Repositorio Institucional de Documentos

Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 1 ANTEPROYECTO DE UNA INSTALACIÓN DE PRODUCCIÓN DE TRINITROTOLUENO (TNT) MEMORIA Autor: Jesús Giménez Cebrián Director: Eva Francés Especialidad: Química Convocatoria: Septiembre 2011 Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 2 -Índice- 1. Objetivo y justificación.......................................................................................4 2. Información sobre 2,4,6-trinitrotolueno.............................................................5 2.1. Usos..............................................................................................................5 2.2. Carácter explosivo.........................................................................................6 2.3. Seguridad y toxicidad....................................................................................6 3. Emplazamiento....................................................................................................8 4. Distribución en planta. .....................................................................................11 4.1. Distribución del edificio de oficinas y laboratorio..........................................11 4.2. Distribución edificio de nitración..................................................................12 4.3. Distribución edificio de purificación..............................................................13 4.4. Almacén......................................................................................................13 5. Proceso de fabricación.....................................................................................14 5.1. Método elegido............................................................................................14 5.2. Diagrama de proceso..................................................................................18 6. Justificación y dimensionamiento de equipos...............................................19 6.1. Equipo principal...........................................................................................19 6.1.1. Silos y contenedores de almacenamiento............................................19 6.1.2. Contenedores o reactores de dilución (premezcla)..............................21 6.1.3. Nitradores............................................................................................21 6.1.4. Cristalizador y filtro..............................................................................24 6.1.5. Cuba de lavado ...................................................................................25 6.1.6. Secador...............................................................................................25 6.1.7. Rodillo de conformado o “drum flaked”................................................26 6.1.8. Empaquetadora...................................................................................28 6.1.9. Torre de refrigeración..........................................................................30 6.2. Trasportes internos .....................................................................................31 6.2.1. Elevador de canjilones.........................................................................31 6.2.2. Carretilla elevadora..............................................................................33 6.3. Tuberías y bombas......................................................................................36 6.3.1. Tipo de tubería empleada....................................................................36 6.3.2. Diámetro de las tuberías y accesorios.................................................36 6.3.3. Bombas...............................................................................................38 6.4. Lazos de control..........................................................................................42 7. Régimen de fabricación....................................................................................45 7.1. Personal empleado .....................................................................................45 Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 3 7.2. Personal en planta de producción ...............................................................46 7.3. Oficinas.......................................................................................................48 8. Fuentes de información....................................................................................49 Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 4 1. Objetivo y justificación El presente proyecto tiene por objeto la realización del anteproyecto de una instalación necesarias para la puesta en funcionamiento de una industria de manufactura de TNT, con una producción aproximada de 10 toneladas de producto por semana. El TNT o 2-4-6-trinitrotolueno (el nombre comercial en España es Trilita ® ) es un explosivo secundario, a temperatura ambiente se presenta en forma de cristales amarillos que funde a 81ºC. Es un explosivo que necesita de una energía mayor para su detonación, siendo mucho más insensible a la fricción que la nitroglicerina y por lo tanto, más seguro. No obstante es un explosivo del que no se hace prácticamente uso en estado puro, si no que se mezcla con otras sustancias para obtener mezclas explosivas más estables o potentes. Así pues, surgen los amatoles de la mezcla de TNT con nitrato de amonio (de la familia de los ANFO’s), los minoles al mezclarlo con aluminio en polvo y numerosísimas mezclas con otros explosivos como RDX o HMX. De aquí surge la idea de construir una planta de producción de trinitrotolueno, base de prácticamente la totalidad de mezclas explosivas. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 5 2. Información sobre 2,4,6-trinitrotolueno. En el anexo puede encontrarse la ficha de seguridad del trinitrotolueno. 2.1. Usos TNT es uno de los explosivos más común para los usos militares e industriales. Se valora debido a su insensibilidad a sacudidas eléctricas y a la fricción, que reduce el riesgo de accidental detonación. TNT funde en a 80°C (176 ºF ), por debajo de la temperatura en la cual detonará espontáneamente, permitiendo que sea vertido de forma líquida y mezclado con otros explosivos sin riesgo. El TNT ni absorbe ni se disuelve en el agua, que permite que sea utilizado con eficacia en ambientes mojados. Además, es relativamente estable cuando está comparado a otros explosivos altos. Aunque los bloques de TNT están disponibles en varios tamaños (eg. 250 g, 500 g, 1.000 g e igualan 20 kilogramos), se encuentra comúnmente mezclados con porcentajes variables de otros explosivos. Los ejemplos de las mezclas explosivas que contienen TNT incluyen: - Amatol. - Amonal - Baratol - Composición B - Composición H6 - Ednatol - Hexanite - Minol Figura 1. Cartuchos de TNT - Octal - Pentolite - Picratol - Tetrytol - Torpes - Tritonal Figura 2. Molécula de TNT Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 6 El TNT y DNT producido en el proceso también se usan como colorantes en la industria textil, si bien es preferible hacer uso del ácido pícrico. 2.2. Carácter explosivo Es una idea común que el TNT y la dinamita es lo mismo, o que la dinamita contiene TNT. Esto es falso ya que, mientras el TNT es un compuesto químico específico, la dinamita no es más que una mezcla de sustancias, concretamente nitroglicerina adsorbida en una masa de arcilla y tierra de diatomeas, prensada y envuelta en un cartucho de papel con mecha. Sobre detonación, TNT se descompone como sigue: 2 C7H5N3O6 → 3 N2 + 5 H2O + 7 CO + 7 C La reacción es exotérmica pero tiene un límite respecto a energía de activación, de ahí que sea más insensible que el resto de explosivos. Para detonar TNT se necesitará siempre de una gran temperatura, un multiplicador o un detonador eléctrico. Debido a la producción de carbón, Las explosiones de TNT tienen un aspecto fuliginoso. Algunas características sobre su explosividad son: - Velocidad de detonación: 7000 m/s - Entalpía de explosión de 599 cal/kg - Energía de choque de 2957896 kg-f/kg explosivo - No detona al ser atravesado por proyectiles a velocidades menores de 860 m/s 2.3. Seguridad y toxicidad TNT es venenoso al contacto con la piel. El contacto puede causar la irritación de piel, haciéndola tornar a un color amarillo-anaranjado brillante. Durante Primera guerra mundial, los trabajadores de la munición que manejaron el producto químico encontraron que su piel dio se torno de color amarillo brillante, que dio lugar a la adquisición del apodo “muchachas amarillas” o simplemente las “Canarias.” Gente expuesta a excedentes de TNT en un período prolongado tiende a experimentar anemia y funciones anormales en el hígado. Provoca daños en el sistema inmune, afectando a la sangre y al bazo. En hombres puede provocar infertilidad En animales Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 7 el TNT es nocivo por inhalación. Se considera por la EPA como un agente cancerígeno para el ser humano. Es altamente contaminante para el medio ambiente. Su llegada a ríos y mares puede provocar el fenómeno de “agua rosada” en cuencas. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 8 3. Emplazamiento La parcela estará ubicada en el Parque Huelva Empresarial, en Huelva, España. La parcela será la 20.1 situada en la calle Longitudinal-2, dispone de 74040,25 m 2 y una buena comunicación, estando cercana a carreteras nacionales y de autopistas, así como cercanía a puertos marítimos. Características: - Comunicaciones: o Desde Huelva, en coche, por la carretera H-31 y tras diez minutos de trayecto tomar el desvío (ver figura 3). o Desde Sevilla, en coche, por la Autopista del Quinto centenario y tras recorrer 80 km (alrededor de 1 hora) tomar la salida de San Juan del Puerto (ver figura 3). o Puerto marítimo en Huelva. - La parcela está lo suficientemente alejada de poblaciones civiles (tal como aconseja la normativa Seveso para las plantas químicas peligrosas). - Cercanía a industrias suministradoras de materias primas: o Refinerías de petróleo (obtención del tolueno como base del TNT). o Industrias de producción de ácido sulfúrico y derivados (Obtención de ácido sulfúrico en Huelva. Rafael E.Romero, 2008). Las condiciones climatológicas son bastante suaves debido a la cercanía al mar, si bien en verano las temperaturas suelen ser más elevadas de la media Española. No serán un inconveniente ya que la planta industrial estará a cubierto. En cuanto al parque empresarial ofrece suministro eléctrico, agua potable y red de saneamiento de aguas. La parcela será lo suficientemente grande para albergar los edificios necesarios así como para dejar las superficies de separación requeridas para la seguridad (Normativa Seveso). Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 9 Figura 3. Mapa de localización del parque empresarial donde se sitúa la parcela. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 16 6. Lavado del TNT. El TNT filtrado es recogido y llevado a una nueva cuba donde es lavado con una disolución de Na 2 SO 3 al 7,5%, a temperatura ambiente y en periodo de dos horas. Se pretende con este paso eliminar posibles restos de ácidos adheridos a las paredes de los cristales. Después de retirar la disolución neutralizadora (que quedará en la capa superior, sp.gr. tnt = 1,467) se lavará el TNT cuatro veces con agua. 7. Secado del TNT. Para el secado del TNT se solía emplear un secador industrial de hierro similar al de la figura. Por la tubería superior se dejaba escapar las humedades y se recogía el producto seco por la parte inferior. Para el secado se introducía por la parte inferior aire seco. Se mantenía una temperatura de 90ºC y al final de la operación se aumentaba a 105 ºC. En la actualidad se puede hacer uso de un secador industrial corriente, manteniendo las temperaturas dadas y haciendo pasar una corriente de gas seco. 8. Conformación final del TNT. El TNT se suele presentar en granos o “escamado” (“flaked” e inglés o a copos), partículas finas y alargadas como trozos de papel partido. La segunda opción es la más popular ya que permite al explosivo empaquetarse de mejor forma en el casquillo de los proyectiles sin dejar tantos huecos. Para transformarlo a copos se hace uso de un “Flaked Drumm”, un cilindro grueso cuya parte inferior está sumergido en trinitrotolueno fundido a 80ºC. Por una camisa exterior del cilindro se hace circular agua fría que, al contacto con el TNT, hace que este se solidifique en la superficie. El cilindro continúa girando y una cuchilla situada cerca de la superficie despega el producto del cilindro, haciendo que caiga en un contenedor, obteniendo de esta forma un TNT puro y solidificado. 9. Fortificación de los ácidos. El método de producción de trinitrotolueno Francés se basa en el uso de ácidos diluidos de nitraciones superiores, es decir, del uso de ácidos gastados en la trinitración en la dinitración, así como los ácidos gastados de la dinitración en la mononitración. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 17 Los porcentajes de las mezclas sulfonítricas se mantienen constantes fortificando las mezclas con ácidos concentrados y de esta forma se asegura una mayor conversión total del ácido nítrico y tolueno y una mejor conservación del sulfúrico. Estas fortificaciones de ácidos se llevan a cabo en contenedores de premezcla diferentes similares al descrito en el principio. Especial mención tienen los ácidos gastados en la tercera trinitración ya que pueden contener una cantidad representativa de DNT no nitrado. En este caso 10. Empaquetado. El empaquetado se realizará en bolsas de plástico reforzadas de PE o PP. El tamaño de las bolsas variará entre 1 y 10 kg a petición del cliente. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 18 5.2. Diagrama de proceso Sulfúrico Nítrico Tolueno Nitrador 1 Nitrador 2 Nitrador 3 Cristalizador Filtro Cuba de lavado Secado Conformado Empaquetado Almacén Contenedor de premezcla Ácido gastado Disoluciones y agua de lavado Disoluciones y agua de lavado Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 19 6. Justificación y dimensionamiento de equipos. 6.1. Equipo principal 6.1.1. Silos y contenedores de almacenamiento El tamaño de los equipos de almacenaje se ha diseñado de tal forma que puedan producir 6 lotes sin necesidad de suministro alguno. También se han diseñado suponiendo el caso de que todos los lotes se produzcan sin recirculado de ácidos gastados. Se ha añadido una excepción en el caso de ácido sulfúrico, pues se ha tomado un tamaño de tanque que pueda abastecer la producción de 4 lotes (al ser la materia prima más necesitada, para la producción de 6 lotes el tamaño del contenedor de almacenamiento es demasiado grande): En cuanto a los materiales de los silos se barajan dos posibilidades: - Acero inoxidable. - PRFV (Poliester Reforzado con Fibra de Vidrio) resistente a la corrosión. Los volúmenes para las materias primas se muestran en la tabla 1: Tabla 1. Volúmenes de silos. Producto Volumen contenedor (litros) Tolueno 5000 Sulfúrico 8000 Nítrico puro 5000 Nítrico 66% 5000 Agua 12000 Disol. Sulfito 6000 Esto son 3 contendores de 5000 litros, 1 contenedor de 6000 litros, 1 contenedor de 8000 litros y 1 contenedor de 12000 litros. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 20 Figura 3. Silo fabricado en PRFV. Se recomienda, bien sea de acero inoxidable u otro material, hacer uso de productos de serie y no de encargos, ya que estos incrementan el precio de construcción. Para la automatización de las descargas de los productos desde las tolvas y depósitos se instalarán sobre módulos de pesada PINMOUNT SWC515, de la marca Mettler Toledo. Están diseñados para aplicaciones estáticas y dinámicas donde la carga implica fuerzas horizontales. El módulo PINMOUNT está disponible en capacidades de 7,5 t, 15 t y 22,5 t. Figura 4. Módulo de pesada marca Mettler. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 21 6.1.2. Contenedores o reactores de dilución (premezcla). Estos contenedores se utilizarán para preparar las mezclas sulfonítricas que serán luego utilizadas en los nitradores. Al contener ácidos, el material deberá ser inoxidable y el reactor deberá disponer de una camisa refrigerante para disipar el calor generado por la dilución de los ácidos. A su vez, unas palas del mismo material agitarán la mezcla para homogenizar el calor generado. El volumen de este reactor está calculado según la máxima capacidad de ácidos que tenga que albergar, esto es 1,10 m 3 . Con este volumen se asegura la cabida de todas las demás mezclas sulfonítricas por preparar. Se instalarán dos equipos como este. Las dimensiones no se pueden establecer ya que lo suministradores de reactivos trabajan prácticamente bajo pedido, según normativas de construcción de reactores ASME o GMP. Para la obtención de las dimensiones es preciso contactar con los suministradores. En tal caso, no se ha podido. Para obtener una altura aproximada de los equipos (necesario en cálculo de tuberías) se ha contado tantos metros de altura como volumen más 1 metro adicional por las patas y los medidores de pesada. 6.1.3. Nitradores Los volúmenes de los nitradores se muestran en la tabla 2: Tabla 2. Volúmenes de nitradores. Nitrador volumen (m 3 ) 1 1,92 2 1,73 3 2,03 En cuanto a las prestaciones de los reactores deberán ser de un material que aguante las condiciones abrasivas de los ácidos, como por ejemplo un acero inoxidable Alloy 20 “carpenter”. Deberán disponer de camisa exterior para el enfriamiento y de un serpentín interior para el calentamiento de la mezcla. A su vez dispondrán de agitación, también resistente a la corrosión. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 22 La forma de los nitradores será cilindro-cónica, colocados en vertical sobre patas de acero, situando la forma cónica en la parte inferior. Los reactivos serán introducidos por la parte superior y los productos se evacuarán desde una válvula situada en la parte cónica inferior. De esta manera se realizará mejor la decantación de las fases orgánicas. Para una decantación de la fase orgánica más efectiva se instalará un sensor de conductividad (figura 5) en la parte inferior de reactor. Al estar en contacto con la disolución ácida permitirá el paso de los ácidos hacia el contenedor de ácidos gastados. Evacuados los ácidos, el sensor entrará en contacto con la fase orgánica, de conductividad prácticamente nula y cerrará el tramo hacia el tanque de ácidos gastados y abrirá (con una válvula rotativa en forma de T) una nueva vía hacia el siguiente nitrador. El sensor es el siguiente: Sensor inductivo InPro7250 de la marca Mettler Toledo, diseñada para las medidas en línea de los niveles de conductivity/concentration de ácidos, de bases y de sales en medios líquidos. Características: - Sensor inductivo, no produce chispas ni corrientes en el seno del fluido. - Revestimiento especial para condiciones abrasivas. - Fácil instalación y mínima perdida de carga. Figura 5. Sensores de inducción InPro. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 23 En el caso de la tercera nitración, al haber unas condiciones tan agresivas, es posible que se formen compuestos gaseosos e inestables (CO, tetranitrometano, etc) que formen con el aire atmósferas explosivas. Por esta razón el tercer nitrador trabajará en condiciones aisladas, haciéndose pasar nitrógeno para eliminar el aire contenido en el reactor. Las dimensiones no se pueden establecer ya que lo suministradores de reactivos trabajan prácticamente bajo pedido, según normativas de construcción de reactores ASME o GMP. Para la obtención de las dimensiones es preciso contactar con los suministradores. En tal caso, no se ha podido. Para obtener una altura aproximada de los equipos (necesario en cálculo de tuberías) se ha contado tantos metros de altura como volumen más 1 metro adicional por las patas. Un diseño aproximado puede verse en la figura 6. Figura 6. Reactores marca Maivisa. Puede observarse que vienen con bombas en la parte inferior para la descarga y ruedas para su movimiento. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 24 6.1.4. Cristalizador y filtro Los cristalizadores comerciales pueden operara de forma continua o por cargas, excepto para algunas aplicaciones especiales, es preferible la operación continua. La primera condición que debe de cumplir un cristalizador es crear una solución sobresaturada, ya que la cristalización no se puede producir sin sobresaturación. El medio utilizado para producir la sobresaturación depende esencialmente de la curva de solubilidad del soluto. Algunos solutos como la sal común, tiene solubilidades que son prácticamente independientes de la temperatura, mientras que otros, como el sulfato sódico anhidro y el carbonato sódico monohidratado, poseen curvas de solubilidad invertida y se hacen más solubles a medida que la temperatura disminuye. Para cristalizar estos materiales se precisa crear la sobresaturación mediante evaporación. En los casos intermedios resulta útil la combinación de evaporación y de enfriamiento. En nuestro se hará uso de cristalizadores de sobresaturación por enfriamiento. El elegido ha sido el cristalizador DEGA ACP con filtro acoplado. Fabricado en acero inoxidable, filtros intercambiables, con capacidades para 2000kg de materia. Figura 7. Cristalizador marca DEGA ACP. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 25 6.1.5. Cuba de lavado La cuba de lavado tendrá un volumen de 2,02 m 3 . El método francés describía este equipo como una cuba de cono truncado, fabricado en madera robusta, con agitadores en el interior. En el presente caso se hará uso de un material de mayor aguante, como pudiera ser el acero inoxidable. Dispondrá de agitación y tendrá la forma aconsejada. También deberá construirse bajo pedido. Un diseño aproximado puede verse en la figura 8. Figura 8. Forma de cuba de lavado según el método francés. 6.1.6. Secador Un secador se utiliza para quitar la humedad de partículas finas mojadas, abarcando un cilindro inmóvil aislado en el cual se rota un tubo cilíndrico metálico ampliable, coaxial en una posición esencialmente horizontal. Las partículas mojadas se introducen en el extremo abierto mientras que el aire caliente circula entre el cilindro inmóvil y el tubo. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 32 Tabla 3. Características elevador de cangilones. Accionamiento Motor reductor trifásico 220/380V, 50Hz, IP 54 Cinta 2 capas de tejido de poliéster, cara superior lisa, revestida de PVC, resistente al aceite y la grasa Velocidad transp. Estándar 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,8; 1,0 m/s. Volumen de plato de 2 litros. Pintura Electrostática de dos capas, RAL 5010 Figura 14. Elevador de cangilones. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 33 6.2.2. Carretilla elevadora Se hará uso de una carretilla elevadora para transportar el TNT cristalizado desde el edificio de nitración al edificio de purificado en un contenedor, así como para trasportar los palés con el TNT ya empaquetado a la zona de almacén. - Características: 1) Buena estabilidad, sistema de frenado activado hidráulicamente, respuesta rápida y alta sensibilidad. 2) Mástil con amplia visibilidad y espacio entre dientes ajustable hacen que la operación sea más fácil y flexible. 3) Diseño aerodinámico amplía el espacio de operación y reduce el cansancio del operador. 4) Sistema de entrada de aire elevado previene de la entrada de polvos. El filtro de aire secundario mejora la calidad del aire succionado y prolonga la vida del motor. 5) El aceite en el sistema hidráulico es proporcionado por una bomba doble y una bomba simple que hace que el sistema sea más estable y confiable. 6) Las ruedas frontales dobles mejoran la seguridad al viajar. 7) Transmisión hidráulica con nuevo diseño con par de torsión amplio y alta confiabilidad. 8) Motor Chaochai 6102 de muy alta potencia. 9) El cilindro es montado transversalmente al eje de dirección, de esta forma el ángulo de giro es más amplio y el radio de giro es más pequeño. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 34 Tabla 4. Características de la carretilla elevadora. Tipo de motor Motor diesel Índice de carga (kg) 10000 Centro de carga (mm) 600 Altura máx. de alzado (mm) 3000 Altura de alzado libre (mm) 100 Dimensiones de la horca (mm) 1200×175×80 Ángulo de inclinación del mástil (grados) 6/12 Radio de giro mín. (mm) 4000 Ancho de intersección mín. (mm) 3540 Velocidad de transportación máx. (carga completa/sin carga) (Km/h) 25/27 Velocidad de alzado máx. (carga completa/sin carga) (mm/s) 310/350 Gradeabilidad máx. (%) 20 Sobresalientes frontales (mm) 720 Sobresalientes traseros (mm) 780 Peso de la máquina (kg) 12000 Ancho de la banda de rodamiento (frontal/trasera) 1600/1700 Distancia entre ejes (mm) 2800 Dimensiones generales Longitud general (con horca) (mm) 5500 Ancho general (mm) 2240 Altura (Mástil levantado) (mm) 2850 Altura del soporte de seguridad (mm) 2600 Distancia a tierra mín. Mástil (mm) 240 Estructura (mm) 300 Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 35 Figura 15. Carretilla elevadora marca CAT. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 36 6.3. Tuberías y bombas 6.3.1. Tipo de tubería empleada - Tubería de Acero Inoxidable: Es el material idóneo para el trasporte de sustancias ácidas, debido a su higiene, sus buenas propiedades ante la corrosión y sus propiedades mecánicas. Se recomienda usar, pues, cualquier acero de la serie AISI 300 o AISI 400. En cuanto al espesor se tomará el Extra Strong. Los tamaños y diámetros están normalizados. 6.3.2. Diámetro de las tuberías y accesorios En cuanto al transporte de los fluidos por las tuberías se ha considerado que las velocidades de las sustancias inflamables, corrosivas y explosivas no superen velocidades de 2 m/s, situándolas entre 1 y 2. Para líquidos acuosos y agua las velocidades recomendadas de transporte son de 1 – 3 m/s. Para todos los efectos y casos se ha tomado una velocidad inicial de cálculo de 1,5 m/s, asegurándonos con este valor rangos seguros de transporte y de eficiencia energética. Sabiendo las materias primas salientes y entrantes de cada reactor (o contenedor) y estableciendo un tiempo de llenado y descarga de 15 minutos, se ha calculado el caudal circulante por cada tubería con ayuda de la formula antes mencionada. Obtenidos los diámetros óptimos de tubería se garantiza el suministro del caudal requerido. No obstante las tuberías con los diámetros obtenidos, en el caso de pedirlas a una empresa por encargo, resultarían demasiado costosas. Por esta razón se compararán los diámetros obtenidos con los normalizados y que generalmente son suministrados por los comerciales. Los diámetros comerciales elegidos se muestran en la tabla 5: Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 37 Tabla 5. Diámetro de tuberías. Recorrido D (m) D ('') D comercial ('') v final (m/s) Máximo silo sulfúrico 0,024 0,95 1,00 1,36 Máximo silo nítrico 66% 0,022 0,86 1,00 1,11 Máximo silo nítrico puro 0,016 0,62 0,75 1,02 Máximo agua 0,033 1,29 1,50 1,12 Máximo disol. Sulfito 0,033 1,29 1,50 1,12 Máximo silo tolueno 0,027 1,05 1,25 1,05 Máximo contenedor premezcla 0,030 1,19 1,25 1,36 Regreso ácidos gastados N1 0,027 1,07 1,25 1,10 Regreso ácidos gastados N2 0,025 0,97 1,00 1,42 Regreso ácidos gastados N3 0,030 1,20 1,25 1,38 N1 --> N2 (MNT) 0,027 1,06 1,25 1,07 N2 --> N3 (DNT) 0,026 1,04 1,25 1,04 N3 --> cristalizador (TNT) 0,026 1,02 1,25 1,00 Secador --> rodillo 0,025 0,996 1,00 1,49 Obtenidos los diámetros comerciales se ha procedido al cálculo de la velocidad resultante, manteniendo el caudal constante, para verificar que ninguna de las velocidades supera los valores deseados. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 38 Tabla 6. Número de accesorios en tuberías. Recorrido codos tes Tolueno --> N1 2 0 Sulfúrico --> diluidor 2 1 Nítrico --> diluidor 2 1 Nítrico 66 --> diluidor 1 1 diluidor --> N1 Diluidor --> N2 Diluidor --> N3 3 2 N1 --> N2 2 0 N2 --> N3 2 0 N3 --> cristalizador 2 0 Secador --> rodillo 2 0 Regreso de ácidos gastados 2 0 El número de codos y tes deriva de un diseño de plano de tubería preliminar que da un número aproximado de accesorios. 6.3.3. Bombas Atendiendo a los balances de materia, de donde se obtienen las densidades y los caudales, y a la altura a la que se necesita impulsar el fluido, se obtiene la siguiente tabla de requerimientos energéticos: Tabla 7. Potencia de las bombas según el recorrido. Recorrido Potencia requerida (m) Potencia (W) Tolueno --> N1 4,01 28,35 Sulfúrico --> diluidor 185,71 2311,07 Nítrico --> diluidor 2,73 11,75 Nítrico 66 --> diluidor 2,57 18,93 diluidor --> N1, N2, N3 6,91 118,85 Secador --> rodillo 2,24 27,37 Regreso ácidos gastados N1 4,12 58,42 Regreso ácidos gastados N2 7,12 82,89 Regreso ácidos gastados N3 6,23 118,13 Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 39 Para transportar el fluido por las tuberías se emplearán bombas centrífugas, ya que son las más adecuadas para este tipo de trabajo. Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos alabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa). Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en Pascales, Pa, metros de columna de agua m.c.a. o pie-lb/lb de líquido) es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presión proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pie-lb/lb se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura", y aun más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura). Las bombas centrífugas tienen un uso muy extendido en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso. Las más comunes son las que están construidas bajo normativa DIN 24255 (en formas e hidráulica) con un único rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m³/h y alturas manométricas hasta los 100 metros con motores eléctricos de velocidad normalizada. Estas bombas se suelen montar horizontales, pero también pueden estar verticales y para alcanzar mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo de bomba. De esta forma se acumulan las presiones parciales que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se habla de bomba multifásica o multietapa, pudiéndose lograr de este modo alturas del orden de los 1200 metros para sistemas de alimentación de calderas. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 40 Constituyen no menos del 80% de la producción mundial de bombas, porque es la más adecuada para mover más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo. Para los tramos de tubería que necesitan una potencia menor a 60 W (mirar tabla 7), utilizaremos la bomba centrífuga marca Salmson monofásica que opera a una potencia de 60 W. Características. - Construida con el cuerpo en hierro fundido. - Impulsor en noryl. - Eje en acero inoxidable. - Sello mecánico simple. - Provisto con motor eléctrico de 0,25 HP -220 V-50 Hz - 2900 rpm – IP 54. En total harán falta 5 bombas de este tipo. Figura 16. Bomba Salmson de 60W. Para los tramos con mayor demanda de potencia se hará uso de bomba centrífuga marca Motorarg monofásica. Características: - Impulsor de bronce. - Eje y rodete en acero inoxidable. - Máxima estanqueidad. - Porta sello y eje de acero inoxidable. - Potencia de hasta 150 W para diversos DN. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 41 - Motor eléctrico monofásico de 0,5 HP - 220 V - 50 HZ - 2900 rpm - IP 68. Figura 17. Bomba Motorarg de 150W. Para el caso especial, los caudales de ácido sulfúrico desde el silo hasta el contenedor de premezcla, se hará uso de una bomba diseñada para caudales altamente viscosos. La bomba Salmson Type R tiene las siguientes características: - Cuerpo, eje y rodetes fabricados en acero inoxidable. - Caudales de hasta 350 m 3 /h. - Puede trabajar con viscosidades de hasta 200.000 cP. - Alta impermeabilidad. Figura 18. Bomba para fluidos viscosos. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 48 7.3. Oficinas - Instalaremos un total de 3 despachos con 1 oficinista cada uno, para atender los pedidos y preguntas de nuestros clientes. - Además se necesitará de un comercial que se encarguen del marketing y del estudio de mercado a la hora de vender el producto. - Se dispondrá de un técnico/a informático que se encargará del correcto funcionamiento de los ordenadores. - También hace falta 1 abogado/a en caso de que se reciba alguna denuncia por parte de algún cliente insatisfecho o accidente. - Luego está el jefe/a de la empresa, que es el que manda a todos y toma decisiones. - Los despachos de la oficina serán limpiados por el personal de limpieza, que constará de 3 empleados/as. En número de trabajadores es mostrado en la tabla 9: Tabla 9. Trabajadores en el edificio de oficinas. Tipo trabajador Cantidad Oficinista 3 Comercial 1 Técnico/a informático 1 Abogado 1 Jefe/a empresa 1 Personal limpieza 3 Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 49 8. Fuentes de información - Libros o [1] Chemistry and technology of explosives Vol I, Tadeusz Urbanski, Department of Technology, Politechnika Warszawa, 1964. o [2] Química de los explosivos, Eduardo Ezama Sancho, Madrid, 1946. o [3] Enciclopedia Ullmann’s de ingeniería química, sexta edición, 1998. o [4] Casos prácticos de análisis de riesgo (en establecimientos afectados de nivel inferior, en el ámbito del Real Decreto 1254/1999 [Seveso II], Jose Ruiz Gimeno, departamento de ingeniería química, Universidad de Murcia, 2005. o [5] Vollhardt - Química Orgánica. 3ªEd, C. Vollhardt, 2000. - Conversaciones mantenidas con expertos en el tema o [6] José A. Sanchidrián, catedrático en la Universidad Politécnica de Madrid, ETSI Minas. o [7] Fernando Lozano Romero, delegado de Maxam, productora de explosivos a nivel mundial. o [8] Javier Cercera, Área de Industria de la Delegación del Gobierno de España. o [9] Carlos Paz, encargado de la planta de producción de ANFO, en Candasnos, Zaragoza. Empresa propietaria ORICA. o [10] Alejandro Cirio, operario en la planta de ANFO de Candasnos antes mencionada. - Enlaces de Internet o [11] www.wikipedia.org Información variada. o [12] www.textoscientíficos.com/cristalizadores Información relativa en cuanto a cristalizadores. Universidad de Zaragoza Jesús Giménez Cebrián 50 o [13] http://petrochemical.gronerth.com/design/interesantes.htm Cálculos de algunas propiedades de líquidos. o [14] www.alción.es Listado de empresas que suministran equipos industriales. o [15] http://webbook.nist.gov/chemistry/ Libro Web de Química del NIST.