diagrama

Fabricaci´n de ´cido n´trico diluido.
o
a
ı

13 de febrero de 2004

Se quiere estudiar el proceso de fabricaci´n de ´cido n´
o
a
ıtrico diluido para lo cual se desea realizar
un simulaci´n en estado estacionario del mismo. El proceso es a alta presi´n, 10atm. No se debe
o
o
considerar la p´rdida de carga en el proceso. El diagrama de flujo del proceso se presenta en la
e
siguientefigura:

A continuaci´n se explica cada una de las secciones del proceso con las especificaciones que deben
o
cumplir y los datos de operaci´n que se conocen de los distintos equipos.
o

1.

Compresi´n-alimentaci´n
o
o

El aire alimentado al proceso (tras pasar por un filtro, no presente en el diagrama) se introduce
en un compresor multietapa (2 etapas) con enfriamiento intermedio. Lascondiciones de entrada
del aire son 25◦ C y presi´n atmosf´rica. A la salida de este compresor el aire se divide en dos
o
e
fracciones, una de aire primario que pasar´ a la secci´n de reacci´n y otra de aire secundario que
a
o
o
ir´ al desgasador (bleacher).
a

1

La alimentaci´n de amon´
o
ıaco se dispone ya a 10atm y 350◦ C . Esta alimentaci´n se mezcla con
o
el aire primariopara a continuaci´n entrar en el reactor de oxidaci´n de amon´
o
o
ıaco. El ox´
ıgeno se
alimenta en exceso sobre el estequiom´trico, obteni´ndose una concentraci´n de amoniaco en esta
e
e
o
mezcla de aproximadamente un 13.5 %molar.

2.

Reacci´n
o

En esta secci´n se produce la reacci´n de oxidaci´n del amoniaco. El reactor de oxidaci´n tiene un
o
o
o
o
◦
catalizador basado enplatino que permite operar a 940 C y 10atm para obtener una conversi´n de
o
amon´
ıaco del 94 %. La reacci´n de oxidaci´n es la siguiente:
o
o
NH3 + 1,25O2 → NO + 1,5H2 O
En esas condiciones de operaci´n la unica reacci´n que compite con la anterior es la de formaci´n
o
´
o
o
de nitr´geno:
o
NH3 + 0,75O2 → 0,5N2 + 1,5H2 O
La reacci´n de oxidaci´n es fuertemente exot´rmica y el calorque desprende se aprovecha para
o
o
e
calentar los gases de cola procedentes de la absorci´n. La corriente saliente del reactor sufre un
o
◦
enfriamiento inicial hasta los 450 C . Este calor se aprovecha para generar vapor. Posteriormente
intercambia calor con la corriente de gases procedente de la absorci´n antes de entrar en el primer
o
enfriador.

3.

Enfriamiento-condensaci´n
oEl mon´xido de nitr´geno producido por la oxidaci´n del amon´
o
o
o
ıaco reacciona con el ox´
ıgeno seg´n
u
la siguiente reacci´n reversible:
o
2NO + O2 ⇔ 2NO2
Esta reacci´n se favorece a bajas temperaturas, consigui´ndose a temperaturas por debajo de 150◦ C
o
e
un desplazamiento casi total hacia la formaci´n del di´xido de nitr´geno.
o
o
o
La corriente procedente delintercambiador entra en el primer enfriador, en este se produce la oxidaci´n del mon´xido junto con la dimerizaci´n del mismo a N2 O4 , reacci´n reversible que tambi´n
o
o
o
o
e
es favorecida a bajas temperaturas. Estas dos reacciones se puede considerar que alcanzan el equilibrio. Tambi´n sucede la reacci´n de formaci´n de ´cido n´
e
o
o
a
ıtrico, pero las condiciones de operaci´n
o
delprimer enfriador son tales que no hay fase l´
ıquida para evitar una condensaci´n del n´
o
ıtrico. La
extensi´n de la reacci´n de formaci´n del nitrico es tal que a la salida del mismo hay una fracci´n
o
o
o
o
molar de alrededor de un 2 %.
La salida de este enfriador pasa a un segundo en el que suceden las mismas reacciones y adem´s
a
se produce condensaci´n de n´
o
ıtrico, la extensi´nde la reacci´n de formaci´n de n´
o
o
o
ıtrico es aproximadamente un 19 % (t´
ıpicamente entre un 15 y un 20 %) de los moles de NOx presentes en la

corriente de entrada. Las otras dos reacciones alcanzan igualmente el equilibrio. La temperatura de
este enfriador-condensador es tal que el condensado tenga una concentraci´n de n´
o
ıtrico (en peso)
de entre e 40 y el 50 % puede...