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  • UUU NNN III VVV EEE RRR SSS III DDD AAA DDD DDD EEE CCC AAA RRR AAA BBB OOO BBB OOO

    FFF AAA CCC UUU LLL TTT AAA DDD DDD EEE III NNN GGG EEE NNN III EEE RRR AAA

    EEE SSS CCC UUU EEE LLL AAA DDD EEE III NNN GGG EEE NNN III EEE RRR AAA QQQ UUU MMM III CCC AAA

    DISEO DE UNA PLANTA PILOTO PARA LA ELABORACIN DE FERTILIZANTES, APARTIR DEL CIDO FOSFRICO

    PRODUCIDO POR TRIPOLIVEN, C.A.

    r

    TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE

    UU NIVERSIDAD DE CARABOBO PARA OPTAR AL TTULO DE

    TTRRAABBAAJJOO EESSPPEECCIIAALL DDEE GGRRAADDOO PPRREESSEENNTTAADDOO AANNTTEE LLAA IILLUUSSTTRREE UNNIIVVEERRSSIIDDAADD DDEE CCAARRAABBOOBBOO PPAARRAA OOPPTTAARR AALL TTTTUULLOO DDEE

    INGEE NIERO QUMICO IINNGGENNIIEERROO QQUUMMIICCOO

    AUTORES: TUTORES ACADMICOS: AAUUTTOORREESS:: TTUUTTOORREESS AACCAADDMMIICCOOSS::

    NANCY MEZONES ING. JUAN PORTILLO NNAANNCCYY MMEEZZOONNEESS IINNGG.. JJUUAANN PPOORRTTIILLLLOO

    JOS QQ UARTUCCIO ING. VICTOR GUANIPA JJOOSS QUUAARRTTUUCCCCIIOO IINNGG.. VVIICCTTOORR GGUUAANNIIPPAA

    TUTOR INDUU STRIAL TTUUTTOORR IINNDDUSSTTRRIIAALL

    III NG. ENRIQUE OROPEZA NNGG.. EENNRRIIQQUUEE OORROOPPEEZZAA

    VALENCIA, OCTUBRE DELL 2002 VVAALLEENNCCIIAA,, OOCCTTUUBBRREE DDEEL 22000022

    Este

    la

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  • base a un estudio tcnico econmico, la seleccin de la tecnologa que permita

    la obtencin del producto con la calidad y rentabilidad deseada. Se establece

    la capacidad de la planta piloto en funcin de un balance de masa; se disean

    los equipos, accesorios y sistemas involucrados en el proceso

    fundamentndose en las normas de diseo mecnico ASME. Por ltimo, se

    determinan los costos asociados a la adquisicin y funcionamiento de stos.

    Para exponer el orden de ideas de los anlisis desarrollados, se estructura esta

    investigacin en seis captulos. El primero de ellos presenta el planteamiento

    del problema y las justificaciones en las que se basa esta investigacin;

    tambin seala los objetivos a lograr, las limitaciones y alcances presentes. El

    captulo II, titulado Marco Referencial, introduce el rea en la cual se lleva a

    cabo esta investigacin y la descripcin detallada de las tecnologas

    estudiadas. En el captulo III, se muestra los principales conocimientos

    tericos que sustentan las bases de este trabajo. Posteriormente, se describe la

    metodologa empleada en el cumplimiento de cada uno de los objetivos

    planteados. En el captulo V, se realiza la seleccin de la tecnologa mediante

    el empleo de una matriz de decisin, la cual permite comparar, con base en

    unos criterios previamente establecidos y ponderados segn los requerimientos

    de la empresa, las distintas alternativas. Seguido al captulo anterior, se

    realiza el balance de masa, se aplican las normas y correlaciones respectivas

    para el establecimiento de la capacidad de la planta, el dimensionamiento de

    los equipos y sistemas involucrados en el proceso; as como tambin se

    determinan los costos asociados con la adquisicin y puesta en marcha de la

    planta piloto. Finalmente, se indican las conclusiones derivadas de este trabajo

    y las principales recomendaciones establecidas a la empresa. Conviene

    mencionar, que para completar la informacin suministrada en cada captulo se

    presenta la seccin de apndices.

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  • los proyectos deben implicar la mnima inversin y la mxima rentabilidad

    posible.

    Para la industria qumica las exigencias son mucho mayores, pues a nivel

    nacional el consumo de la mayora de los productos que en ellas se genera ha

    disminuido notablemente, por ello si se quiere mantener el nivel de ventas e

    intentar conservar o superar las ganancias, estas empresas deben incursionar

    en los mercados internacionales; sin embargo, estos exigen cumplir con ciertos

    estndares de calidad que se deben tener en consideracin.

    La presente investigacin tiene lugar en una industria qumica dirigida al

    sector de los productos fosfatados: Tripoliven C.A. (TPV), empresa del sector

    empresas mixtas de Morn estado Carabobo, la cual fue constituida en 1972

    con la participacin accionara en partes iguales de Petroqumica de Venezuela

    S.A., Valqumica C.A. y FMC Foret, e inici sus operaciones en 1977. Su

    principal producto es el tripolifosfato de sodio (TPF); el cual es vendido a

    granel y/o en polvo como base para la fabricacin de detergentes.

    El proceso productivo de la empresa est dividido en 2 plantas, tal como se

    muestra en la figura I.1; la planta de P2O5 encargada de la elaboracin de

    cido fosfrico de proceso hmedo a concentraciones de 28 y 54 % de P2O5 y

    la planta de TPF que emplea el cido al 28% como materia prima para la

    fabricacin del tripolifosfato de sodio.

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  • obsolescencia de los equipos que estn siendo subutilizados. Para contrarrestar

    estas prdidas la produccin de cido concentrado debe emplearse en otros

    usos, que generen una demanda tal que requiera colocar en funcionamiento

    continuo la seccin de concentracin.

    Las posibles aplicaciones de este cido son:

    El sector de los fosfatos para detergentes, cuya demanda se encuentra cubierta

    totalmente a nivel nacional y parcialmente a nivel internacional por TPV.

    El sector alimentos o farmacia, en los cuales se emplea cido de proceso seco

    y

    El sector fertilizantes

    TPV se ha enfocado a ste ltimo sector como la posibilidad de generar la

    demanda de cido concentrado que pondra en uso continuo esta seccin de la

    planta de P2O5; adicionalmente la incursin en este nuevo sector de los

    productos fosfatados, es una oportunidad que permite fortalecer el negocio

    mediante una expansin horizontal de la empresa.

    El mercado de los fertilizantes en el pas se encuentra monopolizado por la

    empresa del Estado, ya que los productos que sta ofrece al agro venezolano,

    poseen muy bajo costo gracias al subsidio que el mismo Estado mantiene sobre

    stos; en consecuencia, competir por el mercado nacional no es tarea fcil, ni

    ofrece rentabilidad. A nivel internacional, la empresa cuenta con un estudio de

    mercado para los fertilizantes fosfatados, el cual arroja la existencia de un

    mercado insatisfecho en Amrica Latina; en el se requiere especficamente de

    la produccin de fosfatos tanto mono (MAP) como diamnico (DAP) y de urea

    fosfato (UF) de alta calidad, lo cual se traduce en un muy bajo contenido de

    metales y otras impurezas.

    Los fosfatos de amonio son producidos por la reaccin de cido fosfrico con

    amoniaco anhidro: el fosfato monoamnico se obtiene por la reaccin de un

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  • I.1.1 SITUACIN ACTUAL

    TRIPOLIVEN, C.A., no dispone del diseo de una planta para elaborar

    fertilizantes fosfatados, MAP, DAP y UF especficamente, a nivel piloto

    empleando como materia prima el cido fosfrico que la empresa produce.

    Adems de ello no ha definido bajo que tecnologa y que condiciones son

    requeridas en la materia prima para elaborar los fertilizantes con la calidad y

    rendimiento deseados.

    Mientras no se posea la informacin en cuanto a la tecnologa, la materia

    prima y la planta piloto; no podrn cristalizarse los planes de ampliacin del

    mercado de la empresa, pues a partir de la planta piloto se evala el

    comportamiento de las variables en la nueva lnea de produccin, se mide la

    aceptacin del producto y pueden ser captados los clientes.

    I.1.2 SITUACIN DESEADA

    Disponer del diseo de una planta piloto para la elaboracin de fertilizantes de

    alta pureza: fosfato monoamnico (MAP), diamnico (DAP) y Urea fosfato a

    partir del cido fosfrico que TRIPOLIVEN, C.A produce. Para generar

    estrategias que permitan captar clientes y evaluar la rentabilidad de esta nueva

    lnea de produccin.

    Justificacin La disponibilidad del diseo de la planta piloto para producir MAP, DAP y

    Urea fosfato de alta pureza a partir del cido fosfrico que TRIPOLIVEN, CA

    elabora, le permitira a la empresa evaluar la rentabilidad que ofrece dicha

    lnea de produccin para lograr la diversificacin deseada y; en consecuencia,

    poder cristalizar los planes de ampliarse horizontalmente en el mercado de los

    productos fosfatados.

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  • I.3.2.2 Seleccionar la tecnologa adecuada, en base a un estudio tcnico-

    econmico de las diferentes alternativas que ofrece el mercado.

    I.3.2.3 Determinar la capacidad de la planta piloto.

    I.3.2.4 Disear los diferentes equipos, accesorios y sistemas involucrados

    en el proceso.

    I.3.2.5 Determinar los costos asociados al diseo y funcionamiento de la

    planta piloto.

    I.4 LIMITACIONES Y ALCANCES

    Esta seccin se emplea con la finalidad de enmarcar exactamente lo que abarca

    el desarrollo de la presente investigacin, que se alcanza y cuales aspectos no

    pueden ser profundizados.

    I.4.1 LIMITACIONES

    Las principales limitantes en el desarrollo del diseo de la planta piloto para

    la produccin de los fertilizantes: MAP, DAP y UF a partir del cido fosfrico

    elaborado en TPV, son:

    No se consideran para el diseo de la planta piloto otros fertilizantes

    diferentes de fosfato monoamnico, fosfato diamnico y Urea fosfato.

    Los fertilizantes que se obtienen no deben ser granulares, ni sintetizados por

    procesos que impliquen el amasado del producto.

    El cido fosfrico que se emplea en la sntesis de los fertilizantes, debe ser

    obtenido por va hmeda.

    El proyecto no debe exceder el costo preestablecido por la empresa.

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  • Seleccionar la tecnologa que se adapta a las condiciones exigidas por la

    empresa para la produccin de MAP, DAP y UF.

    Obtener los fertilizantes a nivel de laboratorio con el grado NP (nitrgeno,

    fsforo) y contenido de impurezas deseado.

    Establecer las condiciones de concentracin para el cido y el amonaco a la

    alimentacin del proceso, de forma tal que los productos se obtengan con las

    condiciones requeridas.

    Fijar la distribucin fsica y dimensiones de todos los equipos que conforman

    la planta piloto.

    Proponer una seccin para el lavado de los gases de reaccin.

    CAPTULO II

    Marco referencial En esta seccin se describen de forma breve, algunas caractersticas bsicas de

    los fertilizantes, que facilitan el entendimiento de las propiedades fsico

    qumicas de estos productos, haciendo especial hincapi en los fertilizantes de

    inters para el presente proyecto en conjunto con la descripcin de las

    tecnologas para la elaboracin de los fosfatos de amnico y Urea fosfato,

    estudiadas en el trabajo de investigacin.

    Antecedentes A continuacin, se presentan algunas de las referencias consultadas, en el rea

    de fertilizantes y diseos de plantas a escala piloto, que sirven de premisa

    para el desarrollo de los objetivos planteados en el presente Trabajo Especial

    de Grado.

    II.1.1 Kajitani, T., Fujii, S. y Sato, T., (1985). Process for producing

    purified diammoniun phosphate from wet process phosphoric acid. US

    Patent 4610862, Japn.

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  • anhidro con cido fosfrico empleando un reactor o neutralizador, un

    granulador, un secador y un molino como equipos principales.

    El principal logro de esta investigacin es la obtencin de DAP granulado

    con el tamao deseado (entre 2 y 4 milmetros) con un rendimiento

    aproximado en la etapa de granulacin de 90%.

    II.1.4 Baptista, O. Y Saporito, G. (1996) Diseo conceptual de una

    planta piloto para producir cido fosfrico. Tesis de grado no publicado.

    Universidad de Carabobo. Brbula.

    El objeto de este trabajo es ejecutar el diseo de una planta piloto

    homologable a la planta comercial de cido fosfrico que opera en

    TRIPOLIVEN, C.A., que permita la realizacin de pruebas experimentales

    sobre los productos y procesos involucrados.

    En esta investigacin, se obtuvo el diseo de una planta piloto de cido

    fosfrico capacitada para manejar un volumen de reaccin de hasta 27 L y

    manipular variables de proceso tales como: tiempo de residencia, flujos de

    alimentacin, temperatura de reaccin, densidad, relacin slidos lquido y

    acidez sulfrica.

    II.1.5 Snchez, A. (1997). Diseo de una planta piloto para la

    elaboracin de polifosfatos de sodio compatible con la planta comercial de la

    empresa TRIPOLIVEN, C.A.. Tesis de grado no publicado. I.U.P.F.A.N.,

    Morn.

    El objeto de este trabajo es desarrollar el diseo de una planta piloto para la

    produccin de polifosfato de sodio compatible con la planta comercial de la

    empresa TRIPOLIVEN, C.A., que permita la realizacin de pruebas

    experimentales sobre los productos y los procesos involucrados.

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  • especie determinada se cultiva ao tras ao en un mismo lugar, el suelo puede

    agotarse y ser deficitario en uno o varios nutrientes. En tal caso, es preciso

    reponerlos en forma de fertilizantes. La aplicacin de fertilizantes adecuados

    estimula el crecimiento de las plantas.

    Elementos nutritivos y sus funciones: Se considera que los elementos

    nutritivos de las plantas son; nitrgeno, fsforo, potasio, calcio, magnesio,

    cobre, zinc, boro y en algunos casos molibdeno. Mientras que el carbono,

    hidrgeno y oxgeno son elementos constitutivos de la planta, que las mismas

    obtienen del dixido de carbono del aire, agua y suelo. El nitrgeno, el fsforo

    y el potasio se llaman elementos mayores o principales, porque son utilizados

    en grandes cantidades por las plantas y se consideran limitantes de la

    produccin del suelo, por esto son los tres elementos que deben contener casi

    todos los fertilizantes.

    Las funciones ms resaltantes de los elementos principales son: el nitrgeno

    comprende 16 a 18% de las llamadas protenas de las plantas y forma parte de

    la clorofila, que es la materia colorante verde, por lo que su deficiencia se

    evidencia por un crecimiento reducido y la falta de color verde saludable. Este

    elemento se encuentra en cantidades enormes en la atmsfera, pero las plantas

    no pueden aprovecharlo de esta forma. El potasio a pesar de no ser un

    componente real de ninguno de los compuestos orgnicos del protoplasma

    vegetal, aporta vigor y resistencia a las enfermedades adicionalmente a la

    probabilidad, an no probada, de desempear un papel cataltico en las

    principales sntesis que estos organismos realizan.

    El fsforo entra en la composicin de diversos compuestos orgnicos de las

    plantas, como los fosfolpidos, el cido nuclenico y algunas coenzimas; por lo

    cual el desarrollo de la raz y la pronta madurez de las cosechas dependen de

    l. El fsforo aprovechable por las plantas en los fertilizantes suele estimarse

    como % de P2O5; aunque qumicamente no se encuentra enlazado de esta

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  • despus de la siembra, porque las races no existen o son tan pequeas que no

    poseen la capacidad de aprovechar el nitrgeno disponible de forma eficiente.

    La alta movilidad del nitrgeno facilita la absorcin de ste por las plantas. El

    fertilizante ntrico, se adapta bien para aplicaciones cuando los cultivos ya

    estn en desarrollo y corrige rpidamente las deficiencias de este nutriente. Se

    debe aplicar una cantidad de este fertilizante en cuanto la deficiencia de

    nitrgeno sea visible.

    Fertilizantes Amnicos: los fertilizantes amnicos van combinados con los

    nitratos, y estn representados principalmente por el sulfato de amonio, nitrato

    de amonio, nitrato de amonio calcio y nitrato de sulfato de amonio.

    Los fertilizantes amnicos proporcionan el nitrgeno en forma de amonio que

    es igualmente soluble al agua. A diferencia del nitrato ste es absorbido y

    retenido por las partculas finas del suelo. No presentan prdidas inmediatas

    por lixiviacin en suelos arcillosos o limosos, su accin es tambin menos

    rpida pero ms duradera.

    Fertilizantes de amidas: los fertilizantes de amidas proporcionan el nitrgeno

    en forma de amida, mediante una transformacin qumica se convierte primero

    en nitrgeno amnico y luego en nitrato. El nitrgeno de amidas acta ms

    lentamente que el amnico y an ms lentamente que el ntrico, el fertilizante

    de amidas, debe incorporarse el suelo, para evitar prdidas de nitrgeno

    elemental, los ms empleados son la urea 45% de nitrgeno y la cinamida de

    calcio 21% de nitrgeno 39% calcio.

    La urea es un compuesto altamente soluble al agua y la cinamida es poco

    soluble al agua, lo que le aporta una accin menos rpida que la primera. La

    urea es por esto adecuada para la preparacin de soluciones de nitrgeno y se

    puede aplicar antes, al mismo tiempo o despus de la siembra. La Urea

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  • Los fosfatos solubles a los cidos dbiles se usan especialmente en suelos

    cidos. En estos suelos tampoco existe el peligro de lixiviacin. El alto

    contenido calcio de estos fertilizantes ayuda a corregir la acidez del suelo. Se

    incorpora este fertilizante inmediatamente despus de la distribucin alvoleo,

    se obtendr un mejor efecto.

    En forma lquida el fertilizante fosfatado est disponible como cido

    superfosfrico, con 70 - 75% de fosfato y como soluciones de multinutrientes

    con diferentes contenidos de fosfato.

    II.2.1.4 FERTILIZANTES COMPUESTOS

    Las principales ventajas de estos fertilizantes son la flexibilidad en la

    produccin y en lo econmico de su aplicacin. Algunos de estos son:

    Fosfato monoamnico (MAP).

    Fosfato diamnico (DAP).

    Nitrato de fosfato de amonio.

    Superfosfato de amonio.

    Fosfato ntrico.

    Fosfato de urea o Urea fosfato.

    Para la elaboracin de fertilizantes compuestos lquidos, se usa el Potasio en

    forma de cloruro o de nitrato de potasio.

    Fosfato Monoamnico (MAP): El fosfato monoamnico es el resultado de la

    reaccin qumica entre cido fosfrico y amonaco, en cantidades equimolares,

    de forma tal que el compuesto posee una relacin molar N/P de

    aproximadamente 1; el mismo puede producirse de distintos grados, con

    anlisis que varan entre 10-12% de N y 50-62% de P2O5. El cido fosfrico

    empleado en la elaboracin del MAP puede ser tanto cido de horno como de

    proceso hmedo, mas por razones econmicas ste suele obtenerse a partir de

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  • la produccin de fertilizantes en solucin. Con un secado apropiado, el

    material cristalino tiene propiedades fsicas bastante buenas para manejo en

    bolsas o sacos. La Urea fosfato es empleada para la produccin de soluciones

    de polifosfatos de urea, para ello la Urea fosfato slida es primero calentada,

    por medios externos o por el calor qumico de la amoniacin formndose un

    lquido de urea polifosfatos de amonio.

    II.3 DESCRIPCIN DE LAS TECNOLOGAS

    A continuacin se describen las tecnologas disponibles en el mercado parar la

    elaboracin de los fertilizantes MAP, DAP y Urea fosfato. Los fosfatos

    amnicos suelen realizarse bajo un mismo patrn, ya que como se sabe ambos

    se obtienen de la reaccin de neutralizacin entre el cido fosfrico y el

    amonaco; en el caso del MAP la neutralizacin se lleva acabo hasta alcanzar

    una relacin N/P de aproximadamente 1 y en el DAP alrededor de 2, tal como

    lo establece la estequiometra. La elaboracin de Urea fosfato se limita a

    procesos de cristalizacin, ya que partir de estos, existen casos especiales en

    que se realizan fertilizantes fosfato ureicos en solucin.

    La elaboracin de estos fosfatos puede dividirse en dos tendencias, segn

    como se obtiene el producto slido, procesos granulares y procesos no

    granulares (incluyen los productos en polvo y cristales). Adicionalmente bajo

    estos dos esquemas existe la posibilidad de emplear varios tipos de materia

    prima; el cido fosfrico puede ser de proceso hmedo o de horno y el

    amonaco puede ser gaseoso o en solucin. El empleo de una materia u otra

    depende de las restricciones propias del proceso, la disponibilidad, los

    requerimientos del fabricante y el mercado a cubrir, entre otras.

    II.3.1 PROCESO PHOSAI:

    El proceso es llevado a cabo en dos etapas:

    Este

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  • FIGURA II.1 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO PHOSAI

    II.3.1.1 PROCESO SAIs SRI

    Con base en las patentes de la tecnologa SAI y otras informaciones

    publicadas por este instituto, la SRI internacional dise un proceso que ser

    estudiado y evaluado a continuacin, segn el diagrama de flujo que se

    muestra en la figura II.2.

    El tamao de la planta propuesta por la SRI para este proceso, est diseada

    para procesar 250.000 ton cortas/ao de P2O5 lo cual es equivalente a 480.000

    ton mtricas/ao de MAP producido con un grado 10-52-0 y con un factor de

    corriente de 0,87. La pieza crtica de los equipos en este proceso es el

    moisture disengagement units (MDU), equipo en el cual se lleva acabo la

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  • relacin molar en la solucin de N/P 1,4; lo cual significa que el 40% del

    MAP ha sido convertido a DAP. Esta relacin molar es controlada por ajustes

    de pH en la solucin, hasta un valor de 5,4 mediante la manipulacin de los

    flujos de amonaco y de cido. Luego, esta solucin sale del reactor A y pasa

    al reactor B, el cual es usado para sembrar la solucin con cristales mediante

    la adicin de una porcin del cido que proviene del E-101. El precalentador

    es usado con la finalidad de ayudar a evaporar el contenido de agua en la

    solucin de MAP en el MDU.

    La porcin remanente del cido es aadida directamente al MDU, donde se

    disminuye la relacin molar N/P a 1. En este equipo, la solucin de MAP se

    mantiene en constante agitacin, al mismo tiempo que se somete a un vaco

    relativamente pequeo para vaporizar el agua que contiene; convirtindose la

    masa de MAP en polvo. El agua que es evaporada de la sal, es extrada con

    ayuda del aire impulsado por el soplador K-101, desde el cual se enva a los

    ciclones V-103 A, B y C para separar las partculas que hallan podido ser

    arrastradas. Finalmente, el aire es tratado en la seccin de disminucin de

    contaminantes antes de ser venteado a la atmsfera.

    El polvo de MAP cristalino, pasa hacia los tamices S-103, en los cuales se

    separa cualquier material de mayor tamao al deseado, para luego ser triturado

    en el molino S-102. El material molido es devuelto a los tamices y el producto

    final sale de stos directamente hacia almacenamiento.

    Las impurezas provenientes del cido fosfrico alimentado, forman un

    precipitado al ponerse en contacto con el amonaco, el cual no es separado de

    la solucin de MAP en ninguna etapa del proceso, por lo tanto las impurezas

    pasan a formar parte del producto en polvo e influyen en el proceso de

    cristalizacin. As el MAP en polvo, es el nico producto obtenido de este

    proceso y posee aproximadamente 6% de humedad.

    Este

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  • millones BTU/h

    T 151 A,B

    Tanques de

    almacenamiento

    de cido

    1.500.000gal c/u Acero al carbn

    recubierto

    T-152 A,B

    Tanques de

    almacenamiento

    de amonaco

    400.000gal c/u Acero al carbn

    V 103 A,C

    V 104 A,B Ciclones --- Acero al carbn

    88.769

    S-101 A, B MDU 4 pies x 16 pies

    c/u Acero al carbn

    S-102 2 Molinos 20 hp c/u Acero al carbn

    S-103 4 tamices 40 hp c/u Acero al carbn

    344.633

    M-101, M-102,

    M-103.

    Equipos

    miscelneos

    100 pes, 60 pies

    y 200 pies,

    respectivamente

    Acero al carbn 249.598

    ---

    Seccin de

    disminucin de

    contaminantes

    --- --- 2.817.987

    TOTAL 3.827.519

    Fuente: PROCESS ECONOMICS PROGRAM REPORTS No. 127, 1979, SRI

    International

    (*)Capacidad 435.000 TM/ao de MAP (10-52-0).

    Este

    lar

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  • La segunda etapa de reaccin en este proceso, es una torre de evaporacin

    flash para eliminar el agua y formar MAP en polvo. El procedimiento que se

    sigue en el proceso Minifos, se describe de acuerdo con la Figura II.3.

    FIGURA II.3. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO FISON

    El H3PO4-hmedo (48 a 52% P2O5) es bombeado al reactor, este ltimo est

    provisto de un agitador y deflectores o tabiques de desviacin para promover

    un alto grado de agitacin. La solucin de fosfato de amonio del reactor es

    rociada a travs de una boquilla, especialmente diseada para el control del

    rociado, dentro de una pequea torre con corriente de tiro natural donde el

    fino polvo de MAP se forma. Ac es necesario acotar que la solucin de MAP

    rociada contiene todas las impurezas que se alimentaron con el cido, debido a

    que el proceso no posee ningn sistema de separacin para las mismas. El

    Este

    lar

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  • proveniente de las ventanillas inferiores de la torre. Esta corriente de aire es

    extrada por el tope de la torre con ayuda de un soplador y llevado hasta la

    seccin de disminucin de contaminantes. El polvo de MAP que llega hasta el

    fondo de la torre, es transportado a un lecho de enfriamiento con aire para

    luego ser almacenado. El aire empleado en el lecho de enfriamiento, es pasado

    a travs de unos ciclones, (con la finalidad de recobrar las partculas finas de

    MAP) y tratado en la seccin de disminucin de contaminantes antes de ser

    venteado al ambiente.

    Este proceso se limita a la produccin de fosfatos de amonio MAP, DAP y

    AAP (polifosfatos de amonio), ya que el tipo de reactor por boquilla que se

    emplea no es el ms adecuado, ni tcnica ni econmicamente, para la

    produccin de otros fertilizantes en esta misma rama en especial no es viable

    para la produccin de Urea fosfato.

    El principal problema de este proceso es el reactor, el cual tiende a obstruirse

    y requiere frecuentemente ser cambiado por uno nuevo, como consecuencia de

    los desgastes provocados por las impurezas que trae el cido en conjunto con

    la presin a la cual opera el equipo y la constante friccin de la mezcla slido-

    lquido que por l fluye. Por otra parte, una de las ventajas ms significativas

    del proceso es que no presenta generacin de desechos ni de subproductos.

    El diseo y los costos de todos los equipos incluyendo la seccin de

    abatimiento de impurezas corresponden a la SRI, las caractersticas se

    encuentran en la tabla II.2.

    II.3.3 PROCESO SWIFT

    Se caracteriza por un nico sistema de reaccin, el cual provee la interaccin

    instantnea del cido fosfrico y el amonaco. ste es comnmente llamado

    reactor-jet o boquilla de dos fluidos, ya que se mezclan en una misma boquilla

    Este

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  • FIGURA II.5. BOQUILLA DE DOS FLUIDOS PARA EL PROCESO SWIFT.

    TABLA II.2

    RESUMEN DE LOS EQUIPOS MAYORES PARA UNA PLANTA CON

    TECNOLOGA FISON (*)

    Cdigo del

    equipo

    Nombre del

    equipo Tamao Descripcin

    Costos

    para el ao

    2.002 (US $)

    V-101 Reactor 13.000 gal Hastelloy clad 104.957

    V-102 y V-103 Ciclones --- Acero al carbn

    T- 151 A,B

    Tanques de

    almacenamiento

    de cido

    1.500.000 gal

    c/u

    Acero al carbn

    recubierto

    T- 152A,B

    Tanques de

    almacenamiento

    de amonaco

    400.000 gal c/u Acero ala carbn

    35.508

    S-101 A, B Torre de spray 24 pies x 90 pies

    c/u Acero al carbn

    S-102 Lecho de

    enfriamiento 60 ton/h Acero al carbn

    1.044.343

    M-101. Banda

    transportadora 18 pulg x 40 pies Acero al carbn

    M-102 Elevador de

    cangilones 60 ton/h Acero al carbn

    M-103 Banda

    transportadora

    18 pulg x 200

    pies Acero al carbn

    165.528

    ---

    Seccin de

    disminucin de

    contaminantes

    ---- --- 2.589.972

    Este

    lar

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  • con una boquilla de salida en la parte ms baja. La alimentacin de amonaco

    y cido fosfrico se introducen tangencialmente en el reactor a travs de una

    corriente en espiral descendente en el reactor, con lo cual se logra la mezcla

    de ambos completamente, tal como se muestra en la figura II.7.

    FIGURA II.7. DIAGRAMA ESQUEMTICO DEL REACTOR DEL

    PROCESO GARDINIER

    La lechada de reaccin es expulsada por medio de la boquilla en la torre de

    rociado; el calor generado por la reaccin y el descenso de la presin, evapora

    el agua y genera gotitas muy finas de MAP, que solidifican completamente

    antes de llegar a la base de la torre (60 pies) y contienen las impurezas

    provenientes del cido fosfrico alimentado. El contenido de humedad del

    producto obtenido en la base de la torre posee un rango de 2 a 4%, el grado

    nominal del producto es 11-53-0.

    Este

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  • La mezcla de reaccin tiene un tiempo de residencia en el reactor de menos de

    1 segundo y luego es esparcida en la torre S-103, a travs de la boquilla del

    mismo, el vapor que genera la reaccin sirve como coayudante en la

    atomizacin de la mezcla. Los gases que ascienden en la torre estn

    compuestos de aire, algunas partculas finas de MAP, el amonaco que no

    reaccion y vapor de agua, los cuales son llevados hasta la seccin de

    disminucin de contaminantes con ayuda de un pequeo vaco ejercido en el

    tope de la torre.

    Por otra parte, el polvo de MAP formado que llega al fondo de la torre, es

    posteriormente trasladado a un lecho de enfriamiento con aire S-104, para

    luego pasar a almacenaje. El aire empleado para este enfriamiento es

    suministrado por el soplador K-101, que al salir es tratado en los ciclones V-

    101 y torres de agotamiento (en la seccin de disminucin de contaminantes)

    antes de ser descargado a la atmsfera de nuevo. El corto tiempo de residencia

    en la torre y las temperaturas relativamente bajas que se alcanzan, aseguran

    que la cantidad de citratos insolubles en el producto sea baja; sin embargo, el

    resto de las impurezas que trae el cido son transferidos al producto. En la

    tabla III.3 se muestran los costos de adquisicin de los equipos para la planta

    propuesta.

    Este proceso presenta muchas similitudes con el proceso Fisons, entre las

    cuales estn:

    La fcil adaptacin de la tcnica para la produccin de DAP Y AAP mediante

    un cambio netamente de flujos y relaciones molares, pero la produccin de

    Urea fosfato se ve limitada por la presencia del reactor tubular de spray, el

    cual difcilmente se amolda a este producto.

    Este

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  • M-103 Banda transportadora18 pulg x 200

    pies Acero al carbn

    ---

    Seccin de

    disminucin de

    contaminantes

    --- --- 2.589.972

    TOTAL 3.951.447

    Fuente: PROCESS ECONIMICS PROGRAM REPORTS No. 127, 1979, SRI

    International.

    (*) Capacidad 417.000 TM/ao de MAP(11-54-0)

    Los problemas de obstruccin y desgaste frecuente del reactor, que en la

    mayora de los casos se resuelve con cambio de la pieza.

    No presenta generacin de subproductos ni desechos.

    II.3.4 TECNOLOGA CHISSO CORPORATION PARA LA

    PRODUCCIN DE MAP Y/O DAP PURIFICADO A PARTIR DE CIDO

    FOSFRICO HMEDO

    La Chisso Co. provee un proceso para la produccin de MAP y/o DAP

    purificado a partir de cido fosfrico hmedo y amonaco gaseoso, el cual se

    describe a continuacin. La invencin consiste en una combinacin de los tres

    puntos siguientes:

    Primero: H3PO4-hmedo y amonaco son continuamente alimentados al

    sistema de reaccin con una relacin molar de NH3/ H3PO4 entre 0,9 y 1,35; y

    mientras la relacin molar es mantenida, se forma una lechada que contiene

    cristales de MAP y un lodo insoluble que se origina del H3PO4-hmedo.

    Segundo: La lechada es separada en una parte que contiene MAP y una parte

    que contiene el lodo insoluble, de acuerdo a un proceso de separacin

    Este

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  • La lechada formada en el reactor es continua o intermitentemente enviada a

    los sedimentadotes 4 y 6, donde la lechada es separada en dos porciones: una

    sobrenadante, que contiene MAP en gran cantidad llamada solucin

    formadora y otra en el fondo, que contiene la porcin del lodo insoluble, el

    cual posee las impurezas que precipitaron en la etapa de reaccin. La lechada

    en el separador 6 se enva a la centrifuga 13 para obtener los cristales de MAP

    purificado y un filtrado que pasa al envase de recirculacin 12; los cristales

    son lavados con una pequea cantidad de agua antes de ser almacenado como

    producto.

    La corriente 5 constituye un bypass, para controlar la deposicin en los

    separadores 4 y 6, mientras que la corriente 7 es la lechada con el lodo

    insoluble que fue separada en 6 y pasa al calentador 8 para ser calentada entre

    60 y 95C, (temperatura mayor en 10 a 15C a la temperatura de ingreso al

    calentador) para disolver los cristales de MAP contenidos en la lechada. La

    lechada caliente pasa a la centrifuga 9, la cual puede separar partculas ms

    finas que 13, donde es entonces dividida en un lodo insoluble y un filtrado.

    La separacin en 9 puede ser llevada a cabo uniforme y eficientemente, por un

    mezclado de 90% partes en peso de lechada y 10% en peso ms o menos de

    agua aadida en el calentador 8 por la lnea 17. Los filtrados obtenidos en los

    separadores 4, 13 y 9, se mezclan en el envase de reciclo 12 para luego

    recircular continua o intermitentemente una parte al reactor, la otra parte debe

    ser sometida a concentracin, para que la cantidad de agua en el sistema no

    provoque la dilucin de la solucin y por ende, la no cristalizacin del

    producto. Este proceso de concentracin puede aprovechar el calor de la

    reaccin en un envase adicional o en el mismo tanque 12, lo cual es aplicado

    en la mayora de los casos empleando un medio de intercambio trmico con

    vapor de agua; inclusive se puede realizar la concentracin en el paso por la

    tubera 15, pero implicara un tanque intermedio.

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  • medio de intercambio trmico que ste posee para enfriar la solucin hasta la

    cristalizacin total, los cristales son separados empleando la centrifuga 13.

    Luego el licor madre obtenido de la separacin en 13, es enviado al

    sedimentador para separar las impurezas que posee, ya que a diferencia de los

    fosfatos de amonio, la Urea fosfato no atrapa las impurezas del cido en la

    cristalizacin la mayor parte de ellas queda en el licor madre. Luego se

    establece un circuito de reciclaje de licor madre decantado hasta el reactor.

    El proceso est integrado por equipos que no requieren de diseos especiales,

    son de fcil mantenimiento y larga durabilidad, si se mantiene un plan de

    mantenimiento preventivo adecuado. Las capacidades de los mismos se

    estimaron por balances de masa del sistema tomando una produccin de

    417.000 TM/ao de MAP (12-62-0) y los costos corresponden a una

    estimacin tipo 1, estas caractersticas se muestran en la tabla II.4.

    II.3.5 PRODUCCIN DE UREA FOSFATO SEGN LA TENNESSEE

    VALLEY AUTHORITY (TVA).

    El proceso para la manufactura de Urea fosfato segn TVA se describe a

    continuacin: urea fundida (275-285F) o perlas de urea no acondicionada

    (46% N) y H3PO4-hmedo (54 % P2O5) son alimentados en la primera etapa

    (reactor cristalizador) junto con el reciclo de licor madre; este ltimo es

    alimentado para incrementar la fluidez.

    La primera etapa es enfriada por debajo de la temperatura de saturacin de la

    solucin; debido a esto, ocurre la formacin de algunos cristales. La

    cristalizacin se completa en la segunda etapa mediante enfriamiento a 68 F

    (20C). La lechada y los cristales productos de la segunda etapa de

    cristalizacin, son extrados y separados del licor madre en una centrfuga por

    cargas tipo basket.

    Este

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  • fertilizantes granulares o en suspensin, por lo cual generalmente es vendido

    como subproducto.

    Luego los cristales de Urea fosfato, son secados con aire a 100 F (38C),

    contienen aproximadamente 17,3% a 17,5% N y 44,0% a 44,5% P2O5

    comparado con la composicin terica de 17,7-44,9-0 para la Urea fosfato.

    Aproximadamente el 80% del P2O5 del cido, es recobrado como Urea fosfato

    relativamente puro. Estos cristales contienen solo de 10 a 15% del hierro,

    aluminio, magnesio y flor que contena la alimentacin de cido. En la figura

    II.11, se ilustra el diagrama de flujo seguido en el procedimiento descrito.

    Este

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  • continua al cristalizador al vaco para producir los cristales de DAP, los cuales

    son separados por centrifugacin. Los cristales centrifugados pueden ser

    mezclados con la torta filtrada y luego secados para producir un fertilizante

    granular que contiene 18% de N y 47% de P2O5.

    TABLA II.5

    RESUMEN DE LOS EQUIPOS MAYORES PARA UNA PLANTA DE MAP

    SEGN LA TECNOLOGA TVA (*)

    Nombre del equipo Tamao Descripcin Costos para el ao

    2.002 (US $)

    Reactor 16000gal Hastelloy 310.692

    Filtro centrifugo 1 Hasta 10 ton/h de slido Acero inoxidable 316 64.401

    Filtro centrifugo 2 Hasta 100 ton/h de

    slido Acero inoxidable 316 104.434

    Tanque agitado 5000 gal Acero inoxidable 316 63.531

    Cristalizador Tanque c/serpentn Acero inoxidable 316 13.617

    TOTAL 556.675

    Fuente: PROPIA.

    (*) Capacidad de planta de 417.000 TM/ao de MAP (12-62-0)

    Los vapores generados en el cristalizador deben ser sometidos a agotamiento

    antes de ser venteados al ambiente, por lo general se emplea una torre de

    absorcin con cido fosfrico fresco a fin de recuperar el amonaco perdido.

    Este esquema es fcilmente ajustable a la produccin de MAP, APP y Urea

    fosfato, en los dos primeros casos se emplea la misma metodologa descrita

    con variacin en las relaciones de flujo y moles N/P a travs del sistema.

    Este

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  • FIGURA II.12. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA PRODUCCIN DE DAP

    SEGN EL PROCESO TVA AL VACO

    TABLA II.6

    RESUMEN DE LOS EQUIPOS MAYORES PARA UNA PLANTA DE MAP

    SEGN LA TECNOLOGA TVA AL VACO (*)

    Nombre del equipo Tamao Descripcin Costo para el ao

    2.002 (US $)

    Reactor 16000gal Hastelloy 310.692

    Filtro banda 25 m2 rea filtrante Polister 218.716

    Vaporizador rea: 400 pie2;

    Calor transferido: 5

    Carcasa: acero al

    carbn 196.089

    Este

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  • FIGURA II.13. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA PRODUCCIN DE

    UREA FOSFATO EMPLEANDO UN REACTOR-CRISTALIZADOR

    II.3.8 PROCESO TVA-PUGMILL

    El proceso de produccin involucra una neutralizacin parcial del cido

    fosfrico (hmedo) con amonaco en un reactor tubular, y la solidificacin del

    MAP en una amasadora (pugmill).

    El cido fosfrico (hmedo), grado comercial, es amoniado hasta una relacin

    molar NH3/H3PO4 de 1,0 en dos etapas: la primera se lleva a cabo en un

    preneutralizador (225F 275F) y la otra en un reactor tubular (425F). Del

    30 a 40% del amonaco es suministrado al preneutralizador y el resto se

    inyecta al reactor tubular. La descarga del amasador (250F 275F) es

    enfriada y luego tamizada para retirar el producto deseado (menos de 10

    mesh), del producto de mayor tamao; la cual es molido y recirculado. Cabe

    resaltar, que en este proceso no se requiere de una etapa de secado, en virtud

    de que el calor de reaccin evapora casi toda el agua contenida en el cido

    alimentado; el producto contiene menos del 1% de humedad.

    Este

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  • que manteniendo esta relacin molar, existe poca posibilidad de que el MAP

    precipite. Los cristales de DAP que precipitan en la solucin, estn rodeados

    con una pelcula de licor madre relativamente ms cida, del cual una parte es

    desplazado por las aguas de lavado, y el remanente cristaliza en la superficie

    del DAP. En la figura II.15 se ilustra el diagrama de flujo correspondiente a

    este proceso.

    FIGURA II.15. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA MANUFACTURA DE

    DAP EMPLEANDO UN SATURADOR ATMOSFRICO (TVA)

    II.3.10 PRODUCCIN DE DAP GRANULAR POR DORR-OLIVER OR

    CHEMICO PROCESS

    Se trata bsicamente de una adaptacin comercial de proceso TVA preparado

    para la manufactura del fertilizantes fosfato diamnico, ya sea el 21-54-0,

    empleando cido fosfrico de horno, o el 18-46-0 con H3PO4 de proceso

    Este

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  • empaca en bolsas. En la figura II.16 se ilustra el diagrama de bloque

    esquemtico de este proceso.

    FIGURA II.16. DIAGRAMA DE BLOQUE PARA LA PRODUCCIN DE

    DAP GRANULAR

    CAPITULO III MARCO TERICO En este captulo se encuentran los principales fundamentos tericos que

    soportan las bases de esta investigacin.

    III.1 ANLISIS DE VARIANZA (34)

    El anlisis de la varianza (o ANOVA: Analysis of variance) es el mtodo

    empleado para comparar dos o ms medias, ya que cuando se quiere comparar

    ms de dos medias es incorrecto utilizar repetidamente el contraste basado en

    la t de Student. Por dos motivos:

    En primer lugar, debido a que se realizaran simultnea e independientemente

    varios contrastes de hiptesis, la probabilidad de encontrar algn efecto

    significativo por azar aumentara. En cada contraste se rechaza la H0 si la t

    supera el nivel crtico, para lo que, en la hiptesis nula, hay una probabilidad

    . Si se realizan m contrastes independientes, la probabilidad de que, en la

    hiptesis nula, ningn estadstico supere el valor crtico es (1 - )m, por lo

    Este

    lar

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  • cuadrados del error y se representa por SSE y al denominador grados de

    libertad por ser los trminos independientes de la suma de cuadrados.

    2) Otra llamada varianza entre grupos (slo contribuye a ella la varianza entre

    las distintas muestras), o varianza de los tratamientos, o cuadrados medios de

    los tratamientos y representada por MSA o MSB (Mean Square Between). Se

    calcula a partir de la varianza de las medias muestrales y es tambin un

    cociente; al numerador se le llama suma de cuadrados de los tratamientos (se

    le representa por SSA) y al denominador (k-1) grados de libertad.

    MSA y MSE, estiman la varianza poblacional en la hiptesis de que las k

    muestras provengan de la misma poblacin. La distribucin muestral del

    cociente de dos estimaciones independientes de la varianza de una poblacin

    normal es una F con los grados de libertad correspondientes al numerador y

    denominador respectivamente, por lo tanto se puede contrastar dicha hiptesis

    usando esa distribucin. Si en base a este contraste se rechaza la hiptesis de

    que MSE y MSA estimen la misma varianza, se puede rechazar la hiptesis de

    que las k medias provengan de una misma poblacin.

    Aceptando que las muestras provengan de poblaciones con la misma varianza,

    este rechazo implica que las medias poblacionales son distintas, de modo que

    con un nico contraste se contrasta la igualdad de k medias.

    Existe una tercera manera de estimar la varianza de la poblacin, aunque no es

    independiente de las anteriores. Si se consideran las kn observaciones como

    una nica muestra, su varianza muestral tambin es un estimador centrado de

    2:

    Se suele representar por MST, se le denomina varianza total o cuadrados

    medios totales, es tambin un cociente y al numerador se le llama suma de

    Este

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  • Igual tamao minimiza la probabilidad de error tipo II.

    III.1.2 MODELOS DE ANLISIS DE LA VARIANZA

    El ANOVA permite distinguir dos modelos para la hiptesis alternativa:

    Modelo I o de efectos fijos en el que la H1 supone que las k muestras son

    muestras de k poblaciones distintas y fijas.

    Modelo II o de efectos aleatorios en el que se supone que las k muestras, se

    han seleccionado aleatoriamente de un conjunto de m>k poblaciones.

    Un ejemplo de modelo I de ANOVA es aquel que asume existen cinco

    poblaciones (sin tratamiento, con poca sal, sin sal, etc.) fijas, de las que se han

    extrado las muestras. Un ejemplo de modelo II sera: un investigador est

    interesado en determinar el contenido, y sus variaciones, de grasas en las

    clulas hepticas de cobayas; toma del animalario 5 cobayas al azar y les

    realiza, a cada una, 3 biopsias hepticas.

    La manera ms sencilla de distinguir entre ambos modelos es pensar que, si se

    repitiera el estudio un tiempo despus, en un modelo I las muestras seran

    iguales (no los individuos que las forman) es decir corresponderan a la misma

    situacin, mientras que en un modelo II las muestras seran distintas.

    Aunque las asunciones iniciales y los propsitos de ambos modelos son

    diferentes, los clculos y las pruebas de significacin son los mismos y slo

    difieren en la interpretacin y en algunas pruebas de hiptesis suplementarias.

    III.1.3 ANLISIS DE LA VARIANZA DE DOS FACTORES

    Es un diseo con anlisis de varianza ANOVA que permite estudiar

    simultneamente los efectos de dos fuentes de variacin. En cualquier caso, el

    investigador puede estar interesado en estudiar si hay, o no, diferencia en la

    evolucin segn el sexo. En un ANOVA de dos vas se clasifica a los

    Este

    lar

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  • III.1.4 CONTRASTES DE HIPTESIS EN UN ANLISIS DE LA

    VARIANZA DE DOS FACTORES

    Del mismo modo que se hizo en el ANOVA de una va, para plantear los

    contrastes de hiptesis habr que calcular los valores esperados de los

    distintos cuadrados medios. Los resultados son:

    Modelo I

    TABLA III.2

    RESULTADOS PARA UN ANALISIS DE VARIANZA ANOVA DE MODELO I

    MS Valor esperado

    MSA

    MSB

    MSAB

    MSE

    Por lo tanto, los estadsticos MSAB/MSE, MSA/MSE y MSB/MSE se

    distribuyen como una F con los grados de libertad correspondientes y permiten

    contrastar, respectivamente, las hiptesis:

    no existe interaccin (MSAB/MSE)

    no existe efecto del primer factor, es decir, diferencias entre niveles del

    primer factor (MSA/MSE)

    no existe efecto del segundo factor (MSB/MSE)

    Este

    lar

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  • funcionamiento del equipo. Si el eje es vertical el tambor se apoya

    generalmente en resortes o en cojinete basculantes (centrifuga pendular). Las

    centrifugas de tamiz, funcionan bajo un esquema discontinuo: llenado,

    escurrido, lavado, escurrido, vaciado; la extraccin de la materia slida puede

    hacerse por arriba o por debajo, segn el modelo de centrifuga.

    Este tipo de centrfuga se emplea mayormente para separar los cristales de las

    aguas madres (azcar, sales) o para el escurrido de fibras (lana, ropa). Un

    esquema de este tipo de centrfugas se muestra en la figura III.1.

    Fuente: http://www.geocities.com/icasegunda/procquim/centrifug/centrifug.html

    FIGURA III.1. CENTRFUGA DE TAMIZ

    Las medidas de seguridad para el manejo de equipos centrfugos son:

    Las centrfugas se deben comprobar por lo menos una vez al ao por un

    tcnico especializado, llevndose para cada centrifuga un libro de control.

    Las centrifugas deben disponer de una tapa protectora con cierre de seguridad

    y el funcionamiento impecable de dicho cierre debe comprobarse

    continuamente por el tcnico mecnico.

    La carga mxima y el nmero de revoluciones por unidad de tiempo indicadas

    en la placa de identificacin no se deben sobrepasar.

    En las centrifugas, y en especial en las de tamiz, la carga debe repartirse de

    modo uniforme; si por distribucin inadecuada de la carga se produce

    desequilibrio, primeramente se intentar compensar por rellenado; si as no se

    consigue el equilibrio se elimina por raspado parte de la capa depositada; si

    an as no se consigue una marcha regular sin vibraciones, se debe parar la

    centrifuga inmediatamente.

    Este

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  • INTERCAMBIADORES DE SERPENTINES SUMERGIDOS

    Los intercambiadores de serpentn se usan en casos en que no hay tiempo o

    dinero para adquirir un equipo comercial, ya que son fciles de construir en un

    taller. Al ser fcilmente removibles y transportables se usan mucho para

    instalaciones provisorias. El rendimiento del intercambio es bueno y son

    fciles de limpiar exteriormente. La limpieza interior generalmente no es

    problema, ya que la aplicacin ms frecuente es para calentamiento,

    generalmente con vapor. El vapor no ensucia, pero es bastante corrosivo.

    En general, los serpentines se colocan en la parte baja de los tanques y los de

    enfriamiento en la parte superior, o distribuidos uniformemente sobre la altura

    vertical. Los materiales que tienden a solidificarse durante el enfriamiento,

    requieren agitacin o una cubierta uniforme en el fondo.

    Los serpentines pueden inclinarse para facilitar el drenaje; cuando es

    imposible hacerlo y permanecen suficientemente cerca del fondo para lograr la

    refusin adecuada, los serpentines se deben limpiar mediante el soplado, para

    evitar los riesgos de congelacin.

    El serpentn sumergido es una buena solucin rpida y econmica a

    necesidades no previstas de intercambio, aunque tambin existen muchos

    sistemas que lo utilizan en forma permanente. Un ejemplo de ello es el calefn

    domstico, que calienta agua en llama directa mediante un serpentn de " por

    cuyo interior circula el agua. Los tubos usados varan en dimetro segn las

    necesidades, desde 3/4 a 2". Los valores de h para lquidos en el interior de

    serpentines son del orden del 20% superiores a los correspondientes a tubo

    recto, estimados como se explic antes. En el exterior se puede dar una de dos

    situaciones: conveccin natural o forzada. Con conveccin natural los valores

    dependen del salto de temperatura a travs de la pelcula. Valores de h de 30 a

    50 para .t de 10 a 100 F son quiz algo conservadores. Con agitacin

    Este

    lar

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  • III.4 CRISTALIZACIN (34)

    Las soluciones son mezclas homogneas de un soluto (sustancia que se

    disuelve) distribuido uniformemente en un disolvente (sustancia que disuelve);

    stas pueden existir en cualquier estado de la materia. Segn la cantidad de

    soluto presente las soluciones pueden ser: no saturadas, saturadas o

    sobresaturadas. En la figura III.3 se muestra un diagrama esquemtico de los

    tipos de soluciones.

    Las soluciones no-saturadas tienen una concentracin de soluto menor que las

    soluciones saturadas, y stas a su vez tienen una concentracin de soluto

    menor que una solucin sobresaturada. Una solucin saturada posee la mxima

    cantidad de soluto que puede disolverse en el solvente a la temperatura que se

    encuentra la mezcla, esta cantidad de soluto es igual a la solubilidad de la

    sustancia a la temperatura dada; una solucin sobresaturada posee ms soluto

    que el correspondiente a la concentracin de equilibrio y es muy inestable.

    Fuente: http://www.monografias.com/trabajos10/mese/mese.shtml

    FIGURA III.3. DIAGRAMA ESQUEMTICO DE LOS TIPOS DE

    SOLUCIONES

    Este

    lar

    http://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm

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  • disolvente original en la que la solubilidad del soluto disminuye bruscamente.

    Tambin, si se desea una precipitacin prcticamente completa, se puede crear

    qumicamente un nuevo soluto aadiendo un tercer componente que reaccione

    con el soluto original para formar una sustancia insoluble. Este proceso recibe

    el nombre de precipitacin.

    Los equipos donde tiene lugar la cristalizacin se clasifican segn el mtodo

    mediante el cual crean la sobresaturacin de la solucin, cabe destacar que la

    sobresaturacin por adicin de un tercer componente no se incluye en este

    grupo, slo se incluyen aquellos mtodos que se basan en las propiedades

    termodinmicas.

    Para esta clasificacin se incluye adems del enfriamiento y la evaporacin,

    un tercer mtodo, la saturacin adiabtica que consiste en el enfriamiento

    adiabtico al vaco este es el mtodo ms importante a gran escala. Si una

    solucin caliente se introduce en un recinto donde la presin total es menor

    que la presin de vapor del disolvente a la temperatura que se introduce ste

    se evapora rpidamente lo que provocar un enfriamiento adiabtico. La

    combinacin de la evaporacin y el enfriamiento produce la sobresaturacin

    deseada.

    III.5 Bombas (38)

    Una bomba es un transformador de energa, recibe energa mecnica y la

    convierte en energa que un fluido adquiere en forma de presin, de altura o de

    velocidad. Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una turbina,

    la cual transforma la energa de un fluido, en sus diferentes componentes

    citadas, en energa mecnica.

    BOMBAS CENTRFUGAS

    Este

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  • ampliamente aplicados. Los impulsores convencionales de bombas centrfugas

    se limitan a velocidades de boca en el orden de 60 m/s (200 pie/s). Para limitar

    la erosin, las velocidades de boca de impulsores de bomba para suspensiones

    de slidos se limitan normalmente a 30 m/s (100 pie/s).

    SENSIBILIDAD A LA VISCOSIDAD

    Los niveles normal y mximo de viscosidad tienen un impacto significativo en

    la seleccin del tipo de bomba debido al deterioro del funcionamiento de las

    bombas centrfugas con el incremento de la viscosidad. El deterioro es

    continuo y gradual y por lo tanto cualquier regla que aplique a niveles

    especficos de viscosidad es necesariamente arbitraria. Las siguientes guas

    indican la prctica tpica.

    TABLA III.3

    GUA PARA LA SELECCIN DE BOMBAS SEGN LA VISCOSIDAD

    Este

    lar

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  • deben llenar con lquido antes de arrancar la bomba. Cuando la fuente de

    succin est a presin positiva, o se coloca encima de la bomba, el cebado se

    lleva a cabo simplemente abriendo la vlvula de succin y descargando o

    ventilando el vapor atrapado desde una conexin con vlvula en el cuerpo de

    la bomba o en la lnea de descarga (antes de la vlvula de bloqueo de

    descarga). El lquido fluye en la lnea de succin y el cuerpo de la bomba para

    desplazar el vapor a ventilar.

    CAPTULO IV Marco metodolgico En esta seccin se presenta la metodologa que se sigue para dar

    cumplimiento a los objetivos propuestos, incluye el tipo de investigacin, las

    tcnicas y procedimientos que se emplean para llevar a cabo el proyecto

    IV.1 TIPO DE INVESTIGACIN

    El presente trabajo especial de grado est enmarcado dentro de la modalidad

    de Proyectos Factibles, segn la definicin propuesta por la Universidad

    Pedaggica Experimental Libertador (1990) que expresa: el proyecto factible

    consiste en la elaboracin de una propuesta de un modelo operativo viable, o

    una solucin a un posible problema de tipo prctico para satisfacer

    necesidades de una institucin o grupo social...

    La propuesta de este proyecto consiste en el diseo de una planta piloto para

    producir los fertilizantes: fosfato monoamnico (MAP), fosfato diamnico

    (DAP) y urea fosfato (UF) de alta pureza a partir del cido fosfrico que

    Tripoliven, C.A. elabora.

    Este

    lar

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  • Criterio necesario, constituye la base de la primera etapa de seleccin, es

    restrictivo y completamente excluyente; si se cumple, la alternativa es

    aprobada en la primera etapa y pasa a la siguiente, de no cumplirse la

    alternativa es desechada por completo.

    Criterios deseables, constituyen la segunda etapa de seleccin y son

    valorados en porcentaje segn el nivel de importancia, cada uno de ellos es

    una prueba que deben pasar las alternativas.

    La matriz de decisin se construye colocando los criterios deseables en las

    columnas y las alternativas en las filas, como se menciona anteriormente, los

    criterios constituyen una evaluacin para las alternativas; por lo cual la matriz

    debe llenarse de forma vertical, asignndole a cada alternativa un puntaje del

    1 al 10, segn el grado de cumplimiento del criterio. Cabe destacar que el

    puntaje de las alternativas es independiente entre s, pudiendo existir una o

    ms de ellas que posean igual puntaje para un mismo criterio. Por ltimo, la

    seleccin se basa en el puntaje total obtenido por las alternativas, el cual se

    calcula para cada una de ellas, como la sumatoria del producto entre el

    puntaje obtenido en el criterio por su porcentaje.

    Para estructurar la propuesta se requiere de una fase experimental que permita

    determinar la concentracin de cido y amonaco necesaria en la alimentacin

    del proceso; para la obtencin de los fertilizantes con las condiciones

    deseadas. Esta fase tiene lugar en el laboratorio de aseguramiento y control de

    calidad de TPV y se lleva a cabo a partir de un diseo experimental de tipo

    factorial, ya que ste permite considerar 2 o ms variables actuando

    conjuntamente sobre la variable respuesta seleccionada. Los datos que se

    obtienen son analizados empleando la estadstica inferencial mediante un

    anlisis ANOVA, el cual establece los posibles efectos de cada factor o

    Este

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  • Las experiencias son llevadas a cabo bajo un diseo factorial con 2 replicas

    por tratamiento, donde los factores estudiados son las concentraciones de las

    materias primas empleadas y las variables respuestas de inters son el

    contenido de fsforo (P2O5), contenido de nitrgeno, contenido total de

    impurezas y rendimiento del proceso. Los tratamientos se realizan al azar

    empleando el mismo procedimiento de sntesis independientemente de la

    concentracin del cido y variable segn el fertilizante a obtener, tal como se

    especifica a continuacin:

    Fosfatos de Amonio (MAP y DAP)

    Los fosfatos de amonio se obtienen a partir de amonaco y cido fosfrico, por

    lo cual se tienen dos factores en el diseo, factor 1 concentracin de amonaco

    y factor 2 concentracin del cido; los niveles para el factor 1 vienen dados

    por la disponibilidad de la materia en el mercado y son: 22% NH3 (solucin

    amoniacal) y 99% NH3 (amonaco gaseoso). Para el cido fosfrico se

    seleccionan 3 niveles de concentracin: cido 28% de P2O5 cuya

    disponibilidad es total, ya que se elabora actualmente en la planta P2O5; cido

    54% de P2O5 que es de especial inters al ser el producto que est generando

    la capacidad ociosa en la planta de P2O5 y por ltimo se selecciona cido la

    35% de P2O5 como nivel intermedio, con la finalidad de analizar con un mayor

    nmero de datos el comportamiento de las variables respuesta.El diseo

    experimental que se sigue est representado el la tabla IV.1, tanto para MAP

    como DAP se emplea el mismo esquema.

    Este

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  • PROCEDIMIENTO DE ELABORACIN DE MAP Y DAP A PARTIR DE

    CIDO FOSFRICO Y AMONACO GASEOSO

    Alcance:

    Este procedimiento contempla los pasos a seguir en la obtencin de MAP y

    DAP, empleando el montaje experimental que se muestra en la Figura IV.1.

    Este

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  • Procedimiento experimental (instrucciones):

    Verificar que todas las vlvulas estn cerradas.

    Introducir aproximadamente 2500 gramos de cido fosfrico en el envase de

    reaccin.

    Abrir la vlvula V-1.

    Cargar el contenedor B-2 con amonaco, mediante la apertura de la vlvula V-

    2 hasta que se observe una presin aproximada de 8 psig en el indicador de

    presin IP-1.

    Cerrar la vlvula V-2.

    Abrir lentamente la vlvula V-3, con la finalidad de introducir el amonaco en

    el envase de acero inoxidable.

    Tomar muestras de la lechada de reaccin cada 2 minutos, empleando pipetas

    volumtricas de 25 mL, con la finalidad de determinar la relacin NH3/PO4= y

    el pH de la mezcla.

    Repetir los pasos 5.4 al 5.7 hasta que se alcance la relacin molar NH3/PO4=

    requerida, NH3/PO4= = 1 cuando se quiere obtener MAP y NH3/PO4= = 2

    cuando se quiere obtener DAP y dejar la mezcla de reaccin en agitacin

    durante 45 minutos.

    PD: Cuando se observe la precipitacin de slidos en la mezcla de reaccin,

    tomar una muestra para determinar el pH y la relacin molar NH3/PO4=.

    Una vez concluida la dosificacin de amonaco y el tiempo de agitacin

    respectivo, descargar la mezcla mediante la vlvula V-4, en un beacker de 4

    litros para llevar a la etapa de centrifugacin.

    Poner en funcionamiento la centrfuga.

    Aadir la mezcla en la centrfuga.

    Una vez finalizada la centrifugacin de la mezcla, recoger el slido de las

    impurezas y la solucin de fosfato de amonio.

    Someter el slido a secado con aire por 2 horas aproximadamente.

    Pesar el slido y tomar muestras para su posterior anlisis.

    Este

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  • PROCEDIMIENTO DE ELABORACIN DE MAP Y DAP A PARTIR DE

    CIDO FOSFRICO Y SOLUCIN AMONIACAL AL 22% EN NH3.

    Alcance:

    Este procedimiento contempla los pasos a seguir en la obtencin de MAP y

    DAP, empleando el montaje experimental que se muestra en la Figura IV.2.

    Dosificador de hidrxido de amonio

    Agitador

    Beacker

    Este

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  • Pesar aproximadamente 700 gramos de cido fosfrico y verterlo en el beacker

    de reaccin.

    Determinar, mediante el empleo del ndice terico y la masa de cido, la masa

    requerida de hidrxido de amonio para sintetizar MAP o DAP, segn sea el

    caso.

    Aadir la solucin pesada de hidrxido de amonio en el embudo de separacin.

    Ajustar y colocar en funcionamiento el sistema de agitacin.

    Adicionar lentamente el hidrxido de amonio, mediante la apertura de la

    vlvula del embudo de separacin.

    Tomar muestras de la lechada de reaccin cada 2 minutos, empleando pipetas

    volumtricas de 25 mL, con la finalidad de determinar la relacin NH3/PO4= y

    el pH de la mezcla.

    Repetir los pasos 5.6 y 5.7 hasta que se alcance la relacin molar NH3/PO4=

    requerida, NH3/PO4= = 1 cuando se quiere obtener MAP y NH3/PO4= = 2

    cuando se quiere obtener DAP y dejar la mezcla de reaccin en agitacin

    durante 45 minutos.

    PD: cuando se observe la formacin de slidos en la lechada de reaccin debe

    tomarse una muestra para determinar pH y relacin molar.

    Una vez concluida la dosificacin de hidrxido de amonio y el tiempo de

    agitacin respectivo, descargar la mezcla de reaccin para llevarla a la etapa

    de centrifugacin.

    Poner en funcionamiento la centrfuga.

    Aadir la mezcla en la centrfuga.

    Una vez finalizada la centrifugacin de la mezcla, recoger el slido y la

    solucin de fosfato de amonio.

    Someter el slido a secado con aire por 2 horas aproximadamente.

    Pesar el slido y tomar muestras para su posterior anlisis.

    Dejar enfriar la solucin de fosfato de amonio a temperatura ambiente; con la

    finalidad de conseguir la cristalizacin de la misma, de no alcanzarse la

    formacin de cristales la solucin debe someterse a un enfriamiento mayor

    Este

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  • Principio:

    Este mtodo consiste en hacer reaccionar cido fosfrico de planta con urea en

    perlas grado tcnico mediante el empleo de un envase con agitacin mecnica;

    con una relacin molar de 1.

    Equipos e Instrumentos:

    Centrfuga.

    Beacker de 2 litros (reactor).

    Dosimat (dosificador).

    Motor para agitacin mecnica.

    Agitador recubierto con resina anticido.

    Termmetro.

    Material de vidrio: Beacker, varillas, pipetas, cilindros graduados, balones

    aforados, etc.

    Reactivos:

    cido fosfrico de planta 52% y 28% en peso de P2O5.

    Urea en perlas grado tcnico.

    Agua destilada.

    Carbn activado.

    Procedimiento experimental (instrucciones):

    Pesar aproximadamente 700 gramos de cido fosfrico y verter en el envase

    de reaccin

    Dosificar lentamente la urea en perlas, dejando disolver completamente antes

    de continuar la adicin.

    Una vez concluida la dosificacin de urea dejar agitar la mezcla de reaccin

    por aproximadamente 1 hora.

    Retirar la agitacin y dejar decantar la lechada de reaccin por 4 horas

    aproximadamente.

    Este

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  • IV.2.1.2 Seleccin de la tecnologa adecuada para la elaboracin de

    MAP, DAP y UF, en base a un estudio tcnico-econmico de las diferentes

    alternativas que ofrece el mercado.

    El cumplimiento de este objetivo se logra a travs de la comparacin y

    evaluacin de las tecnologas disponibles en el mercado con una matriz de

    decisin, donde los criterios de seleccin son la traduccin de las

    necesidades de la empresa, as como tambin los porcentajes asignados a

    cada uno de ellos.

    Criterio necesario: los fertilizantes deben ser obtenidos a partir de cido

    fosfrico de proceso hmedo y empleando un proceso que no implique la

    granulacin y/o amasado del producto

    Criterios deseables:

    Nivel de impurezas en el producto fertilizante dentro de los estndares

    internacionales (C1= 25%).

    Flexibilidad para la elaboracin de otros fertilizantes bajo la misma

    tecnologa (C2= 25%).

    Alto rendimiento (C3=15%).

    Rentabilidad del proyecto (C4=25%).

    Tecnologa limpia (C5= 10%).

    La importancia de cada criterio segn las necesidades de la empresa, son

    la base para la ponderacin asignada a los mismos, la cual es realizada en

    conjunto con la gerencia.

    Para la evaluacin de los criterios establecidos es necesario: 1) realizar

    sntesis de los fertilizantes a nivel de laboratorio empleando los diferentes

    procesos propuestos por las tecnologas estudiadas como base para

    Este

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  • Realizar los diagramas de flujo del proceso que se consideren necesarios.

    Calcular las especificaciones tcnicas de cada uno de los equipos empleando

    las correlaciones adecuadas para cada equipo segn las normas de diseo.

    IV.2.1.5 Estudio de la inversin requerida para la adquisicin de

    los equipos, accesorios y materia prima; la instalacin y puesta en marcha

    de la planta piloto.

    En el cumplimiento de este objetivo, se recopilan los costos de adquisicin de

    los equipos y sus respectivos costos de instalacin. Para tal fin, se determina,

    en primer lugar, cuales de los equipos pueden ser realizados por el personal de

    taller y mantenimiento de Tripoliven, C.A. y sus respectivos costos; y de

    igual manera se hallan, a partir de peticin de cotizaciones a los proveedores,

    los costos de adquisicin de los equipos que no pueden ser realizados por la

    empresa. Por otra parte, se obtienen los costos a puerta de planta de las

    materias primas e insumos para determinar los costos por batch.

    Con todos estos se hace un balance general de inversin que implica la

    instalacin y puesta en marcha de la planta piloto propuesta.

    IV.3 EQUIPOS EMPLEADOS

    En esta seccin se resea una breve descripcin de los principales equipos

    empleados en el laboratorio para la sntesis y caracterizacin de los productos,

    en conjunto con las materias primas y los productos obtenidos.

    IV.3.1 SNTESIS DE FOSFATOS DE AMONIO CON AMONACO

    GASEOSO

    En la elaboracin de fosfatos de amonio, empleando amonaco gaseoso como

    materia prima, se recurre a un reactor de acero inoxidable con un acople en el

    lateral inferior izquierdo para alimentar el gas. ste hace uso de un anillo de

    distribucin de acero inoxidable ubicado en el fondo del envase.

    Este

    lar

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  • IV.3.2 SNTESIS DE FOSFATOS DE

    AMONIO CON SOLUCIN AMONIACAL

    FIGURA IV.4. SISTEMA DE ALIMENTACIN DE AMONACO

    FIGURA IV.5. SISTEMA DE AGITACIN

    Para la obtencin de fosfatos

    de amonio, a partir de solucin

    amoniacal, se utiliza el

    montaje que se muestra en la

    figura IV.6, el cual consta de

    un beacker de vidrio de 2L

    como envase de reaccin, un

    embudo de decantacin de

    500mL como dosificador de

    amonaco; en conjunto con el

    Este

    lar

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  • A la izquierda los dosificadores automticos, a la derecha equipo de absorcin

    atmica

    FIGURA IV.7. EQUIPOS PARA LA CARACTERIZACIN DE LOS

    FERTILIZANTES

    Este

    lar

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  • Arriba MAP vista superior y lateral, abajo DAP vista lateral y superior.

    FIGURA IV.9. CRISTALES CARACTERSTICOS DE LOS FOSFATOS DE AMONIO

    OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

    Es

    telar

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  • MAP, DAP y UF; es decir, cada criterio va enfocado a cubrir una o varias de

    las necesidades que tiene la empresa en relacin al proyecto, tal como se

    muestra a continuacin.

    V.1.1 CRITERIO NECESARIO:

    Los fertilizantes deben ser obtenidos a partir de cido fosfrico de proceso

    hmedo y empleando un proceso que no incluya la granulacin y/o amasado

    del producto.

    Los estudios de mercado arrojan una demanda casi totalmente satisfecha en el

    mbito nacional con los fertilizantes granulares elaborados por la compaa

    del Estado, y una demanda insatisfecha de fertilizantes no granulares en

    algunos pases sur americanos; con miras de cubrir esta demanda insatisfecha,

    si el proyecto resulta factible, se restringe la elaboracin de los fertilizantes a

    procesos no granulares. Por otra parte los fertilizantes slo pueden obtenerse a

    partir de cido de proceso hmedo, pues es el producido en TPV y como se

    menciona previamente el presente proyecto busca cubrir la capacidad ociosa

    que actualmente existe en la planta de P2O5 de TPV.

    V.1.2 CRITERIOS DESEABLES:

    Como se menciona previamente el criterio necesario es totalmente restrictivo,

    pues plasma la condicin mnima requerida para que la alternativa sea

    evaluada o descartada, mas los criterios deseables que se muestran a

    continuacin son el conjunto de todas aquellas necesidades no restrictivas o

    que pueden ser manipuladas.

    Nivel de impurezas en el producto fertilizante dentro de los estndares

    internacionales. (C1): 25%

    El cido fosfrico de proceso hmedo debido a su procedencia posee un alto

    nivel de impurezas como metales, cloruros y fluoruros, en la tabla V.1 se

    muestran anlisis tpicos de cido fosfrico; dichas impurezas no se desean

    Este

    lar

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  • impurezas mximo de 0,35. %; 2) DAP anlisis 18-46-0 y contenido mximo

    de impurezas 0,20; 3) UF de anlisis 17-46-0 con un contenido mximo de

    impurezas de 0,20.

    Flexibilidad para la elaboracin de otros fertilizantes bajo la misma

    tecnologa. (C2): 25%

    Como se expresa antes, la empresa busca ampliarse horizontalmente con la

    incursin en el mercado de los fertilizantes fosfatados, en el cual existe a

    nivel internacional una deficiencia en MAP, DAP y UF. Con miras a cubrir

    esta necesidad y con la finalidad de generar la mayor rentabilidad posible se

    desea implementar un proceso que sea flexible, es decir, adaptable a la

    produccin de una variedad de fertilizantes fosfatados; que para los alcances

    de este proyecto slo se enfoca a la produccin de los tres fertilizantes

    mencionados.

    En relacin a este criterio, las tecnologas se evalan por su versatilidad en la

    elaboracin de MAP, DAP y Urea fosfato obtenidos a partir de cido fosfrico

    hmedo; para ello se toma en cuenta la facilidad con la cual el proceso

    aportado por cada una de las tecnologas se puede adaptar, sin que sea

    necesario incluir nuevos equipos, a la elaboracin de dichos fertilizantes.

    Alto rendimiento. (C3): 15%

    Este criterio permite evaluar, en cada uno de los procesos aportados por las

    tecnologas, la cantidad de producto que se obtiene a partir de una

    alimentacin fija de materias primas. Es decir, este patrn pretende identificar

    aquellas tecnologas que producen los mayores beneficios econmicos para un

    mismo costo fijo relacionado con la alimentacin de materia prima al proceso.

    Para la evaluacin de este criterio se toman en cuenta los valores de

    rendimiento terico aportados para las tecnologas propuestas y en aquellos

    Este

    lar

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  • costos asociados de Tripoliven, C.A., es decir se toma en consideracin que la

    planta se instala en las inmediaciones de la mencionada empresa.

    Dad