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8/16/2019 Informe Diseño de Planta de Producción de Biodiesel
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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
INGENIERÍA DE PROCESOS
TITULACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA
DISEÑO DE PLANTA DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL APARTIR DE ACEITE VEGETAL USADO
• Integrantes:• Geanela Elizabeth Aguilar Condoy
Adriana Nathaly Aguirre Rodríguez Santiago Daniel Morales Ariniega
Docente: Ing! Miguel Angel Meneses
Fecha: "#$%&$"%
RESUMEN
El impacto ambiental provocado por la emisión de gases provenientes de la utilización
de combustibles fósiles se constituye como la razón principal en la búsqueda dealternativas que reduzcan la contaminación creada por los mismos, es por ello que la
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producción de un combustible ecológico como el biodiesel es considerada como una
opción factible debido a que el aprovechamiento de desechos como las grasas o
aceites vegetales puede resolver problemas tanto medioambientales como
económicos y sociales, además de que reduce la utilización de combustibles derivados
de petróleo y por ende la emisión de estos gases. En el presente proyecto se pretende
diseñar una planta de producción de biodiesel mediante transesterificación, utilizandocomo materias primas aceite vegetal usado y alcohol de cadena corta, siendo estos
componentes de fácil acceso y bajo costo.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Esencialmente el proceso consiste en hacer reaccionar el aceite vegetal con metanol,
lo que genera como producto el biodiesel y glicerina. En !l se da la reacción de
transesterificación de los aceites vegetales con el alcohol, la cual se basa en el
intercambio de sus grupos funcionales, produciendo !ster met"lico y glicerol, para ello
se utilizó un catalizador que acelera la reacción, en nuestro caso se utilizó hidró#ido de
potasio. $os productos obtenidos son separados mediante decantación, para
posteriormente utilizando una solución de ácido c"trico, lavar el biodiesel obtenido,
para finalmente mediante evaporación eliminar el contenido de agua y de esta forma
generar un biocombustible ajustado a los normas vigentes de calidad %&'
BALANCE DE MATERIA
Balance de materia por equipo
! (rimer tanque de calentamiento
Entraa Sa!"a
Ace"te#egeta! "'#(" "'#("
$%o!&' a
"! )iltro
Entraa Sa!"a
Ace"te#egeta! "'#(" "'#("
$%o!&' a
#! *egundo tanque de calentamiento
Entraa Sa!"a
Ace"te#egeta! "'#(" "'#("
$%o!&' a
$! +eactor
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Entraa Sa!"a
Ace"te "'#(" $%o!('a)etano! )'% $%o!&'aB"o"ese! "'#(" $%o!('a
G!"cer"na "'#(" $%o!&'a
%! ecantador
Entraa Sa!"a
B"o"ese! "'#(" "'*%+ $%o!&'aG!"cer"na "'#(" "'#(" $%o!&'a
&! -ezclador
Entraa Sa!"aB"o"ese! "'*%+ "',+( $%o!&'a
Ag*aac"*!aa %'%"* $%o!&'aI%+*re,as %'%%%*) $%o!&'a
'! Evaporador
Entraa Sa!"a
B"o"ese! %-sag*a "',+( "',," $%o!&'aAg*a &'"%) $%o!&'a
Balance de materia e(pec)*ico
Co%+onentes
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Ac.Pa!%'t"co
Ac.O!e"co
Ac.L"no!e"co
)etano!
G!"cer"na
Ac.C'tr"co
B"o"ese!
Ca!entaor%'%#) %'#,) &'%(# %'%%% %'%%% %'%%% %'%%%
-&.
F"!tro
%'%#( %'#,& &'%#+ %'%%% %'%%% %'%%% %'%%%-"
.Ca!entaor
%'%## %'#"+ &'%++ %'%%% %'%%% %'%%% %'%%% -,.
Reactor%'%## %'#&/ &'%** )'%&( %'%%% %'%%% %'%%%
-*.
Decantaor%'%&" %'&&& %'&)) &'**, "'#(" %'%%% "'#("
-+.
)e,c!aor%'%&" %'&&% %'&)# &'*"/ %'%%% %'%"* "'#*#
-#.
E#a+oraor%'%%% %'%%" %'%%* %'%"/ %'%%% %'%%% "'+/,
-(.
omposición en cada corriente
Un"aes ($%o!&h/Ca!entao
r F"!troCa!entao
rReacto
rDecantao
r)e,c!ao
rE#a+o
r
nen
Ac. Pa!%'t"co ,')% ,')% ,')% %'#( %'&( %'"( %'%Ac. O!e"co ,+')% ,+')% ,+')% #',+ &'+( "'+% %'%
Ac. L"no!e"co #%'*% #%'*% #%'*% &%'(& "'#+ *'"" %'&)etano! %'%% %'%% %'%% )"'"# "%',, ,"'*" &'%G!"cer"na %'%% %'%% %'%% %'%% ,('#* %'%% %'%
Ac. C'tr"co %'%% %'%% %'%% %'%% %'%% %'++ %'%B"o"ese! %'%% %'%% %'%% %'%% ,('#* #%'%* /)'#
Tota! &%%'%%&%%'%
% &%%'%% &%%'%% &%%'%% &%%'%% &%%'Balance de ener+)a por equipo
! (rimer tanque de calentamiento
F(A!"%entac"0n
ace"te#egeta!/ "")('+ 0gTe%+erat*rae entraa "/) 0
Te%+erat*rae sa!"a ,%) 0
1 tota! ,)'"%& 01"! *egundo tanque de calentamiento
F
(A!"%entac"0nace"te
"")('+ 0g
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#egeta!/Te%+erat*rae entraa ,%) 0
Te%+erat*rae sa!"a ,/, 0
1 tota! ,)'"%& 01#! +eactor
Entraa Sa!"aAce"te "'#("
)etano! )'%&(B"o"ese! "'#("
G!"cer"na "'#("
G!"cer"na +',*+ %'+ %'%/ %'*&B"o"ese! %'+ %'*& %'%/
&
1 tota! ,%,',+, 01$! ecantador
DesechosPro*cto
2na!
B"o"ese! */',** )'))" *%'*#&G!"cer"na +*')"# **'/+) /')#/
C+. e%e,c!a %'%+& &,'()* ,'"#(
1 &+/'+%& """#*'*)% */,"'(#&
1 tota!&+/'+%%(
,+ 01
%! -ezclador
Ace"te &%,'&,)#&,/)etano! &'%,&,)#&,/C+. e%e,c!a %'%+"+%%),*
Entraa Pro*cto&'%,& &%"'&%(
%'%&% &'%"&
%'%+, %'%+,
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%'"(, "('%("
1 tota! "(',*+ 01
&! Evaporador
T e3*!!"c"0n4C
C+($5&$g.$
/
Tre6erenc"a(
$/
B"o"ese! +#+'( %'%,/ "(,Ag*a ,(, *'&)
hF &+'+(,+,*(( 0120g
hB &&',&/+*&( 0120g
7D ,'//&/ 0120g
1 tota! )()"'",# 01
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Dia+rama de ,loque(
8. Calentador9. 3iltro. Calentador;. Reator. E5a4orador
Dia+rama de *lu-o.
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Dia+rama de tu,er)a( e in(trumentaci/n
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UNIDADES ($%o!&'a/
CO)PONENTES Ca!entaor F"!troCa!entao
r Reactor Se+araor )e,c!aor E#a+oraorAc. Pa!%'t"co ,')% ,')% ,')% %'/, %'"* %',) %'%&
Ac. O!e"co ,+')% ,+')% ,+')% )'(+ "',% ,'#, %'&,
Ac. L"no!e"co #%'*% #%'*% #%'*% &*'(# ,')/ #'&" %'"&)etano! %'%% %'%% %'%% (+'+# &/')/ ,&',& &'%/G!"cer"na %'%% %'%% %'%% %'%% ,#')* %'%% %'%%
Ac. C'tr"co %'%% %'%% %'%% %'%% %'%% %'+/ %'%"B"o"ese! %'%% %'%% %'%% %'%% ,#')* +('/) /)'+*
6otal &%%'%% &%%'%% &%%'%% &%%'%% &%%'%% &%%'%% &%%'%%
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S"%3o!og'a e "agra%as ? e e@*"+os e"nstr*%entac"0n
TC! (rimer tanque provisto de un calentador de inmersión.TC"! (rimer tanque provisto de un calentador de inmersión.TA! /anque de almacenamiento de metanol.TA"! /anque de almacenamiento de hidró#ido de potasio.TA#! /anque de almacenamiento de glicerina.TA$! /anque de almacenamiento de agua acidulada.
TA%! /anque de almacenamiento de disposición final del biodiesel.0! )iltro.R! +eactor de tanque agitado.D! ecantador &.M! -ezclador &.E1! Evaporador de simple efecto con concentrador e#terno c"clico.BC! 0omba centrifuga número &.BC"! 0omba centrifuga número 1.BC#! 0omba centrifuga número 2.BC$! 0omba centrifuga número 3.
BC%! 0omba centrifuga número 4.En! Enfriador de l"quidos para procesos.
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En"! Enfriador de l"quidos para procesos.2aP! 5álvula de alivio de presión.
/ransmisor de caudal.
6ndicador de caudal.
ontrolador y activador de alarma de caudal.
Elemento final de control de caudal.
ontrolador y activador de alarma de presión.
6ndicador de presión
/ransmisor de caudal.
ontrolador y activador de alarma de temperatura.
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D"s os"c"0n es ac"a! e e *" os
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Selecci/n de ,om,a( 7 au8iliare(
BO)BAS PARA DESCARGAR ACEITE VEGETAL ENCALENTADOR EN EL FILTRO EN EL REACTOR
Vo!*%en a escargar "+%%'%% 7T"e%+o e escarga ,+'%% 8inCa*a! (&'*, 728in
BO)BA PARA TRANSPORTAR EL BIODIESEL AL )ECLADOR
Vo!*%en a escargar ""+,'%/, 72se8anaT"e%+o e escarga ,+'%%% 8inCa*a! #*',(* 728in
BO)BA PARA TRANSPORTAR BIODIESEL AL TAN1UE DEAL)ACENA)IENTO FINAL
Vo!*%en a escargar ""+,'%/, 72se8anaT"e%+o e escarga ,+ 8in
Ca*a! #*',(* 728ine acuerdo con los flujos de los principales equipos que constará la planta, podemos
identificar que los caudales que se manejan son pequeños es por ello que se realizó
la selección de bombas de tipo centr"fugas esto debido que presentan ventajas como
caudal constante, presión uniforme, sencillez de construcción, tamaño reducido, bajo
mantenimiento, vida útil prolongada, y principalmente porque se utilizan en industrias
de solventes, combustibles y lubricantes, jabones, detergentes, pinturas, gases
licuados, etc. %1'
*e seleccionó a las válvulas de asiento de paso recto como el tipo de válvulas que
utilizar"amos para nuestro proceso, esto debido a que el proceso requiere de un
control de caudal, y dentro de la industria son las válvulas comúnmente utilizadas
para este propósito %2'. *e utilizarán válvulas de acero fundido ya que este material
soporta temperaturas que van de :&9 a &;9
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Ace"te Vegeta!Vo!*%en e
a!%acena%"ento(L/ "+%%Vo!*%en e! tan@*e
(L/ ")(+
A!t*ra(%/ ,'##D"-%etro(%/ &
Ra"o(%/ %'+
)ater"a!Aero
ino9idable
"! )iltro
Tan@*eVo!*%en e
a!%acena%"ento(L/ "+%%'%%Vo!*%en e! tan@*e (L/ ")(+'%%
A!t*ra(%/ ,'##D"-%etro(%/ &'%%
Ra"o(%/ %'+%
)ater"a!Aero
ino9idable
Fono C0n"coVo!*%en e! cono(L/ &,%'/%
A!t*ra(%/ %'+%D"-%etro c'rc*!o(%/ &'*&
Ra"o(%/ %'+%Per'%etro(%/ *'**
)ater"a!Aero
ino9idable
#! *egundo tanque de calentamiento de aceite vegetal
Ace"te Vegeta!Vo!*%en e
a!%acena%"ento(L/ "+%%Vo!*%en e! tan@*e
(L/ ")(+A!t*ra(%/ ,'##
D"-%etro(%/ &Ra"o(%/ %'+
)ater"a!Aero
ino9idable
$! +eactor
Tan@*e
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Vo!*%en ea!%acena%"ento(L/ "),,'&%
Vo!*%en e! tan@*e (L/ ,"+)'%(A!t*ra(%/ "'))
D"-%etro(%/ &'"%
Ra"o(%/ %'#%
)ater"a!Aero
ino9idable
S"ste%a e Ag"tac"0nT"+o 6urbina
N4 +a!etas "Long"t* e! 3ra,o e
ag"tac"0n(%/ &'%/A!t*ra e! as+a (c%/ /'%/
Potenc"a(/ ")'*#%
)ater"a!Aero
ino9idable
Fono C0n"coVo!*%en e! cono(L/ &))'+%
A!t*ra(%/ %'+%D"-%etro c'rc*!o(%/ &'+#
Ra"o(%/ %'#%Per'%etro(%/ *'/&
)ater"a!Aero
ino9idable
%! /anque de almacenamiento de metanol
)etano!Vo!*%en e
a!%acena%"ento(L/ ,"*'(,Vo!*%en e! tan@*e
(L/ ,(,'**A!t*ra(%/ &'/%
D"-%etro(%/ %'+%Ra"o(%/ %'"+
)ater"a!Aero
ino9idable
&! /anque de almacenamiento de hidró#ido de potasio
7"r0"o e Potas"o
Vo!*%en ea!%acena%"ento(L/ )',(
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Vo!*%en e! tan@*e(L/ /'#,
A!t*ra(%/ %'"%D"-%etro(%/ %'"+
Ra"o(%/ %'&,
)ater"a!Aero
ino9idable
'! ecantador
Tan@*eVo!*%en e
a!%acena%"ento(L/ "**)'*&Vo!*%en e! tan@*e (L/ ")&+'#(
A!t*ra(%/ ,'+/
D"-%etro(%/ &'%%Ra"o(%/ %'+%
)ater"a!Aero
ino9idable
Fono C0n"coVo!*%en e! cono(L/ &,%'/%
A!t*ra(%/ %'+%D"-%etro c'rc*!o(%/ &'*&
Ra"o(%/ %'+%
Per'%etro(%/ *'**)ater"a!
Aeroino9idable
3! /anque de almacenamiento de agua acidulada
So!*c"0n Ac"*!aaVo!*%en e
a!%acena%"ento(L/ ""'()Vo!*%en e! tan@*e
(L/ "#'&/
A!t*ra(%/ %'"(D"-%etro(%/ %',+
Ra"o(%/ %'&)
)ater"a!Aero
ino9idable
4! -ezclador
Tan@*eVo!*%en e
a!%acena%"ento(L/ ""(+')(Vo!*%en e! tan@*e(L/ "#&('"+
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A!t*ra(%/ &'/(D"-%etro(%/ &',%
Ra"o(%/ %'#+
)ater"a!Aero
ino9idable
Fono C0n"coVo!*%en e! cono(L/ "(('(%
A!t*ra(%/ %'+%D"-%etro c'rc*!o(%/ &'#*
Ra"o(%/ %'#+Per'%etro(%/ +'&+
)ater"a!Aero
ino9idable
S"ste%a e Ag"tac"0nT"+o 6urbina
N4 +a!etas "Long"t* e! 3ra,o e
ag"tac"0n(%/ &'&)A!t*ra e! as+a (c%/ /')+
Potenc"a(/ "+'#+
)ater"a!Aero
ino9idable
5! /anque de almacenamiento de glicerina
G!"cer"naVo!*%en e
a!%acena%"ento(L/ &/+',"Vo!*%en e! tan@*e
(L/ ""*'#"A!t*ra(%/ &'&*
D"-%etro(%/ %'+%
Ra"o(%/ %'"+
)ater"a!Aero
ino9idable
! Evaporador de simple efecto con concentrador e#terno c"clico 7seleccionado8
Vo!*%en ea!%acena%"ento(L/ 99>
A!t*ra(%/ D"-%etro(%/ 9
)ater"a! Acero"no"a3!e
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"! /anque de almacenamiento de producto final 70iodiesel8
B"o"ese!Vo!*%en e
a!%acena%"ento(L/ ""+,'%/Vo!*%en e! tan@*e(L/ "+/&'%#
A!t*ra(%/ ,',%D"-%etro(%/ &'%%
Ra"o(%/ %'+%
)ater"a!Aero
ino9idable
*e escogió al acero ino#idable como material de construcción, esto porque este es
un tipo de acero resistente a la corrosión, el cromo que contiene posee gran afinidadpor el o#"geno y reacciona con !l formando una capa pasivadora que evita la corrosión
del hierro contenido en la aleación, totalmente inerte en su relación con el ambienteD
en contacto con sustancias como el agua no libera compuestos que puedan alterar la
composición además no necesitan ser ni chapeados, ni pintados, ni de ningún otro
tratamiento superficial para mejorar su resistencia a la corrosión. ebe señalarse que
el acero ino#idable puede absorber impactos considerables sin que sobrevenga la
fractura, gracias a su e#celente ductilidad %>'.
En comparación con otros metales, el acero ino#idable presenta la mejor resistencia al
fuego en aplicaciones estructurales gracias a una temperatura de fluencia elevada
7superior a ;99 8 %A'.
omo material de empaquetamiento de los equipos seleccionamos el polipropileno,
puesto que es considerado buena barrera contra el vapor de agua y a todos los gases
en general. El alto grado de cristalinidad de los polietilenos les proporciona una alta
resistencia al impacto a temperatura ambiente. En los polietilenos, a medida que
aumenta la densidad, disminuye la resistencia al impacto, la transparencia y la
resistencia al agrietamiento en medios agresivos y, entre márgenes similares de
densidad, un aumento del peso molecular incrementa la resistencia a la corrosión bajo
tensión, al impacto y al desgarre %;'.
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An-!"s"s 7AOP
Pa!a3raG*'a
Des#"ac"0n Ca*sa Consec*enc"as Acc"0n o%e"as
8 Tan@*e e Ca!enta%"entoMenos 28as 6e84eratura 3allo en la resistenia Perdida de 8ateria 4ri8a'
:suras en el tan;ueControlador yalar8as de
te84eratura
F"!troMas Caudal
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re@rigerador
M>s28enos Caudal Au8ento de audal debido al8al ontrol
Mala 4rei4itai=n' da?o de los4rodutos' derra8a8iento
Controlador yalar8as de audal
)e,c!aorM>s28enos Caudal Mal @uniona8iento de la
bo8ba de abastei8ientoMala 8ezla de reati5os' baa
4ureza del 4roduto'derra8a8iento de ontenido
Controlador yalar8as de audal
M>s2Menos 6e84eratura 6e84eratura del a8biente'8ala re@rigerai=n en el
4roeso anterior
Da?o del 4roduto' Da?os en ele;ui4o' 8ala 4uri:ai=n del
4roduto
Controladores yalar8as de
te84eraturaE#a+oraor
M>s2Menos Caudal Au8ento e9esi5o del audal4or un 8al ontrol
Alteraiones en el 4roduto'saturai=n en el e;ui4o
Controlador yalar8as en el
audalM>s2Menos 6e84eratura 3allo en el siste8a de
alenta8iento del e5a4orador'5a4or sobrealentado
Inorreta 4uri:ai=n del4roduto' da?o del e;ui4o
Controlador yalar8as de
te84eraturaBo%3as
M>s2Menos Presi=n Mal aondiiona8iento de lasbo8bas!
Da?o de las bo8bas yau8ento de audales a las
salidas de las 8is8as
Controladores de4resi=n'
on:gurai=n de
4resi=n en lasbo8basM>s28enos Caudal Au8ento de orrientes'
ine:ienia de las bo8basAu8ento de audales en los
de8>s e;ui4os' saturai=n enlos de8>s 4roesos
Controladores deaudal des4uBs de
ada bo8baTan@*es e a!%acena%"ento
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M>s28enos Caudal De8asiada o 8uy 4oaali8entai=n!
Derra8a8iento' Malaali8entai=n a los e;ui4os
donde se realizaran lasreaiones y 8ezlas
Controladores yalar8as de audalen ada salida de
los tan;ues
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Co(to( del proce(o
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Costos e e@*"+os (H/Decantaor &%%%%E#a+oraor "*)'",Tan@*e eg!"cer"na *+",'*+
Tan@*e e ace"te )%*&'&"Tan@*e e3"o"ese! ()&+'#,Tan@*e e%etano! ("")',(
Tan@*e e $O7 "+(%'"#Tan@*e e ag*a
ac"*!aa &%,/'#,Reactor +++&+'&+F"!tro **(,('#+
Ca!entaores #%%En6r"aor "+%
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Costo e 3o%3as ? t*3er'as(H/
Bo%3as ,+(%)'%)Coos ?t*3er'as "&%'"*
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Costo e so!#entes (H/)etano! &&,)*'*(
$O7 "'(&+Ac. C'tr"co %'%%*()
Ag*a ")'#%
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Costo 2o (H/PPE (Costos
e@*"+os/,/#/'*/
PPC ,/,+"#'((Costo 2o +(%#&,')"
Costos eenerg'a %(')#
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Costo e %anten"%"ento
Costo 2o +(%#&,')"
)anten"%"ento ")+,%'#/+ de osto
:o
Costos e o+erac"0n %(')#osto deenergía
Costos e %ano e o3ra ,#/')& ", de "
S*+er#"s"0n ,"&'+( "% de "
P!anta )%,'/, +% de "
Cargos e ca+"ta! +(%#&',)&% de
osto :o
Seg*ros +(%#'&*& de osto
:o
I%+*estos !oca!es &&*&"'")" de osto
:o
Rega!'as +(%#'&*& de osto
:o
Tota! &&&+&/'(/
Costo finaldel equipo=Costo de accesorios+Costofijo de equipos+Costo demantenimiento+Costo de sol
Costo2na!
(,&%(+'+#/
T"e%+o e rec*+erac"0nCosto 3"o"ese! )"# F2ton
7oras e !a3or a! 'a "%'* h2díaCant"a e
3"o"ese! +or 'a ""+,'%/ 72día
Cant. 3"o"ese! +orton "'%& ton2 día
Costo tota! +or 'a +#',* F2día
Costo tota! +or aJo+&,)(/'%
* F2a?o
Costo +oraJo (H/
'as a!aJo
+&,)(/'%,/ ,&%'"+
(,&%(+'+#/ 9
**&',)
días ala?o
-
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aJo D'as
& ,#+
9
**&',)%+&
# &'"% a?os
El tiempo de recuperación del dinero invertido en la planta es de & año y 1 meses
CONCLUSIONES
o $as condiciones óptimas que permiten obtener el mayor rendimiento en el
proceso de producción de biodiesel a partir de aceite vegetal mediante la
reacción de transesterificación sonD temperatura de >9
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o -ediante la realización del análisis G=I@(, se pudo prever los principales
escenarios de riesgo que pudiesen darse durante el proceso de producción,
lo que nos permitió llevar a cabo la selección de los principales
controladores tanto de caudal, temperatura y presión, as" como su
ubicación correcta, medidas que nos permiten garantizan la seguridad del
proceso.
RE0ERENCIAS
%&' 5egetales, $. @. *. =., J )uente, . $os aceites vegetales como fuente de biodiesel,
7ii8, 3KA.
%1' Luiminet. Usos y aplicaciones de bombas centrifugas. )ebrero A del 199;.
+ecuperado el 19 de enero de 19&>, deD httpD??MMM.quiminet.com?articulos?usos:
y:aplicaciones:de:las:bombas:centrifugas:1>A;A.htm
%2' *innott, +. F. 719948. oulson J +ichardsonNs chemical engineering, vol. >.
hemical Engineering esign, 3.
%3' =siento, 5álvula E, and (aso +ecto. O5álvula de =siento (aso +ecto, =cero,P n.d.,
224>.
%4' *Q$IE+. 0ombas de bajo caudal y altura elevada @GG$. +ecuperado el 1> de
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