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descripción proceso de una planta de acido
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2/4/2015 Manual Planta Acido Descripción Procesos
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DESCRIPCION DEL PROCESO EN UNAPLANTA DE ACIDO
GeneralidadesLimpieza de Gases y EnfriamientoSecado de los GasesConversión de SO2 a SO3Absorción del SO3Volver a Indice General
GeneralidadesLa planta de ácido sulfúrico tiene una capacidad de 1.125 toneladas métricas de ácidosulfúrico al 100% cada 24 horas, alimentada en forma continua con gas de proceso,de composición definida y con una conversión de SO2 a SO3 de 97,5%. Lacomposición del ácido producto es de 98,5% en H2SO4.
A continuación se presenta una tabla con los datos técnicos de diseño:
Indices de diseño Base de Diseño AutotermalFlujo de gas (base
seca Mm3/h) 110.000 122.000
Consumo de gas(%)
SO2 10,0 5,0 (mín)SO3 0 0O2 13,1 14,0CO2 0,6 0N2 balance balanceH2O Saturado Saturado
Temperatura (ºC) 40 40Presión (mm c. a.) < 990 < 990
Las etapas de elaboración del ácido son las siguientes:
Limpieza de gases y enfriamiento para reducir la temperatura del gas y extraerpolvo arrastrado.
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Reacción del anhídrido sulfuroso (SO2) con oxígeno (O2) para obtener anhídridosulfúrico (SO3).Combinación de anhídrido sulfúrico con agua (H2O) para obtener ácido sulfúrico(H2SO4).Entrega del ácido producto hacia almacenamiento.
Sin embargo, para fines prácticos del curso, trabajaremos con una descripción másdetallada, que permite la siguiente clasificación:
Limpieza de gasesSecadoConversión del SO2 a SO3Absorción del SO3
Dicho ordenamiento será útil para establecer e identificar el equipamiento en cadaetapa.
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Limpieza de Gases y EnfriamientoEn esta etapa el gas que contiene SO2 abandona el horno flash y el convertidor decobre, conteniendo nitrógeno, oxígeno, polvo, humo metálico, vapor de agua yalgunas impurezas del mineral como halógenos (flúor, cloro), selenio y arsénico.
La eliminación parcial o total de las impurezas gaseosas y líquidas se efectúa en untren de limpieza cuyos equipos a continuación se enumeran:
Torre de HumidificaciónEstanque SedimentadorVenturi ScrubberTorre de EnfriamientoPrecipitadores Electrostáticos de neblina ácida.
El gas proveniente de la cámara de mezcla, entra a 320ºC a la Torre deHumidificación, la cual no contiene relleno en su interior. El gas se lava por medio denozzles o boquillas con ácido débil, cuya concentración varía alrededor de 30% enH2SO4, de este modo el gas se enfría por el contacto con el líquido en contracorriente a 90ºC. El ácido débil es recirculado en la torre sin enfriarlo y las impurezasmás pesadas son enviadas a un estanque sedimentador conteniendo principalmentepolvo y arsénico.
Desde la Torre de Humidificación el gas se envía al Venturi Scrubber, donde entra a
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favor de corriente con ácido débil inyectado a través de toberas o nozzles.
El gas nuevamente se enfría y se retienen la totalidad de las impurezas,principalmente, arsénico y selenio.
De este modo el gas es conducido a la Torre de Enfriamiento, la cual contiene rellenoen su interior. Nuevamente ácido débil se recircula en su interior a través del rellenoen contra corriente lo que permite retirar parte de la neblina ácida, los cloruros, elvapor de agua, como también todos los compuestos fluorados.
Debido al contacto de ácido de concentración 3% en H2SO4 con el gas húmedo; ellíquido es enfriado en intercambiadores de calor, para seguir posteriormenterecirculando el ácido a través de la torre.
Cada cierto período parte de este ácido es mezclado con una solución de silicato desodio, necesaria para hacer reaccionar el flúor del gas y de este modo retirarlo delsistema. La presencia de flúor en el gas en etapas posteriores, como son secado yabsorción produce daños estructurales en el revestimiento del ladrillo antiácido de lastorres.
El gas frío, parcialmente purificado, pasa a los Precipitadores ElectrostáticosHúmedos, que son unidades que operan de a pares en paralelo. En estos la mayorparte de la neblina ácida y partículas de polvo, es eliminada por precipitación eléctrica.
El ácido débil acumulado en el fondo de los precipitadores es enviado al estanque dela Torre de Enfriamiento, así mismo este ácido es utilizado desde la torre, para ellavado de las unidades de Electrofiltros a través de nozzles ubicadas en el techo decada unidad. EL propósito de ello es mantener los electrodos limpios de polvo, parafavorecer el contacto eléctrico. Ver figuras.
Todo el transporte de gas a lo largo del tren de limpieza se efectúa por succión de unventilador que transporta desde la entrada a la Torre de Humidificación hasta la Torrede Absorción.
Con el propósito de evitar un posible colapso en los ductos que transportan el gas, elsistema de ductos incorpora a la salida de los Precipitadores Electrostáticos, undispositivo denominado "sello de agua"; que es capaz de vaciarse en caso deaumentar por sobre el nivel de control, la presión de succión en los ductos.
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Secado de los Gases
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El gas limpio y frío es conducido a la etapa de secado en donde se reduce lahumedad constituida por vapor de agua.
Los equipos principales están dados por:
Torre de SecadoIntercambiador de CalorEstanque de ácido Torre Secado
Aquí el gas es puesto en contacto con ácido al 96% de concentración, en una torre derelleno cerámico con flujo en contra corriente. Debido a que la reacción de agua yácido es exotérmica, el calor debe ser retirado mediante un enfriador de tubos ycarcaza, con agua refrigerante circulando por los tubos y el ácido por la carcaza. Elácido, de este modo circula desde el estanque de almacenamiento impulsado por unabomba, hacia el tope de la Torre de Secado, así mismo el gas que abandona la torrelo hace libre de humedad. Para evitar el transporte de neblina en el gas, la torre tienedispositivos para capturar el rocío o neblinas ácidas que de lo contrario llegarían alventilador principal de la planta y luego a la etapa de conversión. Ver figuras.
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Conversión de SO2 a SO3Los gases al abandonar la torre de secado, son conducidos mediante el soplador a laetapa de conversión.
El equipamiento esta compuesto por:
VentiladorIntercambiadores de calor gasgasConvertidor CatalíticoPrecalentadorCaldera de calor residual
El gas es conducido mediante un ventilador hacia los intercambiadores de calor frío,intermedio y caliente, de este modo el gas entra al convertidor con una temperaturacercana a 420ºC. El paso por cuatro etapas de este convertidor generará el calornecesario que se aprovechará en los intercambiadores gasgas para calentar oenfriar, según sea el caso, el gas que está en proceso. Dicho aumento de temperaturaen el convertidor se debe a que la reacción de formación del SO3 a partir de oxígeno ySO2, efectuada en presencia de un catalizador llamado pentóxido de vanadio, esexotérmica, por lo tanto se genera un calor de reacción que es aprovechado para
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calentar el gas frío que entra al convertidor.
Esta etapa además cuenta con una unidad de precalentamiento compuesta por: Unquemador a petróleo y un intercambiador de calor semejante a los anteriores, utilizadoen la etapa de calentamiento del convertidor durante la puesta en marcha o cuando laconcentración de SO2 en los gases es insuficiente para mantener las temperaturas enlos cuatro pasos del convertidor. De este modo el Precalentador calienta aire que sehace circular por el convertidor hasta alcanzar la temperatura de operación en cadaetapa (~ 420ºC).
Por otro lado el calor excesivo generado durante la conversión es retirado por mediode una Caldera de Calor Residual para producir vapor saturado. Ver figuras.
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Absorción del SO3El gas convertido en la etapa anterior pasa a la siguiente para producir ácido sulfúrico.
Los equipos principales son:
Torre de AbsorciónIntercambiadores de calorEstanque de almacenamientoIntercambiador ácido productoTorre de Stripper de SO2Estanque ácido productoChimenea de gases a la atmósfera
El gas que entra a la Torre de Absorción a una temperatura cercana a 70ºC, se poneen contacto con ácido en contra corriente de 98% de concentración. La torre estácompuesta de relleno cerámico del tipo Intalox, que permite la absorción del SO3 delgas en el ácido. Producto de esta absorción se genera calor, el cual es retirado de latorre por medio de un intercambiador de tubos y carcaza. El ácido es conducido desdeun estanque por medio de una bomba vertical hacia el tope de la torre por dondeescurre por gravedad. El gas abandona la torre pasando por un dispositivo que captael rocío y luego por una serie de eliminadores de neblina tipo Vela, para dirigirse a lachimenea de gases libre de SO2.
El SO3 absorbido genera un ácido más concentrado el cual se nivela a laconcentración de 98,5% que es la de producción. El volumen en exceso de ácido enesta torre es enviado al estanque de almacenamiento de producto donde es enfriada
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por un intercambiador a 35ºC. Ver figuras.
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