producao de nitrato de amonio

Alunos:

Ana Queirós

Cátia Sampaio

Jaime Estefanía

Umbelina Lopes

PRODUÇÃO DE NITRATO DE AMÓNIO

Projecto de EngenhariaDepartamento de Engenharia Química

Fevereiro de 2009

O que é o Nitrato de Amónio?

Solventes: Metanol, etanol e acetona.

Fórmula molecular NH4NO3

Acima dos 170 ºC decompõe-se em gás

Higroscópico(solúvel em água)

Sólido inorgânico branco incolor em solução

Peso molecular relativo = 80,05

Massa específica =1,123 g ∙ cm-3

(sólido)

Capacidade calorífica =1,70 J ∙ g-1 ∙ K-1 (0 - 31oC)

Ponto de fusão ≈170ºCPonto de ebulição ≈210ºC

Agente oxidante poderoso

2

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Aplicações do Nitrato de Amónio

Produtos

Fertilizantes (puros ou diluídos)

Explosivos

Misturas congelantes

Herbicidas e Insecticidas

Aplicações

NA a 97,6 %, adequado para fertilizantes

NA a 99 %, adequado para explosivos

3

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Produção de Nitrato de Amónio

Valor baseado na produção dos maiores fabricantes mundiais – Fosfertil, Cangzhou Dahua group co, Fisher Scientific International Inc.

Produção ≈ 1300 ton/dia

Preço do Nitrato de Amónio ≈ 0,5 €/kg

Maiores produtores: Rússia, E.U.A. e China.

Principais exportadores: Rússia e Ucrânia.

Grandes importadores: E.U.A., Turquia e Brasil.

4

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Diagrama processual do Nitrato de Amónio

5

Balanço Geral

6

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

PROCESSO

Amoníaco puro

Ácido Nítrico 65 %

Água

N.A. 99%

N.A. 97,6%

3,96·103 kg·h-1 VAPOR H2O

1,79·104 kg·h-1 VAPOR

175 kg·h-1 VAPOR

3,61·103 kg·h-1 CONDENSADO

5,72·103 kg·h-1 CONDENSADO

90,2 kg·h-1 CONDENSADO

90,2 kg·h-1 CONDENSADO

Balanço Geral

7

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

DRB

DDD

DDDDDD

DDD

CRB

CCCC

CCCCC

CCC

RBBBB

BBBBB

BBB

AAAA

AAAAA

AAA

MXM

mxmxmxm

xmxmxmxmxmxm

xmxmxm

MXM

mxmxmxmxm

xmxmxmxmxm

xmxmxm

Xmxmxmxmxm

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xmxmxmxm

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xmxmxm

mmmmmmmmmmmm

38505047474949

19191717113232111166

5530303434

385050474749491919

1717113232111166

5530303434

385050474749491919

1717113232111166

5530303434

5050474749491919

1717113232111166

5530303434

504749191713211653034

)(

Balanço global material ao processo

Água

Amoníaco

Ácido Nítrico

Nitrato de Amónio

Reactor R

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Q = ∑ hP + ∑ ΔHr185ºC - ∑ hR = 0 Reactor Adiabático

DHr<0 reacção exotérmica

Entalpia da corrente de saída

∑ hP = m2 ∫ Cp2,MISTURA dT

Entalpia da corrente de entrada

∑ hR = m31 ∫ Cp31,MISTURA dT + m38 ∫ Cp38,MISTURA dT

Balanço Material:

Balanço Energético:

8

Separadores

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões9

Nos balanços efectuados ao Nitrato de Amónio, foi considerada a soma das contribuições dos iões NH4

+ e NO3-

Permutador F1

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

mq· Cpq · (Tqe – Tqs )= mf· Cpf · (Tfs - Tfe)m9 + m10 = m11 + m12

Balanço Material: Balanço Energético:

10

Reactor R

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

ConclusõesRotação das hélices

Características do reactor

Sistema de agitação

190 rpm11

Separadores

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões12

Características dos separadores

Permutador de calor F1

13

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Características do permutador F1

Permutadores de calor K1/K2 e K3/K4

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

14

Características dos permutadores K1/K2 e K3/K4

Permutador de calor K5/ K6

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Permutador de carcaça e tubos

Área de transferência de

calor (m2)

Diâmetro externo (m)

Comprimento dos tubos (m)

Número de tubos

Diâmetro da carcaça (m)

K5/ K6 1,60 0,02 4,88 5 0,540

15

Características dos permutadores K5/K6

e K3/ K4 Permutadores de calorK7/K10 e K8/K9

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

16

Características dos permutadores K7/K10 e K8/K9

Permutador de Carcaça e tubos

Área de transferência de

calor (m2)

Diâmetro externo (m)

Comprimento dos tubos (m)

Número de tubos

Diâmetro da carcaça (m)

K7/ K10 239,66 0,02 4,88 240 0,203

K8/ K9 96,34 0,02 4,88 331 0,203

Bomba centrífuga B1

17

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Peléctrica (kW) 2,88

Pútil (kW) 1,73

∆P (Pa) 0,22

Hb (m) 11,60

ηelectrica (%) 60,00

Bomba centrifuga Caudais são elevados viscosidades são baixas

Características da bomba centrífuga B1

Bomba centrífuga B2

18

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Peléctrica (kW) 8,34

Pútil (kW) 5,01

∆P (Pa) 0,59

Hb (m) 14,93

ηelectrica (%) 60,00

Características da bomba centrífuga B2

Armazenamento

Caudal de amoníaco = 11,5 ton/h

Tempo de residência = 1 semana

Com uma segurança de 20%

19

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Vexigido ≈ 3850 m3

Armazenamento de reagentes e produtos.

  Amoníaco Ácido Nítrico NA 97,6% NA 99%

Tempo residência (min) 10080 10080 10080 10080

Caudal (m3/min) 0,318 0,956 3,491 0,346

Volume exigido (m3) 3843 11569 42229 42229

Exemplo de cálculo para o Amoníaco:

Implantação no terreno

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e

Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Perto de um porto marítimo e de auto-estrada

Proximidade à indústria química

Fácil acesso

água

electricidade

combustíveis

Zona altamente industrializada

Lisboa - Alverca

20

Disposição do complexo industrial

21

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e

Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Representação da disposição do complexo industrial em 2 D.

Disposição do complexo industrial

22

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e

Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Representação da disposição do complexo industrial em 3 D.

Disposição dos equipamentos

23

Pormenor da instalação de produção de Nitrato de Amónio

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e

Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Impacte Ambiental

24

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Não existem produtos secundários

Produção de efluentes com baixa concentração de Amoníaco e Ácido Nítrico

Tratamento numa ETAR pública, pagando pelo serviço prestado

Segurança

Todos os espaços com 2 saídas de emergência

Vários alarmes

evitam e direccionam o rebentamento de qualquer unidade

com piso impermeável, isento de materiais combustíveis e com dique de contenção

Controlo e monitorização da pressão e da temperatura

Serviço de emergência sempre em stand-by

Posto médico

Extintores e bocas de incêndio

25

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Válvulas de emergência

Tanques de armazenamento

Sinalização de possíveis riscos

Acessos adequados que permitam a passagem dos recursos de emergência

Custo dos Equipamentos

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões 26

Custo dos Equipamentos

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões 27

Investimento Fixo Total

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Parcela Custo (milhões de €)Custo total instalado:

7 CTBM = (CBM)total + C spare + C storage

Custo directo de investimento permanente (fixo):

15 CDPI = CTBM + C site + C serv + C alloc

Custo total depreciável:

18 CTDC= CDPI + C cont

Investimento total permanente (fixo):

20 C*TPI = CTDC + C land + C royalties + C start-up

Investimento total permanente (fixo) corrigido:

24 CTPI = FISF C* TPI

Investimento de capital total:

29 CTCI= CTPI + WC

Receitas

29

Estimativa de Receitas Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Custo Total de Produção

30

Estimativa das parcelas do Custo Total de Operação (COM)

Matérias-primas:

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Custo Total de Produção

31

Mão de obra:

Utilidades:

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Custo total de mão de obra directa 47 250 €

32

Custo Total de Produção

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Outros Custos:

Custo total de operação (COM) ≈ 197 milhões de €

Custos de Produção

33

Estimativa das parcelas de Despesas Gerais (GE)

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Custo Total de Produção (GE+COM) ≈ 266 milhões de €

Cash-Flow

Amortização: taxa de depreciação constante (10 anos)Imposto: 30%

Amortização = Investimento total fixo / 10

1,82 milhões €

RAI = Receitas – Custos Operacionais – Amortização

17 milhões €

Resultados líquidos = RAI*(1-Imposto)

12 milhões €

CASH-FLOW = Resultados líquidos + Amortização

13,8 milhões € 34

Introdução

Diagrama processual

Balanços

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Análise de Rentabilidade

Taxa interna de rentabilidade

TIR = 27%

Valor actual liquido

VAL = 49 milhões €

Tempo de recuperação do investimento

TRC = 4 anos e 10 meses

35

Introdução

Diagrama processual

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Análise de Sensibilidade

36

Introdução

Diagrama processual

Dimensionamento

Layout

Impacto ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Se o preço de venda dos produtos diminuir 5%, o processo continua viável?

E se aumentar 5%?

Não é viável

Viável

Conclusões

Poucos riscos ambientais

Instalação localizada em Lisboa Vantagens económicas sociais

37

Introdução

Diagrama processual

Balanço geral

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Produção de:

Efluentes com baixa concentração de amoníaco e acido nítrico tratados na ETAR da rede de saneamento municipal, pagando o serviço prestado

650 ton/dia de nitrato de amónio 99 wt% (aplicável na confecção de explosivos)

658 ton/dia de nitrato de amónio 97,6 wt% (para produção de fertilizantes)

Conclusões

Recuperação do investimento em 4 anos e 10 meses

Investimento inicial total de 29 milhões de euros

Projecto rentável

38

Introdução

Diagrama processual

Balanço geral

Dimensionamento

Implantação e Implementação

Impacte ambiental

Segurança das instalações

Análise económica

Conclusões

Processo economicamente viável: TIR de 27%

Receitas: 240 milhões de euros/ano

Processo energeticamente auto-suficiente

Valor Actual Líquido: 49 milhões de euros

39

Agradecemos a vossa atenção