producciÓn de butilglicol
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PRODUCCIN DE BUTILGLICOL
CAPITULO 1
PLANTA DE PRODUCCIN DE BUTILGLICOL1. RESUMEN EJECUTIVO
El proceso de obtencin del Butil cellosolve, consta de dos (2) pasos principales:
Epoxidacin: Es la reaccin para obtener xido de etileno (oxirano) a partir de una oleofina (etileno), y un agente oxidante como el perxido de hidrogeno (H2O2), o una mezcla de H2 y O2 en presencia de un catalizador como el silicato de Vanadio o titanio, que debe contener entre 0.01-20% en peso de metales nobles, como el platino.
Alcoxilacion: La ruta xido-alcohol es la nica va comercialmente importante para la obtencin de Glicol mono-teres. La reaccin se da entre el xido de etileno y butanol (anhidro), en presencia de un catalizador slido bsico o cido, como el H-B-Beta Zeolita y H-ZSM-5 Zeolita.Los epxidos sufren ataque SN2 (sustitucin nucleoflica bimolecular), por nuclefilos, por el butxido (alcxido) que debe encontrarse en exceso.
Este proceso puede ocurrir en una o varias etapas. Si se cuenta con un proceso multietapas se deben tener en cuenta la oxidacin de la oleofina y la alcoxilacin siguiente.
Mientras que en los procesos de una (1) sola etapa se introducen la oleofina, el perxido de hidrgeno (H2O2), el catalizador epoxdico y alcoxdico y el butanol, de tal manera que posterior a la formacin del xido de etileno se produzcan simultneamente el butil glicol y dems monoglicol teres.
La localizacin tiene un efecto condicionado sobre la tecnologa utilizada en el proyecto, tanto por las restricciones fsicas que importa como por la variabilidad de los costos reoperacin y capital de las distintas alternativas tecnolgicas asociadas a cada ubicacin posible.
Los factores que hay que tener en cuenta para la localizacin son los siguientes:
Medios y costos de transporte.
Disponibilidad y costo de mano de obra.
Factores ambientales Cercana del mercado.
Estos son los 4 factores por los cuales decidimos implantar la industria Cellosolventes en lugar conveniente de acuerdo a los estudios realizados, ya que necesitbamos un puerto y por la cercana a la nueva refinera de produccin del etileno.2. INTRODUCCIN
El butilglicol, C4H9OCH2CH2OH, es un solvente muy utilizado en la industria textil, de pinturas, de cueros, en desengrasantes y tensoactivos.
En la actualidad no se produce por la falta de estudio de una tecnologa petroqumica y se debe importar a pesar de que es una materia prima importante en las industrias.
Por ello, debido a su alta demanda se a planteado la posibilidad de crear una planta de butilglicol posiblemente en Bolivia y la idea principal del trabajo es la posibilidad de implementar una planta de butilglicol, es decir, donde se podran adquirir las materias primas, en que condiciones, donde se situara la planta, cual seria el mejor procedimiento para obtener el producto ya mencionado.
Lquido incoloro tambin conocido como. O-Butiletilenglicol, Butilglicol, Etilenglicol monobutilter, eter monobutlico del etilenglicol o 2- Butoxietanol. Usualmente utilizado como solvente en las industrias textiles, pinturas, tintas, cueros, etc.
A nivel mundial entre las plantas productoras a nivel mundial se podran encontrar las siguientes, existen tres plantas de produccin de etileno en Espaa, Dow Chemical Ibrica (Tarragona), Repsol-YPF (ciudad real) y Repsol-YPF (Tarragona) con capacidad de produccin de etileno de 475000, 250000 y 5250000 Tm anuales respectivamente. Y una refinera en Chile PETROX S.A.
3. ANTECEDENTES
El butilglicol es un producto que tiene amplias aplicaciones y la puesta en marcha de una planta quimica que produzca butilglicol resulta ser una inversin muy provechosa, este es usado mayormente para las industrias textiles as como tambin para las pinturas, como desengrasantes y tensoactivos.El butilglicol es un producto estable, que es incompatible con acido sulfrico, soda custica y cualquier otro cido o base fuerte, agentes oxidantes fuertes, tambin se degrada completamente, es toxicolgico en una grado alto de contacto que puede causar lesiones en el rin y el hgado, en contacto con la piel causa sequedad y dermatitis.Otras caractersticas interesantes del butilglicol se encuentran naturalmente en estado lquido, con olor agradable e incoloro, se inflama a 69C por lo que se necesita ser calentado para ser inflamable, que es soluble en el agua.Para su correcta manipulacin se debe asegurar los siguientes requerimientos, se debe mantener en envases cerrados, adems de un buen sealamiento en el rea de almacenamiento del producto. Mantener envases cerrados, no inhalar los vapores, en lugar ventilado y fresco, protegido de la luz solar, los depsitos en el cual se deben mantener pueden ser metlicos y polietilenos especificados para tal uso.
Para tener un buen control del producto y en caso de derrames o fugas se seguirn los siguientes pasos: Aislar y ventilar el rea. No tocar el material derramado. Alejar toda fuente de ignicin. Contener el derrame con arena o tierra. Recobrar el producto con bomba manual o con absorbentes adecuados.
Traje de proteccin de PVC, botas y guantes de neopreno, proteccin respiratoria con mscara con filtro para vapores orgnicos.
Evite la entrada del producto en cursos de agua o en alcantarillas.
Recoger con absorbente adecuado, lavar remanente con abundante agua. Sacar al afectado al aire libre. Si respira con dificultad, proporcionar oxgeno.
Si ocurre contacto con la piel se debe lavar con abundante agua por 15 minutos.
En caso de contacto con los ojos lavar con abundante agua durante 15 minutos.
Para la Ingestin si la vctima est conciente, d a beber agua. No induzca vmito. Consiga atencin mdica.4. JUSTIFICACION
El gran aumento de la demanda de combustibles, como tambin el crecimiento de las exportaciones de gas natural, resulta en invertir en nuevas tecnologas que encaren la futura demanda en exportaciones de derivados del los combustibles que en la actualidad se exportan, para esto surge la industria petroqumica que pretende abastecer el mercado de nuevas productos capaces de generar una economa mas productiva que con la exportacin de materia prima.Cuando cambian los mercados hay una constante alteracin en los materiales empleados para la fabricaron de productos petroqumicos. Se pueden llevar a cabo casi cualquier sntesis que se desee, el problema es hacerlo a bajo costo y con el equipo disponible.Antes se utilizaba extensamente el acetileno para la fabricacin de productos petroqumicos, pero como es difcil de fabricar y almacenar, ahora el etileno es la materia prima principal para la sntesis de petroqumicos.
Los precursores son materiales reactivos fabricados generalmente por la descomposicin de las molculas ms grandes de las materias primas, el etileno es fabricado actualmente a partir de LNG, nafta, gasoil, combustible diesel, etano, propano y butano y el carbn es una posibilidad que pronto explorara habindose realizado ya lagunas pruebas con carbn licuado.
La produccin de butilglicol a partir de etileno y este de destilados de gas natural o gases lquidos se obtiene de un proceso bastante complejo, las condiciones para su manufactura se encuentran en algn lugar entre los que generalmente se piensan que son refinera y los que se encuentran en la produccin quimica.Adems de la produccin principal de butilglicol, se pueden obtener otros subproductos para su comercializacin como ser el oxido de etileno.
5. OBJETIVOS
5.1. Objetivo General.-
Puesta en marcha de una planta de produccin de butilglicol, dando seguimiento a los procesos qumicos involucrados.5.2. Objetivos Especficos.-
Plantear el proceso de produccin de manera ordenada y siguiendo los pasos correspondientes con un seguimiento ordenado. Realizar un estudio de mercado internacional para la debida competencia en el mercado nacional. Realizar un balance de masa y energa requeridos en cada proceso para su evaluacin ptima y mejoramiento del rendimiento en los mismos. Proponer un diagrama de flujo del proceso con sus correspondientes especificaciones. Seleccionar entre los diferentes procesos posibles, el que mejor se adecue a las condiciones requeridas.CAPITULO 2
6. ESTUDIO DE MERCADOPara un estudio optimo de mercado se tendr que analizar los precios que actualmente existen en el mercado para poder determinar el precio del producto y la cantidad que se esta supuesta a demandar, se tendr que analizar los mercados proveedor, competidor, distribuidor, consumidor y exportacin.Mercado del proveedor.
Para la compra de materias primas se puede observar el costo de los principales productores como ser:
Como se ve en el cuadro siguiente respecto a costos de las materias primas se debe escoger a la empresa con el mejor precio, pero tambin se debe tener en cuenta la ubicacin de las respectivas empresas para su transporte
Para la compra del butanol por el precio y la ubicacin del transporte una buena opcin es la empresa Shell, en Bogot.Inicialmente el etileno se puede comprar en la industria ASA de Mxico, pero para una mejor ubicacin otra opcin resultara ser Chile.Para la compra del perxido de hidrgeno la fuente de distribucin resultara la empresa de Mxico, pero por el precio la compra se realizara en la industria ASA.
El mercado competidor.Son las industrias que actualmente elaboran y venden el producto que resultara ser el Butilglicol.
Por tal razn sera favorable conocer los antecedentes del competidor, como conocer los precios al cual se vende, las condiciones, plazos y costos de los crditos que ofrece y los descuentos por volmenes y pago.
Con estos datos podemos determinar si somos capaces de poder competir con las dems industrias.
Para determinar el precio para el lanzamiento al mercado se puede comparar con los existentes en el mercado, as como los estndares de calidad del producto terminado.
Como subproducto tambin se puede obtener oxido de etileno que se puede vender y recuperar una parte de las utilidades, para as poder competir en el mercado con las dems industrias de oxido de etileno.
Hay que tener en cuenta que esas utilidades son con respecto a los reactivos, no en comparacin con los valores del equipo ni personal u otros.
6.1 DESCRIPCION DEL PRODUCTO.-
El butilglicol es un producto que tiene amplias aplicaciones y la puesta en marcha de una planta quimica que produzca butilglicol resulta ser una inversin muy provechosa, este es usado mayormente para las industrias textiles as como tambin para las pinturas, como desengrasantes y tensoactivos.
El butilglicol es un producto estable, que es incompatible con acido sulfrico, soda custica y cualquier otro cido o base fuerte, agentes oxidantes fuertes, tambin se degrada completamente, es toxicolgico en una grado alto de contacto que puede causar lesiones en el rin y el hgado, en contacto con la piel causa sequedad y dermatitis.
Datos de seguridad acerca del butilglicol.-
Nombre del producto: Butilglicol
Seccin 2. COMPOSICIN / INGREDIENTES
Frmula: C4H9OC2H4OH
Sinnimos: Butil cellosolve - Etilenglicol monobutileter
Nombre qumico: Etilenglicol 2 butoxietanol
Seccin 3. IDENTIFICACIN DE LOS RIESGOS
Marca en etiqueta: Txico (inhalacin/ingestin)
Clasificacin de riesgo: Veneno - Clase 6.1
a) Peligros para la salud
Efectos de sobre exposicin aguda: Dolor de cabeza, mareos, descoordinacin, nuseas, vmitos y diarrea.
Inhalacin: Irritacin a los ojos, vas respiratorias y neumonitis qumica.
Contacto con la piel: Causa irritacin. Puede ser absorbido por la piel, provocando intoxicacin.
Contacto con los ojos: Moderada irritacin, posible dao a la crnea.
Ingestin: Moderadamente txico. Grandes cantidades pueden resultar en hemlisis eritroctica.
Efectos de sobre exposicin crnica: Daos heptico y renal.
Condiciones agravadas con la exposicin: Enfermedades a la piel o respiratorias.
b) Peligros para el medio ambiente Moderadamente txico para la vida acutica.
c) Peligros especiales Ninguno conocido.
Seccin 4. MEDIDAS DE PRIMEROS AUXILIOS
Inhalacin: Sacar al afectado al aire libre. Si respira con dificultad, proporcionar oxgeno.
Contacto con la piel: Lavar con abundante agua por 15 minutos.
Contacto con los ojos: Lavar con abundante agua durante 15 minutos.
Ingestin: Si la vctima est conciente, d a beber agua. No induzca vmito. Consiga atencin mdica.
Seccin 5. MEDIDAS PARA LA LUCHA CONTRA EL FUEGO
Agente de extincin: Espuma, CO2, polvo qumico.
Procedimientos especiales: Refrigere los envases expuestos al fuego con agua.
Equipo de proteccin: Use mscaras de proteccin respiratoria completa, con suministro de aire autnomo.
Seccin 6. MEDIDAS PARA CONTROLAR DERRAMES O FUGAS
Medidas de emergencia: Aislar y ventilar el rea. No tocar el material derramado. Alejar toda fuente de ignicin. Contener el derrame con arena o tierra. Recobrar el producto con bomba manual o con absorbentes adecuados.
Equipos de proteccin: Traje de proteccin de PVC, botas y guantes de neopreno, proteccin respiratoria con mscara con filtro para vapores orgnicos.
Precauciones a tomar para evitar dao al ambiente: Evite la entrada del producto en cursos de agua o en alcantarillas.
Mtodo de limpieza: Recoger con absorbente adecuado, lavar remanente con abundante agua.
Mtodo de eliminacin de desechos:
Tratar segn legislacin vigente.
Seccin 7. MANIPULACIN Y ALMACENAMIENTO
Recomendaciones tcnicas: Mantenga los envases cerrados.
Precauciones a tomar: Sealice el rea de almacenamiento del producto. Mantener envases cerrados, no inhalar los vapores.
Condiciones de almacenaje: En lugar ventilado y fresco, protegido de la luz solar.
Embalajes recomendados: Metlicos y polietilenos especificados para tal uso.
Seccin 8. CONTROL DE EXPOSICIN / PROTECCIN ESPECIAL
Medidas para reducir la posibilidad de exposicin: Use siempre equipos de proteccin personal. Manipule en recintos ventilados.
Parmetros para control: No disponible.
Lmites permisibles ponderado y absoluto: LPP: 20 ppm
Proteccin respiratoria: Mscara con filtro para vapores orgnicos.
Guantes de proteccin: De neopreno, de puo largo.
Proteccin de la vista: Gafas qumicas.
Otros equipos de proteccin: Delantal de goma o neopreno, para proteccin del cuerpo.
Ventilacin: Manipule en lugares con buena ventilacin.
Seccin 9. ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD
Estabilidad: Producto estable.
Condiciones que deben evitarse: Ninguna.
Incompatibilidad de material: cido sulfrico, soda custica y cualquier otro cido o base fuerte, agentes oxidantes fuertes.
Productos peligrosos de la descomposicin: Monxido de carbono.
Productos peligrosos de la combustin: Monxido de carbono.
Polimerizacin peligrosa: No se produce polimerizacin.
Seccin 10. INFORMACIN TOXICOLGICA
Toxicidad aguda: En ratas es LD50 > 10 g/kg
Toxicidad crnica: Animales que recibieron altas dosis desarrollaron anemia hemoltica y lesin al rin e hgado.
Efectos locales: Irritacin de la piel.
Sensibilizacin alergnica: En contacto prolongado con la piel puede producir sequedad y dermatitis.
Seccin 11. INFORMACIN ECOLGICA
Inestabilidad: Producto estable.
Persistencia, degradabilidad: Se degrada completamente.
Bio-acumulacin: No disponible.
Efectos ambientales: Toxicidad acutica: 1000 ppm / 24hr / cangrejo / T Lm
Seccin 12. CONSIDERACIONES SOBRE DISPOSICIN FINAL
Tratamientos de residuos: Planta de tratamientos.
Eliminacin de envases: Lavar y descartar segn legislacin vigente.
Seccin 13. INFORMACIN SOBRE TRANSPORTE
NCh 2190, marcas aplicables: Veneno - Clase 6.1
NU: 2369
Grupo embalaje / envasado: II
IMDG:6151
6.2 CARACTERISTICAS DEL PRODUCTO.-
Propiedades del butilglicol
Lquido
Cambio de fase
Gas
PROPIEDADES FISICO-QUMICAS
6.3. OFERTA Y DEMANDA DEL BUTILGLICOL
En el pas no existen plantas de produccin de butilglicol y este es importado por otras industrias productoras en el mundo.
Internacionalmente el mayor productor, consumidor y exportador de etilenglicoleteres es EEUU. En este pas en 1999 se consumi el 45% de los 7040000 Tm de la serie de etilenenglicoleteres consumidos en Norte Amrica, Brasil, Europa Occidental y Japn.
El mercado del butilglicol se encuentra vinculado con las industrias Textileras, de pinturas, de tintas, de desengrasantes, de cueros y qumicas en general.
Mercado del producto:
A pesar de que el objetivo principal es la distribucin del producto en el mercado nacional para abastecer la creciente demanda, tambin es posible que sea necesario y/o ventajoso un comercio con el exterior, lo que hace imprescindible que la planta se encuentre en un lugar estratgico para el buen comercio y transporte.Las regiones industrializadas del pas donde se da un mayor comercio de productos qumicos y poseen excelentes vas de comunicacin, son las que proporcionan las condiciones ms adecuadas para la comercializacin de producto.
Suministro de combustible
Como existe gran comercio de los hidrocarburos el suministro de energa. El combustible elegido, por su bajo coste y disponibilidad, ser el gas natural.
Los proveedores actuales de butilglicol se muestran a continuacin con el nombre de la empresa as como tambin la ubicacin y especificaciones del producto.
EmpresaProductoInformacin de contacto
Peruquimicos cobertura: Per Butil Glicol ( butil sellosolve), Cellosolve Solvent ( Glicol eter EE )
Lima, Peru C.P. Lima 18. Per
Meyer Van cobertura: Mxico, Centroamrica, Norte de Sudamrica, Caribe Butil oxitol, Acetato de butil oxitol, Butil cellosolve, Butil di-glicolTlalnepantla, Edo. de Mx. C.P. 54030. Mxico
Qumica Nobleza cobertura: EE.UU, Brasil, Argentina, y Colombia, Repblica Mexicana. Butil oxitol, Butil oxitol, Butil Cellosolve, Butil cellosolveTizayuca, Hidalgo C.P. 43800. Mxico
Abaquim cobertura: Mxico Butil Oxitol, Butil Oxitol, Butil cellosolve, Butil cellosolve
Mxico, D.F. C.P. 6700. Mxico
QUIBARCA cobertura: Colombia y Venezuela Butil oxitol, Acetato de butil cellosolveCaracas, Venezuela
Productos Quimicos MRC cobertura: Norte del pas, Occidente y Pacfico.
Plurasolv DB (butil diglicol) (butil carbitol), butil cellosolve
Zapopan, Jalisco C.P. 45070. Mxico
GRUPO SOLQUIM cobertura: Continente Americano Butil cellosolve, Acetato de Butilo, acetato de butilo
Tlanpantla, Estado de Mxico C.P. 54060. Mxico
Quimicam cobertura: Nacional Butil Cellosolve, Butil Cellosolve, Acrilato de Butilo, Acetato de Butilo
Puebla, Puebla C.P. 72570. Alemania
Alquimia Mexicana cobertura: Nacional, Regional e Internacional Butil cellosolve, Butil glicol, Butil carbitol, Cellosolve
MEXICO, D.F. C.P. 6700. Mxico
MARDUPOL cobertura: Mxico y Centroamrica Butil Cellosolve
Mxico, D.F. C.P. 07820. Mxico
Qumica BDI cobertura: Latinoamrica Butil Cellosolve, Cellosolve, Metil cellosolve, Acetato de cellosolve
Ofrecemos Butil Cellosolve en . Mxico
Quimica Delta cobertura: Mxico y Centroamrica BUTIL CELLOSOLVE, BUTIL CELLOSOLVE, Butil celosolve cellosolve,
Teoloyucan, Edo. de Mx. C.P. 54770. Mxico
Raw Material Corporation S.A. de C.V. cobertura: Latinoamrica Butil cellosolve, Butil cellosolve, Butil cellosolve para uso como solvente, Mono etilen glicol
Mxico, Edo. de Mx. C.P. 54180. Mxico
Productos Quimicos de Saltillo cobertura: Mxico Butil cellosolve, BUTIL CELLOSOLVE, Glicol, Alcohol tert-butlico
Coahuila, Saltillo. Mxico
Brenntag Mexico cobertura: Mxico y Centroamrica Butil cellosolve, Butil celosolve cellosolve, Butil carbitol, Acetato de butil celosolve
Tultitln, Edo. de Mx. C.P. 54900. Mxico
Meyer Van cobertura: Mxico, Centroamrica, Norte de Sudamrica, Caribe Butil oxitol, Acetato de butil oxitol, Butil cellosolve, Butil di-glicol
Tlalnepantla, Edo. de Mx. C.P. 54030. Mxico
Qumica Nobleza cobertura: EE.UU, Brasil, Argentina, y Colombia, Repblica Mexicana. Butil oxitol, Butil oxitol, Butil Cellosolve, Butil cellosolveTizayuca, Hidalgo C.P. 43800. Mxico
CAPITULO 37. MATERIAS PRIMAS E INSUMOS
Los reactivos necesarios para la produccin de butilglicol son: Etileno, butanol y peroxido de hidrgeno.
7.1. Etileno.
La fabricacin de etileno a partir de destilados, gas natural o gases lquidos, las condiciones de manufactura se encuentra en algn lugar entre los que generalmente se piensan en la refinera y los que se encuentran en la produccin quimica. Se han construido plantas extremadamente grandes y se continan construyendo, algunas tienen la capacidad de produccin hasta de .A nivel nacional actualmente todava no existe un plan de construccin de un complejo petroqumico. Para la situacin del complejo se tendra que ubicar en un lugar cercano a las refineras de gas natural.
El etileno se adquiere en estado gaseoso en recipientes de alta presin
Propiedades del Etileno Lquido
Propiedades del Etileno Gaseoso
7.2. Butanol.A nivel nacional la produccin y comercializacin de butanol se ve restringida ya que es utilizado en la fabricacin de narcticos. Para uso industrial es necesario entonces importar el butanol de otros pases.
En EEUU se puede adquirir butanol de la Dow Chemical Company
(Danbury, Connecticut).
De Mxico se puede importar butanol de Qumicos Delta (ciudad de Mxico). Butanol se dispone de butanol lquido de alta pureza (99%).
Propiedades del 1-butanol Lquido
Propiedades del 1-butanol Gaseoso
7.3. Perxido de Hidrgeno
En Colombia existe una planta productora de perxido de hidrgeno, el cual se podra exportar, esta compaa adems posee otra planta productora de peroxido en Chile.
El perxido de Hidrgeno en presencia de los derivados de los metales de transicin (Mo, V, W, TI, etc), es capaz de atacar los dobles enlaces olefnicos, formando epxidos y glicoles. La cantidad de glicol obtenido es funcin de la cantidad de agua introducida con el perxido; y como consecuencia para obtener una buena selectividad es necesario usar un perxido muy concentrado (70%), sin embargo, tambin es posible aumentarla utilizando solventes como alcoholes que remuevan el agua conjuntamente con un a zeolita sinttica con silicato de titanio como catalizador; de esta manera la reaccin se vuelve muy selectiva an cuando se trabaja perxido al 10 %.La conversin obtenida de perxido es del 99% con una selectividad hacia el epxido del 85%
Peroxido de hidrgeno: Se dispone de el en solucin al 30%, ya que es una sustancia bastante inestable.
Propiedades del perxido de hidrgeno Lquido
Propiedades del perxido de hidrgeno Gaseoso
7.4. Catalizador.En la reaccin de epoxidacin el catalizador es el silicato de titanio con una estructura zeoltica asiganada por difraccin de rayos X, de frmula general: xTiO2 (1-x) SiO 2 donde se prefiere una composicin x entre 0.01 0.025.
El catalizador para la alcoxilacin puede ser una zeolita acdica como la HZSM-5 zeolita o H-B-Beta zeolita que se prepara con cido brico o hidrxido de tetraetiilamonio.
La reaccin de epoxidacin se puede llevar a cabo entre 30 y 100 C y entre 1 y 100 atm; dependiendo de si la reaccin se puede dar en una o dos fases y en un reactor Batch o empacado.
Para poder que las reacciones se den simultneamente el reactor se debe operar a condiciones apropiadas, es decir, primero se deben conseguir una condiciones de temperatura y presin (-30 C y presurizacin con olefina) para que se active el catalizador epoxdico (silicato de titanio o vanadio) y se de selectividad a la reaccin de epoxidacin. Despus de un tiempo aproximado de reaccin (30 minutos)Estados Unidos) las condiciones deben cambiarse (aumentar la temperatura a 0 C) para activar el catalizador alcoxodico y proseguir con la reaccin entre el oxirano que se acaba de formar y el butanol al interior de la zeolita cida.
Catalizador: Son partculas slidas de dos tipos: H-ZSM-5 zeolita y H-B-Beta zeolita.
Se dispone de todos los reactivos
7.5. Costos de la materia prima e insumos.-
El estudio del proyecto pretende contestar el interrogante de si es o no conveniente realizar la inversin. Esta recomendacin slo ser posible si se dispone de todos los elementos de juicio necesarios para tomar la decisin.
Con este objeto, el estudio de viabilidad debe intentar simular con el mximo de precisin lo que sucedera al proyecto si fuese implementado, aunque difcilmente pueda determinarse al proyecto si fuese implementado, aunque difcilmente pueda determinarse con exactitud el resultado que se lograr en su implementacin. De esa forma, se estimaron los beneficios y costos que probablemente ocasionara y, por lo tanto, que pueden evaluarse.
En trminos generales, 5 son los estudios particulares que deben realizarse para evaluar el proyecto. Ellos son los de la viabilidad comercial, tcnica, legal, organizacional y financiera, si se trata de un inversionista privado, o econmica, si se trata de evaluar el impacto en la estructura econmica del pas. Cualquiera de ellos que llegue a una conclusin negativa determina que el proyecto no se lleve a cabo.
El estudio de la viabilidad comercial indicar si el mercado es o no sensible al bien o servicio producido por el proyecto y la aceptabilidad que tendra en su consumo o uso.
El estudio de viabilidad tcnica estudia las posibilidades materiales, fsicas y qumicas, condiciones y alternativas de producir el bien o servicio que se, desea generar con el proyecto. El estudio de la factibilidad organizacional es el que normalmente recibe menos atencin, a pesar de que muchos proyectos fracasan por falta de capacidad administrativa para emprenderlo. El objetivo de este estudio es principalmente, definir si existen las condiciones mnimas necesarias para garantizar la viabilidad de la implementacin, tanto en lo estructural como en lo funcional.
El estudio de la viabilidad financiera de un proyecto determina, en ltimo trmino, su aprobacin o rechazo. Este mide la rentabilidad que retorna la inversin.
Tener en cuenta la calidad, cantidad, oportunidad de la recepcin y costo de materiales:
CAPITULO 48. UBICACIN Y EMPLAZAMIENTO.-
Para establecer la correcta ubicacin de la planta se deben tener en cuenta dos tipos de factores: primarios y especficos. Los factores primarios se centran en las caractersticas generales que ha de reunir el lugar de implantacin. Los factores especficos determinan la ubicacin exacta de la planta.
8.1. FACTORES PRIMARIOS
Mercado y disponibilidad de la materia prima:Como en Bolivia no se cuenta con una planta de produccin de etileno en Cartagena Colombia se contara con una refinera de etileno lo que posibilita su obtencin. Con respecto al butanol que sera necesario importarlo de Mxico o EEUU por va martima y transportarlo luego por medio de Peru que resulta el lugar ms accesible de acceso.El estudio tcnico tiene por objeto proveer informacin para cuantificar el monto de las inversiones y costos de operacin pertinentes a esta rea. De aqu se podr obtener la informacin de las de capital, mano de obra y recursos materiales, tanto para la puesta en marcha como para la posterior operacin del proyecto.
Para este anlisis econmico se debe tener en cuenta:
Inversiones de obra fsica: es aquella inversin que realiza para la adquisicin de terrenos, construcciones, remodelaciones, etc.
Inversin en equipamiento: Se entiende que son todas las inversiones que permitan la operacin normal de la planta de la empresa:
Mercado del producto:A pesar de que el objetivo principal es la distribucin del producto en el mercado nacional para abastecer la creciente demanda, tambin es posible que sea necesario y/o ventajoso un comercio con el exterior, lo que hace imprescindible que la planta se encuentre situada cercana a un pas cercano que tenga salida al mar.
La mejor opcin para la ubicacin de la planta sera la ciudad de Oruro, debido a que se contara con una fcil consecucin del etileno, adquirido all mismo, el butanol, podra ser recibido desde Norte o Centro Amrica en los puertos por el mar Caribe sin necesidad de cruzar el canal de Panam. El perxido de Hidrgeno se podra transportar desde Yumbo hasta Oruro en carro tanques fcilmente ya que existen buenas vas.
Suministro de combustibleEsta zona posee un buen suministro de energa. El combustible elegido, por su bajo coste y disponibilidad, ser el gas natural.
Como ya hemos enumerados diferentes factores que afectan a la hora de elegir la localizacin de una planta, a cada uno de estos se le ha dado un peso respectivo de acuerdo a su importancia.
Hemos considerado 3 alternativas de ubicacin teniendo en cuenta los mismos factores, y de estos hemos elegido segn su peso ponderado cual sera la mejor alternativa.
8.2. LOCALIZACIN (mtodo de Brown Gibson)
ImportanciaFactorPeso AOruroCochabambaSanta Cruz
B(A*B)B(A*B)B(A*B)
40%Materia Prima0,493,662,472,8
20%Insumos0,271,45161,2
30%Mano de Obra0,382,461,861,8
10%Salud0,160,630,360,6
100%TOTAL1308205,5256,4
De acuerdo con esta tabla la mejor opcin sera localizar la planta en el Departamento de Oruro.
CAPITULO 59. INGENIERA DEL PROYECTO
El proceso de obtencin del Butil cellosolve, consta de dos (2) pasos principales:
Epoxidacin: Es la reaccin para obtener xido de etileno (oxirano) a partir de una oleofina (etileno), y un agente oxidante como el perxido de hidrogeno (H2O2), o una mezcla de H2 y O2 en presencia de un catalizador como el silicato de Vanadio o titanio, que debe contener entre 0.01-20% en peso de metales nobles, como el platino.
Alcoxilacion: La ruta xido-alcohol es la nica va comercialmente importante para la obtencin de Glicol mono-teres. La reaccin se da entre el xido de etileno y butanol (anhidro), en presencia de un catalizador slido bsico o cido, como el H-B-Beta Zeolita y H-ZSM-5 Zeolita.Los epxidos sufren ataque SN2 (sustitucin nucleoflica bimolecular), por nuclefilos, por el butxido (alcxido) que debe encontrarse en exceso.
Este proceso puede ocurrir en una o varias etapas. Si se cuenta con un proceso multietapas se deben tener en cuenta la oxidacin de la oleofina y la alcoxilacin siguiente.
Mientras que en los procesos de una (1) sola etapa se introducen la oleofina, el perxido de hidrgeno (H2O2), el catalizador epoxdico y alcoxdico y el butanol, de tal manera que posterior a la formacin del xido de etileno se produzcan simultneamente el butil glicol y dems monoglicol teres.
9.1. MECANISMO DE REACCIN DEL XIDO DE ETILENO Y BUTANOL.-
En la informacin bibliogrfica obtenida (Patente Americana No. 403590) slo se describe la unidad de reaccin a nivel experimental, es decir, la cantidad de reactivos cargados, la masa de catalizador utilizado y el tiempo de reaccin. Por tanto, se propondr como sera un proceso industrial para a obtencin de butilglicol con su correspondiente seccin de acondicionamiento y separacin, para una produccin de 704 ton ao.
Modo de proceso Batch:Es proceso Batch debido a que se manejan tres fases, un catalizador slido, unos reactivos lquidos y se presuriza con uno de los reactantes gaseoso.
Adems de que esta forma de obtencin de glicol eteres integrada se encuentra en experimentacin y no se cuenta con datos sobre la cintica, y lo mejor es llevar a cabo el proceso de forma similar a los experimentos.
Materia prima:Etileno: Se adquiere en estado gaseoso en recipientes de alta presin
Peroxido de hidrgeno: Se dispone de el en solucin al 30%, ya que es una sustancia bastante inestable.
Butanol: Se dispone de butanol lquido de alta pureza (99%).
Catalizador: Son partculas slidas de dos tipos: H-ZSM-5 zeolita y H-B-Beta zeolita.
Sntesis del problema:
Se dispone de todos los reactantes a la temperatura ambiente (28 C) y presin atmosfrica (1 atm) a excepcin del etileno que se mantiene presurizado.
El producto debe obtenerse lquido a temperatura ambiente y con un 99% de pureza.
Operaciones llevadas a cabo en el proceso:
Reacciones qumicas.
Se dan dos reacciones qumicas: una para la produccin de oxido de etileno a partir de etileno y perxido y otra para la obtencin de butilglicol mediante la reaccin de xido de etileno y butanol. Ambas reacciones se dan en fase lquida y son catalizadas por partculas slidas de silicato de titanio y H-ZSM-5 zeolita respectivamente.
Las dos reacciones se efectan en el mismo reactor, producindose primero el xido de etileno a -30 C y luego el butilglicol a 0 C, por lo que el reactor se debe operar por lotes.
Inicialmente se cargan los reactivos lquidos y el catalizador al reactor a temperatura ambiente, para acondicionarlos hasta la temperatura de la primera reaccin es necesario que el reactor posea un sistema de intercambio de calor como un enchaquetamiento por el cual circule un refrigerante. Para mantener la homogeneidad dentro del reactor, este tendr un sistema de agitacin de hlice, con una velocidad angular de 800 rpm que consume 1 hp por cada 1000 gal.
Debido a que es necesario refrigerar y la temperatura ambiente es un poco alta, se puede acondicionar el reactor en un cuarto fri a 20 C, para disminuir la transferencia de calor de los alrededores al sistema.
Ya que se trata de un reactor por lotes el catalizador debe ser alimentado con alguna de las corrientes lquidas de manera homognea.
Alcanzados los 30 C se comienza la adicin de etileno al reactor para dar comienzo a la primera reaccin. El reactor debe poseer un sistema de sellamiento para gases que permita la operacin a altas presiones.
Debido a que esta forma de proceso para la obtencin de butilglicol es apenas objeto de estudio no se posee su ecuacin cintica, por lo que operaremos el reactor a iguales condiciones que las trabajadas en la patente.
En la patente se presuriz un autoclave de 250 ml con 20.7 g de etileno, es decir, cuando empezaron a trabajar el reactor a 30 C la presin era de 59atm; por lo que se trabajara nuestro reactor a la misma presin. La presin de operacin ser alta ya que se dispone de un olefina gaseosa y esta es solubilizada en el butanol slo a altas presiones y bajas temperaturas.
El tiempo de reaccin trabajado en la patente fue de 5 horas y 30 minutos, 30 minutos a 30 C (epoxidacin) y 5 horas a 0 C (alcoxilacin).
Finalizada la reaccin se debe retirar inicialmente el etileno restante que se encuentra en forma gaseosa y una vez se encuentra a presin atmosfrica se retiran los productos lquidos junto con los catalizadores a 0 C.
Para obtener el butilglicol de la pureza deseada es necesario efectuar un sistema de separacin, en el cual se debe retirar: catalizador, agua, xido de etileno y perxido de hidrgeno.
Mezclado de corrientes.
Para facilitar la cargar del catalizador al reactor, este se debe mezclar primero con uno de los reactivos lquidos que lo fluidice; para ello se puede utilizar la corriente de butanol ya que el perxido de hidrgeno puede ser ms riesgoso.
La mezcla de catalizador-butanol se realiza antes del reactor mediante una unidad de mezclado, que puede ser un mezclador sin movimiento que posea placas helicoidales fijas que se encargan del mezclado. Este mezclador se podra operar a temperatura ambiente.
Terminada la reaccin, el etileno remanente en estado gaseoso debe ser removido del reactor y dado que es una cantidad apreciable se debe reutilizar en la prxima operacin del reactor. Para ello se puede tomar la corriente de salida y almacenarla en un tanque para luego combinarla con el etileno puro de reposicin y alimentarla al reactor nuevamente.
El etileno almacenado intercambiar calor con el medio, alcanzando la temperatura ambiente, mientras que es alimentado al reactor.
Separacin.La corriente de productos que sale del reactor no posee las especificaciones con que se debe distribuir el producto, por ello se deben efectuar operaciones de separacin que garanticen un cambio en la composicin de las corrientes. Primero es necesario remover los slidos, lo cual se puede realizar mediante centrifugacin el catalizador removido ser llevado de nuevo a la tolva de alimentacin para ser utilizado en el siguiente proceso.
La centrifugacin se llevar a cabo a la misma temperatura de salida de las especies del reactor (0C). La corriente lquida efluente de la centrifugacin, que posee agua, H2O2, xido de etileno, butanol y butilglicol se separar en un tren de destilacin de dos etapas; en la primera se espera retirar la totalidad del xido de etileno presente y en la segunda se desea obtener un producto de fondos con las especificaciones correspondientes al butilglicol comercial. Se seleccion la destilacin ya que las diferencias en la volatilidades relativas de los componentes respecto al butilglicol son lo suficientemente grandes (mayores a 1.5) para asegurar una separacin completa en el caso del xido de etileno y una buena separacin en la segunda.
En la siguiente tabla se especifican las presiones de vapor de los componentes y sus volatilidades relativas con respecto al butilglicol a 49 C.
Como se puede observar en la tabla, la volatilidad relativa del xido de etileno (651.48) es muy superior a las dems; por lo que se ha reconsiderado la idea de usar una idea de usar una torre de destilacin por la de implementar una torre de flasheo, reduciendo costos y garantizado la misma efectividad.
La temperatura de entrada de la corriente a la torre de flasheo es de 0C (Temperatura de salida de la centrifugacin y la presin de operacin de la misma es la de saturacin del xido de etileno a esta temperatura (0.6529 atm). Se utilizar un condensador total para licuar los vapores de xido de etileno que se deben obtener a 12 C (temperatura de saturacin a 1 atm).
Los fondos generados se encontrarn a 0C y la presin de operacin de la torre. La torre de destilacin sera la ltima etapa del proceso de separacin; su operacin consiste de una alimentacin proveniente de la torre de flasheo que podra ingresar a 100 C, la presin de operacin ser de una atmsfera y se espera que la composicin molar del producto de fondos sea: 97.2 % de butilglicol, 1.29% de agua y 1,56 % de butanol (determinadas de las especificaciones en peso antes mencionadas).
Para determinar el tipo de condensador se debe calcular a 49 C la presin de burbuja del destilado, si es menor de 1.48 MPa se debe usar un condensador total; si es superior a esta presin se halla la presin de roco de destilado; si es inferior a 2.52 MPa se usar un condensador parcial y si es superior un refrigerante es la mejor opcin para operar el condensador parcial.
Como aun no se poseen las especificaciones del destilado no es posible escoger el tipo de condensador.
Cambios de temperatura y cambios de presin.
Como se ha descrito, a travs del proceso muchas veces se dispone de corrientes a diferentes condiciones de las necesarias de operacin de una unidad determinada, crendose la necesidad de acondicionar dichas corrientes, para lo cual se dispone de unidades de transferencia de calor como los intercambiadores de calor cuando se presentan diferencias en la temperatura y bombas (lquidos), turbinas o compresores (gases) para cambios en la presin; ya sean grandes o solo para impulsar las sustancias a travs de las tuberas.
Por tanto en el esquema del proceso se deben incluir estos accesorios cuando sean necesarios:
En las corrientes 1, 7, 10, 12 y 14 se implementan bombas con el fin de proporcionar energa cintica a los fluidos.
Cambios de fase.Los cambios de fase se dan en equipos cuando se supera la temperatura de saturacin de la sustancia o la mezcla en operacin isobrica o la presin de saturacin si la operacin es isotrmica.
En este proceso los cambios de fase se dan en los condensadores y el rehervidor asociados a la torre de flasheo y destilacin.
9.2. BALANCE DE MASA Y ENERGIA.-
Los balances se efectuarn teniendo en cuenta que se espera un produccin anual de 704 Tm, es decir, diariamente se tendr que producir 2000 Kg de producto. Teniendo en cuenta que el reactor se operar en dos turnos.
Nomenclatura:
F = Flujo msico Si = Silicato de titanio
N = Flujo molar Z = H-ZSM5 Zeolita
x = Composicin molar
w = Composicin msica
Subndices:
A = Agua
B = Butanol
E = Etileno
BG = Butilglicol
OE = xido de etileno
H2O2 = Perxido de hidrgeno
Estrategia de solucin:
Resolver el reactor y determinar los flujos de las corrientes 3, 5, 6, 7 y 8. Conocida la corriente 3, los grados de libertad del mezclador 1 se reducen a cero y se pueden hallar las corrientes 1 y 2.
Con las corrientes 5 y 6 el mezclador 2 queda completamente especificado y es posible encontrar la corriente 4. Con los flujos de la corriente 10 (butanol, butilglicol, perxido, xido de etileno y agua), es posible determinar los flujos de salida de la torre de flasheo.
Encontradas las condiciones de la corriente 12 los grados de libertad de la columna de destilacin restan cero y finalmente son resueltos los balances molares del proceso.
Solucin:
Para realizar los balances de energa del proceso an hace falta determinar las condiciones de operacin de la torre de destilacin, la temperatura del destilado y la de fondos bajo operacin isobrica. Por lo que se realizar el diseo de esta para obtener las composiciones del fondo.
Dado que la fraccin molar de perxido de hidrgeno a la entrada de la torre de destilacin es tan pequea (0.001098) y de que este siempre se encuentra disuelto en agua, que representa la mayor composicin de la corriente de entrada, se trabajar la solucin de estas sustancias como agua pura. De esta manera, la entrada a la torre constara de agua, butanol y butilglicol, lo que se pretende en esta unidad es separar el agua y el butanol del producto final, concentrando todo el butilglicol en los fondos y evaporando el agua y el butanol restantes; ya que el agua y el butanol poseen temperaturas de saturacin similares (100 y 117 C), sus volatilidades relativas con respecto al butilglicol son grandes y la temperatura de saturacin de este es alta (171C) se asumir que el butilglicol no se evapora y la separacin solo se da entre el agua y el butanol.
De lo anterior, para realizar el diseo de la torre es necesario cambiar las composiciones halladas en el balance de materia por composiciones libres de butilglicol y tomar el perxido de hidrgeno como agua. En el siguiente esquema se dan las nuevas fracciones molares para el agua y el butanol a la entrada y salida de la torre.
Primero se realizar el diagrama de temperatura versus x-y y luego el diagrama de distribucin para poder iniciar el diseo de la torre por el mtodo McCabe Thiel.
De la grfica podemos decir que se presenta un azetropo de composicin aproximada de 0.74, sin embargo esto no presenta ningn tipo de problema para la separacin dado que la alimentacin, la composicin de destilado y los fondos se encuentran a la izquierda de este punto.
Luego se ubican la composicin de la alimentacin, el destilado y los fondos. Se trazan las lneas de alimentacin y de operacin de la seccin de enriquecimiento tomando un reflujo de 2. Esto implica que la pendiente de la lnea de operacin de la seccin de enriquecimiento tiene un valor de 2/3, lo que lleva a que intercepto con las ordenadas sea de 0.2178. A continuacin se dibuja la lnea de operacin de la seccin de agotamiento entre el punto de la seccin de fondos y la interseccin entre la lnea de alimentacin y la de enriquecimiento. Finalmente se indican los escalones correspondientes a los platos.
Como vemos en el diagrama y-x, para alcanzar una composicin de fondos de 0.443 una etapa terica sera ms que suficiente. Ya que lo que se pretende no es enriquecer el destilado con butanol o agua, si no concentrar butilglicol en los fondos, sera ms razonable utilizar un flash isotrmico, que es ms econmico y operable que una columna de destilacin, obtenindose de igual forma la especificacin del producto. Por ello mejor se realizar el clculo de una destilacin flash.
Para una destilacin flash, el balance molar para la sustancia ms voltil, en nuestro caso el agua es el siguiente.
Donde los subndices f, D, B se refieren a la alimentacin, el destilado y los fondos respectivamente.
Para una composicin de fondos de xB = 0.443 que es lo que se desea, el yD que estara en equilibrio se puede obtener del diagrama T xy al igual que la temperatura.
yd = 0.699
T = 367.3 K
Para estas condiciones la fraccin evaporada f se puede despejar de la ecuacin del balance.
Diagrama para la torre de flasheo
En la composicin del destilado, se presenta una pequea variacin en comparacin por los hallados en los balances de materia (yD= 0.657), esto debido a que el diseo solo se realiza para el butanol y el agua, sin tener en cuenta el butilglicol, lo que afecta el equilibrio, sin embargo la variacin no es muy grande por lo que se puede hacer esta aproximacin para determinar la condiciones de operacin de la torre de flasheo.
Adicional a la torre de flasheo se ve la necesidad de realizar otras modificaciones. Dado que la tubera representada en el diagrama de flujo por la corriente 10 eventualmente sera muy larga, no se puede asegurar que permanezca isotrmica sin poseer un muy buen aislamiento.
Por lo que se supone que en este trayecto habr una transferencia de calor con los alrededores, de tal manera que al final la temperatura del fluido que circula por all halla alcanzado la ambiente (28C).
Debido a esto la temperatura a la entrada de la torre de flasheo ser de 28C, que est por encima de la temperatura de saturacin del xido de etileno (12C), lo que conlleva a que no se necesite una reduccin de presin y la torre de flasheo se convierta en un simple tanque de expansin.
Como del nuevo tanque de expansin el xido de etileno saldr a 28C, se reconsidera la idea de un condensador debido a sus altos costos, para ser reemplazado por un compresor.
10. DIAGRAMA DEL PROCESO DE PRODUCCIN.-
101. Diagrama de Bloques:
10.2. Diagrama de Flujo del proceso de produccin.-
R -110: Reactor por lotes
D -111: Torre Flash a presion reducida
D -112: Torre de destilacin
H -113: Centrifuga de separacin de slidos
M -114: Mezclador solido - lquido
M -115: Mezclador solido - lquido
H -116: Centrifuga
L -117: Bomba alimentacin butanol
L -118: Bomba para productos de reaccin
L -119: Bomba alimentacin peroxido de hidrogeno
G -120: Compresor
L -121: Bomba para producto terminado
10.3. Cuadro de Balance de Masa en kg.
EtilenoButanolPeroxido
de
HidrogenoAguaOxido
de
EtilenoButilglicolSiZeolitaTotal
Ingreso Butanol (1)2271,0852271,085
Ingreso Catalizador (2)9090180
Mezcla Catalizador
y Butanol (3)2271,0852271,085
Reposicin Etileno (4)276,3934276,3934
Mezcla Etileno (5)1263,291263,29
Retorno de Etileno (6)986,8966986,8966
Ingreso de
Peroxido
de Hidrogeno (7)338,4094338,4094
Salida de
productos
de reaccin (8)1651,523,3959967,226665,398899090903857,5413
Retorno de
Catalizador (9)9090180
Producto sin
Catalizador (10)1651,523,3959967,226665,39889903677,5413
Salida de oxido
de etileno (11)65,398865,3988
Producto sin Oxido
de Etileno (12)1651,523,3959967,22669903612,1425
Vapor de Agua,
Butanol y Peroxido
de Hidrogeno (13)1643,52965,22662608,7547
Producto terminado (14)829901000
10.4. Cuadro de Balance de Energa.
T(C)P(atm)Cp (J/mol K)Entalpa
KJ/mol)Densidad
(g/ml)
Ingreso Butanol
281176,86-3280,81
Ingreso Catalizador
281
Mezcla Catalizador y Butanol
281176,86-3280,81
Reposicin Etileno
284067,2443,980,567
Mezcla Etileno
284067,2443,980,567
Retorno de Etileno
01104,59543,980,567
Ingreso de Peroxido
de Hidrogeno
28189,17884-187,901,11
Salida de productos
de reaccin
01
Retorno de catalizador
01
Producto sin Catalizador
01
Salida de oxido de etileno
00,652986,9-95,70,89
Producto sin Oxido de Etileno
121
Vapor de Agua, Butanol y
Peroxido de Hidrogeno10024,8788,43-1640,405
Producto terminado
2814,06234,042-508,210,9
10.5. Detalle de los balances de masa.-
Clculos de balance de masa:
Para la base de clculos se tomo una produccin de 2000 Kg de producto terminado por da, pero como la operacin es por lotes se trabaja durante dos turnos cada uno de produccin de 1000 Kg.
Torre de destilacin:
Torre de flasheo:
Segn bibliografa la relacin de produccin de butilglicol respecto al catalizador que se utiliza es de 11:1 en kilogramo respectivamente.
Reactor:
10.6. Detalle de los balances de energa.-
Para el cuadro de balance de energa se utilizo las propiedades cuadros siguientes con propiedades fsicas de los reactivos y productos.
PROPIEDADES TERMODINMICAS
Propiedades del Etileno
Lquido
Cambio de fase
Gas
Propiedades del xido de etileno
Lquido
Cambio de fase
Gas
Propiedades del 1-butanol
Lquido
Cambio de fase
Gas
Propiedades del butilglicol
Lquido
Cambio de fase
Gas
Propiedades del perxido de hidrgeno
Lquido
Cambio de fase
Gas
Propiedades del agua
Lquida
Cambio de fase
Gas
CAPITULO 610. DISEO Y COSTOS DE EQUIPOS.-
Cuando se est construyendo una planta, luego de preparar un diagrama de flujo del proceso y resolver los balances de materia y energa, el paso siguiente es especificar los equipos que aparecen en l. Sera necesario tener especificacin detallada del diseo y los dibujos de fabricacin de todo el equipo, incluyendo instrumentos, cableado, tuberas y equipo auxiliar. Se necesitara especificar todos los detalles mecnicos completamente (esto para diseos donde el grado de detalle es alto y tiene un costo de 10 a 20 % del costo de una planta).
Son pocos los procesos propuestos que llegan a materializarse y el dinero gastado en los diseos no aceptados es dinero perdido, por tanto, un ingeniero debe saber identificar rpidamente los costos del equipo adecuado de manera que se pueda predecir el beneficio econmico.
Esto requiere de mtodos cortos de diseo que puedan emplearse para obtener resultados baratos y que tengan una exactitud razonable. Los mtodos cortos de diseo por lo general no sustituyen a los diseos rigurosos necesarios para la construccin real del equipo, sin embargo, son adecuados para muchas estimaciones de costos.
Aunque cuando se realiza una visita a una planta, se observa que muchos equipos son casi irreconocibles cuando estn en uso, integrados y cubiertos como sucede con los instrumentos, controles, aislamientos, lneas de servicio, tuberas, vlvulas, y otros equipos exteriores; es necesario saber que los costos de los equipos perifricos y auxiliares pueden estimarse fcilmente utilizando factores desarrollados por los ingenieros de costos y por tanto slo los costos de los componentes principales del proceso mostrado en el diagrama de flujo deben ser evaluados en detalle.
Equipos presentes en el proceso:
Bombas
Compresores
Tanques de alta presin
Tanques a la presin atmosfrica
Tolva
Reactor
Centrfuga
Tanque de proceso (flash)
Mezclador sin movimiento
10.1. Bombas
Datos necesarios para su especificacin:
Consumo de energa, Temperatura de entrada, Presin de entrada, Presin de salida, Flujo. Los datos pueden extraerse directamente de la informacin del diagrama y del balance de materia que comprende el diagrama de flujo. En general, la definicin de los materiales de construccin y del tipo de bomba exige experiencia.
El consumo de potencia puede calcularse a partir de la ecuacin de energa mecnica, haciendo un cambio despreciable en la velocidad y elevacin, e incluyendo los trminos de prdida por friccin y en accesorios en la eficiencia y considerando los cambios en la densidad por efectos de presin como despreciable, se tiene la siguiente ecuacin:
De esta manera W es la llamada potencia de eje, la cual entra al sistema a travs de un eje en movimiento.
Para identificar el tipo de bomba y su eficiencia ( ). Para uso industrial en procesos qumicos las bombas centrfugas radial es la ms importante. Estas generalmente son el transporte ms confiable, de trabajo pesado y econmico, de lquidos de baja viscosidad en grandes volmenes.
Se tiene que para bomba centrfuga radial:
Presin mxima del sistema (bar) 350
Intervalo de temperatura (C) -240 a 500
Capacidad mxima (m3/s) 10
Intervalo de viscosidad del fluido (Pa s) < 0.2
Intervalo de eficiencia 50 85
Materiales de construccin
Acero al carbn
Hierro fundido
Acero inoxidable
Titanio
Etc.
La eficiencia se escoge como la ms conveniente. Para tuberas de 2 de pulgada, donde se espera que la velocidad de flujo aumente el doble. El la corriente 1 se esperan alimentar 2134.123 Kg en una hora, por tanto por segundo se debe alimentar 0.5928 Kg. Las corrientes de alimentacin cuentan con 1 hora de carga al reactor y la de salida con 45 minutos para la descarga de productos.
As para todas las corrientes en las que existe bomba se tiene:
Obtenida la potencia de eje de las bombas se determina de una funcin de la potencia del eje el costo de compra para bombas centrfugas.
Los precios son completos e incluyen los impulsores de motor elctrico. Para efectos del material de construccin se debe multiplicar el valor de costo (Cp) por un factor Fm. Para el material de construccin seleccionado (hierro fundido) el factor es 1, por tanto, los precios son los mismos.
10.2. Compresores
Datos necesarios para su especificacin:
Consumo de electricidad, Temperatura de entrada, Presin de entrada y salida, Flujo.
Los transportadores de gas como los compresores son mecnicamente y tericamente anlogos a las bombas de lquido. Las diferencias principales consisten en volmenes especficos mucho mayores y la viscosidad mucho menor de los gases. Con consecuencia, los compresores son mucho ms grandes, tienen tolerancias menores, operan a velocidades mayores y requieren ms mantenimiento, consumen ms potencia y son ms caros que las bombas que operan con flujos en masa similares y presiones similares.
La potencia de eje puede ser determinada de un balance de energa, sabiendo que el trabajo efectuado sobre el sistema es igual al calor disipado ms el cambio entlpico del fluido.
En situaciones no crticas es seguro suponer que el compresor es adiabtico. El clculo adiabtico siempre da una sobrestimacin de las necesidades de potencia, siempre y cuando se pierda calor y no se agregue.
Para la mayora de las situaciones normales una eficiencia aproximada de 70 % es buena. Entonces la potencia de eje efectuada sobre el fluido es:
Para la compresin de dixido de etileno que se encuentra en la corriente 11 como gas a 28C hasta lquido en la corriente 12 a 28 C, el cambio entlpico es
hs he = 25527 J/mol
Se esperan evacuar 62.4538 Kg de xido de etileno en 45 minutos por la corrientes 11 y 12, por tanto se deben retirar 0.02313 Kg por segundo. La potencia de eje es: W s = 0.02313 (Kg/s) * 58.015 KJ/Kg = 1.3418 KJ/s
La potencia efectuada sobre el fluido es: P = 1.3418 (KJ/s)*0.7 = 0.939 KW, se estima el costo del compresor como funcin de la potencia de fluido (P) sin incluir los costos del impulsor.
Para una potencia de 1 KW el costo de compra (Cp) es $ 5000 dlares. El costo de compra del impulsor es determinado de la figura 5-20 con una potencia de eje de 1.3 KW y 60 rpm, obtenindose un valor de $ 200 dlares, incluyendo el factor de correccin que depende de su uso (Fbm), para uso en compresores es de 1.5, por tanto, el valor final del impulsor es $300 dlares.
Para el valor total de compra del compresor es necesario, al precio de compra (Cp) incluirle el precio del impulsor y el factor de correccin que depende del material de construccin; para compresores centrfugos de acero al carbn Fbm es 2.5.
El costo de compra final del compresor es.
Cpf = 5000*2.5 + 300
Cpf = $ 12800 dlares10.3. Centrfuga
Datos necesarios para su especificacin de temperatura de entrada, Presin de entrada, Concentracin de entrada y salida, Consumo de electricidad, Flujo o capacidad.
Para la separacin del catalizador, se escogi un separador centrfugo de transporte helicoidal que asegura una separacin total de los slido de tamaos superiores a 0.1 m de dimetro; posee una gran eficiencia, el porcentaje de slidos en la torta es de 50 a 80 % y el porcentaje en peso de los slidos en la alimentacin puede estar entre 0 y 60 %. El consumo de potencia es alto y su costo de compra depende de la velocidad de alimentacin de los slidos secos y el material de construccin. El costo se puede estimar, donde tambin se encuentran los factores de correccin para el tipo de material.
Cbm = Cp*Fbm
La velocidad de alimentacin de slidos se obtiene multiplicando la corriente de slido del reactor por la fraccin de slidos.
ms(Kg/s) = 0.065 Kg/s
Cp = $ 15000
Para acero al carbn Fbm = 2
El costo de compra de la centrfuga es:
Cbm = 15000*2 = $ 30000 dolares.
10.4. Recipiente de proceso (flash)
Datos necesarios para su especificacin: Temperatura de entrada y salida, Presin de entrada y salida, Concentracin de entrada y salida, Carga de calor, Consumo de electricidad, Flujo o capacidad.
La expansin isotrmica o flash se debe realizar en un recipiente de proceso de orientacin vertical. Se tomar un recipiente de 1 m de dimetro una relacin dimetro altura de 4. Como la torre opera a presin atmosfrica, no hay necesidad de hacer correcciones debido al material ni a la presin, el material seleccionado es acero al carbn.
El costo del recipiente es $ 165000 dlares (altura 4 m y dimetro 1 m)
10.5. Reactor
Datos necesarios para su especificacin: Temperatura de salida, Presin de salida, Carga de calor, Temperatura de entrada, Presin de entrada, Concentracin de entrada y salida, Capacidad.
Para el diseo del reactor es necesario seguir los siguientes pasos:1. Definicin de las condiciones terminales
2. Definicin de los datos cinticos
3. Anlisis de equilibrio
4. Seleccin del reactor
5. Balance de energa
6. Determinacin del tamao del reactor
7. Calculo de la cada de presin
8. Reevaluacin
9. Evaluacin econmica
El reactor debe ser cilndrico, ya que no se puede obtener el volumen de reaccin a travs del diseo del mismo porque no se cuenta con la cintica, entonces se ha estimado a partir de las sustancias que se cargan y del etileno gaseoso con el que se presuriza, el volumen ocupado es de 14 m3 de etileno y 3 m3 de las dems sustancias, por lo que se necesitara un reactor de 17 m3.
Dimetro de reactor 2.5 m
Longitud del reactor 3.5 m
Para estimar el costo, se tiene que la presin de operacin es de 59 atm y la temperatura de 0C. Si se usa acero al carbn, norma ASTM A387 grado 22 case 2 (Cr-Mo) para resistencia al perxido de hidrgeno.
Presin de diseo = 59*1.2*14.7 = 1040.76 psig
Temperatura de diseo = 28 C, temperatura ambiente.
El esfuerzo que puede aguantar este acero al carbn a 28 C es de 13100 psi (tabla B2, Chemical Reactor Design for Process Plants, Vol 2. Rose,
Howard) S = 13100 psi.
E, el coeficiente de unin es de 1.
La corrosin mnima permitida es de 1/8 in.
Con estos datos, podemos determinar el espesor de la pared del reactor a partir de:
P = Presin en psig
R = Radio en pies
S = Esfuerzo que puede aguantar el acero el carbn por rea
t =0.342 pie = 4.1 pulgadas
Incluyendo corrosin el espesor es t = 4.225 pulgadas
Peso total del cilindro, si la densidad del acero al carbn es de 490 lb/ft3
Peso cilindro: 51034.2 lb
Si la tapa inferior y superior se disean elpticas, se puede usar la ecuacin. Cabeza: Capacidad, dada en unidades de longitud al cubo:
Entonces tenemos:
El peso total es = 51034.12 + 29525.88 = 80560 lb Si tenemos que el costo del acero al carbn es de 12000 pesos por kilo, el costo total del reactor sera de $ 483360.000 pesos
10.6. Tanques de almacenamiento
Datos necesarios para su especificacin: Temperatura de entrada, Presin de entrada, Capacidad Tanque de presin atmosfrica:
Los tanques grandes de almacenamiento a presin atmosfrica se emplean universalmente para mantener la materia prima para su procesamiento o para los productos que esperan su embarque. En la mayora de los procesos modernos no puede enviarse los vapores hacia la atmsfera para lo cual se emplean sistemas de ventilacin interna o un techo flotante. Estos tanques generalmente son cilindros grandes, hasta de 15 cm de altura y ms de 30 mm de dimetro con techos en forma de cono.
Para asegurar una operacin ininterrumpida el diseador proporciona generalmente una capacidad de aproximadamente 30 das de almacenamiento para las materias primas y los productos manufacturados.
Se pueden obtiener los valores mximos tpicos para recipientes:
Volumen (m3) 100000
Altura (m) 15
Dimetro (m) 90
Tiempo de Almacenamiento 30 das
Para un volumen mximo de almacenaje de producto es 60 m3 para 30 das, el costo del recipiente con techo cnico es: Cbm = Cp*Fbm
Fbm es 1.9 para acero inoxidable
El costo de compra es: Cbm = 5000*1.9 = $ 9500 dolares
Para almacenaje de reactivo se dispone de un tanque de igual capacidad y por tanto igual precio y un tanque de 20 m3 cuyo precio es de $ 5700 dolares.
10.7. Tanques de alta presin:
En muchas situaciones, el almacenamiento a baja presin no resulta prctico no deseable. En los tanques esfricos o con forma de bala se puede acomodar grandes presiones ya que tienen paredes ms gruesas.
Consideraciones prcticas y econmicas limitan el tamao de estas unidades muy por debajo de los tanques de presin atmosfrica. Con los gases, la densidad aumenta para proporcionar una capacidad mayor de almacenamiento a presin elevada. Los tanques cilndricos con extremos redondeados son menos costosos y por conveniencia de acceso generalmente estn orientados con el eje horizontal.
Para determinar el costo de los recipientes de alta presin en necesario determinar el volumen de almacenaje, el costo de compra es funcin del volumen, la presin y la forma.
En el recipiente se almacenaran 43307.985 mol de xido de etileno a una presin manomtrica de 17 bar en un recipiente de bala.
El volumen es entonces:
V = 60 m3
De la tabla 5 -61 (Ulrich) el costo del recipiente es: Cbm = Cp*Fbm
Cbm = 11000*2.1 = $ 23100 dlaresTolvas: Recipiente orientado verticalmente con una seccin transversal comnmente cuadrada y tiene la base en forma de cono invertido para la descarga de los slidos por gravedad.
El catalizador se depositar sobre una tolva que para volmenes de almacenaje menores a 80 m3 tiene un costo de compra incluyendo el factor del material (2.1) para acero inoxidable menor de $ 1000 dlares.
10.8. Mezclador sin movimiento
Datos necesarios para su especificacin: Consumo de energa, Carga de calor, Temperatura de entrada, Presin de entrada, Concentracin de entrada y salida.
Los mezcladores sin movimiento son dos positivos ingeniosos de tuberas que pueden subdividir y volver a cambiar los filamentos de lquido viscoso, suspensiones o pastas. El mezclador es una serie de aspas de metal o elementos similares insertados dentro de una seccin de tubera. La cada de presin tpica de un mezclador sin movimiento se encuentra alrededor de 0.01 bar, para la mayora de los lquidos.
A causa del capital, mantenimiento y costo de operacin bajos se han vuelto muy populares en otra clase de aplicaciones.
Se obtiene que para mezcladores sin movimiento los criterios y datos para el diseo preliminar son:
Intervalo de tamaos del equipo:
Dimetro del recipiente (m) 0.003-2
Longitud o altura del recipiente (m) 0.03-80
Flujo del fluido mezclado (Kg/s)
Gases 0.001-100
Lquidos 0.01-1000
Tiempo tpico de residencia (s) 0.02-5
Intervalo de viscosidades (Pa s) 0 1000
Adecuada para suspensin lquido lquido
Consumo de potencia: lquido - slido 0.001m 0.04
Incluyen la eficiencia
Para una tubera de 2.5 in se seleccion un mezclador de igual dimetro. Se determinar el costo de compra en funcin del dimetro y con un factor de 1.5 para acero al carbn.
El costo de compra es Cbm = $600*1.5 = $ 900 dolares
11. COSTO DE PERSONAL Y MANO DE OBRA.-
11.1. Balance de personal.-
El costo de mano de obra constituye uno de los principales tems de los costos de operacin de la industria. El estudio del proyecto requiere de la identificacin y cuantificacin del personal que se necesitar en la operacin, para determinar el costo de remuneraciones por perodo.
11.2. Otros costos de fbrica.-
11.3. ESTRUCTURA ORGANIZACIONAL
Ingresos totales por la venta del butilglicol por produccin de 4000 Kg por da lo que equivale a una venta por kilogramo de butilglicol de 5.25 USD, las ingresos alcanzan a 7560000 USD por ao.
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMN
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGA
INGENIERA QUIMICA
PLANTA DE PRODUCCIN DE BUTILGLICOL
MATERIA:
Diseo de Plantas QumicasNOMBRE
Gabriel Antonio Gonzales Ontiveros
DOCENTE:
Ing. BALDERRAMA IDIMA JOSE LUIS
FECHA:
13 de Diciembre de 2010
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