O documento descreve o processo de produção de nitrato de amônio, incluindo suas propriedades, aplicações, diagrama de processo, balanços de massa e energia, e dimensionamento de equipamentos como reatores, separadores e trocadores de calor.

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

5. Diagrama processual do Nitrato de Amónio
5

6. Balanço Geral
Introdução
3,96·103 kg·h-1 1,79·104 kg·h-1 175 kg·h-1
VAPOR H2O VAPOR VAPOR
 Diagrama
processual
Amoníaco
Balanços puro N.A.
99%
 Dimensionamento
Ácido PROCESSO
 Implantação Nítrico 65 %
e Implementação N.A.
97,6%
 Impacte
ambiental
Água
 Segurança 90,2 kg·h-1
das instalações 90,2 kg·h-1
CONDENSADO
3,61·103 kg·h-1 5,72·103 kg·h-1 CONDENSADO
CONDENSADO CONDENSADO
 Análise
económica
 Conclusões 6

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

10. Permutador F1
Balanço Material: Balanço Energético:
Introdução
m9 + m10 = m11 + m12 mq· Cpq · (Tqe – Tqs )= mf· Cpf · (Tfs - Tfe)
 Diagrama
processual
Balanços
Dimensionamento
 Implantação
e Implementação
 Impacte
ambiental
 Segurança
das instalações
 Análise
económica
 Conclusões
10

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

18. Bomba centrífuga B2
 Características da bomba centrífuga B2
Introdução Peléctrica (kW) 8,34
Pútil (kW) 5,01
 Diagrama
processual ∆P (Pa) 0,59
Balanços Hb (m) 14,93
ηelectrica (%) 60,00
Dimensionamento
 Implantação
e Implementação
 Impacte
ambiental
 Segurança
das instalações
 Análise
económica
 Conclusões 18

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

39. Agradecemos a vossa
atenção
39