningún sabor y en la industria se puede utilizar para neutralizar residuos

alcalinos sin añadir otro acido mas contaminante como el sulfúrico.

En agrícultura, se puede utilizar como abonado. Aunque no pueden

absorberlo por las raices, se puede añadir para bajar el Ph, evitar los depositos de

cal y hacer más disponibles algunos nutrientes del suelo.

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También en refrigeración como una clase líquido refrigerante en máquinas

frigoríficas o congelado como hielo seco. Este mismo compuesto se usa para crear

niebla artificial y sensación de hervor en agua en efectos especiales en el cine. Otro

uso que está incrementándose es su empleo como agente extractante cuando se

encuentra en condiciones supercríticas dada su escasa o nula presencia de residuos

en los extractos. Este uso actualmente se reduce a la obtención de alcaloides como

la cafeína y determinados pigmentos, pero una pequeña revisión por revistas

científicas puede dar una visión del enorme potencial que este agente de extracción

presenta, ya que permite realizar extracciones en medios anóxidos lo que permite

obtener productos de alto potencial antioxidante.

Es utilizado también como material activo para generar luz coherente. (Laser

de CO2)

Junto con el agua es el disolvente más empleado en procesos con fluidos

supercríticos.

También se usó como agente químico para el genocidio de prisioneros

esclavos, judíos y disidentes durante la Alemania nazi. El CO2 desplaza el O2 de la

hemoglobina provocando la asfixia celular

2.4.4 Reacción Química

Se conoce como reacción química a aquella operación unitaria que tiene por

objeto distribuir de forma distinta los átomos de ciertas moléculas (compuestos

reaccionantes o reactantes) para formar otras nuevas (productos). El lugar físico

donde se llevan a cabo las reacciones químicas se denominan REACTOR

QUÍMICO.

2.4.5 Reactor Químico

Un reactor químico es una unidad procesadora diseñada para que en su

interior se lleve a cabo una o varias reacciones químicas. Dicha unidad procesadora

esta constituida por un recipiente cerrado, el cual cuenta con líneas de entrada y

salida para sustancias químicas, y esta gobernado por un algoritmo de control.

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2.4.6 Catalizador.

Un catalizador propiamente dicho es una sustancia que está presente en una

reacción química en contacto físico con los reactivos, y acelera, induce o propicia

dicha reacción sin actuar en la misma. De esta forma se dice que la reacción es

"catalizada". Ejemplos de uso: reactores de producción de amoníaco, en donde se

utilizan sustancias para acelerar y elevar el nivel de producción de NH3, sin que las

mismas intervengan en las uniones atómicas pero que si estén presentes en la

mezcla. En este caso el catalizador es un liquido, pero puede ser sólido o gaseosos.

2.4.7 Reacciones Catalíticas

Son aquellas reacciones que requieren de una sustancia adicional (que no

aparece en el balance global) para modificar la velocidad de reacción; esta sustancia

por su mera presencia provoca la reacción química, reacción que de otro modo no

ocurriría.

2.4.8 Cinética

Está referido a cuan rápido ocurren las reacciones, el equilibrio dentro del

reactor, y la velocidad de la reacción química; estos factores están condicionados

por la transferencia (balance) de materia y energía.

El balance de masa esta dado por la relación: entra – sale + genera – desaparece = acumula

El balance de energía esta dado por la relación:

entra – sale ± genera ± transmite = acumula

2.4.9 Reactor Continúo

Mientras tiene lugar la reacción química al interior del reactor, éste se

alimenta constantemente de material reactante, y también se retira

ininterrumpidamente los productos de la reacción.

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2.4.10 Reactor De Lecho Fluidizado

Se utiliza para reacciones donde intervengan un sólido y un fluido

(generalmente un gas). En estos reactores la corriente de gas se hace pasar a

través de las partículas sólidas, a una velocidad suficiente para suspenderlas, con el

movimiento rápido de partículas se obtiene un alto grado de uniformidad en la

temperatura evitando la formación de zonas calientes.

2.4.11 Reactor De Lecho Fijo

Los reactores de lecho fijo consisten en uno o más tubos empacados con

partículas de catalizador, que opera en posición vertical. Las partículas catalíticas

pueden variar de tamaño y forma: granulares, cilíndricas, esféricas, etc. En algunos

casos, especialmente con catalizadores metálicos como el platino, no se emplean

partículas de metal, sino que éste se presenta en forma de mallas de alambre. El

lecho está constituido por un conjunto de capas de este material. Estas mallas

catalíticas se emplean en procesos comerciales como por ejemplo para la oxidación

de amoniaco y para la oxidación del acetaldehídico a ácido acético.

2.5. Intercambiadores De Calor

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de

un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera sólida o que se

encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración,

acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.

Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el

fluido refrigerante, calentado por la acción del motor, se refrigera por la corriente de

aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a

circular en el interior del mismo. Simon Singh (1998) describe los diferentes tipos de

intercambiadores de calor.

Consideraremos como parte del conjunto de los intercambiadores de calor, no

sólo los clásicos formados por la carcasa y tubos, sino también otros, como los de

lecho fluido, o los que aprovechan la energía solar, o las tuberías de calor o

calefacción, entre otros.

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2.5.1 Tipos De Intercambiadores De Calor

“Las distintas aplicaciones de la transferencia de calor requieren diferentes

tipos de accesorios y configuraciones del equipo para dicha transferencia. El intento

de acoplar los accesorios para la transferencia de calor a cada tipo de necesidades,

dentro de las restricciones específicas, ha conducido a numerosos tipos de diseños

innovadores de intercambiadores de calor”.

“El intercambiador de calor más sencillo se compone de un tubo dentro de

otro tubo, este montaje de corrientes paralelas funciona, tanto en contracorriente

como en equicorriente, circulando el fluido caliente o el frío a través del espacio

anular, mientras que el otro fluido circula por la tubería interior”.

Figura 11: Intercambiador simple de tubos concéntricos.

Fuente: P. Fernández.

a) Intercambiador De Paso Simple

El intercambiador más sencillo que consta de dos tubos concéntricos, no es

adecuado cuando el gasto másico es elevado. Si se utilizan varios tubos

concéntricos en paralelo, el peso del material de los tubos que se necesita se haría

tan grande, que es mucho más económico el construirlos formando un conjunto de

carcasa y tubos, de forma que se utiliza una carcasa común para muchos tubos;

éste intercambiador, debido a que funciona con un solo paso de fluido en el lado de

la carcasa y un solo paso de fluido en el lado de los tubos se denomina

intercambiador.

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Figura 12: Intercambiador de carcasa y tubo (1-1) con mezcla de fluidos.


En este tipo de intercambiador, uno de los fluidos circula por el interior de los

tubos, mientras que el otro fluido se ve forzado a circular entre la carcasa y la parte

exterior de los tubos, normalmente a ellos. Cuando la temperatura caliente del fluido

del lado caliente y la temperatura fría del fluido del lado frío son variables de un

punto a otro, a medida que el calor va pasando del fluido más caliente al más frío, la

velocidad de intercambio térmico entre los fluidos también variará a lo largo del

intercambiador, porque su valor depende, en cada sección, de la diferencia de

temperaturas entre los fluidos caliente y frío.

En un flujo paralelo en equicorriente, la temperatura final del fluido más frío

nunca puede llegar a ser iguala la temperatura de salida del fluido más caliente. Sin

embargo, en un flujo en contracorriente, la temperatura final del fluido más frío (que

es el que se calienta) puede superar la temperatura de salida del fluido más caliente

(que se enfría), puesto que existe un gradiente de temperaturas favorable a todo lo

argo del intercambiador de calor.

En un intercambiador en contracorriente, los coeficientes de transmisión de

calor del lado de la carcasa y del lado de los tubos deben ser del mismo orden de

magnitud y ser grandes para obtener un coeficiente global satisfactorio.

La velocidad y turbulencia del líquido del lado de la carcasa son tan

importantes como las del líquido del lado de los tubos. Para evitar el debilitamiento

de las placas tubulares es preciso mantener una distancia mínima entre los tubos,

por lo que no resulta práctico colocar los tubos tan juntos que la sección libre para el

flujo del fluido por el exterior de los tubos sea tan pequeña, como la del interior de

los mismos.

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Figura 13: Intercambiador de carcasa y tubos (1-1) sin mezcla de uno de los fluidos


Figura 14: Distribución de temperaturas en:

a) Condensadores de un paso de tubos; b) Vaporizadores de un paso de tubos

c) Intercambiadores de calor de flujos en equicorriente y de un paso de tubos.


Si las dos corrientes son del mismo orden de magnitud, la velocidad del lado

de la carcasa es menor que la del lado de los tubos; por esta razón se instalan

placas deflectoras con el fin de disminuir la sección de flujo del líquido del lado de la

carcasa y obligarlo a circular en dirección cruzada a la bancada de tubos en vez de

hacerlo paralelamente a ellos; de esta forma se consigue un coeficiente de

transferencia de calor más elevado en flujo cruzado, que en circulación paralela a los

tubos.

El flujo pasa perpendicularmente a los tubos, circulando hacia abajo en la

primera sección, hacia arriba en la segunda, y así sucesivamente; la turbulencia

adicional que se crea mediante este tipo de flujo aumenta el coeficiente de

transmisión de calor del lado de la carcasa.

Las pantallas, (placas deflectoras), son discos circulares de una plancha

metálica a los que se ha cortado, para estos intercambiadores, un cierto segmento

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circular, de forma que la altura de este segmento sea igual a la cuarta parte del

diámetro interior de la carcasa, por lo que las placas deflectoras así obtenidas se

denominan placas del 25%, viniendo perforadas para recibir los tubos; para evitar

fugas, o hacer que estas sean mínimas, las holguras entre las placas y la carcasa, y

entre las placas y los tubos deben ser pequeñas. Este tipo de construcción resulta

práctico solamente para carcasas pequeñas.

Los tubos se fabrican en todos los metales corrientes con un determinado

diámetro exterior y un definido espesor de pared, según el número BWG. Los tubos

se disponen según una ordenación triangular (tresbolillo) o rectangular (regular);

cuando el lado de la carcasa tiene gran tendencia a ensuciarse no se utiliza la

disposición triangular por cuanto los espacios entre tubos son de difícil acceso, cosa

que no sucede en la disposición cuadrada, que a su vez provoca una menor caída

de presión en el lado de la carcasa que la disposición triangular.

Figura 15: Pantallas utilizadas en los intercambiadores de carcasa y tubos.


En general, el intercambiador de calor de carcasa y tubos tiene unas placas

(cabezales) en donde se fijan los tubos por ambos extremos, mediante soldadura u

otro tipo de fijación; este tipo de construcción tiene un bajo costo inicial, pero sólo se

puede utilizar para diferencias pequeñas de temperatura entre el fluido caliente y el

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frío, puesto que no se ha hecho ninguna previsión para evitar las tensiones

mecánicas de origen térmico debidas a la dilatación entre los tubos y la carcasa.

Otra desventaja consiste en que el montaje del haz de tubos no se puede

desmontar para su limpieza; estos inconvenientes se solucionan fácilmente haciendo

que una de las placas de tubos esté fija, mientras que la otra se sujeta mediante

pernos a un cabezal flotante que permite el movimiento relativo entre el haz de tubos

y la carcasa; la placa de tubos flotante está sujeta con mordazas entre la cabeza

flotante y unas bridas, de modo que es posible retirar el haz de tubos para su

limpieza.

b) Intercambiadores De Placa

Consisten en placas estándares, que sirven como superficies de transferencia

de calor y un armazón para su apoyo. Son de uso frecuente en fluidos de baja

viscosidad con demandas moderadas de temperaturas y presión, típicamente por

debajo de los 150 °C. El material de los sellos se elige preferentemente para

soportar la temperatura de operación y conforme a las características del líquido de

proceso.

Los intercambiadores de placas logran una alta eficiencia gracias a la gran

superficie de intercambio que existe entre las dos corrientes fluidas, pero en cambio

presentan fácilmente problemas de ensuciamiento y una pérdida de carga

relativamente elevada; estos pueden construirse soldados o desmontables. Los

soldados son muy económicos, pero no pueden desmontarse para su limpieza, lo

que les hace inutilizables en aplicaciones en los que alguno de los dos fluidos no sea

muy limpio. Debe tenerse en cuenta que los intercambiadores de placas logran una

gran eficiencia porque las corrientes fluidas circulan por canales muy estrechos en

los que es posible lograr una gran superficie de contacto entre ambos fluidos.

En aplicaciones industriales lo más habitual es recurrir a los modelos

desmontables, que en tamaños grandes incorporan ya soportes y otros accesorios

que facilitan un desmontaje rápido y permiten realizar las operaciones de limpieza de

manera simple y en poco tiempo.

Aunque lo más habitual es que los intercambiadores de placas se utilicen

para intercambios líquido-liquido, se construyen también modelos previstos para

emplear vapor como fluido calefactor.

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2.6 Transmisión De Calor Por Conducción

La conducción de calor es un proceso de transferencia de energía térmica

que tiene lugar en los medios materiales entre regiones de diferente temperatura.

Cuando las moléculas absorben energía térmica vibran alrededor de sus posiciones

medias, aumentan la amplitud de la vibración y, por lo tanto, aumentan su energía

cinética. La conducción puede darse en cualquier estado de agregación de la

materia, pero no en el vacío. La formula para calcular el calor por conducción es

(tomando H como el flujo de calor): H=kA (^T/1) k=conductividad termica A=área ^=

diferencia T=temperatura

Una teoría ampliamente aceptada sugiere que la transferencia de calor por

conducción es debida, por una parte a la transmisión de las vibraciones entre

moléculas adyacentes, y por otra parte al movimiento de los electrones libres,

transportando energía. Esta teoría es acorde con que los materiales que son buenos

conductores del calor, también suelen ser buenos conductores eléctricos.

2.7 Transmisión De Calor Por Convección

Cuando un fluido circula en contacto con un sólido, por ejemplo por el interior

de una tubería, existiendo una diferencia de temperatura entre ambos, tiene lugar un

intercambio de calor. Esta transmisión de calor se debe al mecanismo de

convección.

El calentamiento y enfriamiento de gases y líquidos son los ejemplos más

habituales de transmisión de calor por convección. Dependiendo de si el flujo del

fluido es provocado artificialmente o no, se distinguen dos tipos: convección forzada

y convección libre (también llamada natural). La convección forzada implica el uso

de algún medio mecánico, como una bomba o un ventilador, para provocar el

movimiento del fluido. Ambos mecanismos pueden provocar un movimiento laminar

o turbulento del fluido.

2.8 Caldera

Una caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado

para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de

calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se

calienta y cambia de estado.

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Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en donde el calor

procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a

través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las

cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual

son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores

de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua,

las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones

como:

Esterilización (Tindarización), es común encontrar calderas en los hospitales,

las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los

comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos.

Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los

petroles pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.

Generar electricidad a través de de un ciclo Rankine. Las calderas son parte

fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia

es que el segundo genera vapor sobrecalentado.

2.8.1 Principales Tipos De Calderas

Aunque existen numerosos diseños y patentes de fabricación de calderas,

cada una de las cuales puede tener características propias, las calderas se pueden

clasificar en dos grandes grupos; calderas pirotubulares y acuatubulares, algunas de

cuyas características se indican a continuación.

a) Calderas Pirótubulares

Se denominan pirotubulares por ser los gases calientes procedentes de la

combustión de un combustible, los que circulan por el interior de tubos cuyo exterior

esta bañado por el agua de la caldera.

El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisión de

calor por radiación, y los gases resultantes, se les hace circular a través de los tubos

que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de

calor por conducción y convección. Según sea una o varias las veces que los gases

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pasan a través del haz tubular, se tienen las calderas de uno o de varios pasos. En

el caso de calderas de varios pasos, en cada uno de ellos, los humos solo

atraviesan un determinado número de tubos, cosa que se logra mediante las

denominadas cámaras de humos. Una vez realizado el intercambio térmico, los

humos son expulsados al exterior a través de la chimenea.

Figura 16: Caldera pirótubular

Fuente: Wikipedia.

b) Calderas Acuotubulares.

En estas calderas, al contrario de lo que ocurre en las pirotubulares, es el

agua el que circula por el interior de tubos que conforman un circuito cerrado a

través del calderín o calderines que constituye la superficie de intercambio de calor

de la caldera. Adicionalmente, pueden estar dotadas de otros elementos de

intercambio de calor, como pueden ser el sobrecalentador, recalentador,

economizador, etc.

Estas calderas, constan de un hogar configurado por tubos de agua, tubos y

refractario, o solamente refractario, en el cual se produce la combustión del

combustible y constituyendo la zona de radiación de la caldera.

Desde dicho hogar, los gases calientes resultantes de la combustión son

conducidos a través del circuito de la caldera, configurado este por paneles de tubos

y constituyendo la zona de convección de la caldera. Finalmente, los gases son

enviados a la atmósfera a través de la chimenea.

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Figura 17: Caldera acuotubulares

Fuente: Wikipedia.

2.9 Calor Específico

El calor específico o más formalmente la capacidad calorífica específica de

una sustancia es una magnitud física que indica la capacidad de un material para

almacenar energía interna en forma de calor. De manera formal es la energía

necesaria para incrementar en una unidad de temperatura una cantidad de

sustancia; usando el SI es la energía necesaria para elevar en un 1 K la temperatura

de 1 kg de masa. Se le representa por lo general con la letra c.

Se necesita más energía calorífica para incrementar la temperatura de una

sustancia con un alto valor del calor específico que otra con un valor pequeño. Por

ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un

lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa. El calor

específico es pues una propiedad intensiva, por lo que es representativa de cada

sustancia, mientras que la capacidad calorífica, de la cual depende, es una

propiedad extensiva y es representativa de cada cuerpo particular.

Matemáticamente el calor específico es la razón entre la capacidad calorífica

de un objeto y su masa.

2.9.1 Condensado

Este puede referirse a cualquier mezcla de hidrocarburos relativamente

ligeros que permanecen líquidos a temperatura y presión normales. Tendrán alguna

cantidad de propano y butano disueltos en el condensado. A diferencia del aceite

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crudo, tienen poca o ninguna cantidad de hidrocarburos pesados de los que

constituyen el combustible pesado. Hay tres fuentes principales de condensado.

a) Los hidrocarburos líquidos que se separan cuando el gas crudo es

tratado. Este condensado típicamente consiste de C5 a C8 .

b) Los hidrocarburos líquidos provenientes del gas no asociado que son

recuperados en la superficie.

c) Los hidrocarburos líquidos que provienen de los yacimientos de

gas/condensado. Estos pueden ser apenas distinguibles de un crudo

ligero estabilizado.

2.9.2 Condensador

Para A. Marcia Gomis, (2002). La evaporación es una operación unitaria

consistente en la separación de una mezcla líquida, generando a partir de la misma,

por ebullición, un vapor integrado por los componentes más volátiles de aquélla; La

condensación es la operación inversa a la evaporación, por la que un vapor pasa a

estado líquido al intercambiar calor con un líquido frío. No se puede considerar una

operación de separación aunque tiene gran interés en la industria.

Según Roberth h. Perry y Don W. Green; 2001 la condensación se produce

cuando el vapor saturado entra en contacto con una superficie cuya temperatura

está por debajo de la saturación. Normalmente, se forma una película de

condensado sobre la superficie. Esto se conoce como condensación de tipo película.

De igual manera Perry y Green; 2001 muestran otro tipo de condensación,

denominado por goteo, tiene lugar cuando la pared no está humedecida

uniformemente mediante el condensador, con el resultado de que en este ultimo

aparecen muchas gotitas pequeñas en diversos puntos de la superficie. A

continuación, las pequeñas gotas individuales crecen y las adyacentes finalmente se

reúnen para formar un pequeño chorro. A la fuerza de adhesión la vence la fuerza

de gravedad y el chorro fluye con rapidez hasta el fondo de la superficie, capturando

y absorbiendo todas las gotitas que se encuentran es su trayectoria y dejando una

superficie seca tras ella. Normalmente la condensación de tipo película es común y

más segura; y la condensación por goteo se debe fomentar mediante la introducción

de alguna impureza en la corriente de vapor.

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2.9.3 Combinación

Esta se realiza cuando una molécula o átomo se une con otra especie para

formar un compuesto nuevo.

2.9.4 Isomerización

En este caso la molécula no efectúa ninguna descomposición externa o

adición a otra, es simplemente un cambio de configuración estructural interna.

2.9.5 Mezclas Binarias De Gases O Vapores

Cuando los dos componentes de una mezcla binaria de gases o vapores se

adsorben por separado en la misma proporción, aproximadamente, la cantidad

adsorbida de cualquiera de los dos, a partir de la mezcla, será modificada por la

presencia del otro. Ya que estos sistemas están formados por tres componentes

cuando se incluye el adsorbente, los datos en el equilibrio se muestran

adecuadamente en la forma que se utilizó para los equilibrios líquidos ternarios Con

este propósito conviene considerar al adsorbente sólido como analogo al disolvente

líquido en las operaciones de extracción. Sin embargo, la adsorción depende mucho

de la temperatura y la presión, a diferencia de la solubilidad de los líquidos, que

apenas es modificada por la presión en circunstancias ordinarias.

En consecuencia, los diagramas en el equilibrio se grafican mejor a

temperatura constante y presión total constante; por lo tanto son isotermas e

isobaras al mismo tiempo.

2.9.6 Naturaleza De Los Adsorbentes

Rovert. E. Traybals, Los sólidos adsorbentes por lo general se utilizan en

forma granular; varían de tamaño: desde aproximadamente 12 mm de diámetro

hasta granos tan pequeños de 50u. Los sólidos deben poseer ciertas propiedades

relativas a la Ingeniera, según la aplicación que se les vaya a dar. Si se utilizan en

un lecho fijo a través del cual va a fluir un líquido o un gas, por ejemplo, no deben

ofrecer una caída de presión del flujo muy grande, ni deben ser arrastrados con

facilidad por la corriente que fluye. Deben ‘tener adecuada consistencia para que no

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se reduzca su tamaño al ser manejados o para que no se rompan al soportar su

propio peso en lechos del espesor requerido. Si se van a sacar y meter con

frecuencia de los recipientes que los contienen, deben fluir libremente. Estas son

propiedades fácilmente reconocibles.

La adsorción es un fenómeno muy general; incluso los sólidos comunes

adsorberán gases y vapores, cuando menos a cierto grado.

Sin embargo, sólo ciertos sólidos exhiben la suficiente especificidad y

capacidad de adsorción para ser útiles como adsorbentes industriales. Puesto que

los sólidos poseen frecuentemente una capacidad muy específica para adsorber

grandes cantidades de ciertas sustancias, es evidente que la naturaleza química del

solidó tiene mucho que ver con sus características de adsorción, pero, la simple

identidad química no es suficiente para caracterizar su utilidad.

En el caso de la adsorción de gases, la superficie significativa no es la

superficie total de las partículas granulares que generalmente se utilizan, sino la

superficie mucho mayor de los poros internos de las partículas; Los poros

generalmente son muy pequeños, algunas veces de unos cuantos diámetros

moleculares de ancho, pero su gran número proporciona una enorme superficie para

la adsorción. Por ejemplo, se calcula que el carbón típico de una máscara de gases

tiene una superficie efectiva de 1.000.000 m2/kg. Hay muchas otras propiedades que

son evidentemente de gran importancia y que no se comprenden totalmente; se

tiene que depender en gran medida de la observación empírica para reconocer la

capacidad de adsorción.

2.9.7 Alúmina.

Es un óxido de aluminio hidratado, duro, que se activa por calentamiento para

eliminar la humedad. El producto poroso se puede conseguir como gránulos o

polvos; se utiliza principalmente como desecante de gases y líquidos. Puede

reactivarse para volverse a utilizar.

2.9.8 Temperatura

Para J.M Smith y Van Ness (2003) se define como un valor numérico

asignado al grado de calentamiento, la temperatura se mide comúnmente con los

termómetros de liquido en capilares de vidrio en donde el liquido se expande cuando

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se calienta. Así un tubo uniforme, parcialmente lleno de mercurio, alcohol o algún

otro fluido, esta variable se denota con la letra t , y sus unidades pueden estar

establecerse en grados centígrados (°C), kelvin (K), Farenheit (°F).

2.9.9 Presión.

Para J.M. Smith y Van Ness (2003) dla define como la fuerza normal ejercida

por el fluido por unidad de area de la superficie, para la mayoría de los casos se

mide directamente por su equilíbrio directamente con otra fuerza, conocidas que

puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o

un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una

deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

2.10 Tipos De Presiones

a) Presión Absoluta

Para Roberth L. Mott (2006). Es la presión de un fluido medido con referencia

al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no

existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en

estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Ester termino se creó

debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños

se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un

termino absoluto unifica criterios.

b) Presión Atmosférica

De igual manera par el autor Roberth L. Mott (2006). El hecho de estar

rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre

la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión

ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del

barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el

valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35 Kpa), ,disminuyendo estos

valores con la altitud.

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c) Presión manométrica

Roberth L. Mott (2006). Son normalmente las presiones superiores a la

atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre

la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor

absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión

manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en

las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es

evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor

real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.

La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión

atmosférica a la lectura del manómetro.

Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.

2.10.1 Flujo masico

Roberth L. Mott (2006). Es la diferencia de la masa con respecto al tiempo.

Esto ocurre dentro de un sistema termodinamico cuando un fluido atrviesa un are en

un tiempo determinado y se denota con la letra (M).

2.10.2 Flujo volumétrico

Roberth L. Mott (2006). Es el volumen del fluido que circula en una sección

por unidad de tiempo determinado y se denota con la letra (V).

2.10.3 Punto de rocío

El punto de rocío o temperatura de rocío es la temperatura a la que empieza a

condensar el vapor de agua contenido en el aire, produciendo rocío, neblina o, en

caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja, escarcha. Para una masa dada de aire, que contiene una cantidad dada de vapor de

agua (humedad absoluta), se dice que la humedad relativa es la proporción de vapor

contenida en relación a la necesaria para llegar al punto de saturación, expresada en

porcentaje. Cuando el aire se satura (humedad relativa igual al 100%) se llega al

punto de rocío.

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Para el cálculo se puede utilizar esta fórmula:

Pr = Punto de rocío.

T = Temperatura en grados Celsius

H = Humedad relativa.

2.10.4 Punto De Burbuja

Medida de la presión del aire necesaria para forzar el líquido desde el poro

húmedo mas grande de una membrana. Sirve como un indicador del tamaño del

poro y mide la capacidad del filtro para actuar como barrera de partículas. El punto

de burbuja depende del líquido utilizado que se emplea para humedecer la

membrana: para un tamaño de poro dado el punto de burbuja será más elevado en

un líquido con mayor tensión superficial (como el Agua) que en un líquido con menor

tensión superficial (como el alcohol isopropílico). El punto de burbuja se establece

cuando el poro más grande emite una burbuja; cuanto mayor sea el poro, menor

será presión necesaria para formar la burbuja.

2.10.5 Concentración

La concentración es la magnitud química que expresa la cantidad de un

elemento o un compuesto por unidad de volumen. En el SI se emplean las unidades

mol·m-3. Cada substancia tiene una solubilidad que es la cantidad máxima de soluto

que puede disolverse en una disolución, y depende de condiciones como la

temperatura, presión, y otras substancias disueltas o en suspensión. En química,

para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en

una disolución se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad,

formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por

millón, partes por billón, partes por trillón, etc. También se puede expresar

cualitativamente empleando términos como diluido, para bajas concentraciones, o

concentrado, para altas.

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2.10.6 Equipos Para Medición De Variables

a) El Manómetro

Yunus A. Cengel. Michael A Boles (2004). Utilizado para medir cambios de

elevación, lo que sugiere una columna de fluido que puede ser utilizada para medir

diferencias de presión, y se usa comúnmente para medir de pequeñas a medianas

diferencias de presión. Un manómetro consiste principalmente en un tubo de

plástico o vidrio en forma de U y contiene en su interior uno o más fluidos tal como

agua, alcohol o aceite; para mantener el tamaño del manómetro se utilizan fluidos

pesados como el mercurio si se prevén grandes diferencias de presión.

b) TUBO BOURDON

Yunus A. Cengel. Michael A Boles (2004). Consiste en un tubo hueco de

metal doblado en forma de gancho cuya punta esta sellada y conectada a una aguja

indicadora de disco; cuando el tubo esta abierto a la atmosfera, el tuvo no esta

desviado y la aguaja sobre el disco en este estado se calibra a una lectura de cero

(presión manométrica). Cuando el fluido dentro del tubo es presurisado, el tubo se

extiende y mueve la aguja en proporción a la presión aplicada.

c) Traductores De La Presión

Son equipos electrónicos, que están echo de semi conductores con silicio y

convierten el efecto de la presión en un efecto eléctrico representado por un cambio

de de voltaje, resistencia o capacitancia. Los traductores de presión son pequeños y

rápidos, más sensibles, confiables y precisos que su contraparte mecánico, puede

medir presiones desde una millonésima de 1 atm a varios miles de atm.

d) Traductores De Presiones Manométricas

Utiliza la presión atmosférica para como una referencia para aliviar la parte

posterior del diafragma sensor de presión a la atmosfera y proporcionan una señal

de salida cero sin importar la altitud.

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56

e) Traductor De Presión Absoluta

Se calibra para tener una señal de salida cero a vació total.

f) Traductores De Presión Diferencial

Miden la diferencia depresión directamente entre dos posiciones en lugar de

usar dos traductores y tomar su diferencia.

g) Barómetro

Yunus A. Cengel. Michael A Boles (2004). Mide la presión atmosférica,

formados por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya parte superior está

cerrada. El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la

atmósfera

h) Termómetro

Un termómetro es un instrumento u operador que sirve para medir la

temperatura, basado en el efecto que un cambio de temperatura produce en algunas

propiedades físicas observables y en el hecho de que dos sistemas a diferentes

temperaturas puestos en contacto térmico tienden a igualar sus temperaturas.

www.astromia.com/glosario/termometro.htm

i) Thermocouple

Una termocupla básicamente es un transductor de temperaturas, es decir un

dispositivo que convierte una magnitud física en una señal eléctrica. Está constituida

por dos alambres metálicos diferentes que unidos, desarrollan una diferencia de

potenciad eléctrica entre sus extremos libres que es aproximadamente proporcional

a la diferencia de temperaturas entre estas puntas y la unión. Se suelen fabricar con

metales puros o aleaciones (caso más común) y la característica más notable es que

son empleadas para medir temperaturas en un rango noblemente grande

comparadas con otros termómetros. Valores típicos del rango están entre 70 K y

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57

1700 K, pudiéndose llegar en algunas circunstancias con aleaciones especiales

hasta los 2000 K.

Una termocupla, en rigor, mide diferencias de temperaturas y no temperaturas

absolutas. Esto hace necesario el uso de una temperatura de referencia, por lo que

suele emplearse un baño de agua con hielo (0º C). El empleo de termocuplas para

medir temperaturas está fundamentado en el efecto seebeck que a su vez es una

combinación de dos efectos: el Thompson y el Peltier.

www.blogelectronico.com/2007/06/termocupla

2.10.7 Control De Procesos

Katsuhiko Ogata (2006) establece que el control automático a desempeñado

un papel vital en el avance de la ingeniería y de la ciencia, el control automático se

ha convertido en una parte importante e integral de los procesos modernos e

industriales y de fabricación , en las operaciones industriales como el control de

temperatura , presión, humedad, viscosidad y flujo en la industria de procesos, el

avance en la teoría y práctica del control automático proporciona los medios para

conseguir un comportamiento optimo de los sistemas dinámicos , mejorar la

productividad , simplificar el trabajo de muchas operaciones manuales respectivas y

rutinarias, así como otras actividades , la mayoría de los ingenieros y científicos

deben tener un buen conocimiento de este campo.

2.10.8 Sistemas De Control

a) Control De Temperatura

Katsuhiko Ogata (2006) sostiene, que un sistema de control de temperatura

mide la temperatura o ambiente mediante un termómetro que es un dispositivo

analógico; que puede ser una termocupla RTD o cualquier otro dispositivo analógico

capaz de medir temperatura; posteriormente la temperatura es trasformada a una

temperatura digital a través de un convertidor, esta temperatura se introduce a un

controlador mediante una interfaz. La temperatura digital se compara con la

temperatura requerida por el proceso (temperatura de entrada programada) y si hay

discrepancia (error) el controlador envía una señal al equipo, a través de la interfaz,

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58

amplificadora y relé para hacer que la temperatura del equipo adquiera el valor

deseado.

b) Control De Presión

Katsuhiko Ogata (2006). Señala que el control de presión, parte del mismo

principio de control que se aplica al de la temperatura pero cambia el dispositivo de

medición, en este caso se utiliza un manómetro y la variable a medir y comparar,

para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son

tan importantes para mantener la estabilidad del proceso .

c) Control De Nivel

Con frecuencia los procesos industriales implican un flujo, el cual es

almacenado en tanques y recipientes a los cuales se les debe hacer seguimieno de

su nivel para evitar que se desborden o puedan quedarce sin fluido.

d) Control De Flujo

En la industria el control de flujo es una de las varibles mas importantes, ya

que mediante esta se puede establecer un control de cuantos insumos se consumen

y cuanto producto se produce, al igual que es el que permite marcar el ritmo de

trabajo de dicho proceso.

2.10.9 Planos De Planta

P & Id o DTI (Diagrama de Tuberías e Instrumentación) o DPI (Diagrama de

Proceso e Instrumentos).

El P & ID (por sus siglas en inglés Diagrama de Tubería e Instrumentación) es

la base de cualquier diseño de procesos. Básicamente es un diagrama que puede

medir más de 40 pies (12.2 m) de longitud, dado que los recipientes, bombas y otros

componentes se muestran en este tipo de dibujo. Las líneas en el DTI representan,

la tubería que se requiere para operar el proceso. Así, el DTI es un "diagrama de

rutas" de los caminos tomados por los diferentes fluidos del proceso. Las

dimensiones de bombas y los tubos están contenidos en el DTI. Un DTI bien

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59

detallado, simplifica sus decisiones sobre cómo controlar o instrumentar el proceso.

No todos los instrumentos mostrados en el P & ID trabajan como instrumentos de

control.

Los indicadores de presión, temperatura o registradores, son meramente

Indicadores. Todos aparecen en el DTI en su posición apropiada y los instrumentos

incluidos en el DTI son aquellos que son básicos en el proceso reflejan el

conocimiento del diseñador en la operación. El DTI muestra el proceso entero y

proporciona una guía completa para las operaciones del proceso y los instrumentos

involucrados, también permite al técnico, instrumentista o mecánico, visualizar todos

los sistemas de control. Así, a pesar de su tamaño, el DTI es una herramienta

valiosa. http://www.esimez.ipn.mx/controlvii/DIAGRAMASrev4.PDF

2.10.10 Simulación

Simulación es una técnica numérica para conducir experimentos en una

computadora digital. Estos experimentos comprenden ciertos tipos de relaciones

matemáticas y lógicas, las cuales son necesarias para describir el comportamiento y

la estructura de sistemas complejos del mundo real a través de largos periodos de

tiempo (Thomas H. Taylor).

Una definición más formal formulada por R.E. Shannon, es el proceso de

diseñar un modelo de sistema real y llevar a términos experiencias con él mismo,

con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas

estrategias dentro de los límites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de

ellos, para el funcionamiento del sistema. Las principales ventajas de la simulación

son las siguientes: experimentar a bajo costo, con posibilidad de minimizar el tiempo

y estimar rápidamente el impacto de un cambio de una variable del proceso.

2.10.11 Aspen Tech

Es un simulador estacionario, secuencial modular (permite la estrategia

orientada a ecuaciones, es utilizado tanto en la industria química y petroquímica,

modela cualquier tipo de proceso por el cual hay un flujo continuo de materiales y

energ8ia de una unidad de proceso a otra.

Según el manual de Aspen Tech 11.1 (2001). Es un programa que facilita la

construcción y el mantenimiento de un proceso de simulación por el modelo que le

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60

proporciona un sistema completo de línea indicaciones, hipertexto ayuda, y el

sistema de orientación de expertos en cada paso en muchos casos, usted será

capaz de desarrollar un proceso de Aspen Plus un Modelo de simulación sin hacer

referencia a manuales impresos.

Un proceso consta de componentes químicos que se mezclan, se separan,

calientan, enfrían, y que son convertido por la unidad de operaciones. Estos

Componentes son transferidos de la unidad a la unidad a través de las corrientes del

proceso.

Para traducir un proceso en un proceso de simulación Aspen Plus

debes seguir los siguientes pasos:

http://www.diquima.upm.es/docencia/modysim2000/docs/tema3_p4.pdf

1) Definir El Proceso De Diagrama De Flujo: • Definir la unidad de operaciones en el proceso.

• Definir el proceso de las corrientes que fluyen hacia y desde la unidad

Operaciones.

• Seleccionar los modelos de Aspen Plus Modelo de la Biblioteca

Describir cada unidad de operación, el lugar en el proceso y el Diagrama De Flujo. • Coloque la etiqueta de las corrientes en el proceso de diagrama de flujo y

conectar a la unidad de los modelos de operación.

2) Especifique los componentes químicos en el proceso. Puede tomar estos componentes de la Aspen Plus bancos de datos, o bien

puede definirlas.

3) Especifique Modelos Termodinámicos Para Representar A La Física Propiedades De Los Componentes Y Las Mezclas En El Proceso.

Estos modelos se construyen en Aspen Plus.

Especifique el componente de las tasas de flujo y la termodinámica

Condiciones (por ejemplo, la temperatura y la presión) de las corrientes.

Especifique las condiciones de funcionamiento de la unidad de operación de

los modelos con Aspen Plus puede cambiar interactivamente tales especificaciones

como, el diagrama de flujo de configuración; de las condiciones de funcionamiento, y

las composiciones de alimentación, para ejecutar nuevos casos y analizar

alternativas de proceso.

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61

Además de la simulación del proceso, Aspen Plus le permite realizar una

amplia gama de otras tareas como la estimación y reduce las propiedades físicas, la

generación de gráficos y personalizados salida tabular los resultados, instalación de

plantas de datos a modelos de simulación, la optimización de su proceso, y los

resultados de la interconexión a las hojas de cálculo.

2.10.12 Como Está Compuesto Aspen Tech

a) Simulación Engine.

Es el núcleo del programa, escrito en Fortran es el que soporta todo el modelo

desde la lectura del archivo de entrada que describe el proceso hasta su resolución

por algoritmo numérico, tien diferentes módulos aparte del de simulación:

optimización, estimación, regresión, entre otros.

b) Graphic User Interface

Es el entorno grafico de modelado.

c) Propiedades Físicas

Banco de datos con modelos termodinámicos y propiedades de un gran

número de componentes: Orgánicos, inorgánicos, electrolíticos y sólidos.

2.11 Operación De Variables

a) Definición Teórica De La Variable De Control:

Sistema de control de temperatura mide la temperatura mediante un

termómetro o termocupla, RTD o cualquier otro dispositivo analógico capaz de medir

temperatura; posteriormente la temperatura es trasformada a una temperatura digital

a través de un convertidor, esta temperatura se introduce a un controlador mediante

una interfaz. La temperatura digital se compara con la temperatura requerida por el

proceso y si hay discrepancia (error) el controlador envía una señal al equipo, a

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62

través de la interfaz para hacer que la temperatura del equipo adquiera el valor

deseado.

b) Definición Practica De La Variable De Control:

Para este punto del proceso el control de temperatura es fundamental, debido

a que si este falla permitiendo que el agua alcance su punto de roció se podría ver

afectado el proceso aguas a bajo.

Objetivo Variable subvariable y dimensión Indicador

Analizar las condiciones actuales de operación del sistema de conversión (D-2BT).

Condiciones actuales del sistema de conversión.

Temperatura, caudal, presión, composición, grado de conversión y

frecuencia de reemplazo del catalizador, relación

vapor-gas

Verificar si es necesaria la inyección de agua para que se origine la reacción de conversión de CO a CO2.

Inyección de agua.

Estequiometría.

Estudiar las alternativas de sustitución del sistema de control de temperatura del convertidor (D-2BT).

Alternativas de sustitución del

sistema de control de Temperatura.

-Utilizando la torre de enfriamiento y un intercambiador E-2B. -Utilizando la caldera -WHE-1B y producir vapor de 500psi. -Utilizando la corriente de gas natural y el intercambiador E-2B ahorrar gas combustible en el horno H-5.

Simular las diferentes opciones de reemplazo

Reemplazo

del sistema de control de

temperatura de un

convertidor

Mejor alternativa

de reemplazo

Simulación del espacio Simulador Aspen Tech y

Pro II.

Tabla # 6: Cuadro de variables.

Fuente: N. Sánchez 2008

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63

2.12 Definición De Términos Básicos Adsorción: proceso por el cual una molécula se une a la superficie de otra fase.

http://www3.uji.es/~calatayu/adsorcion.html. Adhesión: Es la propiedad de la materia por la cual se unen dos superficies de

sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas

por fuerzas intermoleculares. http://es.wikipedia.org/

Calor latente: es el cambio de temperatura de una sustancia conlleva una serie de

cambios físicos. Es la energía adsorbida por la sustancia al cambiar de estado, de

solidó a liquido (calor latente de fusión) o de liquido a gaseoso (calor latente de

vaporización). Al cambiar de de gaseoso a liquido y de de liquido a solidó se

devuelve la misma cantidad de energía.

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap09_calorimetria.php

Criterio: regla o pauta que permite realizar una elección, lo que implica que sobre

un criterio se puede basar una decisión o juicio de valor.

http://www.wordreference.com Introducción a la termodinámica en ingeniería

química Smitt y Van Ness. Quinta edición 1996.

Descomposición: Consiste en que una molécula se divide en moléculas más

pequeñas, átomos o radicales. In Concentración: es la magnitud química que

expresa la cantidad de un elemento o un compuesto por unidad de volumen. En el SI

se emplean las unidades mol•m-3. Cada sustancia tiene una solubilidad que es la

cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una disolución, y depende de

condiciones como la temperatura, presión, y otras sustancias disueltas o en

suspensión. En química, para expresar cuantitativamente la proporción entre un

soluto y el disolvente en una disolución se emplean distintas unidades: molaridad,

normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen,

fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón, etc. También se

puede expresar cualitativamente empleando términos como diluido, para bajas

concentraciones, o concentrado, para altas. Microsoft Encarta 2006.

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Densidad Especifica O Gravedad Especifica: Gravedad específica es un caso

especial de densidad relativa. En este caso, la densidad de una sustancia se divide

por la densidad del agua a 4 F (0 C).

http://www.tech-faq.com/lang/es/specific-gravity.shtml.

Diseño: se utiliza habitualmente en el contexto de las artes aplicadas como

ingeniería arquitectura y otras disciplinas creativas, diseño es considerado tanto

sustantivo como verbo. Diseño como verbo “diseñar” se refiere al proceso de

creación y desarrollo para producir un nuevo objeto o medio de comunicación para

uso humano (objetos, servicios, procesos, conocimiento o entorno).

www.avizora.com.

Equilibrio Termodinámico: situación que se da en un sistema físico (es decir, un

sistema que podemos atribuir un energía interna) cuando todos los factores exterior

y/o procesos internos no producen cambios de presión, temperatura u otras

variables microscópicas. Introducción a la termodinámica en ingeniería química Smitt

y Van Ness. Quinta edición 1996.

Isotermas: son los datos de equilibrio de y la temperatura adsorción reunidos en un

determinado trazado o tabulados como la capacidad de carga o frente a la fase de

líquido de concentración (o presión parcial de gases y vapores).

Kent S. Knaebel; Adsorption Research, Inc. Dublín, Ohio.

Isobaras: son líneas que unen los puntos que poseen igual presión atmosférica. Se

habla también de superficies isobáricas para referirse a áreas en donde la presión es

constante. Smith y Van Ness. Quinta edición 1996.

Modelo: se define un modelo como un ente que representa de forma precisa algo

que será realizado o que ya existe. Para los efectos de simulación de sistemas, se

considera un modelo a una descripción matemática de un sistema físico que puede

obtenerse a partir de la evaluación de su conducta basada en mediciones

estimadas, observadas o realizadas directamente sobre el sistema que se pretende

modelar. Diccionario: www.Wesbster.com .

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65

Presión de vapor: o más comúnmente conocida como presión de saturación, es la

presión a la que a cada temperatura de la fase liquida y vapor se encuentra en

equilibrio termodinámico y su valor es independiente de la cantidad de liquido y

vapor presentes mientras existan ambas.

Mecánica de fluidos; Robert, L. Mott. Sexta edición, 2006.

Presión parcial: de un gas en atmósfera, en una mezcla o solución; seria

aproximadamente la presión de dicho gas si se elimina repentinamente y sin que

hubiese variación de temperatura en todos los demás componentes de la mezcla o

solución. La presión parcial de un gas en una mezcla es una medida de la actividad

termodinámica de las moléculas de dicho gas, es proporcional a la temperatura y

concentración del mismo. Mecánica de los fluidos; Robert, L. Mott. Sexta edición,

2006.

Proceso Irreversible: Un proceso irreversible es aquel en que tras pasar del estado

inicial al estado final es imposible volver al estado inicial sin producir algún cambio

en el entorno.

Termodinámica de procesos fuera del equilibrio. Felipe Moreno M. en la página:

*http://macul.ciencias.uchile.cl/~gonzalo/cursos/termo_II-04/seminarios/alumnos/

FueraEquil_FMoreno04.pdf.

Reacciones Homogéneas : Cuando se afecta solamente una fase, ya sea gaseosa,

sólida, o líquida. Introducción a la termodinámica en ingeniería química Smitt y Van

Ness. Quinta edición 1996.

Sistema: es un conjunto ordenado de elementos interrelacionados que interactúan

entre si; estos conjuntos se denominan módulos.

www.ccong.org.co/bancoproyectos/glosario.php.

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68

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

3.1. Tipo de Investigación

Para Rodríguez et al (2003), citado por Finol et al (2006) “los proyectos

factibles constituyen propuestas para transformar una realidad, al cubrir una

necesidad o solucionar un problema, aportando el diseño o creación de un modelo”.

Por lo tanto, el presente trabajo de investigación se considera un proyecto de tipo

factible, ya que permitirá satisfacer la necesidad de la planta de amoniaco en cuanto

al control de temperatura del convertidor de baja D-2BT para así tener un proceso

más óptimo y económico.

3.2. Diseño de Investigación

Toda investigación para dar respuesta a los objetivos que persigue y las

inquietudes que se originan, debe desarrollar un diseño. El término diseño se refiere,

según Hernández et al (2003), al “plan o estrategia que se desarrolla para obtener la

información que se requiere en una investigación”. En este orden de ideas, Finol et

al (2006), define el diseño de campo como “los métodos a emplear cuando los datos

de interés se recogen en forma directa de la realidad”.

Es preciso señalar que, Sabino (1992), dice que los diseños de campo “son

los que se basan en informaciones o datos primarios, obtenidos directamente de la

realidad”. Posteriormente añade que, “los diseños de campo más frecuentes son: el

diseño experimental, el diseño post-facto, el diseño encuesta, el diseño panel y el

diseño de casos”. Por tal motivo, el tipo de diseño es de campo, ya que la

información se recolectará directamente en el campo de estudio, donde ocurren los

hechos.

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69

3.3. Técnicas E Instrumentos Para La Recolección De Información

Arias, (1997:95) define, técnica de recolección de datos como “los medios

materiales que se emplean para recoger y almacenar información, o las distintas

formas o maneras de obtener información. Por instrumento de recolección de datos

se tiene, que es cualquier recurso, dispositivo o formato (en papel o digital), que se

utiliza para obtener, registrar o almacenar información.

Según Bavaresco, Aura (1.997: 41), la documentación primaria es aquella que

contiene información no abreviada y en su forma original. Son todos los

conocimientos científicos o hechos e ideas estudiados bajo nuevos aspectos. Se

encuentra conformado para esta investigación, en la revisión de la documentación

existente proporcionada por PEQUIVEN, entre ellas se tiene el documento que

compone la ingeniería conceptual, donde se muestra la información necesaria para

desarrollar la siguiente fase del proyecto “Ingeniería Básica”, la cual es el objetivo

fundamental de este trabajo de investigación; también se revisarán las normas

establecidas por PEQUIVEN, PDVSA y otros organismos internacionales que son

criterios para estandarizar todos los diseños de ingeniería.

3.4. Fases De La Investigación

3.4.1. Fase 1: Analizar Las Condiciones Actuales De Operación Del Sistema De Conversión (D-2BT).

Inicialmente se realizo una comparación entre las variables de diseño y las

condiciones actuales de operación. La misma se llevo a cabo mediante la revisión de

los manuales de diseño y operación de la planta de amoniaco, Así como también las

diferentes entrevistas a los operadores y panelistas.

Según Arias, Fidias (2.006: 69), la observación directa es una técnica que

consiste en visualizar o captar mediante la vista, en forma sistemática, cualquier hecho,

fenómeno o situación que se produzca en la naturaleza o en la sociedad, en función de

unos objetivos de investigación preestablecidos.

Es participante según Fidias, Arias (2.006: 70), porque en este caso el

investigador pasa a formar parte de la comunidad o medio donde se desarrolla el

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70

estudio. Ahora bien, es estructurada, ya que además de realizarse en correspondencia

con unos objetivos, utiliza una guía diseñada previamente, en la que se especifican los

elementos que serán observados.

Los datos de operación actuales han sido tomados de la sala de control de

amoniaco y de los instrumentos ubicados en el campo. La tendencia de los valores

actuales a tenido un seguimiento de aproximadamente unos 45 días a través de los

reportes de contacto que se llevan diariamente entre los operadores y ingenieros de

procesos de esta planta.

3.4.2. Fase 2: Verificar Si Es Necesaria La Inyección De Condensado Para Que Se Lleve Acabo La Reacción De Conversión De CO a CO2.

Para determinar si es necesaria o no, la inyección de condensado en el D-3 para

que se lleve a cabo la reacción de conversión de monóxido a dióxido de carbono, fue

necesaria la revisión de las diversas literaturas tales como; libros, informes, trabajos de

grado, manuales, páginas digitales de Internet, entre otros. Los PDF y P&DT fueron de

gran importancia ya que a través de estos fue que se permitió calcular los distintos

balances de masa de este proceso, la cantidad de condensado necesaria para que se

lleve acabo la reacción también fue evaluada por medio de la reacción estequiometríca

del monóxido con el agua, teniendo en cuenta la relación de los componentes que

reaccionan hasta el punto mínimo o valor de diseño permitido en el monóxido.

3.4.3. Fase 3: Estudiar Las Distintas Alternativas De Reemplazo Del Control De Temperatura Del Convertidor (D-2BT)

Las distintas alternativas de reemplazo del tambor de enfriamiento súbito D-3,

fueron presentadas por el proponente de este Trabajo Especial de Grado a los distintos

Ingenieros, operadores, panelistas y asesores. Con los cuales se discutieron los

beneficios y perjuicios de cada una de las propuestas. De igual modo la evaluación de

estas a través de los distintos instrumentos y simuladores para elegir la que se mas

favorable al proceso.

Como herramienta para el desarrollo de este trabajo se empleo la observación,

documental o bibliográfica, criterios de ingeniería y mediciones en el campo. La

DERECHOS RESERVADOS


71

bibliografía comprende las normas TEMA, ANSI, PDVSA Manual de diseño de procesos

y fabricación de intercambiadores, Manual de ingeniería de diseño; Manual de

operaciones de la planta de amoniaco del Complejo Petroquímico Ana Maria Campos.

Normas COVENIN (Comisión Venezolana de Normas Industriales). Permitiendo la

obtención de información y criterios bases de diseño como presiones, temperaturas,

caudales, velocidades, longitud de tuberías, diámetro y dimensiones de los

intercambiadores para el control de temperatura y la especificación de material de las

tuberías y equipos como también las conexiones.

Otras bases de diseño, fueron tomadas directamente del campo como la

municipio Miranda, en los puertos de Altagracia, también los datos de la corriente que

se alimenta al convertidor de baja temperatura D-2BT a las condiciones de operación

actual de la planta lo que permite validar los cálculos realizados .temperatura ambiente,

las presiones; las cuales fueron tomadas de las condiciones del

3.4.4. Fase 4: Simulación De Las Distintas Opciones De Reemplazo Para El Sistema De Control De Temperatura; A Través De ASPEN PLUS y B-JACT.

Generalmente para realizar una simulación se deben seguir una serie de pasos,

los cuales ayudaran a conseguir la información necesaria que requiere el programa de

simulación para realizar los cálculos pertinentes.

En primera instancia se tomaron los datos necesarios que servirían de base para

la realización de esta fase. Estos datos fueron recopilados en los documentos llamados

Levantamiento en Campo en donde se muestran las características operacionales y

físicas del sistema a diseñar.

Para la simulación computarizada de las distintas alternativas de reemplazo al

sistema de control de temperatura se utilizaron los Simuladores ASPEN TECH y PRO II

aprobados por PEQUIVEN y PDVSA para desarrollar la evaluación de ingeniería en las

distintas alternativas de sustitución.

Los datos que requirió el simulador fueron: Características fisicoquímicas de las

distintas corrientes entre las que se iba a dar la transferencia de calor, gravedad

especifica del gas y el agua, densidad, capacidad calorífica datos operacionales

(presión, temperatura, caudal, velocidad) y por ultimo la longitud, diámetro, espesor y

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72

accesorios de los distintos equipos que se estaban evaluando en la simulación.

La validación de los simuladores se realizo a través de una corrida utilizando las

condiciones actuales reales para corroborar la efectividad de la herramienta a utilizar.

Finalmente, luego de haber obtenido los datos necesarios de operación en los

equipos, se procedió a la simulación de las distintas opciones de reemplazo para el

sistema de control de temperatura; a través de “ASPEN TECH“.

De manera consecutiva se procedió a establecer las características del

intercambiador de calor, por medio de una herramienta que esta soportado por el

simulador “Aspen Tech”; Aspen B-Jact es un modulo del paquete de aspen Tech que es

especifico para diseñar, simular y comprobar intercambiadores de tubo y carcasa,

regido por las normas TEMA, ASME, ANSI entre otros. Se Calculo la capacidad de los

intercambiadores requeridos a partir de las condiciones de operación establecidas. Los

intercambiadores de tubo y carcasa permiten dar solución a la inyección directa de

condensado al gas de proceso. Lo que evita que puedan entrar contaminantes en el

condensado hasta el lecho catalítico y producir su posible desactivación.

Con el uso de este tipo de equipos se le da una mayor confiabilidad al sistema y

por ende el alargamiento de la vida útil del catalizador.

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73

Figura 18: Simulador “Aspen Tech” Aplicación B-Jac. Opciones de aplicación

Fuente: Aspen Tech (2008).

Luego de establecer la función que realizara el intercambiador dentro del sistema

se procede a alimentar las condiciones de operación como se muestra a continuación,

tomando en consideración las condiciones que se tienen, y las que se desean calcular

para cada uno de los equipos.

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74

Figura 19: Simulador “Aspen Tech” Aplicación B-Jac. Datos operacionales.


Las composiciones de las corrientes entre las que se desea intercambiar calor,

se toman a través del banco de datos del simulador donde se tienen las propiedades

físicas y químicas de cada uno de los componentes.

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75

Figura 20: Simulador “Aspen Tech” Aplicación B-Jac. Composición de las corrientes


El simulador emite una hoja de resultados llamada hoja tema, donde van

expresadas todas las condiciones de operación importante, así como también parte de

la estructura mecánica del equipo.

DERECHOS RESERVADOS


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Figura 21: Simulador “Aspen Tech” Aplicación B-Jac. Resultados.


De igual manera se emite un plano mecánico del equipo para su construcción, y

a modo de dar una referencia grafica de lo que se tiene o se quiere. En este plano se

indican la longitud, diámetro, espesor así como el arreglo que contienen los tubos de

dicho intercambiador.

DERECHOS RESERVADOS


77





Luego de haber obtenido la data necesaria para cada una de las alternativas

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78

presentadas, se estableció el diagrama de flujo del sistema de recuperación de calor

con la finalidad de realizar los distintos balances y obtener las condiciones de operación

mas favorables al proceso; con las condiciones de operación ya establecidas se

procedió a simular cada uno de los equipos que están en el sistema, para de esta

manera replicar las características especificas de cada equipo. Seguidamente, se

realizaron los planos de detalle de los equipos donde se presenta la estructura real de

cada equipo y la forma en la que van interconectados, es una visión lo mas parecida a

la realidad.

Finalmente, luego de haber obtenido los datos necesarios y la posición de los

equipos se procedió a la simulación del sistema, a través de “ASPEN PLUS “. Dicha

simulación se realizo con el método termodinámico de PENG-ROB por que es la única

ecuación de estado puede describir con precisión tanto la fase de líquido como la de

vapor, de igual forma esta ecuación fue comprobada en simulaciones anteriores como

pudo ser evidenciada en los antecedentes.

La primera fase de la simulación comprende el diseño del diagrama flujo del

proceso a evaluar, donde se seleccionan cada uno de los equipos con los que se puede

representar las distintas alternativas y interconectándolas a través de las corrientes

respectivas, los equipos son tomados de la barra inferior que aparece en el simulador

donde se encuentran ubicados por categorías

DERECHOS RESERVADOS


79

Figura 24: Simulador “Aspen Plus” Diagrama de proceso de los equipos


Una vez conectados todos los equipos que representan el proceso, se procedió a

Introducir los valores y composiciones de cada corriente y las especificaciones para

cada equipo de la información tomada en el campo y recogida de los manuales de

operación.

DERECHOS RESERVADOS


80

Figura 25: Simulador “Aspen Plus” Datos de las corrientes de alimentación


Figura 26: Simulador “Aspen Plus” Especificación de los equipos


DERECHOS RESERVADOS


81

Luego de haber introducido todos los datos requeridos de presión, composición,

temperatura, geometría, termodinámica, etc. Se procede a realizar la corrida el por el

simulador donde cada equipo arroja los resultados de las condiciones a las cuales se

encuentra cada tramo de la simulación.

Figura 27: Simulador “Aspen Plus” Resultados de la corrida.


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82

3.6. Metodología

Fases. Metodología y Herramientas.

Fase 1: Analizar las condiciones actuales de

operación del sistema de conversión (D-2BT).

Revisión Bibliográfica. Levantamiento en campo. Entrevista a los Ingenieros, panelistas y

operadores. Cálculos manuales.

Fase 2: Verificar si es necesaria la inyección

de condensado para que se lleve acabo la

reacción de conversión de CO a CO2.

Revisión de la bibliografía. Estequiometría de la reacción. Revisión de los PDF y P&DT. Cálculos manuales. Convertidores de unidades. Steamtab.

Fase 3: Estudiar las distintas alternativas de

reemplazo del control de temperatura del

convertidor (D-2BT).

Revisión de la bibliografía. Levantamiento en campo. Entrevista a los Ingenieros, panelistas y

operadores. Criterios de Diseño. Consultas a través de Internet.

Revisión de procesos similares en otros complejos.

Fase 4: Simulación de las distintas alternativas

de reemplazo para el sistema de control de

temperatura.

Revisión de la bibliografía.

Consultas a través de Internet.

Evaluación de los planos mecánicos y data sheet de los equipos.

Levantamiento en campo.

Modelo termodinámico de PENG-ROB.

Simulador Aspen Plus Use Interface.

Simulador Aspen B-JAC Design System.

Tabla # 7: cuadro metodológico. Fuente: N. Sánchez 2008

DERECHOS RESERVADOS

CCCaaapppííí tttuuulllooo IIIVVV AAAnnnááálll iiisss iiisss dddeee RRReeesssuuulll tttaaadddooosss

84

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS DE RESULTADOS

A continuación se presentarán los resultados obtenidos en el presente trabajo,

los cuales se mostrarán acorde a las fases de investigación definidas previamente:

4.1. Fase 1: Análisis De Las Condiciones Actuales De Operación Del Sistema De Conversión De Baja Temperatura (D-2BT).

Inicialmente se realizó una comparación entre las variables de diseño y las

condiciones actuales de operación. La misma se llevo a cabo mediante la revisión de

los manuales de diseño y operación de la Planta de Amoniaco, así como también

las diferentes entrevistas a los operadores y panelistas.

Los datos de operación actuales han sido tomados de la sala de control de la

Planta de Amoniaco y de los instrumentos ubicados en el campo. Los valores

actuales tuvieron un seguimiento de aproximadamente unos 45 días a través de los

reportes de contacto que se llevan diariamente entre los operadores e ingenieros de

procesos de esta planta. Dichas comparaciones se muestran a continuación en la

tabla # 8, donde se evaluaron las variables más criticas y de mayor importancia en el

proceso.

Entrada al convertidor de baja temperatura D-2BT

Variables Diseño Actual

Temperatura (°C) 220 (229,215)

Presión (psig) 411 410

Relación Vapor/Gas (O,90-0,96) -

Flujo (Lbs/hr) 379845 -

Actividad del catalizador 2 (años) -

Tabla # 8: Comparación entre las variables actuales y de diseño.

Fuente: N Sánchez 2008.

Actualmente en el convertidor de baja solo se le lleva un seguimiento continuo

a las variables de Presión y Temperatura mediante los instrumentos que se

encuentran ubicados en la sala de control y el campo, ya que para las de más

DERECHOS RESERVADOS


85

variables no hay instrumentos instalados. La composición de las corrientes son

chequeadas semanalmente en un análisis de laboratorio completo que se le efectúa

a los equipos principales. La relación Vapor/Gas se controla de forma manual a la

entrada del reformador primario H-1A/B manteniendo en este punto una relación de

4-1. Con lo que se presume, que es ideal para todo el proceso aguas abajo, Aunque

por medio de la presente ecuación se puede calcular la relación existente en el D-

2BT.

110*)(2

2BT)-D salida %CO - 2AT-D salida (%COV/G Rel −°−Δ

=CBTTD

1234.3110*)215.22975.233(

0.12)-(1.99V/G Rel =−−

=

La vida real del catalizador anterior es indeterminada, debido a que antes de

su reemplazo hubo muchos problemas en la planta con el suministro de gas. Dicho

catalizador no alcanzo la vida útil indicada por el fabricante.

El catalizador anterior fue cargado en diciembre del 2005, para la

rehabilitación de la planta de amoniaco después del paro petrolero.

Una de las cosas que ocasiona mayor daño a los equipos y catalizadores son

las paradas inesperadas de planta y el tiempo que éstas puedan durar fuera de

servicio, esto es debido a que los equipos se enfrían al igual que la corriente de

gases, lo que produce que el vapor de agua condense y humedezca el catalizador

produciéndole un gran daño y disminuyendo su nivel de conversión.

4.2. Fase 2: Verificar Si Es Necesaria La Inyección De Agua Para Que Se Origine La Reacción De Conversión De CO a CO2.

En esta fase es necesario determinar si el vapor que se encuentra presente

en la corriente de gas proveniente de los intercambiadores de calor E-25 es

suficiente para que se lleve a cabo la reacción de conversión del monóxido a dióxido

de carbono. La revisión de las diversas literaturas tales como; libros, informes,

trabajos de grado, manuales, páginas digitales de Internet, entre otros. Estas

consultas fueron necesarias para el logro de dicho objetivo, así como también los

DERECHOS RESERVADOS


86

PDF y P&DT que fueron de gran importancia ya que a través de estos fue que se

permitió calcular los distintos balances de masa en dicho proceso.

La cantidad de condensado necesaria para que se lleve acabo la reacción

también fue calculada por medio de la reacción estequiometríca del monóxido con el

agua como se muestra a continuación, teniendo en cuenta para esto la relación de

los componentes presente en ella, y considerando los principios del reactivó limitante

y reactivo en exceso. El balance de las corrientes involucradas se puedo realizar

mediante el plano N° 736-17-IG-101 llamado “DIAGRAMA DE FLUJO

GENERACION DE GAS DE SINTESIS PARA 900 TM/D DE AMONIACO”

CO + H2O CO2 + H2

Si la relación es mol a mol 1:1 en el D-2BT.

Figura 28: Esquema del convertidor D-2BT y tambor de enfriamiento subito D-3

Fuente: N. Sanchez 2008.

Componentes Corriente 11 (Nm3/hr)

corriente 12 (Nm3/hr)

Formado (Nm3/hr)

Desaparece (Nm3/hr)

H2 83970 83970 2853 0

CO 3090 244 0 2846

CO2 22216 25084 2868 0

H2O 106114,96 103188 0 2926,96

CH4 397 397 0 0

N2 28029 28030 1 0

Tabla # 9: Balance volumétrico de las corrientes de entrada y salida al D-2BT y D-3.

Fuente: N. Sánchez 2008.

DERECHOS RESERVADOS


87

1 Nm3 0,045 Kmol

2853 Nm3 X= 127,28 Kmol

Componentes Nm3/hr Kmol/hr

H2 2853 127,28

CO 2846 126,97

CO2 2868 127,95

H2O 2926,96 130,59

CH4 0 0

N2 1 0,045

Tabla # 10: Balance de la conversión del flujo volumétrica a molar.


Flujo molar(kol/hr) PM (Kg/Kmol) Flujo masico (Kg/hr)

127,28 2 254,57

126,97 28 3555,26

127,95 44 5630,025

130,58 18 2350,54

0 16 0

0,045 28 1,25

Tabla # 11: Balance de la conversión del flujo molar a masico.


El vapor de agua presente en la corriente 11 es producto de la sumatoria de la

corriente 87 que es la inyección de condensado al D-3 y el vapor de agua que se

encuentra en la corriente 10 “gas de proceso” a la salida de los E-25 es de 78309

Nm3/hr (62886,19 Kg/hr).

1Kmol de CO 1Kmol de H2O

126,97Kmol de CO X= 126,97kmol de H2O

DERECHOS RESERVADOS


88

Si reaccionan 126,97Kmol/hr de CO que equivalen a 3555,26 Kg/hr con

126,97kmol/hr de H2O equivalentes a 2285,53 Kg/hr. Se puede concluir que la

cantidad de agua presente en la corriente 10 es suficiente para que se lleve acabo la

reacción. Ya que en esta la cantidad de agua disponible es de 62886,19 Kg/hr por lo

que no se hace necesaria la inyección de condensado en el D-3 al menos para que

se lleve a cabo la reacción de conversión.

Verificando el balance de masa donde: Forma = Desaparece

254.56 + 5630.02 + 1.25 = 3555.26 + 2350.54

5905.80 Kg/hr - 5885.84 Kg/hr = 19.46 Kg/hr

Considerándose que existen trazas de otros componentes como C2H6, C3H8,

Ar, que son omitidos en el PDF plano N° 736-17-IG-101 llamado “DIAGRAMA DE

FLUJO GENERACION DE GAS DE SINTESIS PARA 900 TM/D DE AMONIACO” se

pudo concluir que el balance de masa cierra y que la pequeña diferencia de 19.46

Kg/hr es atribuida a ellos y otros inertes.

4.3. Fase 3: Estudiar Las Alternativas De Sustitución Del Sistema De Control De Temperatura Del Convertidor (D-2BT).

Las distintas alternativas de reemplazo del tambor de enfriamiento súbito D-3,

fueron presentadas por el proponente de este Trabajo Especial de Grado al personal

técnico de la planta, con los cuales se discutieron los beneficios y perjuicios de cada

una de las propuestas. De igual modo fue discutida la metodología de evaluación a

través de los distintos instrumentos y simuladores para elegir la mas favorable al

proceso.

Las distintas alternativas de sustitución se muestran en una forma

esquemática, acompañada cada una de ellas con su respectiva explicación y

proceder.

OPCIÓN # 1:

Con la puesta en marcha de esta alternativa se lograría disminuir la

temperatura a la corriente de gas que sale de los intercambiadores E-25 a unos

DERECHOS RESERVADOS


89

388°C hasta alcanzar los 220 °C valor requerido a la entrada del convertidor de baja

temperatura D-2BT, este diferencial de temperatura se puede alcanzar utilizando el

intercambiador de tubo y carcaza (E-2), en el que la transferencia de calor se llevaría

a cabo con el sistema de agua de enfriamiento proveniente de la torre de servicios

de Fertilizantes. El (E-2) es un equipo que se encuentra disponible en la Planta de

Amoniaco B, el flujo del agua para enfriar la corriente gas en el intercambiador

pasaría a través de los tubos a una tasa aproximada de unos 880 m3/hr.

Figura 29: Esquema de la propuesta # 1, utilizando la torre de enfriamiento y el

intercambiador E-2 de la Planta de Amoniaco B.


OPCIÓN # 2:



388°C hasta alcanzar los 220°C, valor requerido a la entrada del convertidor de baja

temperatura D-2BT, este diferencial de temperatura se puede alcanzar utilizando

una caldera de calor residual en la que se podrían producir alrededor de unas

42TMH de vapor saturado de 500 psig. En donde el agua de alimentación a está,

provendría del tanque de almacenamiento de condensado D-215 la cual sera

impulsada al sistema por una bomba con una tasa de flujo de unos 220GPM

aproximadamente y donde se usaría la caldera WHE-1 de la planta de Amoniaco B.

D-2AT

D-2BT

E-25A-B

12

3

BOMBA

7

8

B2

4Nuevo

intercambiador

Torre de enfriamiento

DERECHOS RESERVADOS


90

Figura 30: Esquema de la propuesta # 2, utilizando la caldera WHE-1 de la Planta

de Amoniaco B para producir vapor de 500psi.


OPCIÓN # 3:



388°C hasta alcanzar los 220 °C valor requerido a la entrada del convertidor de baja

temperatura D-2BT, este diferencial de temperatura se puede alcanzar utilizando la

corriente gas natural de alimentación al horno H5 con la finalidad de enfriar la

corriente de entrada al D-2BT hasta su punto optimo de reacción y simultáneamente

precalentar la corriente de entrada al horno con lo que se podría disminuir

considerablemente el consumo de gas combustible. Viéndose esto reflejado en una

disminución de los costos de producción, utilizando el intercambiador de calor E-2 de

la planta de Amoniaco B.

Para la siguiente propuesta se realizaron todos los cálculos respectivos,

dando como resultado una temperatura optima de (220 °C) a la entrada del

convertidor D-2BT y una temperatura bastante ideal para la alimentación del horno

H5. Pero teniendo esto como consecuencia una mayor demanda de gas a la

alimentación, ya que el gas actual de alimentación al horno no es suficiente para

lograr el intercambio de temperatura entre las dos corrientes. Por lo que podría

quedar como una propuesta a futuro en una posible ampliación de la carga de

producción.

D-2AT

D-2BT

E-25A-B

B4

1 2

3

CALDERA

6

BOMBA

7

8

D-215

Vapor 500 psi Tanque de

condensado

DERECHOS RESERVADOS


91

Figura 31: Esquema de la propuesta # 3, utilizando la corriente de gas natural y el

intercambiador E-2 de la Planta de Amoniaco B y asi ahorrar gas combustible en el

horno H-5.


4.4. Fase 4: Simular Las Diferentes Alternativas De Reemplazo Con El Fin De Proponer La Más Favorable Al Proceso De Conversión.

Generalmente para realizar una simulación se deben seguir una serie de

pasos, los cuales ayudaran a conseguir la información necesaria que requiere el

programa de simulación para realizar los cálculos pertinentes.

OPCIÓN # 1:

La alternativa # 1 fue evaluada a través de esta herramienta debido a que es

una de las que puede describir e imitar el comportamiento de estos equipos en la

realidad. Los resultados de la alternativa # 1 se presentan de forma tal como lo emite

la hoja de resultados del simulador Aspen B-Jact.

D-2AT

D-2BT

E-25A-B

12

3

7

E-2

H-5

5

6

B8

B98

HidrodesulfuraciónVapor

Gas

H2 de conversión

DERECHOS RESERVADOS


92

Figura 32: Simulador “Aspen Tech” Aplicación B-Jact. Resultados de la alternativa

# 1 para intercambiar con agua de enfriamiento de la torre.

Fuente: Aspen Tech (2008)

DERECHOS RESERVADOS


93

Figura 33: Simulador “Aspen Tech” Aplicación B-Jact. Planos mecánicos del

intercambiador de calor E-2 para la alternativa # 1.


Análisis de los resultados:

El equipo necesario para la puesta en marcha de esta opción se encuentra

disponible en la Planta de Amoniaco B, la descarga de esta propuesta permite que

se alcance la temperatura de 220 °C y una presión de 420psi, la disposición de agua

de enfriamiento se encuentra garantiza desde la torre de enfriamiento de

fertilizantes, por otro lado, la velocidad espacial de los fluidos, la caída de presión y

demás variables se encuentran dentro de los limites deseados por lo que se

recomienda desde el punto de vista técnico la implementación de esta propuesta.

OPCIÓN # 2:

La alternativa # 2 fue evaluada por medio del simulador Aspen Plus,

basándose simultáneamente en las aplicaciones del Aspen B-jact. Ya que se debía

describir la geometría del equipo que se deseaba evaluar, como en esta oportunidad

se deseaba calcular la capacidad de la caldera WHE-1 de la Planta de Amoniaco “B”

que se encuentra actualmente fuera de servicio, con el fin de lograr disminuirle la

temperatura a la corriente del gas de proceso que entra al convertidor de baja

DERECHOS RESERVADOS


94

temperatura D-2BT y paralelamente generar vapor saturado de 500 psi, el cual

podría ayudar a disminuir los costos de producción del amoniaco y la urea.

Los resultados de la alternativa # 2 se muestran de forma tal como es

generado por el simulador Aspen Plus.

Figura 34: Simulador “Aspen Plus” diagrama de flujo simulación de la alternativa # 2

para intercambiar calor a través de una caldera


DERECHOS RESERVADOS


95

Tabla # 12: Tabla de resultados emitida por el simulador Aspen Plus para la

alternativa # 2 de intercambiar calor a través de una caldera.





se alcance la temperatura de 220°C y una presión de 420psi, la disposición del

condensado para enfriar la corriente y producir de vapor de 500psig se encuentra

garantizada desde el tanque D-215. La temperatura y presión de descarga del vapor

lo ubican dentro del rango de vapor saturado el cual tiene una basta aplicación y

DERECHOS RESERVADOS


96

puede ser introducida a la red de vapor de la planta. Este es descargado a unos

243°C aproximadamente y a unas 515psig.

La velocidad espacial de los fluidos, la caída de presión y demás variables se

encuentran dentro de los límites deseados por lo que se recomienda desde el punto

de vista técnico la implementación de esta propuesta.

OPCIÓN # 3:

Los resultados de la propuesta # 3 también fueron obtenidos a través del

simludor Aspen Tech en su aplicación Aspen B-jact. Ya que esta se calculo con un

equipo existente en la planta de Amoniaco “B” al cual se le debía especificar su

geometría con la finalidad de obtener las condiciones de operación de las corrientes

que salen.

Aun que la propuesta # 3, no es viable con las condiciones actuales de

operación de la planta, se muestran los resultados de forma tal como los presenta el

simulador Aspen B-jact. Los resultados indican las condiciones necesarias a las cual

podría ser viable dicha propuesta.

DERECHOS RESERVADOS


97

Figura 35: Simulador “Aspen Tech” Aplicación B-Jac. Resultados de la alternativa

# 3 para intercambiar calor con la corriente de gas natural.


DERECHOS RESERVADOS


98

Figura 36: Simulador “Aspen Tech” Aplicación B-Jac. Planos mecánicos del

intercambiador de calor E-2 para la alternativa # 3.





se alcance la temperatura de 220°C y una presión de 420psi, para la puesta en

marcha de esta propuesta se requiere de una tasa de flujo de unos 170500lb/h a una

temperatura promedio de 45°C y una presión de 520psi, por lo que actualmente no

puede ser implementada debido a que el flujo disponible de gas es de unas

50000lb/h con lo que no es suficiente actualmente.

Las demás variables se encuentran dentro de los valores permisibles por lo

que se recomienda una evaluación mas detallada de esta propuesta con las

condiciones especificadas en una futura ampliación de la capacidad de producción.

DERECHOS RESERVADOS


99

Evaluación de selección:

Para seleccionar la opción mas favorable al proceso, se recurrió a una tabla

donde se colocan de manifiesto las ventajas y desventajas de cada una de las

propuestas a evaluar en la tabla # 13.

Opción Ventajas Desventajas

Intercambio de calor entre la

corriente de gas proveniente

de los intercambiadores E-25 y

el sistema de agua de

enfriamiento de la torre.

• El equipo ya existe en planta.

• Bajos costo de instalación.

• Requerimientos de servicios

disponibles.

• Cumple con los requerimientos de la

temperatura de diseño.

• Ayudara a aumentar la vida útil del

catalizador.

• En caso de ruptura de algún tubo no

afectaría al catalizador.

• Riesgos mínimos a las instalaciones.

• Riesgos mínimos al personal.

• No requiere equipos auxiliares.

• No requiere personal adicional para

su operación.

• No requiere de una capacitación

adicional para su operación.

• Altas cargas térmicas

a la torre.

• Costo operacionales

asociados.

• Tiene una resistencia

al ensuciamiento

mucho menor que el

de la propuesta #2

DERECHOS RESERVADOS


100



de los intercambiadores E-25,

con una caldera de calor

residual en la que se podrían

producir vapor saturado de

500 psi.


• Aporta 42 TM/hr de vapor saturado

de 500 psi.

• Requerimientos de servicios

disponibles.

• Los costos de operación son

menores que los de la alternativa # 1

partiendo del tratamiento al

condensado del D-215.




catalizador.


su operación.



• Altos costo de

instalación con

respecto a la

alternativa # 1.

• costos de

mantenimiento.

• En caso de ruptura de

algún tubo podría

afectar al catalizador.

• Presenta riesgos

considerables desde el

punto de vista SHA

por las altas presiones

que maneja.

• Requiere equipos

auxiliares.

• Costo operacionales

asociados.



de los intercambiadores E-25 y

la corriente gas natural de

alimentación al horno H5.


• No genera costos operacionales.

• Podría ayudar a disminuir los costo

de producción del amoniaco

generando a la planta un ahorro de

1,5MMCFD aproximadamente.




catalizador.

• No requiere equipos auxiliares.


su operación.



• Actualmente no es

viable esta alternativa.

• Los requerimientos de

operación no están

disponibles

actualmente.

• En caso de ruptura de

algún tubo podría

afectar al catalizador.

• Presenta riesgos

considerables desde el

punto de vista SHA

por las altas presiones

que maneja.

Tabla # 13: Ventajas y desventajas de las distintas opciones de sustisión al tambor

de enfriamiento súbito D-3.


DERECHOS RESERVADOS


101


Despues de observar las comparaciones que se presentanen la tabla # 13

entre las ventajas y desventajas de las distintas opciones se puede manifestar una

clara diferencia entre las alternativas 1 y 2, viendose la numero 1 con un mayor

numero de ventajas lo que le da una alta factivilidad a su implementacion sobre las

demas.

Matriz de selección de tecnologias:

Otras de las herramientas utilizadas para elegir la mejor propuesta entre las

presentadas en este trabajo de investigación, fue el uso de una matriz de

evaluación, donde se tomaron en consideración una serie de criterios de diseño y

operación como lo son, costo de inversión, requerimientos de servicios y costos

operacionales, continuidad y confiabilidad del sistema entre otros. A cada uno de los

criterios evaluados se le asigno un valor en una escala de 1 al 4 donde el 4

representa una alta importancia mientras que el 1 indica que no tiene ninguna

importancia.

La evaluación de las distintas alternativas se realizo de un modo muy similar,

donde se usó una escala del 1al 4, siendo el 4 excelente y brindándole a la opción el

mayor número de puntos, mientras que el número 1 la clasificaba como suficiente.

La opción ganadora cera aquella que posea mayor número de puntos en la

sumatoria total.

Se incluye el instructivo de cómo funciona y deben suministrarse los datos a

la matriz de evaluación para una mejor comprensión.

DERECHOS RESERVADOS


102

MATRIZ DE EVALUACIÓN DE OPCIONES INSTRUCTIVO Generales 1.- El área sombreada no puede ser modificada 2.- Esta hoja de cálculo está hecha para manejar una matriz con un máximo de ocho (08) criterios y cinco (05) opciones. Criterios de evaluación

Los criterios de evaluación son los soportes de las opciones a evaluar, por lo que sirven para seleccionar la alternativa más apropiada a los intereses de la corporación. 1.- Se deben seleccionar los criterios que apliquen al proyecto y vaciarlos en la matriz.

2.- Cada criterio se asociará a la letra correspondiente, es decir, el que corresponde a la fila A, será el criterio A, el de la fila B será el criterio B y así sucesivamente.

3.- Cada criterio se ponderará por comparación con los otros, seleccionando el grado de importancia relativa, el cual será tomado de la tabla "Grados de importancia", y colocado en la casilla correspondiente. A continuación se ilustra lo indicado:

4.- Una vez realizadas y vaciadas en la matriz todas las comparaciones, la tabla procederá a realizar automáticamente los cálculos.

5.- Los resultados de la ponderación se linealizan, es decir, se convierten en puntos de una recta donde el valor 1 representa el mínimo y 10 el máximo del eje de las abscisas. 6.- Los valores máximo y mínimo pueden ser cambiados a criterio del evaluador. Opciones estratégicas evaluadas 1. En la parte inferior de la matriz deben colocarse las opciones a ser evaluadas 2. Cada opción debe compararse con cada criterio. Por ejemplo, la opción 1 puede ser no apropiada para el criterio A, se coloca 1 en la casilla correspondiente y así se compara cada opción con cada criterio.

3.- Una vez finalizada esta comparación la hoja multiplica el valor de cada columna por los pesos y totaliza el resultado en la columna "TOTAL". 4.- La mejor opción es aquella que obtenga mayor puntuación.

Figura 37: Instructivo para el uso de la matriz de evaluación de tecnologías.

Fuente: N. Sánchez (2008)

Grados de Importancia

4 Alta 3 Media

2 Baja 1 Ninguna

MATRIZ DE EVALUACION DE OPCIONES

RESULTADO DE PONDERACION

OPCIONES: 1 SUFICIENTE 2 BUENO 3 EXCELENTE

PROYECTO: RESPONSABLE:

2

MATRIZ DE OPCIONES

PESO 1 AL 10

1

3

4

5

CRITERIOS DE EVALUACION

C.

F

A.

B.

D.

E.

G F E D C B A

Ubicación de resultado de

comparación A con B. 3A

DERECHOS RESERVADOS


103

84,00PESO 1 AL 100 TOTAL

361

250

340

0OPCIONES: 1SUFICIENTE 2 BUENO 3 MUY BUENO 4 EXCELENTE

B

MATRIZ EVALUACION DE TECNOLOGÍAS PROYECTO DE REMPLAZO DEL D-3

PROYECTO: REMPLAZO DEL TAMBOR D-3 RESPONSABLE: NEOMAR SANCHEZ

CRITERIOS DE EVALUACIONGRADOS DE IMPORTANCIA

A OBTENCION DE TEMPERATURA A LA ENTREDA DEL D-2BT

4 Alto 3 Mediano2 Bajo 1 Ninguno

REQUERIMIENTO DE SERVICIOS / COSTOS OPERACIONALES 4A

4A

4CC CONTINUIDAD Y CONFIBIALIDAD DEL SISTEMA 4B 4A

4BD FLEXIBILIDAD OPERACIONAL 4A

4C 4B

4A

4E

4C 4B3D

E COSTO DE INVERSIÓN 3D 4C3D

G APORTES AL PROCESO

H

3FSEGURIDAD 4EF

H G F E D C B A

0

MATRIZ DE OPCIONES RESULTADO DE LA PONDERACION

1 INTERCANBIADOR DE CALOR CON AGUA DE LA TORRE 0

2 INTERCAMBIO DE CALOR UTILIZANDO UNA CALDERA PARA PRODUCIR VAPOR SATURADO DE

3 INTERCAMBIO DE CALOR CON LA CORRIENTE DE GAS NATURAL DE ALIMENTACION AL H5

1 45 14

194

14

71 1144 4 3

14

419

332332

238357 114

4124495

1144

4A

4B

4G

244 3 80,00

384

76434

9 16 20

0

4,76 3,57 9,52

2192

19

10,71 19,05 23,81 28,57

4 00 0 0 0 0 0 0

Figura 38: Matriz de evaluación de tecnologías para las distintas alternativas de

sustitución del tambor D-3.

Fuente: N. Sánchez (2008).


Después de tomar en cuenta los criterios técnicos y económicos de

evaluación mas importante para las distintas propuestas y actuando de forma tal

como lo expresa la matriz antes comentada, se puede evidenciar que la propuesta

numero 1 es la que predomina sobre el resto, por lo que se recomienda esta como la

propuesta a implementar. Aun cuando las demás tienen su fortaleza en aportes

adicionales al proceso, que se verían reflejados directamente en una mayor

eficiencia de la planta.

DERECHOS RESERVADOS

CCCooonnncccllluuusssiiiooonnneeesss

105

Conclusiones

Después de haber evaluado las distintas opciones de sustitución del

sistema de control de temperatura del convertidor D-2BT se puede concluir en

lo siguiente:

• Las condiciones actuales de operación de la planta se encuentran dentro

del rango de diseño, la presión que se registra normalmente es de

410psig, mientras que la temperatura si mantiene una constante variación

entre 215 y 229°C siendo 220°C la de diseño. el flujo de gas con el cual se

llevan a cabo las mediciones se realiza con los 2 trenes al 100% a unas

380000lb/h.

• La relación actual de vapor gas en el convertidor se encuentra en 3,13

muy por encima de la que sugiere el diseño que son 0,96.

• La propuesta # 1 es la que cuenta con mayor grado de aprobación para su

implementación, por lo que se concluye que es la opción de remplazo al

tambor de enfriamiento súbito D-3.

• Las paradas inesperadas de planta y el tiempo que estas puedan durar

causa gran impacto en los equipos y catalizadores.

• La vida útil del catalizador y el porcentaje de conversión se podrían estar

viendo disminuido en un 20 0 30% debido a las recurrentes paradas de

planta y al exceso de agua que se le inyecta. (información obtenida de los

informes técnicos elaborados por el personal de SUD-CHEMY).

• También se puede concluir que la cantidad de agua presente en la

corriente que proviene de la etapa de reformación es suficiente para

culminar la reacción de CO a CO2 en el convertidor de baja temperatura

D-2BT.

• La inyección de condensado no se hace necesaria en el D-3 al menos

para que se lleve acabo la reacción de conversión.

DERECHOS RESERVADOS

CCCooonnncccllluuusssiiiooonnneeesss

106

• La evaluación de las distintas alternativas hace concluir que pueden

actualmente cumplir con los requerimientos que necesita el proceso de

presión, flujo y temperatura en la etapa de conversión.

• Al aplicar cualquiera de las alternativas la capacidad productiva de La

Planta seria aumentada, lo que aumentaría la rentabilidad económica de

la empresa que a su vez se transforma en una mayor producción de

fertilizantes para sustentar los sectores agrícolas del país que en estos

últimos años se han visto en continuo crecimiento. Sin embargo, cabe

destacar que esta producción adicional de amoníaco solo seria posible si

el suministro de gas de proceso es enviado al Complejo de manera

constante y en una forma confiable por parte de las Plantas de

Fraccionamiento de gas.

• Una mayor conversión de CO a CO2 generaría una serie de beneficios

económicos a la planta. Ya que una mayor cantidad de CO2 podría dar

lugar a una mayor producción de urea y a aumentar los niveles de

comercialización con Praxair.

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Recomendaciones

Después de realizar todas las evaluaciones técnicas que el proyecto

necesita, se puede proceder a emitir las siguientes recomendaciones en pro de la

ejecución y solución de los problemas.

Para la Empresa:

• Ejecutar la opción # 1 con el intercambiador de tubo y carcasa E-2 de La

Planta de Amoniaco B y el sistema de agua de enfriamiento de la torre de

servicios de fertilizante.

• Realizar la evaluación respectiva a los distintos equipos que se

recomiendan en cada una de las propuestas, con el fin de verificar si se

encuentran en condiciones óptimas o no y pueden ser rehabilitados.

• En caso de que los equipos que se encuentran existentes en la planta no

superen las evaluaciones técnicas, que les permitan ser rehabilitados, se

sugiere la compra de equipos nuevos, teniendo como referencia la

información técnica que se incluye en este trabajo para cada una de las

opciones.

• Realizar un estudio de ingeniería de detalle a las diferentes alternativas con

el fin de seleccionar cual es la más viable y rentable desde el punto de vista

técnico y económico, para así tener de una forma mas acertada la mejor

opción para el proceso.

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• Implementar la mejor propuesta después de hacer la evaluación más

exhaustiva, con el fin de corregir el problema existente y aumentar la

eficacia y eficiencia de la planta.

• Considerar la propuesta # 3, los proyectos de ampliación de la capacidad

de la planta con la finalidad de hacer cada día más eficaz la producción de

fertilizantes.

• Realizar inspecciones y correcciones en diferentes áreas de la planta

debido a que hay condiciones inseguras (como rejillas desajustadas,

hundidas, levantadas, etc.), las cuales pueden afectar la seguridad del

personal y pueden generar un accidente de trabajo.

Para la Universidad:

• Incorporar en el Pensum de estudio una materia de Ingles Técnico debido a

la gran cantidad de información que se encuentra en este idioma.

• Debido a la frecuente necesidad de simular sistemas de tuberías, equipos,

tanques, calderas etc. Para las distintas fases y distintos compuestos como

hidrocarburos, líquidos y gases, se recomienda a la Universidad Rafael

Urdaneta que en el programa de la materia “Técnicas de Simulación” de la

Escuela de Ingeniería Química, se incluya el manejo de los simuladores

Aspen Tech, Pipephase y Hysys en las versionas más actuales.

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