PRODUCCIÓN DE UREA

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  • Universidad Nacional de Trujillo

    ING. QUIONES PAREDES PEDRO Pgina 1

    PRODUCCIN DE REA

    RECURSOS NATURALES ORGNICOS POTENCIALES DE EXPLOTACIN

    La urea es la diamida del cido carbnico:

    rea cido Carbnico

    La urea, tambin conocida como carbamida, carbonildiamida o cido arbamdicoes; es

    un compuesto qumico cristalino e incoloro; de frmula CO(NH2)2. Se encuentra

    abundantemente en la orina y en la materia fecal. Es el principal producto terminal del

    metabolismo de protenas en el hombre y en los dems mamferos. La orina humana contiene

    unos 20g por litro, y un adulto elimina de 25 a 39g diariamente.

    En cantidades menores, est presente en la sangre, en el hgado, en la linfa y en los fluidos

    serosos, y tambin en los excrementos de los peces y muchos otros animales. Tambin se

    encuentra en el corazn, en los pulmones, en los huesos y en los rganos reproductivos as

    como el semen. La urea se forma principalmente en el hgado como un producto final

    del metabolismo. El nitrgeno de la urea, que constituye el 80% del nitrgeno en la orina,

    procede de la degradacin de los diversos compuestos con nitrgeno, sobre todo de los

    aminocidos de las protenas en los alimentos. En los mamferos la urea se forma en un ciclo

    metablico denominado ciclo de la urea. La urea est presente tambin en los hongos as

    como en las hojas y semillas de numerosas legumbres y cereales.

    Debido a su momento dipolar, la urea es soluble en agua y en alcohol, y ligeramente soluble

    en ter. Se obtiene mediante la sntesis de Whler, que fue diseada en 1828 por el qumico

    alemn Friedrich Whler, y fue la segunda sustancia orgnica obtenida artificialmente, luego

    del oxalato de amonio.

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    Para la fabricacin tcnica de la urea se hacen reaccionar amoniaco y anhdrido carbnico

    lquidos.

    Amoniaco: El amonaco, azano o gas de amonio es un compuesto qumico cuya

    molcula consiste en un tomo de nitrgeno y tres tomos de hidrgeno de acuerdo

    con la frmula NH3.

    Frmula: NH3

    Densidad: 0,73 kg/m

    Punto de ebullicin: -33,34 C

    Masa molar: 17,031 g/mol

    Punto de fusin: -77,73 C

    Anhdrido carbnico: El dixido de carbono, tambin denominado xido de carbono,

    gas carbnico y anhdrido carbnico, es un gas cuyas molculas estn compuestas por

    dos tomos de oxgeno y uno de carbono. Su frmula molecular es CO2.

    Frmula: CO2

    Masa molar: 44,01 g/mol

    Punto de fusin: -78 C

    Punto de ebullicin: -57 C

    Soluble en: Agua

    DEFINICION OPERACIONAL DEL PROCESO INDUSTRIAL ORGANICO EN ESTUDIO

    El proceso de realiza a partir de amoniaco (NH3) lquido y anhdrido carbnico (CO2) gaseoso.

    Se realiza en un reactor vertical, que opera a 188 190 C y 160 Kgf/cm2 absoluta, un tiempo

    de residencia de alrededor de 45 minutos y un grado de conversin (en un paso) del 65 70 %.

    Combina la formacin de carbomato (exotrmica, rpida) en su parte inferior, por la

    alimentacin de CO2 y NH3 en exceso y la descomposicin del carbomato en urea (mucho ms

    lenta y endotrmica).

    PROPIEDADES FISICAS, QUIMICAS, TERMODINAMICAS Y AMBIENTALES DEL PROCESO

    Propiedades fsicas

    Estado fsico y apariencia Slido (Slido Granulado)

    Color Blanco.

    Sabor Salino.

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    Densidad 1340 kg/m3 ; 1,34g/cm3

    Masa molar 60,06 g/mol

    Punto de fusin 405,8 K (133 C)

    Propiedades qumicas

    Acidez 0.18 pKa

    pH (10% sol n/agua) 8

    Solubilidad en agua 108 g/100 ml (20 C)

    167 g/100 ml (40 C)

    251 g/100 ml (60 C)

    400 g/100 ml (80 C)

    733 g/100 ml (100 C)

    Corrosividad Altamente corrosivo al acero al carbono. Poco al aluminio, zinc y cobre. No lo

    es al vidrio y aceros especiales.

    Propiedades ambientales

    Es una sustancia higroscpica, es decir, que tiene la capacidad de absorber agua de la

    atmsfera y presenta un ligero olor a amonaco.

    La urea es una sustancia no peligrosa, no txica, no cancergena y tampoco es

    inflamable aunque si es levemente irritante en contacto en los ojos y piel.

    Es explosivo si se mezcla con agentes reductores fuertes, como hipoclorito y por termo

    descomposicin, produce gases inflamables y txicos (NH3 y CO2).

    DESCRIPCION DE LOS METODOS Y TECNOLOGIAS DE INDUSTRIALIZACION DEL

    PROCESO.

    La sntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amonaco (NH3) lquido y anhdrido

    carbnico (CO2) gaseoso. La reaccin se verifica en 2 pasos. En el primer paso, los reactivos

    mencionados forman un producto intermedio llamado carbamato de amonio y, en la segunda

    etapa, el carbamato se deshidrata para formar urea.

    Dos son las tcnicas empleadas para la separacin del carbamato residual: la descompresin

    y el desgasado o stripping con CO2.

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    En el proceso de descompresin el efluente saliente del reactor se lamina de manera

    que el carbamato no convertido en urea se descompone casi totalmente y se genera

    una corriente gaseosa en la que se incluye el amoniaco en exceso que permaneca

    disuelto. La fase lquida separada del gas est constituida por una solucin saturada de

    carbamato, CO2 y NH3, en la que est disuelta la urea producida. Esta disolucin se

    lamina nuevamente para descomponer el resto de carbamato, se concentra en una

    serie de evaporadores que eliminan el agua que la acompaa para, finalmente,

    cristalizar la urea en un cristalizador o, ms frecuentemente, granularla en una torre

    de perdigonado (prilling).

    El proceso de desgasado se basa en la idea de no reducir la presin absoluta del

    efluente del reactor, sino en reducir la presin parcial del amoniaco de la fase gaseosa,

    con lo que se desplaza el equilibrio de la reaccin hacia la izquierda. Para ello se pone

    en contacto la corriente saliente del reactor con el CO2 comprimido que se alimenta a

    la planta. De esta manera, adems de descomponerse el carbamato no convertido en

    urea, se desgasa la solucin de urea del exceso de amonaco. A continuacin se

    procede a la descompresin escalonada, como en el proceso convencional, se evapora

    el agua para concentrar la solucin de urea y se procede a su cristalizacin o

    granulacin.

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    DIAGRAMA DE FLUJO

    Ad

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    DIAGRAMA DE BLOQUES

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    MODELO ELEGIDO Y REACCIONES QUMICAS

    La Planta de Urea utiliza el proceso MITSUI TOATSU TOTAL RECYCLE C-IMPROVED PROCESS,

    de procedencia japonesa.

    La Planta puede dividirse en 4 grandes secciones:

    Sntesis

    Descomposicin

    Recuperacin

    Cristalizacin y Prillado

    SECCIN SNTESIS DE UREA

    La Urea es producida por una reaccin altamente exotrmica entre el amonaco y el dixido de

    carbono para formar carbamato de amonio, seguida posteriormente de una reaccin de

    deshidratacin, ligeramente endotrmica del carbonato de amonio, para formar rea. Las

    reacciones principales que ocurren son las siguientes:

    (1)

    (2)

    Estas reacciones qumicas son reversibles. Las variables principales que las afectan son: la

    temperatura, presin, composicin de las corrientes de alimentacin y tiempo de residencia.

    La conversin de carbamato de amonio a urea tiene lugar en la fase lquida y requiere de altas

    presiones y altas temperaturas. Las condiciones de operacin en el reactor de sntesis de urea

    son de aproximadamente 200C y de 250 kg/

    La conversin de Urea es limitada por la presencia de agua e incrementada por un exceso de

    amoniaco. Esta reaccin qumica se realiza en un recipiente de alta presin donde el tiempo de

    residencia es de aproximadamente 25 minutos.

    Debido a la naturaleza corrosiva de los reactantes y productos de la reaccin el reactor est

    protegido por un Lining de titanio, a lo largo de todas las superficies en contacto con los

    fluidos de proceso.

    Normalmente, los reactantes pueden corroer el Titanio, pero la adicin de pequeas

    cantidades de oxgeno tiende a pasivarlo de tal manera que al final se obtiene un tiempo

    satisfactorio de vida de este equipo.

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    Debido a que la reaccin de sntesis de urea es exotrmica debe tenerse especial cuidado en

    controlar la temperatura del reactor, esto se logra por la combinacin de los siguientes

    factores:

    Cantidad de amoniaco en exceso. (4/1 molar)

    Rgimen de solucin de Reciclo.

    Temperatura de precalentamiento del amonaco lquido.

    SECCIN DESCOMPOSICIN

    Los productos de la reaccin de sntesis son: rea, Biuret (ind