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PRODUCCION INDUSTRIAL DE UREA
OBTENIDO ATRAVES DE C02 Y NH3
INTEGRANTES:
-DAVILA REYES, LUIS
-CHÁVEZ HUAYNACAQUI, PEDRO
-VARRILLAS TAQUIRE, MARIELA
-ARELLAN MAYTA, MARILYN
INTRODUCCION
La Urea, también conocida como carbamida, carbonildiamida o ácido arbamidico, es
el nombre del ácido carbónico de la diamida. Cuya fórmula química es (NH2)2CO. Es
una sustancia nitrogenada producida por algunos seres vivos como medio de
eliminación del amoníaco, el cuál es altamente tóxico para ellos. En los animales se
halla en la sangre, orina, bilis y sudor.
La UREA es un compuesto químico cristalino e incoloro, de formula CO(NH2)2. Se
encuentra abundantemente en la orina y en la materia fecal.
La materia prima de la cual se obtiene la urea es a partir del amoniaco (NH3) y el
dióxido de carbono (CO2), para formar un compuesto intermedio, el cual es el que va
a producir la urea.
PRODUCCION INDUSTRIAL DE
UREA
La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amoníaco (NH3) líquido y
anhídrido carbónico (CO2) gaseoso. La reacción se verifica en II Etapas.
En la primera etapa, los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado
carbonato de amonio y, en la segunda etapa, el carbonato se deshidrata para formar urea.
Vemos que la primera reacción es exotérmica, y la segunda es endotérmica.
Un problema del proceso es que en el segundo paso de la reacción, se forma un producto
llamado biuret, que resulta de la unión de dos moléculas de urea con pérdida de una
molécula de amoníaco. Este producto es indeseable por ser un tóxico. Por esta razón es
PROPIEDADES
Nombre Químico Carbamida
Otros Nombres
Urea, Carbonildiamida, Acido carbamidico o
amida alifática.
Peso Molecular 60.06 g/mol
Contenido de Nitrógeno Total 46% de Nitrógeno Ureico (w/w)
Presentación Física
Perlas o Gránulos Esféricos, color blanco
Solubilidad en agua, a 20Oc 100g /100ml de agua
pH en solución al 10% 7.5 - 10.0 unidades
Densidad aparente (kg/m3) 770 - 809 kg/m3
índice de salinidad 75.4
Humedad relativa critica (30 oC) 73%
• Tiene la capacidad de absorber el agua de la atmosfera.
• Calor de Combustión: 2531 cal/gr
• Olor Ligero a Amoniaco.
• No es Toxico, Corrosivo al Acero al Carbón poco al Al, Zn, Cu, no lo es al vidrio y aceros
especiales.
• Calor de Fusión: 5,78
• No es Inflamable
• Punto de Fusión: 132,7 ºc
ESTUDIO DE MERCADO DE LA UREA EN EL
PERU
Este estudio pretende analizar cuáles son las condiciones del mercado de urea
en Perú para estudiar la factibilidad que tendría la producción y/o importación de
urea granular en este mercado. Para ello se analiza cuáles son los usos,
productos competitivos, demanda, proveedores y precios. Basados en estos
datos se realiza una proyección de la demanda futura la cual nos servirá como
base para estimar la capacidad de producción de nuestra planta.
Actualmente, Perú no es productor de fertilizantes, por lo que la oferta
de fertilizantes está constituida en su totalidad por productos importados.
El tipo de fertilizantes de mayor demanda es el nitrogenado como se
muestra en el gráfico Nº1.
USOS ULTIMOS
El uso más importante de urea en el Perú es como fertilizante
nitrogenado. Se utiliza también en la preparación del guano balanceado
por su alto contenido de nitrógeno, el cual se obtiene elevando el
contenido del nitrógeno del guano de islas del tipo fosfatado (hasta el
12%) mediante el mezclar con la urea. Además se emplea como
producto orgánico en laboratorios y como material sanitario para la
preparación de dulcificantes y dentífricos.
PRODUCTOS COMPETITIVOS
Los fertilizantes con mayor demanda en nuestro país son los
nitrogenados y de estos los más importantes son el sulfato de amonio
agrícola, el nitrato de amonio y la urea.
La diferencia fundamental entre los fertilizantes nitrogenados radica en
la forma como el nitrógeno se halla presente en cada uno de ellos. El
nitrógeno en los fertilizantes existe bajo tres formas: en forma de
nitrógeno nítrico (nitratos), en forma de nitrógeno amoniacal (amoniaco)
y en forma de nitrógeno orgánico.
COMPARACION CON PRODUCTOS COMPETITIVOS
CONTENIDO DE NITRÓGENO
Esta cualidad ubica a la urea en primer lugar con 46% de nitrógeno, seguido del nitrato de amonio con 34%, del
sulfato de amonio con 21% y finalmente del guano de la isla con un contenido promedio de 10 a 14% de
nitrógeno.
La importancia de esta cualidad se aprecia en el costo de transporte por unidad de nitrógeno. El costo es el más
bajo para urea respecto a los otros fertilizantes nitrogenados sintéticos.
TIPO DE NITROGENO
El nitrato de amonio tiene alrededor del 50% de su nitrógeno en forma nítrica que es rápidamente aprovechado y
el 50% restante en forma amoniacal que es gradualmente aprovechada por la planta.
Esta cualidad permite usarlo en lugares frígidos donde las heladas son frecuentes porque la mitad de su nitrógeno
es aprovechable sin la acción bacterial la cual es inhibida por el frio. La urea tiene su nitrógeno en forma orgánica,
soluble en agua la cual se transforma a nitrógeno amoniacal entre 1 a 7 días en la mayoría de suelos.
ADAPTABILIDAD A LAS TIERRAS DE
CULTIVO
El sulfato de amonio es considerado como abono especifico en los cultivos qu
e requieren abundante agua. Esto se debe a que el ion sulfato es dañino para
el sistema de raíces cuando su concentración es alta y que en abundancia de
agua no se percolan fácilmente.
El nitrato de amonio no se puede usar en cultivos que requieren abundante
agua porque se percolan fácilmente pero si puede ser usado en lugares
frígidos.
La urea se adapta a cualquier tipo de cultivo y particularmente ha demostrado
ser bueno para los arbóreos, arrozales y tabaco.
PREFERENCIA EN LA AGRICULTURA NACIONAL
El consumo de fertilizantes tiende a incrementarse lo que significa que la
agricultura nacional necesita de este tipo de fertilizantes debido
principalmente a que algunos son específicos para una variedad de cultivo,
siendo la urea el de mayor demanda. De este análisis comparativo se puede
afirmar que es aun difícil que los fertilizantes nitrogenados competitivos
puedan desplazar a la urea.
AÑO X TM/AÑO(C:Y) X2 XY
2001 0 319 0 0
2002 1 374 1 374
2003 2 334 4 668
2004 3 332 9 996
2005 4 248 16 992
2006 5 295 25 1425
2007 6 368 36 2208
2008 7 277 49 1939
2009 8 425 64 3400
2010 9 331 81 2979
2011 10 383 100 3830
∑N ∑X=55 ∑Y=3686 ∑ X2 = 385 ∑ XY= 18811
Usando el método de los mínimos cuadrados: MC = (Ci – Ci*)2
Donde:
Ci: consumo real.
Ci*: consumo estimado.
De la ecuación de la recta:
Y = A + BX o C = Co +BX
Ecuación base de cálculo: MC = 𝑖=1
𝑁
( 𝑌 − 𝐴 − 𝐵𝑋 )2
𝜕(𝑀𝐶)
𝜕𝐴
= ∑Y - NA - B∑X = 0 …...… (1)
𝜕(𝑀𝐶)
𝜕𝐵
= ∑XY - A∑X - B∑X2 = 0 ..……. (2)
Donde:
N: N° de años
A, B: parámetros de cada producto
ESTIMACION DE CONSUMO
La urea consumida en el Perú proviene solo de las importaciones y
representa un valor promedio de 342, 376,458 kg/año.
En cuanto a los principales países proveedores de Urea en los últimos resaltan Rusia, China y Finlandia.
ESTIMACION DE LA DEMANDA FUTURA.
Suponiendo un crecimiento continuo estable del consumo de urea podemos hallar la línea de
tendencia de este consumo y estimar el consumo aproximado para los siguientes diez años.
ESTIMACION DEL PRECIO DE VENTA
El precio de venta en el mercado internacional a tenido una tasa de crecimiento anual de 6.85% en los últimos
10 años con un precio promedio de 297 U$/TM, los datos se muestran en el siguiente gráfico.
TAMAÑO - UBICACIÓN DE LOS CONSUMIDORES
La venta de urea en el Perú es comercializada a través de los
proveedores y distribuidores generales que se dedican a la importación
de fertilizantes, son algunos de los principales distribuidores en el Perú:
Molinos & CIA S.A., Corporación Misti S.A, Inkafert S.A.C. entre otros.
ESTUDIO TÉCNICO
• LA MATERIA PRIMA
• La materia prima involucradas: el amoniaco (NH3) y el dióxido de
carbono (CO2), para formar un compuesto intermedio, el cual es el
que va a producir la urea.
•
• PROCESO DE MANUFACTURA
• A partir de amoniaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2)
gaseoso.
• Se realiza en un reactor vertical, que opera a 188 – 190 ºC y 160
Kgf/cm2 absoluta, una relación N/C de 3,6 – 3,8, un tiempo de
residencia de alrededor de 45 minutos y un grado de conversión (en
un paso) del 65 – 70 %.
Descripción del esquema tecnológico.
• El esquema tecnológico para la producción de Urea en solución (Figura 2.1)
cuenta con cuatro secciones fundamentales:
• Compresión: En la sección de compresión del dióxido de carbono se
encuentra un compresor de 4 etapas.
• Preparación de NH3: La etapa de preparación del amoniaco, consta de un
tanque de almacenamiento. Posteriormente se transfiere hasta las bombas,
para enviarlo hacia el proceso, para que ocurran las reacciones.
• Lazo de Síntesis: El reactor, el despojador y el condensador de carbamato
constituyen el denominado "lazo de síntesis de urea". Para la síntesis de
urea es necesario que reaccione el amoníaco líquido y el CO2 gaseoso
suministrado desde la planta de amoníaco
2NH3 + CO2↔ NH4COONH2 (1)
NH4COONH2 ↔ NH2COONH2 + H2O
• Purificación: Cuando se forma la solución de Urea, esta se lleva hasta el
despojador de gases o stripper donde también se inyecta CO2 y el mismo
despoja al NH3 en exceso.
SUBPRODUCTOS EN EL PROCESO DE LA UREA
Durante el proceso industrial de elaboración de urea surgen subproductos que
pueden afectar a ésta. Por termo descomposición, a temperaturas cercanas a los
150 -160 ºC, produce gases inflamables y tóxicos y otros compuestos.
Posibles productos de la reacción de la urea expuesta a alta temperatura.
DISEÑO DE PLANTA DE LA UREA
AREA DE PRODUCCION
ALMACEN
OFICINA DE
CONTROL
DE
ALMACENAMIENTO
ALMACEN
SS.HH.
VARONES
SS.HH.
DAMAS
COMEDOR
SS.HH. VARONES
SS.HH. DAMAS
VESTUARIO DE
DAMAS
1° PISO
VESTUARIO DE
CABALLEROS
2° PISO
ESTACIONAMIENTO
AREA DE DESPACHO
EDIFICIOS ADMINISTRATIVO
OFICINAS
GARITA DE
CONTROL
PLANTA PROCESADORA DE UREA
I
N
G
R
E
S
O
A
A
DIAGRAMA DE BLOQUES PBD
DIAGRAMA DE EQUIPOS DE PROCESOS PFD
• Modelación de los sistemas. Diagramas parciales.
• 1 Compresión del CO2.
• Como se describe en el epígrafe anterior, el compresor opera en cuatro etapas con
extracción y enfriamientos intermedios. Además, entre las etapas 2 y 3 se
encuentra instalada una columna de deshidrogenación
Datos 1 2
P (BarG) 0.41 157
T (ºC) 40 125
F (kg/h) 67006.2 64480
Composición (w/w)
CO2 0.997 0.983
O2 0 0.002456
H2 0.0025 0.00
H2O 0 0.00
N2 0.000215 0.0141
2 Preparación del Amoniaco.
El análisis de la etapa de preparación de amoniaco (Figura 6) consta de operaciones básicas de intercambio térmico, cambio de presión y mezcla (leer epígrafe 2.3.1 para profundizar).
Figura 2.6. Sub-diagrama de preparación de amoniaco.
Datos del sub-diagrama de preparación de amoniaco.
Datos 6 7 Urea –Carbamato(12)
P (BarG) 16.71 19.7 15.3
T (C) 10 180 180
F (kg/h) 50296 49006 244159
Composición (w/w)
}
NH3 1 1 0.32
H2O 0 0 0.19
CO2 0 0 0.225
Urea 0 0 0.264
Carbamato 0 0 0
3.6.3 Sección de Síntesis.
El análisis de la etapa de síntesis (Figura 2.8) es complicado, pues implica la combinación de
reacciones con cambio de fase, transferencia de masa e intercambio de calor (leer epígrafe 2.3.1
para profundizar)
Sección de Purificación.
A la salida de la sección de síntesis se sitúan los sistemas de purificación y concentración de urea . Estos están
formados por dos descomponedores: uno de alta (152barG) y otro de baja presión (16.2barG) donde ocurre la
estabilización de la mezcla y la separación del amoniaco, dióxido de carbono y el agua remanentes en el proceso
formados por la descomposición del carbonato de amonio y la evaporación del amoniaco.
Caracterización Tecnológica de los equipos utilizados en la sección de síntesis de urea:
Equipos Características Parámetros Aplicaciones
Reactor de
Síntesis
Reactor vertical, tubular del tipo
flujo pistón, presenta baffles
perforados interiormente.
Conversión de CO2 es de
63%.La temperatura es de 185
°Cy la presión es de 152 barG.
La relación N/C se encuentra
entre 3.55 y
3.9 mol/mol.
Ocurren las reacciones
químicas que dan lugar a la
formación de carbamato de
amonio y urea.
Condensador de
Carbamato
Contiene baffles, platos y tubos
en U, en estos tubos pasa agua
de caldera
Presenta una temperatura
entre 180 – 182 °C y tiene
una presión de 152 barG.
Produce una
conversión de 45% de CO2.
La relación N/C oscilaentre
2.5 – 3.
Condensa el carbamato de
amonio y también lo
descompone. El aire
utilizado reduce al mínimo el
H2 y actúa como pasivante.
Equipos Características Parámetros Aplicaciones
Reactor de Síntesis
Reactor vertical, tubular del tipo flujo pistón,
presenta baffles perforados interiormente.
Conversión de CO2 es de 63%.La
temperatura es de 185 °Cy la presión es de
152 barG. La relación N/C se encuentra
entre 3.55 y
3.9 mol/mol.
Ocurren las reacciones químicas que
dan lugar a la formación de carbamato
de amonio y urea.
Condensador de
Carbamato
Contiene baffles, platos y tubos en U, en estos
tubos pasa agua de caldera
Presenta una temperatura entre 180 –
182 °C y tiene una presión de 152 barG.
Produce una conversión de 45% de
CO2. La relación N/C oscilaentre 2.5 –
3.
Condensa el carbamato de amonio y
también lo descompone. El aire
utilizado reduce al mínimo el H2 y
actúa como pasivante.
Stripper (Despojador)
Es del tipo película descendente, ocurren el
procesos simultáneos como y la
transferencia de masa y la transferencia de
calor.
Por los tubos solución
Carboamoniacal con una temperatura
de operación de 182°C y presión de
152 barG. Por fuera de los tubos pasa
vapor a 214°C y
19.6 barG.
Realiza la misma función que un
intercambiador
de calor, se utiliza para despojar el
CO2. Se descompone parte del
carbamato. También parte del NH3 y
CO2 se recuperan y se envía al
condensador.
Caracterización Tecnológica de los equipos utilizados en la sección de síntesis de
urea:
Balance de Masa y Energía para la sección de compresión:
Corrientes
Variables 1 15 CO2 3 4 5 10
Temperatura(oC) 40 157 40 202 164 40 40.06
Presión(Kpa) 142.3 461.3 461.3 2171 101.3 2171 2221
Flujo Molar Kgmol/h 1528 1528 1528 1528 1552.2 1552.2 1548
Flujo másico (Kg/h) 67066 67066 67066 67066 1552.2 67829.5 3 64415
Flujo Líquido (m3/h) 81.36 81.36 81.36 81.36 82.14 82.15 82.07
Cantidad de Calor (KJ/h) -5.9e+08 -5.9e+08 -5.9e+8 -5.9e+8 -5.9e+8 -6.e+08 -6.e+08
Composiciones(Kg/h)
CO2 67059 67059 67059 67059 67049.1 67049.1 0 64415
O2 0 0 0 0 117.6 117.6 117.6
N2 9.2 9.2 9.2 9.2 594.2 594.2 594.2
H2O 0 0 0 0 68.6 68.6 0
H2 7.68 7.68 7.68 7.68 0 0 0
Corrientes
Variables 11 7 8 2
Temperatura(oC) 229 143.8 55 126.3
Presión(Kpa) 2221 7651 7651 15801.3
Flujo Molar Kgmol/h 3.8 1548 1548 1548
Flujo Másico (Kg/h) 68.62 64415 64415 64415
Flujo Líquido (m3/h) 6.e-002 82.07 82.07 82.07
Cantidad de Calor (KJ/h) -8.9 e+05 - 5.9e+08 -6.08e+8 -6.01e+8
Composiciones(w/w)
CO2 0 64415 64415 64415
O2 0 117.62 117.62 117.62
N2 0 594.2 594.2 594.2
H2O 1 0 0 0
H2 0 0 0 0
Balance de Masa y Energía para la sección de preparación de amoniaco:
Corrientes
Variables 6 2 3 7 5 8
Temperatura(oC) 10 10 10.28 13.64 62 138
Presión(Kpa) 1671.3 1671.3 2551.3 19701.3 19701.3 19701.3
Flujo Molar Kgmol/h 2953.3 2953.3 2953.37 2953.3 2953.37 2953.37
Flujo másico (Kg/h) 50296 50296 50296 50296 50296 50296
Flujo Líquido (m3/h) 81.64 81.64 81.64 81.64 81.64 81.64
Cantidad de Calor (KJ/h) -2*e+08 -2*e+08 -2*e+08 -2*e+08 -1.88e+8 -1.6e+8
Composiciones(Kg/h)
NH3 50296 50296 50296 50296 50296 50296
H2O 0 0 0 0 0 0
CO2 0 0 0 0 0 0
Urea 0 0 0 0 0 0
Carbamato de amonio 0 0 0 0 0 0
Balance de Masa y Energía para la sección de Síntesis de Urea:
Corrientes
Variables 5 12 8 9
Temperatura(oC) 129 180 138 183.9
Presión(Kpa) 15801.32 15401.32 19701.3 15401.3
Flujo Molar Kgmol/h 263.2 18282.64 2953.3 21339.19
Flujo másico (Kg/h) 11573 1012666.8 50296 1074536.01
Flujo Líquido (m3/h) 14.02 787.9 81.64 876.3
Cantidad de Calor (KJ/h) 1.03e+08 -3.8e+09 -1.6e+08 -4.03e+09
Composiciones(Kg/h)
NH3 0 33604.2 50296 107833.5
H2O 0 177.2 0 57318.12
CO2 11549.36 0 0 39931.41
Urea 0 978885.3 0 100922.1
Carbamato de amonio 0 0 0 0
N2 19.67 0 0 19.6
O2 3.96 0 0 3.96
Balance de Masa y Energía para la sección de Purificación:
Corrientes
Variables 10 14 16 17 20 Urea
Temperatura(oC) 171 125 152 163.6 128.9 93
Presión(Kpa) 15200 2420 361.3 1620 260 101.3
Flujo Molar Kgmol/h 6113.4 55.65 1912.7 4256.3 1912.7 422.5
Flujo másico (Kg/h) 188039 1434 74528.9 114944.2 74528.9 25299.03
Flujo Líquido (m3/h) 184.7 1.96 60.8 126.3 60.8 18.9
Cantidad de Calor (KJ/h) -1.2e+09 -9.3e+06 -3.1e08 -7.4e+08 -1.7e+05 -5.9e+07
Composiciones
(Kg/h)
NH3 24169 580 1075.07 23805.6 1056.2 7.2
H2O 23792 787 13.57 24565.4 13.5 1.1e-002
CO2 46898 67 16161.77 30803.2 16161.7 22.9
Urea 92797 0 56919.3 34949.6 57051.93 25219.6
Biuret 383 0 359.1 820.33 245.45 49.1
Carbamato de amonio 0 0 0 0 0 0
N2 0 0 0 0 0 0
O2 0 0 0 0 0 0
Distribución del consumo de energía y la cantidad de calor requerida para los diferentes equipos:
Cantidad de calor consumida por las diferentes secciones:
USOS
 Debido a su alto contenido en nitrógeno, la urea preparada comercialmente se utiliza en la fabricación de
fertilizantes agrícolas. La urea se utiliza también como estabilizador en explosivos de carbono-celulosa y es un
componente básico de resinas preparadas sintéticamente.
 Asimismo se usa en los piensos para rumiantes. Es una fuente de nitrógeno no proteico que puede aprovechar
la flora bacteriana que vive en el sistema digestivo de los rumiantes para producir proteínas, que nutren a su
huésped.
 Es mucho más barato que las proteínas de origen vegetal, y aunque consumen calorías para convertir la urea en
proteína, resulta más rentable.
 Fertilizante
El 90% de la urea producida se emplea como fertilizante. Se aplica al suelo y provee nitrógeno a la planta. También
se utiliza la urea de bajo contenido de biuret (menor al 0.03%) como fertilizante de uso foliar.
Se disuelve en agua y se aplica a las hojas de las plantas, sobre todo frutales, cítricos.
 Fertilización foliar
La fertilización foliar es una antigua práctica, pero en general se aplican cantidades relativamente exiguas en relación a las
de suelo, en particular de macronutrientes.
Industria química y plástica
Se encuentra presente en adhesivos, plásticos, resinas, tintas, productos farmacéuticos y acabados para productos textiles,
papel y metales.
Como suplemento alimentario para ganado
Se mezcla en el alimento del ganado y aporta nitrógeno, el cual es vital en la formación de las proteínas.
Producción de resinas
Como por ejemplo la resina urea-formaldehido. Estas resinas tienen varias aplicaciones en la industria, como por ejemplo la
producción de madera aglomerada. También se usa en la producción de cosméticos y pinturas
VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN LA ECONOMÍA
 La urea como fertilizante presenta la ventaja de proporcionar un alto contenido de nitrógeno, el cual es esencial en
el metabolismo de la planta ya que se relaciona directamente con la cantidad de tallos y hojas, las cuáles absorben
la luz para la fotosíntesis. Además el nitrógeno está presente en las vitaminas y proteínas, y se relaciona con el
contenido proteico de los cereales.
 Debe tenerse mucho cuidado en la correcta aplicación de la urea al suelo. Si ésta es aplicada en la superficie, o si
no se incorpora al suelo, ya sea por correcta aplicación, lluvia o riego, el amoníaco se vaporiza y las pérdidas son
muy importantes. La carencia de nitrógeno en la planta se manifiesta en una disminución del área foliar y una
caída de la actividad fotosintética.
IMPACTO AMBIENTAL
 Los impactos socioeconómicos positivos de esta industria son obvios: los fertilizantes son críticos para lograr el nivel de
producción agrícola necesario para alimentar la población mundial, rápidamente creciente.
 hay impactos positivos indirectos para el medio ambiente natural que provienen del uso adecuado de estas sustancias;
por ejemplo, los fertilizantes químicos permiten intensificar la agricultura en los terrenos existentes, reduciendo la
necesidad de expandirla hacia otras tierras que puedan tener usos naturales o sociales distintos.
 Sin embargo, los impactos ambientales negativos de la producción de fertilizantes pueden ser severos.
CONCLUSIÓN
 En el proceso de elaboración de cualquier producto, los aspectos más importantes son garantizar una excelente
calidad del mismo por medio de un riguroso control, utilizar una buena materia prima y realizar un óptimo
proceso de fabricación.
 Es nuestro papel como futuros ingenieros formar parte y contribuir a la evolución de procesos químicos tan
interesantes como éstos.
 También como futuros profesionales, es importante que se encuentren alternativas de solución a los problemas
que las etapas del proceso pueden acarrear al medio ambiente, porque es del todo razonable considerar que
ningún proceso puede ser 100% efectivo, eficaz y eficiente si de alguna manera interfiere perjudicialmente con el
entorno que nos rodea.
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  • 1. PRODUCCION INDUSTRIAL DE UREA OBTENIDO ATRAVES DE C02 Y NH3 INTEGRANTES: -DAVILA REYES, LUIS -CHÁVEZ HUAYNACAQUI, PEDRO -VARRILLAS TAQUIRE, MARIELA -ARELLAN MAYTA, MARILYN
  • 2. INTRODUCCION La Urea, también conocida como carbamida, carbonildiamida o ácido arbamidico, es el nombre del ácido carbónico de la diamida. Cuya fórmula química es (NH2)2CO. Es una sustancia nitrogenada producida por algunos seres vivos como medio de eliminación del amoníaco, el cuál es altamente tóxico para ellos. En los animales se halla en la sangre, orina, bilis y sudor. La UREA es un compuesto químico cristalino e incoloro, de formula CO(NH2)2. Se encuentra abundantemente en la orina y en la materia fecal. La materia prima de la cual se obtiene la urea es a partir del amoniaco (NH3) y el dióxido de carbono (CO2), para formar un compuesto intermedio, el cual es el que va a producir la urea.
  • 3. PRODUCCION INDUSTRIAL DE UREA La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amoníaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2) gaseoso. La reacción se verifica en II Etapas. En la primera etapa, los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado carbonato de amonio y, en la segunda etapa, el carbonato se deshidrata para formar urea. Vemos que la primera reacción es exotérmica, y la segunda es endotérmica. Un problema del proceso es que en el segundo paso de la reacción, se forma un producto llamado biuret, que resulta de la unión de dos moléculas de urea con pérdida de una molécula de amoníaco. Este producto es indeseable por ser un tóxico. Por esta razón es
  • 4. PROPIEDADES Nombre Químico Carbamida Otros Nombres Urea, Carbonildiamida, Acido carbamidico o amida alifática. Peso Molecular 60.06 g/mol Contenido de Nitrógeno Total 46% de Nitrógeno Ureico (w/w) Presentación Física Perlas o Gránulos Esféricos, color blanco Solubilidad en agua, a 20Oc 100g /100ml de agua pH en solución al 10% 7.5 - 10.0 unidades Densidad aparente (kg/m3) 770 - 809 kg/m3 índice de salinidad 75.4 Humedad relativa critica (30 oC) 73%
  • 5. • Tiene la capacidad de absorber el agua de la atmosfera. • Calor de Combustión: 2531 cal/gr • Olor Ligero a Amoniaco. • No es Toxico, Corrosivo al Acero al Carbón poco al Al, Zn, Cu, no lo es al vidrio y aceros especiales. • Calor de Fusión: 5,78 • No es Inflamable • Punto de Fusión: 132,7 ºc
  • 6. ESTUDIO DE MERCADO DE LA UREA EN EL PERU Este estudio pretende analizar cuáles son las condiciones del mercado de urea en Perú para estudiar la factibilidad que tendría la producción y/o importación de urea granular en este mercado. Para ello se analiza cuáles son los usos, productos competitivos, demanda, proveedores y precios. Basados en estos datos se realiza una proyección de la demanda futura la cual nos servirá como base para estimar la capacidad de producción de nuestra planta. Actualmente, Perú no es productor de fertilizantes, por lo que la oferta de fertilizantes está constituida en su totalidad por productos importados.
  • 7. El tipo de fertilizantes de mayor demanda es el nitrogenado como se muestra en el gráfico Nº1.
  • 8. USOS ULTIMOS El uso más importante de urea en el Perú es como fertilizante nitrogenado. Se utiliza también en la preparación del guano balanceado por su alto contenido de nitrógeno, el cual se obtiene elevando el contenido del nitrógeno del guano de islas del tipo fosfatado (hasta el 12%) mediante el mezclar con la urea. Además se emplea como producto orgánico en laboratorios y como material sanitario para la preparación de dulcificantes y dentífricos.
  • 9. PRODUCTOS COMPETITIVOS Los fertilizantes con mayor demanda en nuestro país son los nitrogenados y de estos los más importantes son el sulfato de amonio agrícola, el nitrato de amonio y la urea. La diferencia fundamental entre los fertilizantes nitrogenados radica en la forma como el nitrógeno se halla presente en cada uno de ellos. El nitrógeno en los fertilizantes existe bajo tres formas: en forma de nitrógeno nítrico (nitratos), en forma de nitrógeno amoniacal (amoniaco) y en forma de nitrógeno orgánico.
  • 10. COMPARACION CON PRODUCTOS COMPETITIVOS CONTENIDO DE NITRÓGENO Esta cualidad ubica a la urea en primer lugar con 46% de nitrógeno, seguido del nitrato de amonio con 34%, del sulfato de amonio con 21% y finalmente del guano de la isla con un contenido promedio de 10 a 14% de nitrógeno. La importancia de esta cualidad se aprecia en el costo de transporte por unidad de nitrógeno. El costo es el más bajo para urea respecto a los otros fertilizantes nitrogenados sintéticos. TIPO DE NITROGENO El nitrato de amonio tiene alrededor del 50% de su nitrógeno en forma nítrica que es rápidamente aprovechado y el 50% restante en forma amoniacal que es gradualmente aprovechada por la planta. Esta cualidad permite usarlo en lugares frígidos donde las heladas son frecuentes porque la mitad de su nitrógeno es aprovechable sin la acción bacterial la cual es inhibida por el frio. La urea tiene su nitrógeno en forma orgánica, soluble en agua la cual se transforma a nitrógeno amoniacal entre 1 a 7 días en la mayoría de suelos.
  • 11. ADAPTABILIDAD A LAS TIERRAS DE CULTIVO El sulfato de amonio es considerado como abono especifico en los cultivos qu e requieren abundante agua. Esto se debe a que el ion sulfato es dañino para el sistema de raíces cuando su concentración es alta y que en abundancia de agua no se percolan fácilmente. El nitrato de amonio no se puede usar en cultivos que requieren abundante agua porque se percolan fácilmente pero si puede ser usado en lugares frígidos. La urea se adapta a cualquier tipo de cultivo y particularmente ha demostrado ser bueno para los arbóreos, arrozales y tabaco.
  • 12. PREFERENCIA EN LA AGRICULTURA NACIONAL El consumo de fertilizantes tiende a incrementarse lo que significa que la agricultura nacional necesita de este tipo de fertilizantes debido principalmente a que algunos son específicos para una variedad de cultivo, siendo la urea el de mayor demanda. De este análisis comparativo se puede afirmar que es aun difícil que los fertilizantes nitrogenados competitivos puedan desplazar a la urea.
  • 13. AÑO X TM/AÑO(C:Y) X2 XY 2001 0 319 0 0 2002 1 374 1 374 2003 2 334 4 668 2004 3 332 9 996 2005 4 248 16 992 2006 5 295 25 1425 2007 6 368 36 2208 2008 7 277 49 1939 2009 8 425 64 3400 2010 9 331 81 2979 2011 10 383 100 3830 ∑N ∑X=55 ∑Y=3686 ∑ X2 = 385 ∑ XY= 18811
  • 14. Usando el método de los mínimos cuadrados: MC = (Ci – Ci*)2 Donde: Ci: consumo real. Ci*: consumo estimado. De la ecuación de la recta: Y = A + BX o C = Co +BX Ecuación base de cálculo: MC = 𝑖=1 𝑁 ( 𝑌 − 𝐴 − 𝐵𝑋 )2 𝜕(𝑀𝐶) 𝜕𝐴 = ∑Y - NA - B∑X = 0 …...… (1) 𝜕(𝑀𝐶) 𝜕𝐵 = ∑XY - A∑X - B∑X2 = 0 ..……. (2) Donde: N: N° de años A, B: parámetros de cada producto
  • 15.
  • 16. ESTIMACION DE CONSUMO La urea consumida en el Perú proviene solo de las importaciones y representa un valor promedio de 342, 376,458 kg/año.
  • 17.
  • 18. En cuanto a los principales países proveedores de Urea en los últimos resaltan Rusia, China y Finlandia.
  • 19. ESTIMACION DE LA DEMANDA FUTURA. Suponiendo un crecimiento continuo estable del consumo de urea podemos hallar la línea de tendencia de este consumo y estimar el consumo aproximado para los siguientes diez años.
  • 20. ESTIMACION DEL PRECIO DE VENTA El precio de venta en el mercado internacional a tenido una tasa de crecimiento anual de 6.85% en los últimos 10 años con un precio promedio de 297 U$/TM, los datos se muestran en el siguiente gráfico.
  • 21. TAMAÑO - UBICACIÓN DE LOS CONSUMIDORES La venta de urea en el Perú es comercializada a través de los proveedores y distribuidores generales que se dedican a la importación de fertilizantes, son algunos de los principales distribuidores en el Perú: Molinos & CIA S.A., Corporación Misti S.A, Inkafert S.A.C. entre otros.
  • 22. ESTUDIO TÉCNICO • LA MATERIA PRIMA • La materia prima involucradas: el amoniaco (NH3) y el dióxido de carbono (CO2), para formar un compuesto intermedio, el cual es el que va a producir la urea. • • PROCESO DE MANUFACTURA • A partir de amoniaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2) gaseoso. • Se realiza en un reactor vertical, que opera a 188 – 190 ºC y 160 Kgf/cm2 absoluta, una relación N/C de 3,6 – 3,8, un tiempo de residencia de alrededor de 45 minutos y un grado de conversión (en un paso) del 65 – 70 %.
  • 23. Descripción del esquema tecnológico. • El esquema tecnológico para la producción de Urea en solución (Figura 2.1) cuenta con cuatro secciones fundamentales: • Compresión: En la sección de compresión del dióxido de carbono se encuentra un compresor de 4 etapas. • Preparación de NH3: La etapa de preparación del amoniaco, consta de un tanque de almacenamiento. Posteriormente se transfiere hasta las bombas, para enviarlo hacia el proceso, para que ocurran las reacciones. • Lazo de Síntesis: El reactor, el despojador y el condensador de carbamato constituyen el denominado "lazo de síntesis de urea". Para la síntesis de urea es necesario que reaccione el amoníaco líquido y el CO2 gaseoso suministrado desde la planta de amoníaco
  • 24. 2NH3 + CO2↔ NH4COONH2 (1) NH4COONH2 ↔ NH2COONH2 + H2O • Purificación: Cuando se forma la solución de Urea, esta se lleva hasta el despojador de gases o stripper donde también se inyecta CO2 y el mismo despoja al NH3 en exceso. SUBPRODUCTOS EN EL PROCESO DE LA UREA Durante el proceso industrial de elaboración de urea surgen subproductos que pueden afectar a ésta. Por termo descomposición, a temperaturas cercanas a los 150 -160 ºC, produce gases inflamables y tóxicos y otros compuestos.
  • 25. Posibles productos de la reacción de la urea expuesta a alta temperatura.
  • 26. DISEÑO DE PLANTA DE LA UREA AREA DE PRODUCCION ALMACEN OFICINA DE CONTROL DE ALMACENAMIENTO ALMACEN SS.HH. VARONES SS.HH. DAMAS COMEDOR SS.HH. VARONES SS.HH. DAMAS VESTUARIO DE DAMAS 1° PISO VESTUARIO DE CABALLEROS 2° PISO ESTACIONAMIENTO AREA DE DESPACHO EDIFICIOS ADMINISTRATIVO OFICINAS GARITA DE CONTROL PLANTA PROCESADORA DE UREA I N G R E S O A A
  • 28. DIAGRAMA DE EQUIPOS DE PROCESOS PFD
  • 29. • Modelación de los sistemas. Diagramas parciales. • 1 Compresión del CO2. • Como se describe en el epígrafe anterior, el compresor opera en cuatro etapas con extracción y enfriamientos intermedios. Además, entre las etapas 2 y 3 se encuentra instalada una columna de deshidrogenación
  • 30. Datos 1 2 P (BarG) 0.41 157 T (ºC) 40 125 F (kg/h) 67006.2 64480 Composición (w/w) CO2 0.997 0.983 O2 0 0.002456 H2 0.0025 0.00 H2O 0 0.00 N2 0.000215 0.0141
  • 31. 2 Preparación del Amoniaco. El análisis de la etapa de preparación de amoniaco (Figura 6) consta de operaciones básicas de intercambio térmico, cambio de presión y mezcla (leer epígrafe 2.3.1 para profundizar). Figura 2.6. Sub-diagrama de preparación de amoniaco.
  • 32. Datos del sub-diagrama de preparación de amoniaco. Datos 6 7 Urea –Carbamato(12) P (BarG) 16.71 19.7 15.3 T (C) 10 180 180 F (kg/h) 50296 49006 244159 Composición (w/w) } NH3 1 1 0.32 H2O 0 0 0.19 CO2 0 0 0.225 Urea 0 0 0.264 Carbamato 0 0 0
  • 33. 3.6.3 Sección de Síntesis. El análisis de la etapa de síntesis (Figura 2.8) es complicado, pues implica la combinación de reacciones con cambio de fase, transferencia de masa e intercambio de calor (leer epígrafe 2.3.1 para profundizar)
  • 34. Sección de Purificación. A la salida de la sección de síntesis se sitúan los sistemas de purificación y concentración de urea . Estos están formados por dos descomponedores: uno de alta (152barG) y otro de baja presión (16.2barG) donde ocurre la estabilización de la mezcla y la separación del amoniaco, dióxido de carbono y el agua remanentes en el proceso formados por la descomposición del carbonato de amonio y la evaporación del amoniaco.
  • 35. Caracterización Tecnológica de los equipos utilizados en la sección de síntesis de urea: Equipos Características Parámetros Aplicaciones Reactor de Síntesis Reactor vertical, tubular del tipo flujo pistón, presenta baffles perforados interiormente. Conversión de CO2 es de 63%.La temperatura es de 185 °Cy la presión es de 152 barG. La relación N/C se encuentra entre 3.55 y 3.9 mol/mol. Ocurren las reacciones químicas que dan lugar a la formación de carbamato de amonio y urea. Condensador de Carbamato Contiene baffles, platos y tubos en U, en estos tubos pasa agua de caldera Presenta una temperatura entre 180 – 182 °C y tiene una presión de 152 barG. Produce una conversión de 45% de CO2. La relación N/C oscilaentre 2.5 – 3. Condensa el carbamato de amonio y también lo descompone. El aire utilizado reduce al mínimo el H2 y actúa como pasivante.
  • 36. Equipos Características Parámetros Aplicaciones Reactor de Síntesis Reactor vertical, tubular del tipo flujo pistón, presenta baffles perforados interiormente. Conversión de CO2 es de 63%.La temperatura es de 185 °Cy la presión es de 152 barG. La relación N/C se encuentra entre 3.55 y 3.9 mol/mol. Ocurren las reacciones químicas que dan lugar a la formación de carbamato de amonio y urea. Condensador de Carbamato Contiene baffles, platos y tubos en U, en estos tubos pasa agua de caldera Presenta una temperatura entre 180 – 182 °C y tiene una presión de 152 barG. Produce una conversión de 45% de CO2. La relación N/C oscilaentre 2.5 – 3. Condensa el carbamato de amonio y también lo descompone. El aire utilizado reduce al mínimo el H2 y actúa como pasivante. Stripper (Despojador) Es del tipo película descendente, ocurren el procesos simultáneos como y la transferencia de masa y la transferencia de calor. Por los tubos solución Carboamoniacal con una temperatura de operación de 182°C y presión de 152 barG. Por fuera de los tubos pasa vapor a 214°C y 19.6 barG. Realiza la misma función que un intercambiador de calor, se utiliza para despojar el CO2. Se descompone parte del carbamato. También parte del NH3 y CO2 se recuperan y se envía al condensador. Caracterización Tecnológica de los equipos utilizados en la sección de síntesis de urea:
  • 37. Balance de Masa y Energía para la sección de compresión: Corrientes Variables 1 15 CO2 3 4 5 10 Temperatura(oC) 40 157 40 202 164 40 40.06 Presión(Kpa) 142.3 461.3 461.3 2171 101.3 2171 2221 Flujo Molar Kgmol/h 1528 1528 1528 1528 1552.2 1552.2 1548 Flujo másico (Kg/h) 67066 67066 67066 67066 1552.2 67829.5 3 64415 Flujo Líquido (m3/h) 81.36 81.36 81.36 81.36 82.14 82.15 82.07 Cantidad de Calor (KJ/h) -5.9e+08 -5.9e+08 -5.9e+8 -5.9e+8 -5.9e+8 -6.e+08 -6.e+08 Composiciones(Kg/h) CO2 67059 67059 67059 67059 67049.1 67049.1 0 64415 O2 0 0 0 0 117.6 117.6 117.6 N2 9.2 9.2 9.2 9.2 594.2 594.2 594.2 H2O 0 0 0 0 68.6 68.6 0 H2 7.68 7.68 7.68 7.68 0 0 0
  • 38. Corrientes Variables 11 7 8 2 Temperatura(oC) 229 143.8 55 126.3 Presión(Kpa) 2221 7651 7651 15801.3 Flujo Molar Kgmol/h 3.8 1548 1548 1548 Flujo Másico (Kg/h) 68.62 64415 64415 64415 Flujo Líquido (m3/h) 6.e-002 82.07 82.07 82.07 Cantidad de Calor (KJ/h) -8.9 e+05 - 5.9e+08 -6.08e+8 -6.01e+8 Composiciones(w/w) CO2 0 64415 64415 64415 O2 0 117.62 117.62 117.62 N2 0 594.2 594.2 594.2 H2O 1 0 0 0 H2 0 0 0 0
  • 39. Balance de Masa y Energía para la sección de preparación de amoniaco: Corrientes Variables 6 2 3 7 5 8 Temperatura(oC) 10 10 10.28 13.64 62 138 Presión(Kpa) 1671.3 1671.3 2551.3 19701.3 19701.3 19701.3 Flujo Molar Kgmol/h 2953.3 2953.3 2953.37 2953.3 2953.37 2953.37 Flujo másico (Kg/h) 50296 50296 50296 50296 50296 50296 Flujo Líquido (m3/h) 81.64 81.64 81.64 81.64 81.64 81.64 Cantidad de Calor (KJ/h) -2*e+08 -2*e+08 -2*e+08 -2*e+08 -1.88e+8 -1.6e+8 Composiciones(Kg/h) NH3 50296 50296 50296 50296 50296 50296 H2O 0 0 0 0 0 0 CO2 0 0 0 0 0 0 Urea 0 0 0 0 0 0 Carbamato de amonio 0 0 0 0 0 0
  • 40. Balance de Masa y Energía para la sección de Síntesis de Urea: Corrientes Variables 5 12 8 9 Temperatura(oC) 129 180 138 183.9 Presión(Kpa) 15801.32 15401.32 19701.3 15401.3 Flujo Molar Kgmol/h 263.2 18282.64 2953.3 21339.19 Flujo másico (Kg/h) 11573 1012666.8 50296 1074536.01 Flujo Líquido (m3/h) 14.02 787.9 81.64 876.3 Cantidad de Calor (KJ/h) 1.03e+08 -3.8e+09 -1.6e+08 -4.03e+09 Composiciones(Kg/h) NH3 0 33604.2 50296 107833.5 H2O 0 177.2 0 57318.12 CO2 11549.36 0 0 39931.41 Urea 0 978885.3 0 100922.1 Carbamato de amonio 0 0 0 0 N2 19.67 0 0 19.6 O2 3.96 0 0 3.96
  • 41. Balance de Masa y Energía para la sección de Purificación: Corrientes Variables 10 14 16 17 20 Urea Temperatura(oC) 171 125 152 163.6 128.9 93 Presión(Kpa) 15200 2420 361.3 1620 260 101.3 Flujo Molar Kgmol/h 6113.4 55.65 1912.7 4256.3 1912.7 422.5 Flujo másico (Kg/h) 188039 1434 74528.9 114944.2 74528.9 25299.03 Flujo Líquido (m3/h) 184.7 1.96 60.8 126.3 60.8 18.9 Cantidad de Calor (KJ/h) -1.2e+09 -9.3e+06 -3.1e08 -7.4e+08 -1.7e+05 -5.9e+07
  • 42. Composiciones (Kg/h) NH3 24169 580 1075.07 23805.6 1056.2 7.2 H2O 23792 787 13.57 24565.4 13.5 1.1e-002 CO2 46898 67 16161.77 30803.2 16161.7 22.9 Urea 92797 0 56919.3 34949.6 57051.93 25219.6 Biuret 383 0 359.1 820.33 245.45 49.1 Carbamato de amonio 0 0 0 0 0 0 N2 0 0 0 0 0 0 O2 0 0 0 0 0 0
  • 43. Distribución del consumo de energía y la cantidad de calor requerida para los diferentes equipos:
  • 44. Cantidad de calor consumida por las diferentes secciones:
  • 45. USOS  Debido a su alto contenido en nitrógeno, la urea preparada comercialmente se utiliza en la fabricación de fertilizantes agrícolas. La urea se utiliza también como estabilizador en explosivos de carbono-celulosa y es un componente básico de resinas preparadas sintéticamente.  Asimismo se usa en los piensos para rumiantes. Es una fuente de nitrógeno no proteico que puede aprovechar la flora bacteriana que vive en el sistema digestivo de los rumiantes para producir proteínas, que nutren a su huésped.  Es mucho más barato que las proteínas de origen vegetal, y aunque consumen calorías para convertir la urea en proteína, resulta más rentable.
  • 46.  Fertilizante El 90% de la urea producida se emplea como fertilizante. Se aplica al suelo y provee nitrógeno a la planta. También se utiliza la urea de bajo contenido de biuret (menor al 0.03%) como fertilizante de uso foliar. Se disuelve en agua y se aplica a las hojas de las plantas, sobre todo frutales, cítricos.  Fertilización foliar La fertilización foliar es una antigua práctica, pero en general se aplican cantidades relativamente exiguas en relación a las de suelo, en particular de macronutrientes. Industria química y plástica Se encuentra presente en adhesivos, plásticos, resinas, tintas, productos farmacéuticos y acabados para productos textiles, papel y metales. Como suplemento alimentario para ganado Se mezcla en el alimento del ganado y aporta nitrógeno, el cual es vital en la formación de las proteínas. Producción de resinas Como por ejemplo la resina urea-formaldehido. Estas resinas tienen varias aplicaciones en la industria, como por ejemplo la producción de madera aglomerada. También se usa en la producción de cosméticos y pinturas
  • 47. VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN LA ECONOMÍA  La urea como fertilizante presenta la ventaja de proporcionar un alto contenido de nitrógeno, el cual es esencial en el metabolismo de la planta ya que se relaciona directamente con la cantidad de tallos y hojas, las cuáles absorben la luz para la fotosíntesis. Además el nitrógeno está presente en las vitaminas y proteínas, y se relaciona con el contenido proteico de los cereales.  Debe tenerse mucho cuidado en la correcta aplicación de la urea al suelo. Si ésta es aplicada en la superficie, o si no se incorpora al suelo, ya sea por correcta aplicación, lluvia o riego, el amoníaco se vaporiza y las pérdidas son muy importantes. La carencia de nitrógeno en la planta se manifiesta en una disminución del área foliar y una caída de la actividad fotosintética.
  • 48. IMPACTO AMBIENTAL  Los impactos socioeconómicos positivos de esta industria son obvios: los fertilizantes son críticos para lograr el nivel de producción agrícola necesario para alimentar la población mundial, rápidamente creciente.  hay impactos positivos indirectos para el medio ambiente natural que provienen del uso adecuado de estas sustancias; por ejemplo, los fertilizantes químicos permiten intensificar la agricultura en los terrenos existentes, reduciendo la necesidad de expandirla hacia otras tierras que puedan tener usos naturales o sociales distintos.  Sin embargo, los impactos ambientales negativos de la producción de fertilizantes pueden ser severos.
  • 49. CONCLUSIÓN  En el proceso de elaboración de cualquier producto, los aspectos más importantes son garantizar una excelente calidad del mismo por medio de un riguroso control, utilizar una buena materia prima y realizar un óptimo proceso de fabricación.  Es nuestro papel como futuros ingenieros formar parte y contribuir a la evolución de procesos químicos tan interesantes como éstos.  También como futuros profesionales, es importante que se encuentren alternativas de solución a los problemas que las etapas del proceso pueden acarrear al medio ambiente, porque es del todo razonable considerar que ningún proceso puede ser 100% efectivo, eficaz y eficiente si de alguna manera interfiere perjudicialmente con el entorno que nos rodea.