Balance de Energia na Indústria

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Balance de Energía
La energía mueve al mundo.
En una industria todo es energía, y energía significa costo. Entonces, si una industria no es eficiente en el manejo de esa energía obviamente es una industria no competitiva.
La energía tiene sus limitaciones:
· Hay ciertas energías que no las podemos utilizar.
Tomemos el caso de un esfero. Éste tiene una energía total, formada por las energías cinética, potencial e interna, que no podemos utilizar.
· No podemos transferir calor de una sustancia de menor temperatura a una sustancia a mayor temperatura.
Tremenda limitación, pues si pudiéramos trasferir calor de una mayor a una menor temperatura podríamos reciclar la energía, con lo que se solucionarían los problemas energéticos en el mundo.
Son estas limitaciones las que hacen que los profesionales busquen esa eficiencia energética.
Antaño en nuestro país la energía era muy barata, y esto hacía que las industrias no pongan mucho empeño en su uso eficiente. Inclusive ahora, cuando se entra a una industria es fácil observar que todo el ambiente está lleno de vapor. Inmediatamente notamos que esta industria es totalmente ineficiente, pues el vapor en el ambiente evidencia la existencia de un escape por algún lado y eso es pérdida de energía (para producir vapor se utiliza cierta cantidad de energía). Si no utilizo de manera eficiente un vapor, la industria no es eficiente.
Actualmente las industrias deben ser eficientes, pues el costo de la energía subió tremendamente constituyendo rubro más que incide en el costo del producto. Si nuestras industrias no aprovechan al máximo la energía no les es posible competir con otros mercados.
Un futuro ingeniero químico debe tener en mente utilizar de manera eficiente y al máximo la energía.
Entonces, una industria puede aprovechar de mejor manera la energía transportando el vapor por tuberías aisladas. También podemos utilizar la energía generada en un proceso para otro, por ejemplo en un proceso con reacción se genera calor, energía que puede ser utilizada el otro proceso en el que necesito calentar algo.
Además de esto, muchas veces los equipos están sobredimensionados. Si a lo mejor, para bombear agua a un caldero necesito una bomba de , pero en su lugar utilizo una bomba de , obviamente su uso es ineficiente. Un balance de energía nos permite determinar la potencia adecuada de una bomba, de un compresor o de una turbina.
Objetivo
Recordemos que el objetivo de un balance de masa es conocer flujo y composición de todas las corrientes que forman parte de un sistema. Análogamente, con el balance de energía se pretende conocer la energía de todas las corrientes.
Por otra parte, muchas veces se utilizan bombas, compresores o turbinas en el proceso. En este caso, el objetivo del balance de energía es conocer su potencia. Así mismo, en un proceso en el que se genere vapor se pretende determinar el flujo de dicho vapor para de esta manera seleccionar el caldero que me provea ese flujo.
Cuando se alimenta una corriente, dentro de éste existe una cantidad determinada de energía. De la misma forma, con una corriente de salida sale energía.
Una de las características más importantes de la energía es que no se crea ni se destruye, solo se trasforma. Pero además, y ésta es otra cuestión importante, la energía es una función de estado, pues si de un estado quiero llegar u otro no importa el camino que escoja lo que quiere decir que se variación depende únicamente de los puntos inicial y final.
A
B
Además, si defino presión y temperatura la energía, densidad y viscosidad tienen un valor que varía si cambio cualquiera de estos valores.
El grupo de propiedades que definen a un estado son de dos clases:
· EXTENSIVAS: Dependen de la cantidad. Entre éstas tenemos:
· Masa
· Volumen
· Energía Interna
· INTENSIVAS: No dependen de la cantidad.
· Presión
· Temperatura
Es posible volver a una propiedad extensiva en intensiva, dividiéndola para la masa.
· Volumen específico: 
· Volumen molar: 
· Energía Interna específico: 
· Energía Interna molar: 
El fundamento o principio teórico del balance de energía es similar al de balance de masa, pues la ley de conservación es universal, para la masa y la energía. Esta ley, para la energía, dice así:
“La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”
La gran diferencia entre un balance de masa y un balance de energía es que cuando alimento una corriente entra un solo tipo de masa pero varios tipos de energía (interna, cinética, potencial, calor o trabajo). Es decir, la masa es única mientras que la energía tiene diferentes formas. Por eso, debo analizar cada corriente para determinar qué tipo de energía está presente.
Además, en el caso del balance de masa me dicen, por ejemplo, están entrando ; mientras que en el caso del balance de energía no me especifican el valor de la corriente que entra con, por ejemplo, sino más bien me dan propiedades como la temperatura del sistema o la velocidad a la que entra la corriente (.
En resumen:
· La energía tiene varias formas.
· La energía no está dad de forma explícita, sino con propiedades.
Por otro lado, es necesario recordar que el balance de energía es de energía, no de temperatura o alguna otra propiedad.
Sistema
Es una parte o la totalidad del proceso que se escoge arbitrariamente para hacer el balance.
El sistema, para un balance de energía es diferente al de balance de masa pues presenta varias clasificaciones que se mencionarán a continuación:
· Abierto: Cuando en el sistema entra y sale masa.
· Cerrado: Cuando en el sistema no entra ni sale masa.
· Semiabierto: Cuando en el sistema entra pero no sale masa.
· Semicerrado: Cuando en el sistema sale pero no entra masa.
· Adiabático: Sistema en el que no entra ni sale energía en forma de calor.
· Isotérmico: Sistema en el que la temperatura se mantiene constante.
· Isobárico: Sistema en el que la presión se mantienen constante.
· Isocórico: Sistema en el que el volumen se mantiene constante.
Formas de Energía
No todas las energías son iguales.
Si tengo una masa, por más pequeñita que sea, existen tres formas de energía asociadas a esta masa:
· Energía Interna ()
· Energía Cinética ()
· Energía Potencial ()
Un marcador, por ejemplo, tiene energía interna pues está formada por átomos y moléculas. Tiene energía cinética, pues se mueve, respecto al sol por ejemplo. Finalmente tienen energía potencial pues está desplazado con respecto a una referencia, como el suelo por citar alguna.
Luego tenemos otras formas de energía que no dependen de la masa pero aparecen únicamente cuando hay movimiento:
· Calor ()
Se transmite bajo 3 mecanismos: conducción, convección y radiación.
· Trabajo ()
Siempre que hay movimiento en un sistema, aparece el término de trabajo. Tenemos tres clases de trabajo: trabajo total, trabajo de eje y trabajo de flujo.
Es importante entender que un sistema tiene energía interna, no calor. El calor aparece cuando hay transferencia de energía.
En síntesis:
· El balance de masa se diferencia del balance de energía debido a 3 razones esenciales:
· La masa es única, mientras que la energía tiene diferentes formas. Cuando se hace un balance, hay que contabilizar todas.
· La cuantificación de energía se hace a través de propiedades.
· El sistema, en un balance de energía, puede ser abierto o cerrado. De hecho podemos tener un sistema en el que no entra ni sale masa (sistema cerrado), pero si se da la transferencia de energía.
Adicional a esto, cuando hablamos de energía el sistema puede tener otras características: puede ser adiabático, isotérmico, isobárico o isocórico.
Por otro lado, el sistema también puede ser movible (como en el caso de un pistón donde, si escojo como sistema al gas, éste puede expandirse o comprimirse sin dejar de constituir nuestro sistema).
· Hay 5 formas de energía que debemos contabilizar en un balance. De éstas, 3 están inherentes a la masa y las otras 2 aparecen únicamente cuando hay movimiento o trasferencia de energía.
Ejercicios
1. After 4 hours of rain there was sun for 8 hours with anaverage net radiation of 300 W/m2. Assume:
· the energy from radiation is absorbed only for sensible heat H, [W/m2] and latent heat ρλE[W/m2], where ρ is the density of water (1000 kg/m3) and λ is the latent heat of vaporization (2.45 MJ/kg).
· that 50% of the net radiation is absorbed by sensible heat.
Based on the observations and assumptions how much is the evaporation in [mm] over the 8 hours of sunshine?
2. Se tienen los siguientes datos para una planta eléctrica a vapor:
	P1 = 900 psi
	
	
	P2 = 890 psi
	T2 = 115℉
	
	P3 = 860 psi
	T3 = 350℉
	
	P4 = 830 psi
	T4 = 920℉
	
	P5 = 800 psi
	T5 = 900℉
	
	P6 = 1,5 psi
	X6 = 0,92
	6 = 600 ft/s
	P7 = 1,4 psi
	T7 = 110℉
	
	Flujo de vapor = 200000 lb/h
	
	
	Potencia de la bomba = 400 hp
	
	
	Diámetro de las tuberías
	Entre el generador de vapor y la turbina
	8 in
	Entre el condensador y el generador de vapor
	3 in
Calcular:
· Potencia de la turbina
· Calor transferido por hora en el condensador, economizador y generador de vapor.
· Diámetro de la tubería entre la turbina y el condensador.
· Galones por minuto de enfriamiento en el condensador, si la temperatura del agua de enfriamiento se incrementa de 55℉ a 75℉.
1
2
3
4
5
6
7
Generador de vapor
Economizador
Turbina
Bomba
Condensador
Datos:
	
	200000 lb/h
	D1 = D2 = D3 = D7
	3 in
	D4 = D5
	8 in
	P2 = 890 psi
T2 = 115℉
	h2 = 85,275 BTU/lb
v2 = 0,01614 ft3/lb
	P3 = 860 psi
T3 = 350℉
	h3 = 322,90 BTU/lb
v3 = 0,01792 ft3/lb
	P4 = 830 psi
T4 = 920℉
	h4 = 1465,95 BTU/lb
v4 = 0,94305 ft3/lb
	P5 = 800 psi
T5 = 900℉
	h5 = 1455,8 BTU/lb
v5 = 0,9631 ft3/lb
	P6 = 1,5 psi
X6 = 0,92
V6 = 600 ft/s
	hf = 83,7 BTU/lb
hg = 1111,8 BTU/lb
h6 = X6·hg + (1 – X6)·hf
h6 = 0,92(1111,8) + (1 – 0,92)(83,7)
h6 = 1029,552 BTU/lb
vf = 0,01619 ft3/lb
vg = 227,7 ft3/lb
v6 = X6·vg + (1 – X6)·vf
v6 = 0,92(227,7) + (1 – 0,92)(0,01619)
v6 = 209,4853 ft3/lb
	P7 = 1,4 psi
T7 = 110℉
	h7 = 68,0 BTU/lb
v7 = 0,01613 ft3/lb
CÁLCULOS:
1. TURBINA
2. Energías Transferidas
CONDENSADOR
ECONOMIZADOR
GENERADOR DE VAPOR
3. Diámetro de la tubería entre la turbina y el condensador
4. Flujo de agua de enfriamiento
	T = 55℉
	hf = 23,1 BTU/lb
	vf = 0,01603 ft3/lb
	vf ≈ 0,01604 ft3/lb
	T = 75℉
	hf = 43,0 BTU/lb
	vf = 0,01606 ft3/lb
	
1 Planta de producción de ácido sulfúrico
El ácido sulfúrico es el químico inorgánico producido con mayor tonelaje. Pese a que muy poco de éste llega al consumidor en forma de ácido, grandes cantidades se utilizan en la producción de muchos artículos de consumo.
Materia Prima
Los tres materiales que conforman la materia prima necesitada para la producción de ácido sulfúrico son aire, agua y azufre. Los dos primeros están siempre disponibles y pueden obtenerse de varias formas. (Tabla 1). 
Tabla 1: Fuentes de Azufre
	Elemento Azufre
	Toneladas Largas[footnoteRef:1] [1: 1 ton larga = 2.240 lbm] 
	Proceso Frasch
	4’643.000
	Recuperado
	640.000
	Minerales
	2.000
	Importado
	591.000
	Otras Fuentes de Azufre
	Pirita de Hierro
	567.000
	Productos (como gases de Zn, H2S, etc.)
	452.000
	Descomposición
	310.000
	Total
	7’760.000
La mayoría del azufre listado se usa para la producción de ácido sulfúrico, pero una cantidad significante se usa en el caucho, el disulfito de carbono y la producción de otros químicos. Cerca del 80% del ácido sulfúrico se obtiene del azufre elemental. El proceso, desarrollado cerca de 1900 por Herman Frasch fuerza agua sobrecalentada dentro de depósitos subterráneos de azufre mediante la presurización de aire caliente. El azufre fundido es llevado a la superficie por aire caliente presurizado. El azufre resultante tiene, muy a menudo, alta pureza (99,5% a 99,9%) y es por ello particularmente adecuado para la producción de ácido sulfúrico puro. La producción americana elemental del azufre por el proceso de Frasch se concentra cerca de la costa de Tejas y la costa del Golfo de Luisiana.
El azufre recuperado se produce mediante sulfuro de hidrógeno y otros compuestos del azufre en gas natural “ácido” y petróleo. Por supuesto, el ácido sulfúrico puede producirse usando SO2 a partir de una oxidación completa del H2S sin la producción del azufre elemental intermedio.
El uso de pirita de Hiero (FeS2) para producir ácido sulfúrico requiere de la purificación de los gases de combustión producidos en la fundición del mineral, porque una pequeña cantidad de impurezas puede desactivar al catalizador.
En ciertas ocasiones es económicamente justificable usar productos secundarios que contengan azufre de otros procesos de producción. Por ejemplo, en la fundición de minerales de sulfuro de zinc se produce SO2, y puede ser usado para el ácido sulfúrico luego de su purificación. El sulfuro de hidrógeno debe ser removido de muchos aceites de crudo para producir aceites de motor y combustibles satisfactorios. Puede oxidarse para dar SO2 para la manufactura del ácido sulfúrico, como se muestra en la refinería del diagrama.
Proceso
Hay dos procesos importantes para la producción de ácido sulfúrico, el proceso de cámara y el proceso de contacto. El proceso de cámara, más antiguo, emplea ácido nítrico y óxidos de nitrógeno para oxidar el SO2 a SO3. El proceso de contacto oxida catalíticamente el SO2 a SO3 y es usado esencialmente en todas las plantas nuevas construidas hoy en día. Cerca del 90% de todo el ácido sulfúrico se produce por el proceso de contacto, porque el proceso anterior de cámara produce ácido de una concentración baja, de acuerdo a la economía.
Únicamente el proceso de contacto será discutido aquí. La Figura 1 muestra un proceso de ácido sulfúrico, basado en una planta diseñada y operada en la Compañía Química Monsanto. El proceso usa azufre puro, aunque el proceso de contacto puede usarse con gas de SO2 de muchas fuentes. 
DESCRIPCIÓN
La planta produce ácido al 98% y óleum (H2SO4 con SO3 disuelto). Las reacciones químicas en el proceso de contacto son:
	Combustión:
	
	Conversión:
	
	Absorción:
	
El azufre puro es llevado desde la pila de almacenamiento al tanque de derretimiento de azufre (fundidor de azufre) mediante pequeños camiones con palas mecánicas. El azufre se derrite y mantiene a 135°C gracias a bobinas que generan vapor. A 135°C la viscosidad es de alrededor de 8 centipoises, y el azufre es bombeado al quemador. Aire para combustión se alimenta mediante una torre centrífuga de soplado. El aire se seca, en primer lugar, por el contacto de éste con el ácido sulfúrico al 98% en la torre de secado. El aire debe secarse para prevenir la corrosión y evitar que se forme niebla ácida en la cámara de desperdicio de gas del absorbedor anterior. El secar el aire permite usar acero ordinario, eliminando así la necesidad de un equipo de plomo.
El quemador de azufre es un contenedor de acero, delineado por una capa de ladrillos y ladrillos refractarios. El azufre fundido fluye de arriba hacia abajo sobre una instalación de monitoreo hecha de ladrillo refractario. El aire también se provee desde la parte superior. Al inicio, un aceite temporal o un gas de combustión se instala en la base del quemador de azufre para calentar la estación de monitoreo de ladrillo a la temperatura de ignición del azufre. Otro tipo de quemador rocía azufre derretido hacia una cámara de combustión horizontal.
El gas que deja el quemador está a cerca de 850°C y contiene 9% de SO2. Parte del gas se pasa a través de una caldera (olla) de desperdicio de calor para reducir su temperatura a la deseada para la conexión con el convertidor. El realizar un bypass de parte del gas natural alrededor de la caldera permite un control de temperatura más adecuado.
El vapor producido en la cámara de desecho de calor se usa para calentamiento en la planta. Dicha recuperación y uso de calor – que de otra forma se desperdiciaría - es comúnmente empleado en la industria para reducir costos de producción.
El gas caliente se filtra para remover cualquier partícula de polvo o ceniza que fluya a la primera etapa del convertidor, donde el SO2 es oxidado catalíticamentea SO3. El catalizador que acelera la reacción es pentóxido de vanadio depositado en granza inerte. Hay cuatro capas de granza apoyadas en parrillas de hierro.
A temperatura ambiental, la velocidad de oxidación de SO2 en SO3 es lenta, pero la conversión en equilibrio es esencialmente del 100%. La velocidad de oxidación incrementa con la temperatura, pero el equilibrio se desplaza del SO3 a medida que aumenta la temperatura. De ahí que es necesario escoger una temperatura a la cual la reacción sea suficientemente rápida para dar las condiciones de equilibrio donde éste da una conversión razonable a SO3.
La constante de equilibrio, mostrada en la ecuación 1:
Está dada como función de la temperatura por:
Donde la temperatura está en grados Kelvin. El gas entra a la primera etapa del convertidor a 410°C. La reacción rápida y exotérmica incrementa la temperatura del gas hasta 600 °C. A esta temperatura, la conversión en el equilibrio es de solo el 70 %, misma que no es adecuada para un proceso económico. Por esta razón, el gas es enviado a una segunda caldera de desperdicio de calor, donde se enfría a 430°C. La conversión del equilibrio a esta temperatura está sobre el 97,5%, pero la velocidad de oxidación es más lenta, y se requieren tres etapas de catalización para darle tiempo suficiente a la reacción.
El gas que deja los convertidores a 445°C debe ser enfriado antes de que pueda ser absorbido para dar ácido sulfúrico. Este enfriamiento se logra en un intercambiador de calor, en el cual el agua de alimentación a los calderos se calienta a 220°C. Tal arreglo conserva el calor. El gas se enfría después por el aire atmosférico.
El gas fluye a la primera torre de absorción en la cual el absorbente es 20% óleum (por ejemplo, por en 100 lb de óleum hay 20 lb de SO3 y 80 lb de H2SO4). El óleum absorbe SO3 y se incrementa su fuerza, pero se diluye de nuevo a óleum de 20% por adición de ácido del 98% en el fondo de la torre de óleum. La temperatura del óleum que ingresa a la torre determina la presión de vapor del SO3 sobre el óleum, y por ello fija la cantidad de SO3 que se absorbe en la torre de óleum.
A mayor temperatura de entrada del óleum, mayor la presión de vapor de SO3 y menor la absorción de SO3. La temperatura del óleum se incrementa por el calor de absorción del SO3, el calor de ingreso de los gases y el calor de mezclado con el ácido al 98%. El óleum es enfriado en un intercambiador de calor enfriado por agua, antes de mandar al óleum al tanque de almacenamiento.
El gas que deja la torre de óleum contiene cantidades significantes de SO3, y por ello se pasa por una segunda torre de absorción, donde el SO3 se absorbe por el ácido al 98%. El SO3 absorbido incrementa la fuerza del ácido un poco, y agua de compensación se añade al tanque de almacenamiento del ácido al 98% para mantener la concentración. Algo del ácido al 98% se alimenta por la parte superior de la torre de secado y la torre de absorción. El ácido se diluye muy levemente en la torre de secado por el vapor de agua removido del aire. El ácido diluido se regresa al tanque de almacenamiento del ácido al 98%. El gas de desecho de la torre del ácido al 98% contiene únicamente trazas de SO3 y menos del 0,3% de SO2 en volumen.
Datos más detallados de la planta de producción de 250 ton/día de ácido sulfúrico, así como de óleum al 20% se detallan en la Tabla 3. Estos datos deberán usarse para los balances de materia y energía.
PROBLEMAS
1) Calcular la composición completa del gas que deja el quemador de azufre.
2) Escribir un balance de energía para determinar la pérdida de calor por radiación del quemador de azufre (Para el azufre, )
3) Estime la cantidad de vapor producido en las dos calderas de desecho de calor 
4) Determine la composición y el flujo volumétrico del gas que deja la primera etapa del convertidor, asumiendo una conversión del 70%
5) Calcule el calor removido del gas mediante el intercambiador de calor enfriado por aire
6) Calcule la masa del producto del óleum al 20%
7) Si el aire que ingresa a la torre de secada tiene un porcentaje de humedad de 20% a 50, calcular:
a) La concentración del ácido que deja la torre de secado (corriente 22)
b) El flujo de la corriente de agua de compensación (corriente 18)
8) Calcular:
a) La presión parcial del SO2 en el gas que abandona la torre de óleum
b) La tasa de flujo del ácido al 98% diluyente hacia la torre de óleum (corriente 13)
c) La tasa de flujo del ácido (corriente 16) a la torre del 98% de ácido con la composición de salida del H2SO4 al 99% (corriente 17)
9) Usando las condiciones del problema 7.8 si es necesario, al igual que otros datos, calcular la composición y la tasa de flujo del ácido que ingresa al tanque de almacenamiento del ácido al 98%.
10) Calcular la tasa de flujo del gas de desecho (corriente 15)
11) Usando las condiciones del problema 7.8 si es necesario, al igual que otros datos, estimar la temperatura del ácido que abandona la torre del ácido al 98%, asumiendo que no existen pérdidas de calor inadvertidas
RESOLUCIÓN
Base 1 Tiempo = 1 día
1) Calcular la composición completa del gas que deja el quemador de azufre.
Quemador de azufre
E
AZUFRE
83,8 ton/día
135°C
B
AIRE SECO
1 mg/ft3 (Condiciones estándar)
50°C
43 inH2O
S + O2 → SO2
F
GAS
9% SO2 (volumen)
850°C
40 inH2O
O2
N2
SO2
“En el quemador de azufre se utiliza solamente una parte del Oxígeno del aire para quemar el azufre.”
Sistema: Quemador de azufre
Base: 83,8 ton S/día
Datos:
· 
· 
· SE ASUME UNA CONVERSIÓN COMPLETA DEL AZUFRE (S)
Tabla 2.
	CORRIENTE DE ENTRADA
	CORRIENTE DE SALIDA
	26
	
	
	
	
	
2) Escribir un balance de energía para determinar la pérdida de calor por radiación del quemador de azufre (Para el azufre, )
3) Estime la cantidad de vapor producido en las dos calderas de desecho de calor 
4) Determine la composición y el flujo volumétrico del gas que deja la primera etapa del convertidor, asumiendo una conversión del 70%
5) Calcule el calor removido del gas mediante el intercambiador de calor enfriado por aire
6) Calcule la masa del producto del óleum al 20%
7) Si el aire que ingresa a la torre de secada tiene un porcentaje de humedad de 20% a 50, calcular:
c) La concentración del ácido que deja la torre de secado (corriente 22)
d) El flujo de la corriente de agua de compensación (corriente 18)
8) Calcular:
d) La presión parcial del SO2 en el gas que abandona la torre de óleum
i. La tasa de flujo del ácido al 98% diluyente hacia la torre de óleum (corriente 13)
e) La tasa de flujo del ácido (corriente 16) a la torre del 98% de ácido con la composición de salida del H2SO4 al 99% (corriente 17)
9) Usando las condiciones del problema 7.8 si es necesario, al igual que otros datos, calcular la composición y la tasa de flujo del ácido que ingresa al tanque de almacenamiento del ácido al 98%.
10) Calcular la tasa de flujo del gas de desecho (corriente 15)
11) Usando las condiciones del problema 7.8 si es necesario, al igual que otros datos, estimar la temperatura del ácido que abandona la torre del ácido al 98%, asumiendo que no existen pérdidas de calor inadvertidas
1.1 Corriente 2
Base: 1 min
Desde Tablas Psicométricas se obtuvieron los siguientes datos:
Considerando que la presión señalada en la corriente 2 se midió con un manómetro que midió la presión relativa del gas dentro del tanque, entonces para la presión total de la corriente se sumará la presión ambiental (1 atm).
En un día:
SISTEMA 1
1) Considerando que ‘porcentage humidity’ es Humedad Relativa 
m(21)
1.2 Corriente 21
1.3 Corriente 3
1.4 Corriente 22
7.8 (a) Composición molar del gas que deja la torre de secado (22)
SISTEMA 2
· Considerando una conversión del 100 % para el S
Base = 1 día de operación
Se consume
2) Se considerarán que las composiciones en volumen son también composiciones molares
1.5 Corriente 4
[Este resultado prueba que la conversión no es del 100%]
Reemplazando:
7.1 Composición completa delgas que deja el quemador de S (4)
Composición molar (también considerada volumétrica)
· Conversión real del Azufre
4) El azufre en la corriente (4) se encuentra en estado gaseoso. Además en el azufre fundido que ingresa al quemador, se encontraron impurezas inertes. Se considerará que tanto el S como las impurezas serán eliminados en el filtro de gas. (A 410 el azufre habrá fundido).
(Perry 3-8 -> )
SISTEMA 3
Además en el azufre fundido que ingresa al quemador, se encontraron impurezas inertes. Se considerará que tanto el S como las impurezas serán eliminados en el filtro de gas. (A 410 el azufre habrá fundido).
7.4 composición (molar) del gas que deja la primera etapa del convertidor (6)
· 5) Como los gases salen a 600 se asume que tienen el comportamiento ideal. 
Además la presión dato para la corriente (6) se considerará manométrica y la presión ambiental de 1 atm.
Flujo volumétrico del gas que deja la primera etapa del convertidor
7.7 Masa del óleum producido
Base en 20% 
SISTEMA 4
6) La composición de (6) y (7) es la misma. Estas corrientes difieren en la T y la PV únicamente
 producidos en la segunda etapa del convertidor -> 
1.6 Corriente 8
1.7 Corriente 15
7) Las corrientes (8) (9) y (10) tienen la misma composición y difieren solamente en temperatura y presión de vapor.
Las cantidades de de la corriente (10) se eliminan, intactas, mediante el gas de desecho en la corriente (15)
Composición molar volumétrica de la corriente (15)
Los porcentajes anteriores no coinciden exactamente con los presentados como bibliográficos. Se procede a calcular el porcentaje de error (% )
8) Debido a la mínima diferencia entre los valores obtenidos y los valores reales, se escoge trabajar con los valores calculados. (La discusión de dicha diferencia se desarrolla en el anexo)
Además 
SISTEMA 5
1.8 Corriente 11
En un día, 
SISTEMA 6
a)
=
 
Reemplazando:
A)
De la ecuación b)
B)
De la ecuación a)
Reemplazando en la ecuación a)
C)
SISTEMA 7
9) Se considerará que todo el producido reacciona en las dos torres de absorción
Un ácido 98% siempre mantiene la relación
 
Sistema de ecuaciones
María Gabriela Ruiz Hinojosa
Ingeniería Química
Aire
Torre de secado
Aire Seco
Ácido al 98%
Retorno Ácido
Producto
Ácido al 98%
Azufre
Fundidor de azufre
Quemador de azufre
S + O2 → SO2
Refrigeradores Ácidos enfriados por agua
Agua de compensación
Tanque de almacenamiento
del ácido al 98%
Vapor
Olla
Filtro de Gas
Vapor
Convertidor del Gas
SO2 + ½O2 → SO3
Olla
Intercambiador de Calor
Torre de Óleum
Aire frío del Intercambiador de Calor
Tanque de almacenamiento
de Óleum
Torre del ácido al 98%
Producto
Óleum
Refrigeradores Ácidos enfriados por agua
Olla de alimentación de agua
Calentador de la alimentación de agua
Figura 1. Diagrama de flujo de la planta de Ácido Sulfúrico
Quemador de azufre
Aire
Producto
 250 ton/día Ácido al 98%
Azufre
Fundidor de azufre
Vapor
Vapor
AZUFRE
83,8 ton/día
135°C
AIRE
14500 ft3/min (Condiciones estándar)
50°C
45 inH2O
20% Humedad
AIRE SECO
1 mg/ft3 (Condiciones estándar)
50°C
43 inH2O
GAS
9% SO2 (volumen)
850°C
40 inH2O
GAS
410°C
33 inH2O
GAS
600°C
28 inH2O
70% conv.
SO2 + ½O2 → SO3
70% de conversión
GAS
430°C
23 inH2O
GAS FINAL
445°C
10 inH2O
97.5% conv.
GAS
230°C
5 inH2O
GAS
400 gal/min
20% Óleum
T variable
GAS
150°C
3 inH2O
GAS
75°C
2 inH2O
VAPOR
20% Óleum
DESECHO
GASEOSO
0,26% V SO2
90,97% V N2
8.77% V O2
98% del ácido para la torre de 
ácido al 98%
70°C
ÁCIDO
500 gal/min
50°C
98% H2SO4
135°C
viscosidad = 8 centipones
SO3 + H2O → H2SO4
S + O2 → SO2
Agua
Agua
Producto
20% Óleum
Figura 2. Detalle de algunas de las corrientes que intervienen de la planta de Ácido Sulfúrico
Quemador de azufre
Aire
Producto
 250 ton/día Ácido al 98%
Azufre
Fundidor de azufre
E
A
B
F
I
J
K
L
M
P
N
Q
O
R
S
C
Agua
G
Producto
20% Óleum
D
H
Figura 3. Detalle del nombre de cada corriente en la planta de ácido sulfúrico. Adviértase que cada flujo es másico.
Energía
Masa
Cinética
Potencial
Movimiento
Calor
Interna
Trabajo
Conducción
Convección
Radiación
Trabajo Total
Trabajo de Eje
Trabajo de Flujo