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