1. PRODUÇÃO DE
NITRATO DE AMÓNIO
Alunos:
Ana Queirós
Cátia Sampaio
Jaime Estefanía
Umbelina Lopes
Projecto de Engenharia
Departamento de Engenharia Química
Fevereiro de 2009
2. O que é o Nitrato de Amónio?
Fórmula molecular NH4NO3
Introdução Capacidade calorífica
Massa específica
=1,123 g ∙ cm-3 (sólido) =1,70 J ∙ g-1 ∙ K-1 (0 - 31oC)
Diagrama
processual
Balanços Agente oxidante
Acima dos 170 ºC poderoso
Dimensionamento decompõe-se em gás
Implantação
e Implementação Peso molecular
Higroscópico
relativo = 80,05
Impacte (solúvel em água)
ambiental
Segurança Sólido inorgânico branco Solventes: Metanol,
das instalações incolor em solução etanol e acetona.
Análise
económica Ponto de fusão ≈170ºC
Ponto de ebulição ≈210ºC
Conclusões 2
3. Aplicações do Nitrato de Amónio
Fertilizantes (puros ou diluídos)
Introdução Explosivos
Aplicações
Diagrama
processual Misturas congelantes
Balanços Herbicidas e Insecticidas
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental
Segurança NA a 97,6 %, adequado para fertilizantes
das instalações
Produtos
Análise
económica NA a 99 %, adequado para explosivos
Conclusões 3
4. Produção de Nitrato de Amónio
Introdução Produção ≈ 1300 ton/dia
Diagrama
processual
Valor baseado na produção dos maiores fabricantes
Balanços mundiais – Fosfertil, Cangzhou Dahua group co, Fisher
Scientific International Inc.
Dimensionamento
Implantação
e Implementação Maiores produtores: Rússia, E.U.A. e China.
Impacte
ambiental Principais exportadores: Rússia e Ucrânia.
Segurança
das instalações Grandes importadores: E.U.A., Turquia e Brasil.
Análise
económica
Preço do Nitrato de Amónio ≈ 0,5 €/kg
Conclusões 4
7. Balanço Geral
Balanço global material ao processo
m34 m30 m5 m6 m11 m32 m1 m17 m19 m49 m47 m50
Introdução
Água
Diagrama m34 x A34 m30 x A30 m5 x A5
processual m6 x A6 m11 x A11 m32 x A32 m1 x A1 m17 x A17
m19 x A19 m49 x A 49 m47 x A 47 m50 x A50
Balanços
Amoníaco
Dimensionamento m34 xB 34 m30 xB 30 m5 xB 5
m6 xB 6 m11 xB11 m32 xB 32 m1 xB1 m17 xB17
m19 xB19 m49 xB 49 m47 xB 47 m50 xB 50 (m38 X R )
Implantação
e Implementação
Ácido Nítrico
m34 xC 34 m30 xC 30 m5 xC 5
Impacte
m6 xC 6 m11 xC11 m32 xC 32 m1 xC1 m17 xC17
ambiental
m38
m19 xC19 m49 xC 49 m47 xC 47 m50 xC 50 X R MC
Segurança MB
das instalações
Nitrato de Amónio
Análise m34 xD 34 m30 xD 30 m5 xD 5
económica m6 xD 6 m11 xD11 m32 xD 32 m1 xD1 m17 xD17 m19 xD19
m38
m49 xD 49 m47 xD 47 m50 xD 50 XR MD 7
Conclusões MB
8. Reactor R
Balanço Material:
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Implantação Balanço Energético:
e Implementação
Q = ∑ hP + ∑ ΔHr185ºC - ∑ hR = 0 Reactor Adiabático
Impacte
ambiental Hr<0 reacção exotérmica
Segurança Entalpia da corrente de saída
das instalações
∑ hP = m2 ∫ Cp2,MISTURA dT
Análise
económica
Entalpia da corrente de entrada
Conclusões
∑ hR = m31 ∫ Cp31,MISTURA dT + m38 ∫ Cp38,MISTURA dT 8
9. Separadores
Introdução
Nos balanços efectuados ao Nitrato de Amónio, foi considerada
Diagrama a soma das contribuições dos iões NH4+ e NO3-
processual
Balanços
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões
9
11. Reactor R
Características do reactor
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Sistema de agitação
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Rotação das hélices 190 rpm
Conclusões 11
12. Separadores
Características dos separadores
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões
12
13. Permutador de calor F1
Características do permutador F1
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões
13
14. Permutadores de calor K1/K2 e K3/K4
Características dos permutadores K1/K2 e K3/K4
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões
14
15. Permutador de calor K5/ K6
Características dos permutadores K5/K6
Área de
Permutador de Diâmetro Comprimento Número Diâmetro da
Introdução transferência de
carcaça e tubos externo (m) dos tubos (m) de tubos carcaça (m)
calor (m2)
Diagrama K5/ K6 1,60 0,02 4,88 5 0,540
processual
Balanços
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões
15
16. e K3/ K4 Permutadores de calorK7/K10 e K8/K9
Características dos permutadores K7/K10 e K8/K9
Área de
Introdução Permutador de Diâmetro Comprimento Número Diâmetro da
transferência de
Carcaça e tubos externo (m) dos tubos (m) de tubos carcaça (m)
calor (m2)
Diagrama
K7/ K10 239,66 0,02 4,88 240 0,203
processual
K8/ K9 96,34 0,02 4,88 331 0,203
Balanços
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões
16
17. Bomba centrífuga B1
Características da bomba centrífuga B1
Peléctrica (kW) 2,88
Introdução
Pútil (kW) 1,73
Diagrama ∆P (Pa) 0,22
processual
Hb (m) 11,60
Balanços
ηelectrica (%) 60,00
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental
Bomba centrifuga
Segurança
das instalações Caudais são elevados
viscosidades são baixas
Análise
económica
Conclusões 17
19. Armazenamento
Exemplo de cálculo para o Amoníaco:
Introdução
Caudal de amoníaco = 11,5 ton/h
Tempo de residência = 1 semana Vexigido ≈ 3850 m3
Diagrama
processual Com uma segurança de 20%
Balanços
Dimensionamento Armazenamento de reagentes e produtos.
Implantação Amoníaco Ácido Nítrico NA 97,6% NA 99%
e Implementação Tempo residência (min) 10080 10080 10080 10080
Impacte Caudal (m3/min) 0,318 0,956 3,491 0,346
ambiental
Volume exigido (m3) 3843 11569 42229 42229
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões 19
20. Implantação no terreno
Lisboa - Alverca
Perto de
Introdução um porto
Diagrama
marítimo e
processual de auto-
estrada
Balanços
Dimensionamento
Proximidade
Implantação e à indústria
Implementação química
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações água
Zona altamente
Análise Fácil acesso electricidade
económica
industrializada
combustíveis
Conclusões 20
21. Disposição do complexo industrial
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.
21
22. Disposição do complexo industrial
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Implantação e
Implementação
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica Representação da disposição do complexo industrial em 3 D.
Conclusões 22
23. Disposição dos equipamentos
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Implantação e
Implementação
Impacte
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Pormenor da instalação de produção de Nitrato de Amónio
Conclusões 23
24. Impacte Ambiental
Introdução Não existem produtos secundários
Diagrama
processual
Produção de efluentes com baixa
Balanços concentração de Amoníaco e Ácido
Nítrico
Dimensionamento
Implantação
e Implementação
Impacte
ambiental Tratamento numa ETAR pública,
Segurança
pagando pelo serviço prestado
das instalações
Análise
económica
24
Conclusões
25. Segurança
Todos os espaços com 2 Posto médico
saídas de emergência
Introdução Serviço de emergência
Extintores e bocas de incêndio sempre em stand-by
Diagrama
processual
Sinalização de possíveis riscos Vários alarmes
Balanços
Dimensionamento Válvulas de Tanques de
emergência armazenamento
Implantação
e Implementação
Impacte com piso impermeável, isento de
ambiental evitam e direccionam o
materiais combustíveis e com
rebentamento de qualquer unidade
dique de contenção
Segurança
das instalações
Controlo e monitorização da pressão e da temperatura
Análise
económica Acessos adequados que permitam a passagem dos recursos
Conclusões
de emergência 25
26. Custo dos Equipamentos
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Layout
Impacto
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões 26
27. Custo dos Equipamentos
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Layout
Impacto
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões 27
28. Investimento Fixo Total
Parcela Custo (milhões de €)
Custo total instalado:
7
CTBM = (CBM)total + C spare + C storage
Introdução
Custo directo de investimento permanente (fixo):
Diagrama
processual CDPI = CTBM + C site + C serv + C alloc
15
Balanços
Custo total depreciável:
Dimensionamento 18
CTDC= CDPI + C cont
Layout
Investimento total permanente (fixo):
Impacto 20
C*TPI = CTDC + C land + C royalties + C start-up
ambiental
Segurança Investimento total permanente (fixo) corrigido:
das instalações 24
CTPI = FISF C* TPI
Análise
Investimento de capital total:
económica
29
CTCI= CTPI + WC
Conclusões
29. Receitas
Introdução Estimativa de Receitas
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Layout
Impacto
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões 29
30. Custo Total de Produção
Estimativa das parcelas do Custo Total de Operação
(COM)
Introdução
Diagrama
processual
Matérias-primas:
Balanços
Dimensionamento
Layout
Impacto
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões 30
31. Custo Total de Produção
Mão de obra:
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Layout
Custo total de mão de obra directa 47 250 €
Impacto
ambiental
Utilidades:
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões
31
32. Custo Total de Produção
Outros Custos:
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Layout
Impacto
ambiental
Custo total de operação (COM) ≈ 197 milhões de €
Segurança
das instalações
Análise
económica
Conclusões 32
33. Custos de Produção
Estimativa das parcelas de Despesas Gerais (GE)
Introdução
Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
Layout
Impacto
ambiental
Segurança
das instalações
Análise
Custo Total de Produção (GE+COM) ≈ 266 milhões de €
económica
Conclusões 33
34. Cash-Flow
Amortização: taxa de depreciação constante (10 anos)
Imposto: 30%
Introdução
Amortização = Investimento total fixo / 10
Diagrama
processual
1,82 milhões €
Balanços
RAI = Receitas – Custos Operacionais – Amortização
Dimensionamento
Layout 17 milhões €
Impacto
ambiental Resultados líquidos = RAI*(1-Imposto)
Segurança
das instalações 12 milhões €
Análise
económica CASH-FLOW = Resultados líquidos + Amortização
Conclusões 13,8 milhões € 34
35. Análise de Rentabilidade
Taxa interna de rentabilidade
Introdução TIR = 27%
Diagrama
processual
Dimensionamento
Valor actual liquido
Layout
Impacto VAL = 49 milhões €
ambiental
Segurança
das instalações
Tempo de recuperação do investimento
Análise
económica
Conclusões
TRC = 4 anos e 10 meses
35
36. Análise de Sensibilidade
Se o preço de venda dos produtos diminuir 5%, o
processo continua viável?
Introdução
Diagrama
processual
Dimensionamento
Não é viável
Layout
Impacto
ambiental E se aumentar 5%?
Segurança
das instalações
Análise Viável
económica
Conclusões
36
37. Conclusões
Produção de:
Introdução 650 ton/dia de nitrato de amónio 99 wt% (aplicável na
Diagrama
confecção de explosivos)
processual
658 ton/dia de nitrato de amónio 97,6 wt% (para produção
Balanço geral de fertilizantes)
Dimensionamento
Implantação Poucos riscos ambientais
e Implementação
Impacte Efluentes com baixa concentração de amoníaco e acido nítrico
ambiental tratados na ETAR da rede de saneamento municipal, pagando o
serviço prestado
Segurança
das instalações
económicas
Análise Instalação localizada em Lisboa Vantagens
sociais
económica
37
Conclusões
38. Conclusões
Processo energeticamente auto-suficiente
Introdução
Investimento inicial total de 29 milhões de euros
Diagrama
processual
Receitas: 240 milhões de euros/ano
Balanço geral
Dimensionamento Valor Actual Líquido: 49 milhões de euros
Implantação
e Implementação Recuperação do investimento em 4 anos e 10 meses
Impacte
ambiental Processo economicamente viável: TIR de 27%
Segurança
das instalações
Análise Projecto rentável
económica
38
Conclusões