agua y aire como mp (1-2011)
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UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROCESOS QUIMICOS
AGUA Y AIRE COMO MATERIA PRIMA
ELABORADO POR:
Carrillo Rosa V
Restrepo Mónica
Rivas Angely
Sección: 61
Profesora:
María del Carmen Rodríguez
Valencia; 01 de Julio de 2011.
INTRODUCCIÓN
Se conocen como materias primas a la materia extraída de la naturaleza y
que se transforma para elaborar materiales que más tarde se convertirán en bienes
de consumo.
El agua es materia prima que se incorpora a numerosos productos
industriales. En la industria química son numerosos los procesos en lo que, para la
obtención del producto, se aporta agua, tanto en fase líquida como en fase gaseosa
(caso por ejemplo de la obtención del amoníaco). Especial importancia tiene el uso
del agua en la industria alimentaria (cárnicas, bebidas embotelladas, etc.), pues en
este caso el agua no solo constituye la mayor proporción del producto acabado, sino
que se requiere agua de una calidad superior a la de otros usuarios industriales.
Debido a las exigencias de calidad del agua en el sector industrial, existen pre-
tratamientos y tratamientos que conforman una extensa variedad de procesos
involucrados, en éste trabajo se enfocará más hacia los tratamientos primarios del
agua.
En el aire como materia prima los gases que lo componen y que pueden
extraerse en forma pura son el oxígeno, nitrógeno, argón y otros gases nobles.
Estos gases se usan en muchos procesos industriales, haciéndoles más sostenibles
para el medio ambiente. El aire es por lo tanto una fuente para una gran cantidad de
aplicaciones medioambientales.
AGUA COMO MATERIA PRIMA
El agua, fundamental para los procesos industriales, que es usada en
múltiples aplicaciones tales como refrigeración, líquido intermediario, producción de
vapor, lavaderos, producción de aguas gaseosas, industria de la alimentación, etc,
en su estado natural y dependiendo cual es su procedencia ( de ríos,
deshielos ,lagunas ó pozos subterráneas) posee distintos tipos de impurezas, sales
minerales ó material orgánico, así mismo el agua de lluvia al caer puede absorber
oxigeno, CO2, nitrógeno, polvo y otras impurezas contenidas en el aire, y también
disolver substancias minerales de la tierra.
Para eliminar las impurezas que se encuentran presentes en el agua,
independiente del sitio de donde sea extraída, se tienen que aplicar ciertos
tratamientos para que esta entre dentro de los parámetros de calidad y pueda ser
utilizado para las líneas de producción, alimentación a equipos, con la seguridad de
que estos no causaran daños al equipo. El tratamiento de aguas es el conjunto de
operaciones unitarias de tipo físico, químico o biológico cuya finalidad es la
eliminación o reducción de la contaminación o las características no deseables de
las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales. Los
tratamientos de aguas industriales son muy variados, según el tipo de
contaminación, y pueden incluir precipitación, neutralización, oxidación química y
biológica, reducción, filtración, ósmosis, etc. En el caso de agua urbana, los
tratamientos suelen incluir la siguiente secuencia:
PRETRATAMIENTO
TRATAMIENTO PRIMARIO
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO TERCIARIO
PRETRATAMIENTO DE AGUA
Engloba a aquellos procesos que se sitúan a la entrada de la planta
depuradora para eliminar residuos sólidos, arenas y grasas, que de no ser
separados dañarían mecánicamente los equipos de las siguientes fases de
tratamiento y sedimentarían en las tuberías y conductos de la instalación,
obstruyéndolos o bien producirían pérdida de eficacia. Incluye equipos tales como:
Desbaste:
Los objetivos principales en este paso son:
- Proteger a los equipos de la planta depuradora de la posible llegada
intempestiva de grandes objetos capaces de provocar obstrucciones en las
distintas unidades de la instalación.
- Separar y evacuar fácilmente las materias voluminosas arrastradas por el
agua, que podrían disminuir la eficacia de los tratamientos posteriores.
Esta operación consiste en hacer pasar el agua residual a través de una reja.
De esta forma, el desbaste se clasifica según la separación entre los barrotes de la
reja en: Desbaste fino, Desbaste grueso, Reja de gruesos, Reja de finos.
Tamizado:
El tamizado consiste, en definitiva en una filtración sobre un soporte mucho
más delgado que unas rejas a las que puede sustituir o complementar afinando su
función. Normalmente las aberturas de los tamices oscilan entre 1 y 6 mm. Existen
básicamente tres tipos de tamices, rotativos, estáticos y de escalera móvil.
- Tamices rotativos están provistos de una malla filtrante de eje horizontal,
donde son retenidos los sólidos y extraídos mediante rasqueta hasta el
sistema de transporte.
- Tamices estáticos poseen una malla filtrante de sección triangular con una
inclinación que va disminuyendo desde los 65º hasta los 45º para conseguir la
separación y extracción de los sólidos.
- Tamices de escalera y deslizantes están constituidos por mallas filtrantes fijas
que mediante determinados mecanismos elevan los residuos retenidos hasta
la zona de descarga.
Desarenado:
El desarenado tiene como objetivo eliminar partículas más pesadas que el
agua, que no se haya quedado retenidas en desbaste, y que tienen un tamaño
superior a 200 micras, sobretodo arenas pero también otras sustancias como
cáscaras, semillas, entre otras., con este proceso se consigue proteger los equipos
de procesos posteriores ante la abrasión, atascos y sobrecargas. Existe tres tipos de
desarenados fundamentales: desarenadores de flujo horizontal, de flujo vertical y de
flujo inducido.
- Desarenadores de flujo horizontal: consiste en un ensanchamiento del canal
de pretratamiento de forma que se reduzca la velocidad del flujo y decante las
partículas.
- Desarenadores de flujo vertical se diseñan mediante tanques que tienen una
velocidad ascensional del agua tal que permite la decantación de las arenas
pero no caen las partículas orgánicas. Suelen ser depósitos tronco-colíndricos
con alimentación tangencial.
- Desarenadores de flujo inducido son de tipo rectangulares aireados. En estos
equipos se inyecta aire por medio de grupos motosoplantes creando una
corriente en espiral de manera que permite la decantación de las arenas y
genera una corriente de fondo. Además el aire provoca la separación de las
materias orgánicas.
Desengrasado:
El objetivo en este paso es eliminar grasas, aceites, espumas y demás
materiales flotantes más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los procesos
de tratamiento posteriores, se efectúa mediante insuflación de aire, para
desemulsionar las grasas y mejorar la flotabilidad.
Los desengrasadores separados del desarenado son aconsejables cuando se
busca una mayor calidad del agua o cuando el agua proviene de ciertos tipos de
industrias: Petroquímicas y refinerías de petróleo producen gran cantidad de aceites,
los mataderos producen gran cantidad de grasas, etc.
El sistema más comúnmente utilizado para la eliminación de grasas se lleva a
cabo por inyección de aire para desemulsionar las grasas permitiendo su ascenso a
la superficie y su retirada. Las grasas en superficie se retiran mediante rasquetas
superficiales.
TRATAMIENTO PRIMARIO
Los Tratamiento primario o físico-químico y los principales procesos físico-
químicos que pueden ser incluidos en el tratamiento primario son los siguientes:
sedimentación, flotación, coagulación - floculación y filtración.
Sedimentación:
Es un proceso físico de separación por gravedad que hace que una partícula
más densa que el agua tenga una trayectoria descendente, depositándose en el
fondo del sedimentador. A esta operación de sedimentación se le suele denominar
también decantación.
El objetivo fundamental de la decantación primaria es doble: por un lado
permite eliminar los sólidos en suspensión (en un 60%, aproximadamente) presentes
en la aguas y la materia orgánica (en un 30%, aproximadamente) y por otro lado,
protegen los procesos posteriores de oxidación biológica de la intrusión de fangos
inertes de densidad elevada.
La forma de los equipos donde llevar a cabo la sedimentación es variable, en
función de las características de las partículas a sedimentar (tamaño, forma,
concentración, densidad, etc.).
- Sedimentadores rectangulares: La velocidad de desplazamiento horizontal del
agua es constante y se suelen utilizar para separar partículas densas y
grandes (arenas).Suelen ser equipos poco profundos.
- Sedimentadores circulares: En ellos el flujo de agua suele ser radial desde el
centro hacia el exterior, por lo que la velocidad de desplazamiento del agua
disminuye al alejarnos del centro del sedimentador.
- Sedimentadores lamelares: Han surgido como alternativa a los
sedimentadores poco profundos, al conseguirse una mayor área de
sedimentación en el mismo espacio. Consisten en tanques de poca
profundidad que contienen paquetes de placas (lamelas) o tubos inclinados
respecto a la base, y por cuyo interior se hace fluir el agua de manera
ascendente. En la superficie inferior se van acumulando las partículas,
desplazándose de forma descendente y recogiéndose en el fondo del
sedimentador.
Coagulación- Floculación:
En muchos casos parte de la materia en suspensión está formada por
partículas de muy pequeño tamaño, lo que conforma una suspensión coloidal. Estas
suspensiones coloidales suelen ser muy estables, en muchas ocasiones debido a
interacciones eléctricas entre las partículas. Por tanto tienen una velocidad de
sedimentación extremadamente lenta, por lo que haría inviable un tratamiento
mecánico clásico.
Una forma de mejorar la eficacia de todos los sistemas de eliminación de
materia en suspensión es la adición de ciertos reactivos químicos que, en primer
lugar, desestabilicen la suspensión coloidal (coagulación) y a continuación
favorezcan la floculación de las mismas para obtener partículas fácilmente
sedimentables. Los coagulantes suelen ser productos químicos que en solución
aportan carga eléctrica contraria a la del coloide. Habitualmente se utilizan sales con
cationes de alta relación carga/masa (Fe3+, Al3+) junto con polielectrolitos
orgánicos, cuyo objetivo también debe ser favorecer la floculación.
Filtración:
La filtración es una operación en la que se hace pasar el agua a través de un
medio poroso, con el objetivo de retener la mayor cantidad posible de materia en
suspensión. Existen varios tipos de filtrado:
- El filtro de disco es una micro-pantalla para el retiro de los sólidos y la
recuperación del producto. El diseño del disco es particularmente ventajoso
cuando es necesaria un área grande de filtro.
- El filtro de tambor es un filtro mecánico y de autolimpieza diseñado
especialmente con objeto de alcanzar alto rendimiento en sistemas donde es
esencial prevenir las partículas de la fragmentación.
- Filtro de arena Se utiliza con frecuencia y método muy robusto para separar
los sólidos suspendidos del agua. La filtracion media consiste en una capa
múltiple de la arena con una variedad en tamaño y gravedad específica. Los
filtros de arena se pueden proveer en diversos tamaños y ambos pueden ser
manejados manualmente o de forma totalmente automática.
- Los filtros de carbón activo se utilizan principalmente para eliminación de
cloro y compuestos orgánicos en el agua. El sistema de funcionamiento es el
mismo que el de los filtros de arena, realizándose la retención de
contaminantes al pasar el agua por un lecho filtrante compuesto de carbón
activo. Muy indicados para la filtración de aguas subterráneas. Se fabrican en
acero inoxidable, en acero al carbono y en fibra de vidrio.
Descripción del proceso de Tratamiento de agua en ALPLA
El agua dura proveniente de pozo es extraída mediante un sistema de
bombeo y llevada hacia un tanque reservorio pulmón (almacenamiento primario), de
aquí esta se hace pasar por una resina de intercambio iónico específicamente una
resina cationica de sodio muy utilizadas para la eliminación de la dureza del agua
por intercambio de sodio por calcio y magnesio, en estas ocurre una reacción
química reversible, que tiene lugar cuando un ión de una disolución se intercambia
por otro ión de igual signo, estas poseen un radical fijo y el ión móvil que es
intercambiado por iones que desean eliminarse de la solución.
Este proceso de intercambio iónico está conformado por dos tanques uno
donde ocurre el intercambio y el ocurre la regeneración de la resina, mientras uno
trabaja hasta llegar a su máxima permisibilidad iónica en el otro ocurre una
regeneración mediante otro intercambio iónico un proceso de retro lavado hecho
con cloruro de sodio haciendo el proceso inverso devolviéndole a esta su capacidad
inicial. Al pasar este proceso obtienen una agua blanda que pasa a ser almacenada
Agua de POZO
Sistema de
bombeo
Almacenamiento primario
Intercambio iónico
Almacenamiento
secundario
Agua blanda
Cloración
Sistema Cerrado
Sistema Abierto
Agua dura
en otro tanque reservorio (almacenamiento secundario) de la cual sale una corriente
para trabajar en el sistema abierto de la empresa donde usan esta agua blanda para
enfriar los aceites de las maquinas ya que cuando la temperatura aumenta,
disminuye la viscosidad, pierde compresibilidad haciendo más rápida la maquina ,
entonces esta debe tener condiciones de temperatura a nivel hidráulico bien
controlado para siempre tener una misma viscosidad y obtener un movimiento
similar, en este sistema hay que reponer el agua debido a que en este proceso de
enfriamiento el agua se pierde por evaporación.
Del tanque reservorio nombrado anteriormente sale otra corriente dirigida al
sistema cerrado de la empresa que necesita un agua mas pura por lo cual es
pasado por otro proceso donde es medido su pH utilizando para los casos
respectivos reactivos como acido clorhídrico o sulfúrico para disminuir el pH de esta.
En el agua existen una cantidad de metales tales como el hierro que en presencia de
microorganismos es catalizada su oxidación de Fe+2 a Fe+3 el cual es altamente
corrosivo para las tuberías por lo cual ellos emplean la adición de cloro para la
eliminación de estos microorganismos evitando la corrosión química. El agua
finalmente tratada es usada para el enfriamiento brusco de los moldes usados por la
empresa y así estos no lleguen a su energía libre de gibbs máxima y pasen a
deformarse, luego el agua caliente es enfriada por un chiller y devuelta el tanque
reservorio existiendo una constante recirculación.
AIRE COMO MATERIA PRIMA
Es un gas incoloro e inodoro, no tóxico y no inflamable, que es necesario para
la vida y contribuye a todos los tipos comunes de combustión. La mayoría de sus
propiedades físicas y químicas, son consideradas como promedios ponderados de
sus componentes. El aire está compuesto por un 78% de nitrógeno y un 21% de
oxígeno uno de los elementos más comunes de la tierra, ya que el 85% de los
océanos y el 60% del cuerpo humano es oxígeno. Mientras que un 1% del aire es
argón, gas noble. Otros gases nobles presentes en el aire son: argón, helio, kriptón,
neón y xenón. Juntos constituyen menos del 0.1%. Esta como materia prima
prácticamente inagotable.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AIRE
• Es de menor peso que el agua.
• Es de menor densidad que el agua.
• Tiene volumen indefinido.
• No existe en el vacío.
• Es incoloro, inodoro e insípido.
•
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AIRE
• Reacciona con la temperatura condensándose en hielo a bajas temperaturas
y produce corrientes de aire.
• Esta compuesto por varios elementos entre ellos el oxigeno (O2) y el dióxido
de carbono elementos básicos para la vida.
•
Los productos q se obtienen del aire:
1. NITRÓGENO: gas inerte, incoloro e inodoro, no corrosivo, extremadamente frío y
no inflamable. El aire atmosférico contiene un 78.09% de nitrógeno (volumen).
Este gas es ligeramente más liviano que el aire y ligeramente soluble en agua.
Es inerte excepto a grandes temperaturas. Es de notar que a muy altas
temperaturas en unión de ciertos metales forman nitruros, con el oxígeno forman
óxidos y con el hidrógeno en presencia de catalizadores forma amoníaco. El
nitrógeno elemental se obtiene en cantidades comerciales por destilación
fraccionada de aire líquido y se necesita, por lo general, de gran pureza, superior
al 99,8%. Algunos de los usos de este son:
• En la industria química es el de actuar como una manta gaseosa que excluye
el oxígeno y la humedad
• Aplicaciones como diluyente.
• Obtención de temperaturas sumamente bajas (hasta – 210 ºC).
• Como inhibidor del fuego.
• El mayor consumo de nitrógeno se registra en la manufactura del amoniaco
• En la industria de procesamiento de alimento para la congelación de estos.
• El nitrógeno líquido se usa, entre otras cosas, para el tratamiento de metales
a baja temperatura.
• En microbiología para almacenar materiales biológicos como la sangre,
tejidos y el semen, y como refrigerante en los procesos crioquirúrgicos.
• Una nueva aplicación para el nitrógeno radica en la recuperación terciaria del
petróleo en los campos petroleros antiguos, manteniendo así la presión del
pozo.
Propiedades del nitrógeno.
Propiedad Valor
Peso molecular (g/gmol) 28,01g/gmol
Densidad (70°F y 1Atm) 1,153 kg/m3
Gravedad especifica (70°F y 1Atm) 0,967
Temperatura de ebullición (1Atm) - 195,8°C
Temperatura de fusión (1Atm) - 209,9 °C
Temperatura crítica - 146,9°C
Presión crítica 3,399 kpa (abs)
Cp 1,04 KJ/kg
Cv 0,741 KJ/kg
2. OXÍGENO: gas incoloro e inodoro, no tóxico y no inflamable; es
aproximadamente 1.1 veces más pesado que el aire y levemente soluble en agua
y alcohol. A presión atmosférica u temperaturas por debajo de los -183° C, el
oxígeno es un líquido azul pálido levemente más pesado que el agua. En sí
mismo, este gas no es inflamable, pero ayuda a la combustión. Es altamente
oxidante, reacciona fuertemente frente a materiales combustibles y puede causar
fuego o explosión, también reacciona con metales. El oxígeno forma compuestos
con todos los gases a excepción de los gases nobles y constituye el elemento
más comúnmente encontrado en la tierra. En su estado libre, se lo localiza
exclusivamente en la atmósfera (un 20.94% por volumen) o disuelto en ríos,
lagos y océanos. Casi todo el oxígeno comercial se obtiene por destilación
fraccionada de aire licuado. Algunos de los usos de este son:
• En la industria química para la producción de óxidos de acetileno y de etileno,
y en la producción de amoniaco y metanol por medio de la oxidación parcial
de hidrocarburos.
• En el formado de metales.
• La gasificación subterránea.
• La intensificación de la combustión en los procesos metalúrgicos no ferrosos
• Con propósito médico en los hospitales.
• Como oxígeno respirable para aviadores.
• Como combustible líquido (Industria Aeroespacial).
• La nueva aplicación potencial más importante para el oxígeno esta en la
producción de combustibles sintéticos: En la gasificación del carbón y su
licuefacción.
• En los Tratamientos de agua donde ahora se airean las corrientes de aguas
residuales con oxígeno en vez de aire.
Propiedades del oxígeno.
Propiedad Valor
Peso molecular (g/gmol) 31,9988 g/gmol
Densidad (70°F y 1Atm) 1.326 kg/m3
Gravedad especifica (70°F y
1Atm)
1,105
Temperatura de ebullición (1Atm) - 182,96° C
Temperatura de fusión (1Atm) - 218.78°C
Temperatura crítica - 118°C
Presión crítica 5043kPa (abs)
Cp 0.9191kJ/kg°C
Cv 0.6578kJ/kg°C
3. ARGÓN: gas monoatómico, no tóxico, incoloro e inodoro, insípido. Junto con el
helio, el neón, el kriptón, el xenón y el radón, forma parte de un grupo especial de
gases conocido como: gases “Nobles”, “Raros” o “Inertes”, estos se presentan en
la atmósfera en una concentración de 0.934% por volumen, siendo el más
común de todos los gases inertes, es cuatro veces más denso que el aire y
ligeramente soluble en agua. Estos términos aluden a que estos gases presentan
una tendencia extremadamente baja a reaccionar con otros compuestos o
elementos. Se de manera industrial por destilación del aire. Algunos de los usos
de este son:
• En los procesos metalúrgicos como gas escudo (para el oxígeno) en la
soldadura de metales como el aluminio y el acero inoxidable.
• Refinación de metales exóticos como lo es el zirconio, titanio y varias
aleaciones.
• En los tubos de luz incandescente como gas de relleno.
• En la producción de acero inoxidable en la fase de descarburación con argón-
oxígeno.
• En la obtención de atmósferas inertes.
Propiedades del argón.
Propiedad Valor
Peso molecular (g/gmol) 39,95g/gmol
Densidad (70°F y 1Atm) 1,650 kg/m3
Gravedad especifica (70°F y 1Atm) 1,38
Temperatura de ebullición (1Atm) -185,9°C
Temperatura de fusión (1Atm) -189,2°C
Temperatura crítica -122,3°C
Presión crítica 4,905kpa (abs)
Cp 0,523kJ/kg°C
Cv 0,314kJ/kgºC
4. NEÓN Es un gas noble, incoloro, prácticamente inerte, presente en trazas en el
aire, pero muy abundante en el universo, que proporciona un tono rojizo
característico a la luz de las lámparas fluorescentes en las que se emplea.
Algunos de los usos de este son:
• Como gas de relleno en los anuncios luminosos.
• En la investigación de alta energía.
• Como producto criogénico seguro y de baja temperatura para aplicaciones
especiales.
• En el buceo a grandes profundidades donde las mezclas de neón y helio han
demostrado varias ventajas.
5. HELIO: Luego del hidrógeno, el helio es el elemento más común en el universo.
Sin embargo, al formarse la tierra, solo pequeñas cantidades de gases raros
fueron incorporados. El contenido de helio de la atmósfera terrestre es 5.24 ppm.
(0.000524% volumen). La principal fuente de helio es la recuperación de algunos
pozos de gas natural que lo contienen. Estas fuentes se encuentran
principalmente en Estados Unidos, Canadá, Polonia y la ex Unión Soviética y la
concentración de helio en estos gases es generalmente del 1%. Algunos de los
usos de este son:
• Es útil en aerostación, pues da a los globos un poder ascensional algo inferior
al hidrógeno y, en cambio, elimina los riesgos de inflamación.
• Se emplea para la detección de plomo, las aplicaciones criogénicas y la
generación de ambientes a temperaturas muy bajas para los dispositivos de
los superconductores.
TIPOS DE GASES
Desde el punto de vista de sus características físicas y de envasado, los gases
se dividen en cuatro tipos principales:
1. Gases comprimidos: Independientemente de la presión, son completamente
gaseosos dentro del rango normal de temperaturas, permanecen en estado
gaseoso a cualquier presión. El oxigeno, el hidrógeno y el nitrógeno son
ejemplos de este tipo de gases.
2. Gases comprimidos licuados: Existen en ambos estados, líquido y
gaseoso, dentro de los cilindros a temperaturas. El dióxido de carbono, oxido
nitroso y el propano son ejemplos de este tipo de gases.
3. Gases comprimidos disueltos: El acetileno es un gas comprimido en una
solución. Para transportar y almacenar con seguridad el acetileno, éste se
disuelve en una solución liquida en cilindros rellenos de un material sólido de
alta porosidad.
4. Gases criogénicos: Estos productos existen a temperaturas menores de –
100 ºC y se transportan y almacenan en contenedores especiales
térmicamente aislados, especialmente diseñados para proteger a los gases
del calor externo. El oxigeno, el nitrógeno y el argón son ejemplos de gases
criogénicos que existen en estado líquido a muy bajas temperaturas.
Proceso de Licuefacción de gases
La licuación o licuefacción es el cambio de estado gaseoso al líquido. El
proceso ocurre por la acción de la temperatura y el aumento de la presión, lo que
diferencia a la licuación de la condensación, la cual contece cuando una
sustancia cambio de estado pasando del vapor al líquido, únicamente por la
disminución de la temperatura.
Antiguamente se creía en la existencia de gases permanentes, porque era
imposible licuarlos, no obstante que eran sometidos a presiones de hasta 3000
atmósferas (oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, etc). Ahora se sabe que todos los
gases se pueden licuar.
A temperaturas superiores a la temperatura crítica una sustancia pura no
puede existir en fase líquida. Por ejemplo, la temperatura crítica del hidrógeno es
de -240°C por lo que no puede existir como un líquido a temperatura ambiente.
Para que el hidrógeno cambie a fase líquida es necesario enfriarlo por debajo de
su temperatura crítica. Para lograr este enfriamiento el método más práctico, y
que en la actualidad se usa, es el de Linde.
Método Linde
El sistema está compuesto por un compresor en etapas múltiples, un
intercambiador de calor, una válvula de expansión y un depósito para el gas
licuado. El proceso es como sigue:
Proceso de Licuefacción de linde
1. El gas entra al sistema a través del compresor, donde se le aplica trabajo.
Tras el compresor el gas se encuentra comprimido y a temperatura ambiente.
2. A continuación el gas pasa por un intercambiador de calor donde se enfría.
3. Después, el gas frío y comprimido se expande a través de una válvula
hasta la presión ambiente, en esta expansión el gas se enfría aún más debido al
efecto Joule-Thomsom (al disminuir la presión, disminuye la temperatura) y,
4. pasa a la cámara de licuación, en esta cámara parte del gas entra en
estado de líquido saturado y se extrae.
5. El gas frío que no ha sido licuado se manda otra vez al intercambiador de
calor situado antes de la válvula. El gas que sale del separador sale como vapor
saturado, por lo que éste puede estar mucho más frío que el gas que sale del
compresor, por lo que se puede utilizar para enfriar la corriente gaseosa que
pasa del compresor hacia la válvula de estrangulamiento.
6. El gas que se utiliza en el intercambiador después se añade a la corriente
que entra al compresor y el ciclo se repite.
DESTILACIÓN INVERSA
El proceso de obtención de oxigeno líquido empleando en OXICAR C.A., está
basado en estos conceptos.
Una destilación, es un proceso de separación en donde se obtienen
dos o más componentes en la que se van obteniendo productos dependiendo de
la volatilidad de cada uno de ellos, siendo el más volátil el que posea el menor
punto de ebullición. Para esto se tiene que ir calentando la mezcla con la ayuda
de un rehervidor para así obtener cada una de estas temperaturas y con esto los
productos. En la destilación inversa, es todo lo contrario, la separación ocurre
dependiendo de la temperatura de rocío de cada uno de los componentes (que
en el caso de los gases, son sumamente bajas), por lo que se debe enfriar a
temperaturas criogénicas para que comience a condensar cada uno de los
componentes. En la mayoría de los procesos de destilación inversa se obtiene
inicialmente un producto que se encuentra en una mezcla líquido – vapor, por lo
que se requiere usar un condensador para que haga condensar todo aquel vapor
del gas licuado a medida que ascienda por la columna.
DESCRIPCION DEL PROCESO DEL TRATAMIENTO
DEL AIRE EN OXICAR
A continuación se describirá las distintas etapas de éste proceso:
El aire es aspirado a través del filtro de partículas (1), donde son removidas
las partículas sólidas que pueda tener el aire, este filtro trabaja en micrones. Luego
pasa del turbocompresor de aire (2) y este es comprimido hasta una presión relativa
de 6 bar a una temperatura de 36ºC. Luego es enviado al intercambiador (3) del
grupo frigo del freón 22 enfriándose hasta 5ºC, condensándose parte de la humedad
presente en el aire. El agua condensada es drenada automáticamente por medio de
una válvula solenoide. Seguidamente el aire va a la unidad de secado y
descarbonatación (4A y/O 4B) donde se elimina la humedad restante, el dióxido de
carbono y trazas de hidrocarburo que este pueda contener.
La unidad de secado está constituida por dos barriles, 4A y 4B, que contiene
un material absorbente (alumina activada) que trabaja en secuencia alternada, de
modo que cuando uno está funcionando, el otro se halla en fase de regeneración. La
regeneración ocurre mediante insuflación sobre el lecho absorbente con nitrógeno
Filtració
nAire
Part.
Solidas
Compresión
Enfriamiento
6bar
36ºC
Agua
Oxigenogas
Secado y descarbonatacion
5ºC
Enfriamiento
Principal
CO2, humedad restante, trazas de
hidrocarburos
-172ºC5,2 Bar
Separación
Inferior
Separación
Superior
Nitrógenogas
Compresión
Primaria
32,5
bar
Compresión
Secundaria
NitrógenoGas
-160,8
ºC46 bar
Expansión
NitrógenoLiquido
-178º
C4,5 bar
Subenfriamiento
NITROGENOLIQUID
O
-191ºC
Intercambiador
Liquido rico
38,5% oxigen
o
Nitr
óge
noga
s
Compresión
4,2bar
Nitrógenogas Purifi
caciónIntercambiado
r
Compresión
H2
4 barReactor
Argón
Argónpuro
Agua
Argónpuro
Destilación ARGONLIQUIDO
Argón yNitro.
OXIGENOLIQUIDO
seco, WGAN, calentando hasta 130ºC con el calentador HE, y luego enfriando hasta
temperatura ambiente.
A la salida de la unidad de secado el aire es enfriado hasta -172ºC, a una
presión de 5,2bar, en el intercambiador de calor principal (5A), aprovechando el
intercambio de frigorías en contracorriente, con respecto a los gases fríos: HPGAN,
GAN, WGAN y GOX que salen de la columna fraccionada (6 y 9).
El aire entra a la columna inferior (6) donde se convierte al estado líquido por
la expansión súbita que en el ocurre. Al ocurrir la separación en nitrógeno gaseoso,
HPGAN, y nitrógeno líquido en la parte superior, y líquido rico en oxigeno la en la
sale por la parte inferior de dicha columna. Al líquido rico se le llama así debido a
que contiene aproximadamente 38,5% de oxígeno.
El flujo de aire frío 10000 Nm3/h, constituye la alimentación principal de la
columna fraccionadora (6 y 9), junto a un flujo de nitrógeno líquido, (LIN), procedente
del licuefactor (26).
El vapor de nitrógeno es parcialmente licuado en el condensador principal (7)
que contiene oxígeno líquido, LOX. Éste nitrógeno es utilizado como reflujo de la
columna (6), mientras que el restante, remonta LIN es subenfriado en el
intercambiador (5B) y usado para el reflujo de la columna superior (9), el resto de
nitrógeno gaseoso, HPGAN, es enviado al circuito de licuefacción (26), después de
pasar por el intercambiador de calor principal (5A).
En la columna superior (9) ocurre la separación final del oxígeno del aire
líquido (líquido rico). El oxígeno gaseoso (GOX), es sacado cerca del condensador
principal (7) pasando por el intercambiador de calor principal (5A). El oxígeno líquido
(LOX) es sacado del fondo de la columna superior (9) cerca del condensador
principal (7) y enviado al tanque de almacenamiento.
El nitrógeno gaseoso (GAN) es obtenido de la parte alta de la columna
superior (9), el flujo de nitrógeno líquido (LIN) es enviado al tope de la columna
superior para proveer las temperaturas frigorías necesarias para la destilación del
aire y la producción de los productos deseados.
Para la producción de argón se extrae una porción de gas de la parte media
de la columna superior. Es gas rectificado y no licuado en el condensador de argón
crudo (8). El argón crudo contiene entre 1 y 2% de oxígeno y aproximadamente
0,5% de nitrógeno. Dicho argón es enviado al sistema de purificación. En efecto este
argón cede sus temperaturas frigoríficas en el intercambiador de calor (11) en
contracorriente con el argón que viene del sistema de purificación, calentándose
hasta temperatura ambiente.
Al argón crudo se le añade hidrógeno (12), luego el compresor de argón (13)
lo comprime hasta 4bar. Éste flujo pasa por un depurador catalítico (14) donde se
produce la reacción química siguiente O2 + H2 = H2O + Calor, como se observa el
oxígeno es quemado eliminándose de esta manera y convirtiéndolo en vapor de
agua. El calor generado en dicha reacción es enfriado con agua, a tal efecto el
catalizador tiene un serpentín-enfriador. El vapor de agua es eliminado en el
absorbedor (15A y/O 15B) antes de pasar por el intercambiador de calor (11).
Seguidamente el argón entra en la parte inferior (16) de la columna de argón
puro donde se convierte en líquido. El argón líquido (LAR), es enviado a la parte
superior de la columna rectificadora (18). El líquido de reflujo de dicha columna es
alimentado por la condensación del vapor en el condensador de cabeza con
nitrógeno líquido (LIN) procedente del licuefactor (26). La parte del vapor no
condensada, trazas de nitrógeno es venteado automáticamente a la atmósfera a
través de la válvula 20.
El argón líquido (LAR) producido es sacada de la base de la columna
rectificadora (18) pasando luego a un contenedor (21) y posteriormente enviado al
tanque de almacenamiento (22).
Para la producción de nitrógeno se utiliza (HPGAN) procedente de la columna
inferior (6) y GAN procedente de la columna superior (9). El HPGAN es succionado
por el turbocompresor de reciclo (24). El GAN es succionado por el compresor (23)
hasta comprimirlo a 4,2bar y enviado a la succión del turbocompresor de reciclo (24).
El turboreciclo opera con un caudal de 23346 Nm3/h de nitrógeno.
El turboreciclo (24) comprime el nitrógeno hasta 32,5bar y lo envía hasta el
compresor “booster” (25) que esta acoplado a la turbina (28). El “booster” eleva la
presión hasta 46bar, luego lo envía al licuefactor (26) donde se divide en dos
corrientes, una que va hacia la turbina, aproximadamente 17868Nm3/h, a una
temperatura de -86ºC donde se expande hasta 4,5bar de presión y a una
temperatura de -164ºC. La otra corriente se dirige hacia la válvula de expansión (28)
a una temperatura de -160,8ºC donde se expande hasta 4,5bar y una temperatura
de -178ºC convirtiéndose en nitrógeno líquido (LIN). Éste nitrógeno líquido es
enfriado por el subenfriador (30) hasta -191ºC. Luego es repartido de la manera
siguiente: columna superior (9) para reflujo, condensador de argón puro (19) para la
licuefacción del argón y la cantidad restante es almacenada en el tanque de la
producción.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Tratamiento de agua http://www.slideshare.net/jose1001/tratamiento-agua-1
Calidad y Tratamiento del agua http://www.slideshare.net/stellamm75/calidad-y-
tratamiento-del-agua
Pre tratamientos de aguas (aguas del mare nostrum)
http://www.tratamientosdelaguaydepuracion.es/pretratamientos-aguas-
residuales.html.
Cyclusid (Tratamiento primario)
http://www.cyclusid.com/tratamiento-aguas/tratamiento-primario.
ANEXOS