Procesos Quimicos Colaborativo 2

7/22/2019 Procesos Quimicos Colaborativo 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADEscuela de Ciencias Bsicas, Tecnologa e Ingeniera

Procesos Qumicos

TRABAJO COLABORATIVO DOS

JHON JAIRO FLORIAN SOLARTE

CODIGO 1123206458

CARLOS ANDRES SEGURA PERNETH

CODIGO1123038229

GRUPO 332569 - 100

TutorYEIMMY YOLIMA PERALTA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

MAYO

2014


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INTRODUCCION

El cemento es una sustancia de polvo fino compuesta bsicamente de argamasade yeso, originada al moler arcilla con piedra caliza calcinada a temperaturasmuy altas y que es capaz de formar una pasta blanda al mezclarse con agua,endureciendo espontneamente en contacto con el agua.

Para las elaboraciones esta segunda etapa de procesos qumicos, se analizaraalgunas generalidades del proceso de la produccin del cemento Portland, paraas mostrar el proceso productivo del cemento ,justificando el anlisis en uncuadro comparativo de todos, se disearan diagrama de proceso paradiferenciar todos los tipos de operaciones, los balances de masa necesarios, elestudio de mercado con proveedores, los balances energticos necesarios parala produccin, se determinaran la cantidad de suministro energtico necesario,la cantidad de equipos necesarios para la produccin y por ltimo elaborar unestado de prdidas y ganancias para determinar la viabilidad del proyecto.


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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar un balance de materia adecuado y un estudio detallado deun proceso qumico para ver su viabilidad

OBJETIVOS ESPECFICOS

Definir los canales y estrategias de comercializacin.

Identificar la ingeniera del producto.

Determinar la capacidad productiva de la fbrica.

Identificar las posibles soluciones para el desarrollo de un problema realde la industria.

Fortalecer la argumentacin en el desarrollo de problemticas actuales


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(cementeras de bolivia, 2013)

Balance de masa

- Secado. Eliminacin del agua libre. Temperatura < 200 C.- Eliminacin del agua adsorbida. Temperatura 100400 C.- Descomposicin de la arcilla con formacin de metacaolinita. Temperatura: 400750 C. Transformacin qumica:Al4 (OH)8 Si4 O10 2 (Al2 O3 2SiO2) + 4 H2O

- Descomposicin de la metacaolinita y otros compuestos con formacin de una

mezcla de xidos reactivos. Temperatura: 600900 C. Transformacin qumica:Al2 O3 2SiO2Al2 O3 + 2SiO2


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- Descomposicin de la caliza con formacin de CS y CA. Temperatura: 6001000C. Transformacin qumica:

CaCO3CaO + CO23 CaO + 2 SiO2 + Al2 O32 (CaO SiO2) + CaO Al2O3- Fijacin de cal por CS y CA con formacin de C4AF. Temperatura: 8001300 C.Transformacin qumica:CaO SiO2 + CaO 2CaO SiO22CaO + SiO2 + CaO 2CaO SiO2CaO Al2O3 + 2CaO 3CaO Al2O3CaO Al2O3 + 3CaO + Fe2O24CaO Al2O3 Fe2O2- Nueva fijacin de cal por C2S2CaO + SiO2 + CaO 3CaO SiO2

En los nicos procesos que hay prdida de masa es en los cuatro primeros:- Secado.Eliminacin del agua libre.

- Eliminacin del agua adsorbida.- Descomposicin de la arcilla con formacin de metacaolinita.- Descomposicin de los carbonatos.El resto de procesos son transformaciones mineralgicas en las que no hayprdida de material.Al someter a coccin las primeras materias son expulsadas los elementos voltiles,y de modo especial el anhdrido carbnico de la piedra caliza y el agua dehidratacin de la arcilla, con lo cual se produce alguna prdida de peso.

La cantidad de crudo seco necesaria para la produccin el Clinker de cementoportland se calcula como sigue:Expulsin del anhdrido carbnico de la piedra caliza:Ca C O3 = Ca O + C O2(40 + 12 + 48) = (40 + 16) + (12 + 32)100 ptes de CaCO3 = 56 ptes CaO + 44 partes de CO2

Adems de la arcilla que entran el crudo, es expulsado poco ms menos un 7 %de agua de hidratacin (los componentes orgnicos y otros elementos secundariosno son tenidos en cuenta).

Para el clculo de las cantidades de materiales se utilizarn por lo tanto lasfrmulas siguientes para los diferentes contenidos de CaCO3 del crudo:

(Kg de Clinker)/(Kg de crudo)=(0.44 % CaCO3)/100=0.07) (100 - % CaCO3 )/100)

=

% CaCO3 56Kg de Clinker = (% CaO en el Clinker)/a 100

En nuestro caso el crudo tiene un 70 % de CaCO3 al que le corresponde:


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a = 0.638 Kg de Clinker/ Kg de crudo.b = 1.567 Kg de crudo/ Kg de Clinker.

c = 69.34 % CaO en el Clinker.Nuestro cemento tiene un 95 % de Clinker, as que:15 000 t /semanales * 0.95 = 14250 t /semanales de Clinker de cemento Portland,y sabiendo qu relacin hay entre el crudo y el Clinker de cemento, concluimos:14250 t/semanales de Clinker * 1.567 Kg de crudo/ Kg de Clinker = 22329.75 t decrudo seco semanales.El crudo est formado aproximadamente de un 70 % de caliza y un 30 % de arcilla:Caliza: 1 5630.825 t /semanalesArcilla: 6698.925 t /semanalesEstas cantidades corresponden al crudo seco, sin prdida por humedad natural.Sabemos que:

Humedad natural de la caliza: 1 %Humedad natural de la arcilla: 6 %Entonces las cantidades de arcilla y caliza a extraer de la cantera son:Caliza: 15787.14 t /semanalesArcilla: 7100.86 t /semanalesComo ya hemos visto antes las prdidas de masa se producen por la prdida de lahumedad del material, en la descomposicin de la arcilla en metacaolinita y en ladescomposicin de la caliza.Prdida de masa por descomposicin de la caliza:

Caliza = 1 5630.825 t /semanales t caliza =(44 t CO2 / 100 tCaCO2)=6877,56 t CO2

Prdida de masa por descomposicin de la arcilla en metacaolinita:

Arcilla = 6698,925 t (72 t H2O/516.4 t)=934.01Tm H2O

La prdida de masa por la humedad natural del crudo es de:

Caliza: 15787.14 t /semanales - 1 5630.825 t / semanales =156.32 t /ao H2OArcilla: 6698.925 t /semanales - 7100.86 t /semanales = 401.94 t /ao H2O

Entonces el balance de materia referido al producto final Clinker es:

M inicial =Caliza: 15787.14 t /semanales +Arcilla: 7100.86 t /semanales

M final = 14250 Clinker +6877,56t CO2+ 1492.27 t H2O + 1779 t de compuestosorgnicos y otros elementos secundarios que no se han tenido en cuenta en elclculo.Balance de masa referido a 15000 t de cemento:M inicial = M final Caliza: 15787.14 t +Arcilla: 7100.86 t +400 t yeso + 100 t aditivosM final = 15000 t cemento + 6877,56 t CO2 + 1492.27 t H2O + 1779 t de

Balance de energa.Clculo del calor necesario para la desecacin de las materias primas.

Crudo compuesto por:15787.14 t /ao caliza con una humedad natural de 1 %


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7100.86 t /ao arcilla con una humedad natural de 6 %Teniendo en cuenta que la caliza corresponde al 70 % del crudo y la arcilla al 30 %

del crudo, tendremos un crudo de 22888 t anuales con una humedad de 2.5 %.Balance trmico en el proceso de desecacin junto a molienda:La totalidad del calor suministrado se distribuye aproximadamente, segn:Calor para evaporacin del agua (trabajo til) 68.5 %Prdidas por radiacin 9.5 %Prdidas con los gases residuales 10.4 %Calor transportado con el material seco 11.3 %Otras prdidas no determinadas 0.3 %Total 100.0 %

Tenemos un crudo de un 2.5 % de humedad, as que tenemos:

1950 Kcal / Kg de agua * 0.025 Kg de agua / Kg de crudo = 49 Kcal /Kg de crudo.

Condiciones de trabajo y datos:Crudo con 70 % de CaCO3: 1 Kg de crudo contiene 0.70 Kg de CaCO3.Temperatura exterior = 20 C.Temperatura de los gases de escape = 300CTemperatura del clnker = 80 CAgua en el crudo = 1 %.Cantidad de agua = 0.01 Kg/Kg de clnker.Vaporizacin del agua = 636 Kcal/Kg de crudo seco.Calor de formacin del clnker = 437 Kcal/Kg de clnker.Consumo de combustible = 10 % = 0.10 Kg de gas/Kg de clnker.Exceso de aire = 10 %.Crudo necesario:Segn las frmulas deducidas en el balance de materia y energa (dosificacin delcrudo) se necesitan 1.567 Kg de crudo /Kg de clinker.Calor de formacin del clnker = 437 KcalCalores especficos:Calor especfico del anhdrido carbnico = 0.19 + 0.00011 tCalor especfico del clnker = 0.181 + 0.000071 tCalor especfico del agua = 0.42 + 0.000185 tCalor especfico de los gases de escape = 0.23 + 0.00005 tCalor especfico del crudo = 0.21 + 0.00007 t- 227 -Cambio de unidades:1 m3 N = 1 + t / 273 m3 para t C1 Kg de gases de escape del horno = 0.76 m3 N

La combustin de un m3 de gas natural suministra:674 g CH4 + 2696 g O2 + 9026 g N2 1853 g CO2 + 1517 g H2O + 9026 g N239 g C2H6 + 146 g O2 + 489 g N2 115 g CO2 + 70 g H2O + 489 g N215 g C3H8 + 54 g O2 + 181 g N245 g CO2 + 24 g H2O + 181 g N29 g C4H10 + 32 g O2 + 107 g N229 g CO2 + 14 g H2O + 107 g N2

7 g C5H12 + 25 g O2 + 84 g N221 g CO2 + 11 g H2O + 84 g N26 g N26 g N2


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17 g CO2 17 g CO2767 g gas + 2953 g O2 + 9887 g N2 2078 g CO2 + 1636 g H2O + 9893 g N2

1 m3 gas + 12 840 g aire 13 607 g de gases de combustin

Si la combustin se realiza con un 10 % de exceso de aire, entonces:

= 15119 .

Clculo de la cantidad de gases de escape en el horno rotatorio:- Procedentes del combustible =1.97 Kg.

15,119 Kg gases comb

0.767

0.10

- Procedentes del agua del crudo = 0.02 Kg

0.01Kg agua

1.567

- Procedentes del crudo (CO2 y otros gases)= 0.55 Kg

0.44 Kg CO2/ mol 0.70 Kg CaCO3/Kg de crudo 1. 567 Kg de crudo /Kg de clinkerGases de escape del horno por cada Kg de clnker = 2.54 Kg /1.93 m3 N

Balance trmico del horno rotatorio:- Calor de formacin del clnker..........................................................437 Kcal- Calor perdido con el anhdrido carbnico del crudo............................62 Kcal

Kg de CO2/ Kg de clinker Ce t

0.44 KgCO2/ mol1.567

1

0.70 2

1 = (0.19 + 0.00011 280) 280

Calor perdido con el clnker................................................................11 Kcal

0.011

1.567

636

Evaporacin del agua..........................................................................11 Kcal0.011 1.567 Kg de crudo 636 Kcal Kg de agua

- Recalentamiento del vapor de agua......................................................2 Kcal

0.011

1.567

(0.42 + 0.000185 200) 200

- Prdidas por radiacin, etc................................................................250 Kcal


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- Prdidas con los gases de escape del combustible............................174 KcalKg gases de escape / Kg de Clinker Ce t

2.54

(0.23 + 0.00005 280) 280

Calor necesario por Kg de Clinker.....................................................947

Balance total de materia y energaBalance de masa referido a 15000 t de cemento:M inicial + E = M final + prdidasM inicial =Caliza: 15787.14 t +Arcilla: 7100.86 t + 400 t yeso + 100 t aditivosE = 49 Kcal /Kg de crudo aportadas para desecar las materias primas + 947 Kcal

/Kg de Clinker procedentes del combustible en el horno rotatorio.M final =15000 t cemento + 6877,56 t CO2 + 1492.27 t H2O + 1779 t de otroscompuestos.Prdidas = 15.3 Kcal perdidas en el secadero rpido + 510 Kcal perdidas en elhorno rotatorio.

CASO DE ESTUDIO

En el cual se elabora 15000 toneladas/ semanales de cemento portland tipo V,teniendo como base la siguiente informacin:

Cemento PortlandLos cementos Portland resultan de la molienda conjunta de clnker ms unporcentaje de yeso para regular el fraguado. Sus caractersticas dependen de lacomposicin potencial del clnker. As, por ejemplo, si el clnker tiene un altocontenido de C3S, el cemento ser de resistencias iniciales altas y tendr unmayor calor de hidratacin.

Por el contrario, si tiene un alto contenido de C2S, tendr buenas resistencias alargo plazo y bajo calor de hidratacin. En cuanto a la resistencia a los sulfatos,sta ser inversa al contenido de C3A. Por este motivo, la norma norteamericanaASTM C-150 clasifica los cementos Portland en cinco tipos.

Cemento Portland Norma ASTM C-150Tipo I Cemento Portland comn, apto para toda obra que no requiera cementoscon requisitos especiales.Tipo II Cemento Portland de moderado calor de hidratacin y moderadaresistencia a los sulfatos, con un contenido mximo de 8% de C3A.Tipo III Cemento Portland de alta resistencia inicial.Tipo IV Cemento Portland de bajo calor de hidratacin, con contenidos mximosde 35% de C3S y 7% de C3A.Tipo V Cemento Portland resistente a los sulfatos, con un contenido mximo de5% de C3A y la suma de C4AF + 2C3A, menor o igual a 20%.

Fabricacin de Clnker


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Basndose en la definicin que se diera para el clnker, las materias primasdeben contener principalmente calcio y silicio y, en proporciones menores,

aluminio y fierro, todos ellos mezclados en proporciones adecuadas.

El calcio (CaO) se obtiene de depsitos calcreos ricos en carbonato de calcio(CaCO3). ste, por ser un compuesto muy estable a los agentes atmosfricos,se encuentra a travs de toda la corteza terrestre como calizas, depsitos deconchuelas, etc., en yacimientos de leyes muy variadas. El carbonato de calciocuya frmula qumica es CaCO3, se descompone a altas temperaturas en cal(CaO) y anhdrido carbnico (CO2).El anhdrido carbnico es un gas que escapa a la atmsfera junto con otrosgases provenientes de la combustin.

CaCO3 CaO + CO2

El silicio, el aluminio y el fierro se pueden obtener de las arcillas o de otrosmateriales que los contienen, tales como las escorias de altos hornos. Tambinse puede dar el hecho que el mineral calcreo contenga estos elementos comoimpurezas, en cantidades tales, que no es necesario utilizar arcillas.Muchas veces no basta con mezclar slo dos componentes (caliza y arcilla ocaliza y escoria de alto horno), sino que es necesario corregir los porcentajes,empleando otros materiales que tienen preferentemente el xido que se deseacorregir. As, por ejemplo, se puede usar arena silcica (rica en silicio), mineralde hierro, caoln (compuesto de silicio y aluminio). En el lenguaje utilizado en laindustria del cemento, al xido de calcio (CaO) se le denomina cal, al xido desilicio (SiO2) se le conoce como slice y al xido de aluminio (Al2O3) comoalmina. Generalmente, en la qumica del cemento todos los elementos seexpresan al estado de xidos.

Resumen de los xidos principales de las materias primas:Calcreos (caliza)CaO: xido de calcio (cal)Arcillas/escorias de alto hornoSiO2: xido de silicio (slice)Al2O3: xido de aluminio (almina)

Fe2O3: xido de fierroOtros (correctores de dosificacin)SiO2: xido de silicioAl2O3: xido de aluminioFe2O3: xido de fierro


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DESARROLLO

Cuadro comparativo de los procesos de produccin para el producto con la correspondiente justificacin bibliogrfica.Mostrar el proceso productivo para el cemento, justificando el anlisis en un cuadro comparativo de todos otros procesos investigados as, para definir laposibilidad de construir una planta en una de las zonas donde se ubica el grupo de trabajo:


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PROCESOOPERACIONES

UNITARIASNECESARIAS

OPERACIONES UNITARIASESENCIALES

OPERACIONESUNITARIAS

ADICIONALES

DIFICULTAD ENLAS

OPERACIONES

EQUIPOS DEAPOYO

NECESARIOS

AN LISIS DELPROCESO

(DIFICULTAD,AMENAZA,

FORTALEZA,OPORTUNIDA

D

1. Alistamientode materiasprimas

ExtraccinTransporteTrituracinPre homogeneizacinTransporte

AlmacenamientoMoliendaHomogeneizacin

Explotacin de materia prima:Voladura, tumbe, carga.

Transporte de materia prima:Acarreo a la planta de trituracin.

Trituracin

Pre homogeneizacin

Transporte a silos.

Almacenamiento de materiaprima.

MoliendaHomogeneizacin

Perforacin.

Barrenacin ydetonacin conexplosivos.Llevar los materialesdesde el sitio deexplotacin hasta elsitio de utilizacin.Trituracin.CanalizacinClasificacin demateriales.Mezclado proporcionalde cada material.Transporte a Silos.Dosificacin.Se muele el materialantes de entrar en elhorno de clnkerPulverizacin.Ensilado para lograrmezcla homognea delmaterial.

Aireacin intensiva.

Cargue de barrenos.Voladura.

Excavadoraaccionada porcableCargadoras decadenasTriturador derodillosMolinos de bolas

Dificultad:

Sensibilidad dela calidad delproducto a altasconcentracionesde impurezas,Cierta porosidaddel desechotratado,

Aumento en elvolumen delresiduo al aadirel agenteligante,Experiencianecesaria paraunaaplicacinexitosa

Fortaleza:Disponibilidaddel material,


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2. Trituracin dematerias primas

Transporte roca caliza decentro de acopio a plantade trituracinTrituracin por impactoTamizadoclasificacin

Anlisis control calidad

Transporte centro de acopio aplanta de trituracinTrituracin por impactoTamizadoClasificacin

Anlisis control calidad Fallas mecnicas.

Reprocesos a la rocacaliza cuyo tamaosea mayor a 3pulgadas

VolquetasTrituradoraprimaria deimpactoFiltros pararealizar eltamizado.

Bajo costo dematerialesY equipo demezclado,Uso dematerialesnaturales para lamatriz de

concreto,Capacidad pararealizar unabarrera fsicafuerte contraalgunasadversidades,Flexibilidad paradiferentesaplicaciones,Baja variabilidaden composicin,Conocimientodelcomportamiento

y de susreacciones

3. Prehomogenizacin

Transporte de la planta detrituracin a lasescombreras

Conformacin deescombreras

Mezclar

Transporte de lasescombreras a las tolvasdel molino de materiasprimas

Anlisis rayos xAlmacenamiento

Transporte de la planta detrituracin a las escombrerasConformacin de escombrerasMezclarTransporte de las escombreras alas tolvas del molino de materiasprimas

Almacenamiento

Anlisis rayos x Fallas mecnicas Bandastransportadoras.Motoreselctricos paralas bandas.Escarificador


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3. Molienda delcrudo

Transporte de las tolvasdel molino a el molino debolasMezcla de la caliza conminerales de hierro

Anlisis de la composicinqumica por analizador deneutrones

Molienda por el molino debolasSeparacin con ayuda deun separador dinmicoAnlisis de calidad de losmateriales finosReprocesos del materialque no cumple con lagranulometraObtencin harina cruda

Transporte de las tolvas delmolino a el molino de bolasMezcla de la calizacon mineralesde hierroMolienda por el molino de bolasSeparacin con ayuda de unseparador dinmicoReprocesos del material que no

cumple con la granulometraObtencin Harina cruda

Anlisis composicinqumica por analizadorde neutrones

Anlisis de calidad delos materiales finos

Fallas mecnicas Molino de bolasSilo domo concono centralElevadores decangilones.Se emplea airecomprimido para

iniciar ymantener elproceso dedescarga delcemento de lossilos,inyectndolo enel silo a travs deunidades deaireacinsituados en elfondo de losmismos.BandastransportadorasMotores parabandastransportadoras

Separadordinmico

Oportunidad:Se cuenta con elpersonalmecnico parareparar las fallasmecnicas quese presenten.

Amenaza:Algunos equiposestn obsoletosy necesitancambio porhaber cumplidosu vida til.

4. Acopio ensilos de crudo

Transporte del molino alsilo

Almacenamiento yhomogenizacin de laharina cruda en el silo

Transporte del molino al siloAlmacenamiento de la harinacruda en el silo

Anlisis de la harinacruda

Falla mecnica Silo


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5. Precalcinacin deHarina cruda

Transporte del silo a laparte superior de la torrede intercambio de calorPre calcinacin gracias alos gases calientes delhornoDeshidratacin ydescarbonatacina travs

del intercambiador decalor

Precalcinacin gracias a losgases calientes del hornoDeshidratacin ydescarbonatacin a travs delintercambiador de calor

Anlisis de la harinacalcinada

Falla mecnica Torre deintercambio decalor

6.Clnkerizacin

Ingreso del material precalcinado al hornorotatorioElevacin de latemperatura del material a1450 CObtencin del Clinker

Temperaturas elevadas Anlisis del proceso deClnkerizacin

Falla mecnica Horno rotatorio

7. Enfriamientodel Clnker

Transporte del horno alenfriadorEnfriamiento del Clinker

Proceso de enfriamiento. Verificacin de latemperatura alcanzada

Falla mecnica Enfriador tipofuller tipocorriente de aire.

8. Acopio delClnker

Transporte del enfriador alsilo de clnker

Adicin de yeso y otrosmateriales.

Transporte del enfriador al silo declnker

Proceso de transporte yadicin de aditivos

Falla mecnicaExceso de aditivos

Bandastransportadoras

Motores parabandastransportadoras


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9. Molienda delcemento

Transporte del materialdesde el silo de Clinker almolino de cementoTrituracin de la mezcla atravs de un molino debolas.

Transporte y trituracin Anlisis Rayos xMedicin de lagranulometra

Falla mecnica Molino de bolasBandastransportadorasMotores parabandastransportadoras

10. Ensilado Transporte del molino alsilo de almacenamiento Transporte y llenado Pesaje del productoobtenido Falla Mecnica BandastransportadorasMotores parabandastransportadoras

11. Empaque ydespacho agranel

Empaque en bolsasgracias a lasembolsadorasautomticas.Llenado de los camionescon el producto

Transporte a la terminal de cargapara entrega a granel.EmpaqueDespachoEn la carga a granel el cementose conduce mediantetransportadores,aerodeslizadores o aparatos neumticos a loscamiones situadossobreplataformas bscula,cuando se ha alcanzado el pesodeseado, el chorro de cementose interrumpe automticamente.

El cemento a granel sedistribuye en trailersequipados decontenedoresespeciales que se presurizanpara descargar elcemento.

Empaque en fundas depapel

Transporte por bandastransportadoras

Almacenamiento

Falla mecnicaEl principalcomponente de unsistema de carga agranel es el grupo decarga,comprendiendo la envoltura interior,con puertas para laextraccin de polvo,la manguerade cargade doble fuelle(alternativamente sepuede emplear untubo telescpico deacero),la tobera de

punta cnica, para suentrada en la boca decarga del vehculo tanque detransportegranel formando uncierre hermtico alpolvo y el indicadordel nivel de llenado.

- Elevador decangilones;- Tamizvibratorio pararetener laspartculasgruesas;- Tolva dealmacenado conindicadores delos nivelesmximo ymnimo- Vlvulasrotativas

controladas porel nivel delmaterial sobre lamquina deensacado;- Tolva deensacado;- Mquinaensacadora;


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- Tolva para elcementorecuperado,vertido durantela operacin dellenadode lossacos, el cualregresa al

circuito.-Transportadores.- Plataformas bscula- Camiones


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Diagrama de proceso preliminar. (Mostrando los flujos msicos de entraday salida).Disear el preliminar del diagrama de proceso donde se muestren todas las operaciones unitariasesenciales con los correspondientes flujos msicos de entrada y salida. (Todas las referenciasdeben ir con sus pies de pginas correspondientes segn la norma ICONTEC).

Figura 1. Diagrama de Proceso de las operaciones unitarias esenciales

(OSBORNE Blog, 22 )


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Figura 2 Diagrama de Flujos msicos de entrada y salida de los procesosde las operaciones unitarias esenciales


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Diagrama de proceso intermedio. (Mostrando las operaciones y los

fenmenos de transferencia).Disear el diagrama de proceso intermedio para diferenciar todos los tipos de operacionesunitarias presentes (FISICAS, QUIMICAS O MIXTAS) en el proceso productivo y los fenmenosde transferencia (MASA, CALOR, MOMENTUM O MIXTAS) posibles.

Figura 3 Diagrama de Proceso Intermedio

(canacem, s.f.)


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- Clculos de los balances de materiales en EXCEL.Con la cantidad a producir se debe mostrar en un cuadro de EXCEL los balances de masa necesarios, para calcular las cantidades de materias primasnecesarias, diferenciando entre Los materiales directos(los que estn dentro del producto o materias primas bsicas esenciales) y los materiales indirectos(todos los materiales adicionales que son los que hacen posible la reaccin, el producto o su presentacin final). Tambin las cantidades de los posiblessubproductos que se puedan analizar.

Figura 3. Distribucin de los balances de masa entre los materiales utilizados


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DATOS BALANCE DE MASA

PARA ELEBORAR UNA TONELADA DE CEMENTO POR VIA SECA

ENTRADAS MASICAS AL PROCESO SALIDAS MASICAS AL PROCESO

MATERIA PRIMA CANT EN TON PRODUCTO CANT EN TON

Caliza 1,411200 Cemento 1,048198

Arcilla 0,184800 Vapor de agua 0,172815Min de hierro 0,084000 Polvo 0,130671

Carbn 0,200000 CO2 1,005766

Aire 1,861378 N2 1,406250

Yeso 0,060000 O2 0,038560

SO2 0,006800

4 4

PARA ELEBORAR 15,OOO TONELADAS SEMANALES DE CEMENTO POR VIA SECA



Caliza 21,168000 Cemento 15,722970

Arcilla 2,772000 Vapor de agua 2,592225

Min de hierro 1,260000 Polvo 1,960065

Carbn 3,000000 CO2 15,086490

Aire 27,920670 N2 21,093750

Yeso 0,900000 O2 0,578400

SO2 0,102000

57 57

15,000 TONELAS MENSUALES

PARA ELEBORAR UNA TONELADA DE CEMENTO POR VIA HUMEDA


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Caliza 1,46723 Cemento 1,294700



Agua 0,74748 CO2 1,093000

Gas natural 0,17870 N2 2,416700Aire 3,21200 O2 0,035100

Yeso 0,06000

Puzolana 0,02420

Agregado 1 0,19500

Agregado 2 0,02630

6 6

PARA ELEBORAR 15000 TONELADAS DE CEMENTO POR VIA HUMEDAENTRADAS MASICAS AL PROCESO SALIDAS MASICAS AL PROCESO


Caliza 22008,45000 Cemento 19420,500000



Agua 11212,20000 CO2 16395,000000

Gas natural 2680,50000 N2 36250,500000

Aire 48180,00000 O2 526,500000

Yeso 900,00000Puzolana 363,00000

Agregado 1 2925,00000

Agregado 2 394,50000

92850 92.690


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Procesos Qumicos

MATERIALESDIRECTOS

MATERIALESINDIRECTOS

PRODUCTOS SUBPRODUCTOS RESIDUOS OACUMULACIONES

Caliza (1400 kilos)

Arcilla (184 kilos)

Mineral de hierro (88.4kilos)

Carbn (200 kilos)

Yeso (60 kilos)

Aire (1800 kilos)

Gas natural (178 kilos)

Agua (747 kilos)

Puzolana (24.2 kilos)

Agregado 1 (195 kilos)

Agregado 2 (26.3 kilos)

Cemento (1048 kilosaproximadamente)

Vapor de agua (172.8kilos)

CO2(1093 kilos)

N2 (1400 kilos)

O2(38.5 kilos)

SO2(6.8 kilos)

Polvo (130 kilos)

COMENTARIOS:-Se utiliza el Kilogramo como unidad del sistema msico internacional.-Los clculos estn promediados para producir una tonelada de cemento por medio de las dos vas (hmeda y seca)


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Procesos Qumicos

- Cuadro de balance de materiales.

- Cuadro de materiales con los proveedores y costos, incluyendo los adicionales.Justificado en el estudio de mercado, se debe mostrar en un cuadro como mnimo tres proveedores para las materias primas y adicionales con suscorrespondientes costos para las cantidades determinadas en los balances de materia

Material Cantidad (Kg) Costo ($ colombianos) Proveedores (Nacionales eInternacionales)

- Clculos de los balances de energticos en EXCEL.


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Procesos Qumicos

Elaborar en EXCEL los balances energticos necesarios para la produccin y el apoyo del proceso productivo como son: la energa de formacin enreacciones endotrmicas y exotrmicas, as como las necesidades adicionales de refrigeracin y calefaccin, en donde se requiera algn tipo de trasferenciade calor, Todo justificado en el estado del arte del trabajo colaborativo 1 y el diagrama de proceso diseado.

Tabla No. _ Clculo de la energa elctrica (potencia necesaria) que se va a necesitar.

Tabla No. _ Balance de Temperatura requerida


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Procesos Qumicos


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Procesos Qumicos

Balance de energaelctrica. En las siguientes dos tablas se listan los valores (adems de los diagramas) de energa elctricaconsumida por tonelada de cemento segn el proceso utilizado.

Consumo de Energa por Tonelada de Cemento, utilizando como combustible carbn. (Proceso va Seca Planta Tpica)

PROCESO ENERGIA( KWH )

Trituracin 3.5

Molienda Arcilla 0.98032

Molienda de Carbn 9.426

Molienda de Crudo 92.71

Clinker Gris 81.97

Molienda de cemento Gris 59.15

Empaque Cemento Gris 1.13

TOTAL 247.886

Fuente: Clculos UIS-IDEAM


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Procesos Qumicos

Consumo de Energa para 1500 Toneladas de Cemento, utilizando como combustible carbn. (Proceso va Seca PlantaTpica)

PROCESOENERGIA

( KWH )

Trituracin 5250

Molienda Arcilla 1470.48

Molienda de Carbn 14139

Molienda de Crudo 139065

Clinker Gris 122955

Molienda de cemento Gris 88725

Empaque Cemento Gris 1695

TOTAL 373299.48

Figura No. Balance de Energa Va Seca


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Procesos Qumicos

( Clculos UIS-IDEAM, s.f.)


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Procesos Qumicos

Consumo de Energa por Tonelada de Cemento, utilizando como combustible Gas Natural. (Proceso Va Hmeda, PlantaTpica).

PROCESO ENERGIA (KWH)

Trituracin 6.4558

Bombeo de Pasta 1.94915Sedimentacin de Pasta 0.332

Molienda de Pasta 29.9052

Clnkerizacin 112.1445

Molienda de Cemento 54.37

Empaque 1.4889

TOTAL 206.6455


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Procesos Qumicos

Consumo de Energa para 1500 Toneladas de Cemento, utilizando como combustible Gas Natural. (Proceso Va Hmeda,Planta Tpica).

PROCESO ENERGIA (KWH)

Trituracin 9683.7

Bombeo de Pasta 2923.725

Sedimentacin de Pasta 498

Molienda de Pasta 44857.8

Clinkerizacin 168216.75

Molienda de Cemento 81555

Empaque 2233.35

TOTAL 309968.325

Figura No. _ Balance de Energa Va Hmeda


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Procesos Qumicos

( Clculos UIS-IDEAM, s.f.)


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Procesos Qumicos

LOS FENOMENOS DE TRANFERENCIA DE CALOR QUE SE ENCUENTRA EN LAS OPERACIONES

La molienda de las materias primas tiene por objeto reducirlas de tamao, a un estado pulverulento, para que puedan reaccionar qumicamente

durante la clinkerizacin. Esta se puede hacer en hmedo (va hmeda) o en seco (va seca).

Cuando los materiales son deslebles (que forman barro) o cuando es necesario concentrar el carbonato se utiliza la va hmeda, que consisteen licuar las materias en grandes estanques circulares provistos de peines giratorios. Despus, los materiales pasan a molinos de bolas, dedonde se obtiene una pasta fluida que se prensa posteriormente para eliminar parte del agua y se almacena hasta introducirla al horno en formade ndulos. Si se utiliza la va seca, la molienda se hace en molinos de rodillos o de bolas, obtenindose en ellos un polvo fino de tamao inferiora 150 micrones. Generalmente los molinos de vaseca estn provistos de dispositivos que inyectan aire caliente para secar las materias primas, simultneamente con la molienda. Lahomogeneizacin consiste en mezclar los distintos materiales, a tal punto que en cualquier porcin de la mezcla que se tome deben estarpresentes los componentes en las proporciones previstas. Cuando se usa la va hmeda se emplean estanques agitadores mecnicos y cuandose usa la va seca, se emplean silos donde el crudo se agita mediante la inyeccin de aire comprimido.

Una buena homogeneizacin permite corregir las dosificaciones, mantener una operacin adecuada del horno y prever la calidad del clnker. Porel contrario, una mala homogeneizacin puede dar lugar a clnker de mala calidad, cometer errores en los cambios de dosificacin, dificultar laoperacin del horno e impedir las reacciones qumicas de formacin de clnker. Tanto los porcentajes de los xidos como sus relaciones, debenser estrictamente controlados mediante el anlisis qumico de muestras representativas, en forma previa a la molienda y durante ella.

FABRICACIN DE CEMENTOSEn la industria del cemento, la mquina ms delicada y ms cara es el horno.Su trabajo a alta temperatura y su revestimiento refractario obliga a una operacin continua, debida a los serios riesgos que se corren en cadadetencin. Por ese motivo, se debe disponer de silos de almacenamiento de crudo, para asegurar una continuidad en el funcionamiento delhorno, sin que ste se vea afectado por detenciones del molino de crudo. El nmero y capacidad de los silos de crudo se disea para que elhorno contine trabajando por alrededorde 10 das despus de detener el molino.


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Procesos Qumicos

La clinkerizacin constituye la etapa ms importante del proceso de fabricacin de clnker. Los materiales homogeneizados se calientan hastallegar a la temperatura de fusin incipiente (entre 1.400 a 1.500 C, parte del material se funde mientras el resto contina en estado slido), paraque se produzcan las reacciones qumicas que dan lugar a la formacin de compuestos mineralgicos del clnker.

Para calcinar los materiales se usan hornos rotatorios. Estos son tubos de acero montados sobre polines, revestidos interiormente por ladrillosrefractarios, con una inclinacin de 3 a 5%, accionados por motores que les permiten girar a una velocidad circunferencial del orden de 10 metrospor minuto. Su dimetro (2 a 6 metros) y longitud (50 a 200 metros) dependen de la capacidad de produccin. Como combustible, se puede usar

petrleo, carbn pulverizadoo gas, que se inyecta con aire en la zona ms baja, donde se produce la combustin.

Los gases calientes atraviesan todo el horno y son enviados hacia la chimenea, pasando antes por equipos recuperadores de calor y de polvo.El material crudo se alimenta por la parte superior y, gracias al movimiento e inclinacin del horno, se va desplazando lentamente, encontrndosecada vez con zonas de mayor temperatura hasta llegar a la zona de la llama, donde se produce la clinkerizacin.

Anexo al horno mismo deben existir otros equipos, tales como: Sistema de alimentacin que regula la cantidad de crudo que entra al horno. Sistema de preparacin e inyeccin del combustible. Sistemas recuperadores de calor de los gases. Sistema de captacin de polvo de los gases.

Para disminuir la longitud de los hornos y aprovechar el calor de los gases, los hornos modernos estn provistos de torres de ciclones, por dondedesciende el crudo y ascienden los gases calientes, permitiendo un contacto muy directo entre los gases y el crudo. Segn la temperatura que

alcanza el crudo antes de entrar al horno, las torres se denominan precalentadores (el crudo alcanza temperaturas de hasta 700 C) oprecalcinadores (la temperatura del crudo puede llegar a ms de 1.000 C). A medida que el crudo avanza por las torres y por el horno vasufriendo diversas

Transformaciones: Secado o prdida del agua libre. Deshidratacin o prdida de agua combinada.


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Procesos Qumicos

Disociacin del carbonato de calcio (CaCO3) en xido de calcio (CaO) y anhdrido carbnico (CO2). Clinkerizacin o combinacin de los diferentes xidos para formar silicatos, aluminatos y ferroaluminatos de calcio.

Al salir del horno, el clnker se debe enfriar rpidamente para evitar la descomposicin del silicato triclcico, en silicato biclcico y cal libre:3CaOSiO2 2CaOSiO2 + CaOEl enfriamiento se hace con aire que pasa a travs de sistemas de parrilla mvil, o bien, a travs de tubosplanetarios que giran solidarios al horno. De estos sistemas, el clnker sale con una temperatura inferior a 150 C.


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Procesos Qumicos

CONCLUSIONES

En este trabajado podemos observar el proceso de manufactura del cementoPrtland, as como los principales componentes y las propiedades qumicas yfsicas de este cemento. Por lo que cabe en los campos de aplicacindeterminamos que el cemento Prtland es el de ms uso en comn, adems desu calidad podemos observar un costo accesible, por lo que lo hace el apropiadopara construcciones en general, dado su bajo costo de produccin, comparadocon su utilidad y precios.

adems se vio que existen dos mtodos de obtencin del material, por vaseca y por va hmeda.


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BIBLIOGRAFIA

Mosquera Laverde, W. (2011) Procesos qumicos. Universidad Nacional Abierta y aDistancia. Ediciones UNAD: Bogot D.C.

http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/369201/369201_eca.htm

http://www.revistavirtualpro.com/files/ti01_201202.pdf

http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion4.TiposCEMENTOS.pdf

http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/LECCION23.Proceso.COCCION.pdf

http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion3.Componentes.MINORITARIOS.pdf

http://www.cbb.cl/cementos/PutDocument.aspx?File=576096_CEMENTO%20FABRICAC.pdf.
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Procesos Quimicos Colaborativo 2

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