Casos de procesos industriales para diagramas de flujo

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Con la información proporcionada se pide representar:

Representar el DIAGRAMA DE FLUJO para la refinación de la salgema produciendo sal de mesa y sales de baño. 3

CASO 3: Obtención de etileno puro a partir del alcohol etílico

El etileno (T.vap= -103,4°C) es uno de los más importantes productos para la industria. En función de las fuentes de materias primas disponibles, el etileno se puede obtener también a partir del alcohol etílico (T.vap=78,4°C), por deshidratación catalítica, según la reacción

C2H5OH >> C2H4 + H2O

Esta reacción se realiza a 400°C, en presencia de catalizador de estrato fijo de alúmina activada en soporte de coque. El grado de conversión es 85%. El etanol debe tener una pureza mayor a 80% de alcohol.

En los gases de reacción se encuentran adicionalmente etano (T.vap= -88,6°C) y propeno (T.vap= -47,6°C) formados por reacciones secundarias y trazas de coque, presente en la mezcla de gases por arrastre del catalizador. Los gases a la salida del reactor se deben enfriar bruscamente a 65-70°C para reducir la descomposición del etileno. El etanol no reaccionado se debe recuperar y reciclar al proceso. Los hidrocarburos y el coque separados se utilizaran como combustible para el calentamiento.

Con la información anterior, representar el DIAGRAMA DE FLUJO para la obtención de etileno puro a partir del alcohol etílico. 4

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CASO 4: Cogeneración de energía eléctrica y calor a partir de biomasa

La biomasa generada en la industria agrícola, agropecuaria y alimentaria tiene un alto valor energético y puede ser aprovechada para la generación de biogás, el cual puede quemarse como combustible para generar electricidad y calor (cogeneración).

En una típica instalación de biogás, se utilizan insumos sólidos y líquidos. Los sólidos como residuos de la agricultura, maíz ensilado, etc., son alimentados a un silo de almacenamiento, del cual se extraen por medio de un alimentador de oruga y tornillo sin fin hacia un triturador de cuchillas. Los líquidos como el estiércol de la cría de animales, residuos de la industria alimentaria, etc., se almacenan en un tanque cerrado, del cual se bombean al tanque mezclador.

El tanque mezclador recibe los sólidos triturados y los líquidos y crea una suspensión uniforme que luego es bombeada a través de una serie de intercambiadores de calor de tubo y coraza para ser pasteurizados a 70 °C por una hora. A continuación la suspensión es bombeada al biodigestor, un tanque cilíndrico de gran diámetro con una cubierta flexible. En este equipo se lleva a cabo la conversión principal de la biomasa en biogás, al descomponerse en forma anaeróbica durante 60 a 70 días. Durante ese tiempo los lodos tienden a sedimentar y por ello son recirculados por medio de bombas y agitadores, y la temperatura de 40 °C necesaria para los microorganismos mesófilos es mantenida por medio de un serpentín de tubos de agua caliente instalados en las paredes del tanque. El gas que contiene metano, dióxido de carbono, vapor de agua y sulfuro de hidrógeno se va acumulando en la parte superior. Terminado el proceso de biodigestión, el gas se extrae para ser purificado y los lodos se envían para ser tratados y luego comercializados libres de contaminantes y olores indeseables.

La purificación del gas consta de varias etapas. Primero en un reactor biológico con colonias de bacterias que se encuentran en un sustrato poroso reducen el H2S a azufre elemental en presencia de una pequeña corriente de aire fresco. Luego, el vapor de agua es separado en una primera etapa por enfriamiento y condensación, y en una segunda etapa en una torre de absorción que usa agua a punto de congelación. El gas frío y seco es pasado a través de un filtro de carbón activado, analizado y comprimido a 6 bar y alimentado a la planta de cogeneración.

La planta de cogeneración consta de un grupo electrógeno (un motor convencional de combustión interna conectado a un generador eléctrico) y un sistema de recuperación de calor. Se utiliza agua para enfriar el motor de combustión y los gases de combustión. El agua caliente es la que circula por los tubos del proceso de pasteurización y del biodigestor. Excedentes de agua caliente se aprovechan para calefacción de establos y viviendas.

Los lodos se someten a espesamiento y homogenización antes de ser estabilizados con digestión aerobia para reducir la materia orgánica. A la materia solida resultante se le reduce el contenido de humedad por prensado continuo y luego se terminan de secar utilizando los gases residuales de la planta de cogeneración. El compost se comercializa en bolsas de 25 kg.

Representar el DIAGRAMA DE FLUJO del proceso descrito anteriormente.

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CASO 5: Producción de sulfato básico de cromo para curtiembre

El sulfato de cromo es el ingrediente más importante usado en las tenerías (industrias) para el curtido del cuero. Se produce a partir de cromita (mineral de cromo que contiene un alto porcentaje de Cr2O3), el cual se funde con una base, típicamente Na2CO3, a 1000 °C en presencia de aire (aporta oxígeno):

2 Cr2O3 + 4 Na2CO3 + 3 O2 → 4 Na2CrO4 + 4 CO2

Este paso solubiliza el cromo de modo que puede ser extraído con agua caliente, dejando los otros componentes del mineral como compuestos de aluminio y hierro en forma insoluble. La solución luego es acidificada con ácido sulfúrico para propiciar la formación del dicromato de sodio:

2 Na2CrO4 + H2SO4 → Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O

El dicromato de sodio luego es concentrado por evaporación hasta cristalización. Los cristales di hidratados son secados en un secador rotatorio con lo que se elimina el agua de hidratación. Los cristales anhidros son re - disueltos en agua y tratados con un gas reductor que contiene 9% de SO2. Esto ocurre en una torre empacada que contiene anillos cerámicos, donde el cromo es reducido de Cr (VI) a Cr (III):

Na2Cr2O7 + 3 SO2 + H2O → Cr2(SO4)2(OH)2 + Na2SO4

Aunque esta reacción es exotérmica, se requiere inyectar vapor para mantener la temperatura y la velocidad