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Universidad Nacional

San Antonio Abad del Cusco

1.

Facultad de Ing. De Procesos Escuela Profesional Ingeniería Petroquímica

RESUMEN Industrial Cachimayo S.A Produce Nitrato de Amonio Agrícola del 33% de Nitrógeno y Nitrato de Amonio grado técnico de 34.5% de Nitrógeno, utilizados como fertilizantes nitrogenados y como insumo en la fabricación de explosivos, respectivamente Las materias básicas para la fabricación de Nitrato de Amonio son el aire atmosférico y el agua proveniente de la laguna de Piuray; y la central hidroeléctrica de Machupicchu sumista energía Eléctrica necesaria para el proceso de fabricación y otros usos. El aire se Licua y separa en sus componentes principales, Oxigeno y Nitrógeno, de los cuales el Nitrógeno es aprovechado y en la síntesis del amoniaco, y el oxígeno es devuelto a la atmosfera. El tratamiento del agua se realiza en varias etapas: el ablandamiento de la dureza temporal y la dureza permanente, y una desmineralización total. El agua totalmente desmineralizada se descompone electrolíticamente en oxigeno e hidrogeno, a presión y utilizando corriente continua de 6 600 amperios y 525 voltios. El hidrogeno asi obtenido se emplea en la síntesis de amoniaco y el oxígeno se embotellaba antiguamente para uso medicinal e industrial. El hidrogeno y Nitrógeno se mezclan en proporciones en 3:1 y por efecto de alta presión, alta temperatura y acción catalítica se convierte en amoniaco. El Amoniaco liquido así producido es almacenado en tanques horizontales; y luego utilizado en la fabricación del ácido nítrico, una parte; y la otra en la neutralización de este acido con gas amoniacal, para obtener el nitrato de amonio. La concentración de la solución de nitrato de amonio se hace en función al producto final deseado, según el contenido de nitrógeno requerido. Una centrifuga Prilling granula la solución concentrada en pequeñas bolitas o Prills, las que reciben una capa protectora de polvo de diatomita para evitar que se aglomeren, Luego el producto es ensacado y puesto al expendio. La capacidad de la fábrica es de 118 TM/día de nitrato de amonio al 33% de nitrógeno o 38.95 TM/Dua de Nitrogeno.

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INTRODUCCION VISITA A INDUSTRIA CACHIMAYO S.A. Grupo Gloria, realizada el día 06 de septiembre del presente año. Ubicada a 18km de la ciudad de cusco Industrias Cachimayo S.A.C., ha reforzado su posición como único fabricante de productos como Fertilizantes y Explosivos grado ANFO en el Perú y ha logrado colocar el íntegro de su producción en los grandes centros mineros dentro de su zona de influencia. Sus principales productos de Industrias Cachimayo son:   

3.

Como FERTILIZANTE Como materia prima para las industrias (mechas, etc.): TECNICO (antes) Es la materia prima principal en la fabricación de explosivos tipo ANFO, usado en la minería y tronaduras de superficie de pequeño diámetro.

DISEÑO DE PROCESOS 3.1. Planta de Generación de Nitrógeno El nitrógeno se obtiene por licuefacción y destilación del aire atmosférico, en la planta de tecnología de AIR PRODUCTS CHIMCALS – 1978. El proceso de fraccionamiento es el siguiente El aire atmosférico separado de los contaminantes solidos mediante filtros instalados al ingreso y luego es comprimido en un turbo compresor de cuatro etapas a la presión de 6Kg/cm2. Consiste en utilizar un bajo nivel de refrigeración para licuar el aire previamente comprimido, y luego rectificarlo en un columna de destilación para obtener el nitrógeno, provisto en un sistema de re-ebullición-condensación donde el oxígeno obtenido es liberado al ambiente; mientras que el Nitrógeno es aprovechado y se obtiene el nitrógeno gas y líquido. 3.2. Tratamiento y Purificación de Agua El agua es suministrada desde la comunidad de Simataucca a 4km. De la planta y capta del rio “Los Molinos” y conducida por una turbulencia subterránea hasta la planta. El agua tomada desde este rio, es sometida a tratamientos en sistemas independientes 3.2.1. Planta de Tratamiento de Aguas Implementada para efectuar el ablandamiento y la separación de la materia orgánica en suspensión. El agua captada, ingresa al desarenador para la sedimentación de los materiales sólidos y gruesos, luego es bombeado al conglomerador, donde se adicional lechada de cal así como una solución de Cloruro Férrico (debidamente dosificado y bajo análisis del agua cruda), lo cual hacen que precipite los carbonatos y floculen los materiales en suspensión y otros para luego ser sedimentados. Luego el agua para por filtros de arena de cuarzo, donde se retienen los materiales en suspensión no sedimentados y luego se almacena en tanque de donde se distribuye para:

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Servicios Refrigeración Tratamiento Secundario

3.2.2. Planta de Tratamiento Secundario Implementada parpa la purificación del agua hasta alcanzar una pureza equivalente a penta destilada por método de intercambio iónico. El agua filtrada procedente del tratamiento primario es sometida a lecho de intercambio, primero al de cationes y luego al de aniones, y finamente al de lecho mixto; ellos absorben las sales disueltas catiónicas y aniónicas de ácidos fuertes y débiles respectivamente. El agua sale del tratamiento aniónico es utilizado en caldera, previa desgasificación térmica, y para proceso, en la planta de ácido nítrico. Mientras que el agua de proceso para la planta de Electrolisis debe ser necesariamente la del tratamiento atreves del lecho mixto; esta es la más pura, equivalente a multi destilada. 3.2.3. Planta de Enfriamiento de Agua Denominada también plata de refrigeración, es utilizada para el agua de refrigeración de los diferentes intercambiadores de calor existentes en la fábrica. Está constituida por dos torres de enfriamiento por ventilación forzada, una denominada zona normal y la otra zona acida, ambas tienen sus pasos de agua caliente y agua fría. La zona normal suministra agua a la planta:  

De producción de Nitrógeno. De producción de Amoniaco.

La zona acida suministra agua a la planta:  

De producción Ácido Nítrico. De producción Nitrato de Amonio.

3.3. Planta de Electrolisis En esta planta se descompone el agua pura en sus componentes hidrogeno y oxigeno; al paso de electricidad continua a través del electrolito KOH, la pureza del hidrogeno obtenido es de 99.5%. El proceso de descomposición es el siguiente. El agua desmineralizada que es almacenada en un tanque de alimentación y luego bombeado. La Energía requerida es transformada de 6600V a 525V, rectificada la corriente continua y suministrada a las celdas electrolíticas; al paso de la energía por celdas se descompone en sus elementos hidrogeno y oxígeno. El hidrogeno es colectado en el espacio catódico y separado luego de las nieblas de KOH, Finalmente es arrastrado, enfriado y enviado a la estación de mezcla de gases de la planta de amoniaco.

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3.4. Planta de Amoniaco La obtención se basa en la síntesis de la mezcla de gases de hidrogeno y nitrógeno. La planta está diseñada para producir 50 t/día de amoniaco líquido. El proceso de obtención de Amoniaco es la siguiente: El hidrogeno procedente de la planta de electrolisis es mezclado con el nitrógeno procedente de la planta de fraccionamiento de aire que son enviados al circuito de síntesis. El gas de síntesis es impulsado por la bomba de circulación, pasando por el filtro de aceite hasta el convertidor donde al calentarse a más de 420°C y en presencia de un catalizador de hierro activado, se convertirá una parte del gas en amoniaco.

Fig1. Catalizador (Hierro Activado) El amoniaco gaseoso y los gases de circulación caliente del convertidor después de ceder parte de su calor a los gases entrantes pasar atreves de un caldero para producir vapor y luego es enfriado en el intercambiador de calor de alta presión con agua de refrigeración y allí inicia la licuación de los gases de amoniaco producido con la ayuda de gases de alimentación, posteriormente pasa por el separador de amoniaco. El amoniaco liquido previa expansión y después de separar los gases disueltos en el es enviado a los tanques de almacenamiento a presión para ser distribuidos:  

Planta de Ácido Nítrico. Planta de Nitrato de Amonio

3.4. Planta de Ácido Nítrico Producción de Ácido Nítrico de 54% de Pureza. El proceso de obtención de ácido nítrico, se basa en la oxidación y absorción de los gases nitrosos producto de la combustión del amoniaco por la acción catalítica de mallas, según las siguientes ecuaciones químicas 6𝑁𝐻3 + 502 → 2𝑁𝑂 + 6𝐻2 0 + 240𝐾𝑐𝑎𝑙 6𝑁𝑂 + 𝑂2 → 2𝑁𝑂2 3𝑁𝑂2 + 𝐻2 𝑂 → 2𝐻𝑁𝑂3 + 𝑁𝑂 El Amoniaco liquido vaporizado se mezcla con el aire previamente filtrado en una proporción en una proporción de 1:10 se vuelve a filtrar y se precalienta para ser inyectado a las calderas donde por acción del catalizador se quema el amoniaco con oxígeno de la mezcla; reacción exotérmica que alcanza 830 °C, el producto de la combustión del amoniaco son gases nitrosos.

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Estos gases nitrosos después de ser enfriados son comprimidos por un turbo compresor y enviados a las torres de oxidación y absorción previa refrigeración. La torre de oxidación de óxido nitroso se convierte en óxido nítrico para reaccionar con el agua a contracorriente en las torres de absorción hasta convertirse en ácido nítrico del 53% de concentración, siendo controladas sus temperaturas por medio de cortinas de refrigeración. Para almacenar el ácido nítrico, previamente se blanquea con aire secundario, el mismo que sirve para la oxidación de los gases nitrosos, de los tanques de almacenamiento se bombea hasta la planta de nitrato de amonio 3.4. Planta de Nitrato de Amonio El método utilizado en la producción del nitrato de amonio grado ANFO en la industria Cachimayo es el método conocido como “Granulación al roció” y como se ha mencionado anteriormente las materias primas son el amoniaco gaseoso y el ácido nítrico líquido. El amoniaco liquido con una concentración de 99.9% proveniente de la planta de síntesis es evaporado por aspersión obteniéndose el amoniaco gaseoso que ingresa por la parte media de la columna de neutralización, por su parte el ácido nítrico de una concentración de 53% proveniente de la planta de ácido nítrico es recepcionado en un tanque elevado e ingresa por la parte superior del neutralizador. En la columna de neutralización el amoniaco (gas) y el ácido nítrico (liquido) al 53.5% de concentración en un proceso de neutralización, reaccionan en condiciones de presiones bajas, y se da una reacción exotérmica. 𝐻𝑁𝑂3(𝑙𝑖𝑞) + 𝑁𝐻3 → 𝑁𝐻4 𝑁𝑂3(𝑠𝑜𝑙)

𝐻 = 26 𝐾𝑐𝑎𝑙

Ahí se produce el Nitrato de Amonio en solución al 82% de concentración. El equipo en que sucede la reacción es en el neutralizador, es una reacción exotérmica por lo que se recircula la solución para mantener la temperatura de 90°C. Luego de ahí la solución de 82% pasa al concentrador de película, concentra la solución hasta el 96% de ahí pasa a las torres de Prilling donde se obtiene los prills, con aire a contracorriente. En ambos casos de 82% y 96% el resto es agua, luego de la torre de prilling sigue el secado de producto en los cilindros de presecado y secado, se le adiciona el antiaglomerante, luego para al ensacado.

Fig2. Nitrato de Amonio grado ANFO

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CONCLUSIONES 

En la planta de Industrias Cachimayos se pueden obtener tres clases de nitrato de amonio cada una de ellas con caracteristicas especiales; y de acuerdo a los requerimientos del usuario. Los Nitratos que se obtienen son:  El Nitrato de Amonio grado ANFO.  El Nitrato de Amonio grado Tecnico.  El Nitrato de Amonio grado Fertilizante.



Se le añade al final del proceso para obtener el producto un antiaglomerante que evita que los prills abs.orban la humedad, se utiliza Diatomita si se produce Fertilizante y para grado ANFO, se utiliza aceite de proceso mezclado con lilamin.

BIBLIOGRAFIA Tesis. Presentado por Br. Bienvenido Acero Barraza. Estudio Tecnologico de la Destilacion del Aire, en la planta Generadora de Nitrogeno de Industrial Cachimayo. 1982 Cusco-Peru Tesis. Presentado por Br. Hilder Inocencio Espinoza. Informe del control de calidad en el proceso de produccion del Nitrato de Amonio en Industrias Cachimayo S.A.C . 2006 Cusco-Peru