producao de nitrato de amonio
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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
xmxmxmxmxm
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Agradecemos a vossa atenção