propuesta de mejora tecnológica en la recuperación de
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Recibido sept 2018 Aceptado enero 2019
e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 169
Propuesta de mejora tecnoloacutegica en la recuperacioacuten de azufre de la refineriacutea de petroacuteleo de Cienfuegos
Proposed technological improvement in the recovery of sulfur from the
Cienfuegos oil refinery
Ing Roxana Corteacutes-MartiacutenezI DrC Gabriel Orlando Lobelles-SardintildeasII
Dr C Eduardo Julio Loacutepez-BastidaIII
IDepartamento de Quiacutemica Universidad de Cienfuegos ldquoCarlos Rafael Rodriacuteguezrdquo
Cienfuegos Cuba IIRefineriacutea Cienfuegos SA Finca Carolina Cienfuegos Cuba III Centro de Estudios de Energiacutea y Medio Ambiente Universidad de Cienfuegos ldquoCarlos
Rafael Rodriacuteguezrdquo Cuba
globellescuvenpetrolcu
Resumen A pesar del tratamiento de sus residuales en la refineriacutea de petroacuteleo de Cienfuegos se vierten
elevadas cargas de contaminantes al medio ambiente Sin embargo la tecnologiacutea para la
eliminacioacuten del H2S que provoca dichas emisiones no es suficiente para lograr que las emisiones
gaseosas esteacuten dentro del marco regulatorio establecido Esta situacioacuten se agravaraacute por la
expansioacuten de la refineriacutea que preveacute la inclusioacuten de nuevas unidades de proceso con un
consiguiente aumento en las emisiones de residuales liacutequidos y gaseosos cuyo control implica
elevado costo de inversioacuten para unidades recuperadoras de azufre sin que se puedan recuperar
con facilidad debido al moderado precio de venta del azufre en el mercado y las restricciones
medioambientales muy riacutegidas respecto a las emisiones de contaminantes Esta investigacioacuten hace
una propuesta tecnoloacutegica de una torre empacada como despojador caacuteustico para el tratamiento
de los gases residuales en la unidad recuperadora de azufre que permita la sostenibilidad de dicho
proceso y el cumplimiento de las normas de emisiones La revisioacuten bibliograacutefica de las principales
tecnologiacuteas para la recuperacioacuten de azufre y de tratamiento para gases residuales fundamenta la
realizacioacuten del disentildeo de un despojador caacuteustico a partir de tres tipos de empaques diferentes
para analizar el maacutes factible Se realiza una evaluacioacuten econoacutemica para determinar cuaacutel de ellos
hace sostenible el proceso de recuperacioacuten de azufre Con esta propuesta se recupera un 998
de azufre elemental se reducen las emisiones atmosfeacutericas hasta 100 mgNm3 como SO2 y
disminuye la exposicioacuten de la poblacioacuten en general a las emanaciones gaseosas
Palabras clave despojador huacutemedo disentildeo emisiones
__________
Abstract Despite the treatment given to the wastes at Cienfuegos oil refinery there is a high level of
contaminant loads released to the environment The technology used for the H2S removal or
recovery is not sufficient to achieve the gaseous emissions to meet the established regulations
This situation is expected to increase with the refinery expansion that includes new process units
Along with that situation there are other elements that make the issue even more concerning
such as the high investment cost to purchase new sulphur recovery units the moderate price for
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the sulphur sales at the international market and the contaminants restrictions This research
proposes the inclusion of a caustic scrubber packaged tower for the treatment of the residual
gases as a proposal for the technological improvement of the sulphur recovery unit to allow such
process sustainability and achieving the emissions standards A bibliography review on the major
technologies for the sulphur recovery and residual gases treatment is made Then the caustic
scrubber is designed with the use of three types of packages as to analyze the most viable one
Afterwards an economical assessment is developed to determine which makes the sulphur
recovery process more sustainable This proposal allows obtaining an elementary sulphur
recovery of 99 8 the atmospheric emissions are reduced up to 100 mgNm3 as SO2 and the
population exposure to the gaseous emissions in general is reduced
Keywords wet scrubber design emissions
Introduccioacuten
Una gran parte del azufre (S) emitido a la atmoacutesfera se origina en forma de SO2
procedente de la descomposicioacuten de la materia orgaacutenica La combustioacuten de
combustibles foacutesiles que producen grandes cantidades de SO2 crea problemas
en el ecosistema que se encuentre en el recorrido de tales emisiones
Las emisiones mundiales anuales de SO2 se estiman en 200 millones de
toneladas casi la mitad procedente de fuentes industriales como la combustioacuten
de combustibles foacutesiles y la refinacioacuten metaluacutergica de minerales Cuando el SO2
gaseoso se combina con agua liacutequida se forma una solucioacuten acuosa diluida de
aacutecido sulfuacuterico (H2SO4) que es el componente principal de la lluvia aacutecida junto
con el aacutecido niacutetrico (HNO3) [1]
En el mundo el control de las emisiones a la atmoacutesfera se lleva a cabo por medio
de regulaciones federales para lo cual se han formulado acuerdos y normas en
materia ambiental cuyo objetivo es impedir que se emitan grandes cantidades
de estos contaminantes al aire Las regulaciones medio ambientales para
emisiones gaseosas cada vez maacutes estrictas requieren la inversioacuten de
complementos tecnoloacutegicos novedosos en ocasiones muy costosos pero cuya
adquisicioacuten es obligatoria en aras de cumplir con las regulaciones antes
mencionadas dentro de ellas se aplica con mayor eacutenfasis la norma IFC2007
del grupo de normas del Banco Mundial[2] En esta se especifica que el maacuteximo
de emisiones permisibles de NOX es 450 mgNm3 y de SOX es de 150 mgNm3
para las unidades de recuperacioacuten de azufre 500 para el resto de unidades asiacute
como 50 mgNm3 para partiacuteculas soacutelidas y 10 mgNm3 de H2S
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En la refineriacutea de petroacuteleo Camilo Cienfuegos en las actuales condiciones de
produccioacuten existe un elevado vertimiento de residuales liacutequidos y gaseosos con
un marcado impacto medioambiental [3] El nivel de emisiones gaseosas se ha
elevado a partir de los procesos de hidrofinacioacuten cuyas corrientes de productos
tienen en su composicioacuten un considerable contenido H2S Esta situacioacuten puede
incrementarse con el proyecto de expansioacuten de la refineriacutea con la unidad de
craqueo cataliacutetico [4] Sin embargo tanto la tecnologiacutea para recuperar azufre a
partir del H2S como la produccioacuten de azufre son muy costosas lo que hace poco
tentadora la opcioacuten de invertir en ese proceso [56]
Para darle solucioacuten a la problemaacutetica presentada es objetivo de este estudio
proponer un disentildeo de un depurador caacuteustico para implementar como mejora
tecnoloacutegica en la Unidad de Recuperacioacuten de Azufre (URA) que permita la
sostenibilidad del proceso de refinacioacuten y cumplan las normas de emisiones
sulfurosas
Fundamentacioacuten teoacuterica
Las unidades de procesos auxiliares basadas en diferentes tecnologiacuteas dentro
de los procesos de refinacioacuten se agrupan con el objetivo comuacuten de la proteccioacuten
medio ambiental Especiacuteficamente las que se relacionan con el tratamiento de
las corrientes sulfurosas trabajan en un circuito cerrado cuyo objetivo final es la
recuperacioacuten de azufre elemental como principal agente contaminante
El proceso Claus se utiliza en refineriacuteas y plantas de gas para la recuperacioacuten de
azufre elemental a partir del sulfuro de hidroacutegeno (H2S) contenido en los gases
aacutecidos que se producen durante la regeneracioacuten de aminas y los generados
durante el despojamiento de las aguas agrias del craqueo cataliacutetico y otros
procesos [78] Sin embargo la conversioacuten completa del H2S en azufre estaacute
impedida por limitaciones termodinaacutemicas de las reacciones que tienen lugar en
dicho proceso [9 10]
El proceso Claus implica la quema de una tercera parte de H2S con aire en un
horno-reactor para formar dioacutexido de azufre (SO2) seguacuten la siguiente ecuacioacuten
1198672119878(119892) +3
21198742(119892) rarr 1198781198742(119892) + 1198672119874(119892) = 560
kJ
mol HordmReaccioacuten (1)
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Los dos tercios restantes inquemados del H2S se someten a reaccioacuten Claus
(reaccionan con SO2) para formar azufre elemental por la ecuacioacuten
2 1198672119878(119892) + 1198781198742(119892) rarr3
21198782(119892) + 2 119867_2 119874(119892) = +47kJmol HordmReaccioacuten (2)
El H2S remanente del horno de Claus se hace reaccionar con SO2 a
temperaturas maacutes bajas sobre un catalizador en base de dioacutexido aluminio o
titanio para producir maacutes azufre por la siguiente ecuacioacuten
2 1198672119878(119892) + 1198781198742(119892) rarr3
81198788(119892) + 2 1198672119874(119892) = 108
kJ
mol HordmReaccioacuten (3)
Como promedio alrededor del 70 del H2S y el SO2 reacciona por la
ecuacioacuten (3)
En la etapa cataliacutetica que opera por encima de la temperatura de rociacuteo del azufre
y hasta aproximadamente 370 degC se produce principalmente S8 y es una
reaccioacuten exoteacutermica mientras que en la etapa teacutermica que opera por encima
de los 930 degC el S2 es el producto principal y la reaccioacuten es endoteacutermica La
reaccioacuten global seriacutea
31198672119878(119892) + 15 1198742(119892) rarr3
119899119878119899(119892) + 3 1198672119874(119892) HordmReaccioacuten = 626 kJmol (4)
En la URA convencional se logra una recuperacioacuten entre 94-96 del azufre
Para lograr mayor recuperacioacuten se adiciona un reactor de reduccioacuten para
convertir nuevamente en H2S los compuestos sulfurados presentes en el gas de
cola del proceso Claus seguacuten las siguientes ecuaciones
1198621198782(119892) + 2 1198672(119892) rarr 119862(119892) + 21198672119878(119892) (5)
119862119874119878(119892) + 1198672(119892) rarr 119862119874(119892) + 1198672119878(119892) (6)
1198621198782(119892) + 2 1198672119874(119892) rarr 1198621198742(119892) + 21198672119878(119892) (7)
119862119874119878(119892) + 1198672119874(119892) rarr 1198621198742(119892) + 1198672119878(119892) (8)
Los gases de H2S obtenidos anteriormente seraacuten enviados previo
despojamiento nuevamente al horno Claus (figura 1) lograacutendose de esta forma
una recuperacioacuten de 998 del azufre aproximadamente [11] No obstante a
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pesar de esta recuperacioacuten solo es posible cumplir las normas de referencia para
emisiones gaseosas controladas en el rango de 250 ndash 480 mgNm3
tales como [12 13] Sin embargo cuando se establecen normas maacutes
estrictas [2] se debe acudir a tecnologiacuteas adicionales para el tratamiento final de
efluentes gaseosos
Fig 1 Esquema tecnoloacutegico del proceso Claus con tratamiento del gas de cola
Tecnologiacuteas para el tratamiento de gases residuales
El control de las partiacuteculas (contaminantes fiacutesicos) se realiza principalmente
mediante procesos fiacutesicos que no comprenden un cambio en la naturaleza
quiacutemica del contaminante Sin embargo contaminantes como los oacutexidos de
azufre (contaminantes quiacutemicos) no se pueden capturar en forma econoacutemica
por medios fiacutesicos de manera que su control se da en gran parte por medios
quiacutemicos Para el tratamiento de gases residuales se utilizan fundamentalmente
dos meacutetodos la utilizacioacuten de aditivos DeSOx y DeNOx y el proceso de
desulfuracioacuten [1415]
Para el caso de estudio los efluentes generados por la adicioacuten del aditivo DeSOx
y DeNOx no tienen solucioacuten dentro de la planta de tratamiento de residuales
para ello seriacutea necesario activar un tratamiento bioloacutegico lo cual encarece dicho
tratamiento Se debe sentildealar que en la refineriacutea objeto de estudio no existe
tratamiento bioloacutegico
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La desulfuracioacuten es el proceso de eliminacioacuten del azufre de diferentes productos
industriales para evitar la contaminacioacuten o para cumplir con los estaacutendares de
calidad de dichos productos Tambieacuten conocido como hidrodesulfuracioacuten o HDS
este proceso quiacutemico reduce las emisiones de dioacutexido de azufre y los convierte
en aacutecido sulfuacuterico En la desulfuracioacuten con absorbentes se pasan los gases a
contracorriente con una solucioacuten finamente dividida del absorbente [16] La
seleccioacuten del depurador de gas dependeraacute de las caracteriacutesticas del proceso
operativo y el contaminante o contaminantes que estaacuten siendo eliminados
Desulfuracioacuten con cal o caliza se prepara una disolucioacuten de lechada de
cal o la caliza generando unas cantidades elevadas de residuos soacutelidos
que contienen sulfito y sulfato caacutelcico Se consiguen eficacias de
eliminacioacuten del 60 al 90 pero hay que tener en cuenta los problemas
de formacioacuten de costras y corrosioacuten de las torres
Desulfuracioacuten con solucioacuten de sosa se puede utilizar una disolucioacuten de
hidroacutexido de sodio o carbonato soacutedico para absorber SO2 obtenieacutendose
sulfatos solubles que se pueden recoger en balsas de evaporacioacuten
Habitualmente se utilizan concentraciones de 10 ndash 20 en la solucioacuten
alcalina dependiendo de los niveles de concentracioacuten de SO2 u otros
compuestos azufrados en el gas residual Los flujos de dicha solucioacuten
estaraacuten en correspondencia con los voluacutemenes de gases que se van a
tratar
Dispositivos de control de emisiones de SO2
Los dispositivos usados para eliminar contaminantes quiacutemicos son en general
muy parecidos a los usados para contaminantes fiacutesicos la diferencia radica en
que en alguna parte del proceso de captura se da una reaccioacuten quiacutemica Existe
variedad de estos dispositivos pero los maacutes usados son los sedimentadores por
gravedad separadores centriacutefugos y depuradores huacutemedos
Depuradores huacutemedos
Para la desulfuracioacuten se utilizan principalmente los depuradores huacutemedos Los
depuradores huacutemedos son dispositivos de control de la contaminacioacuten del aire
eficaces para la eliminacioacuten de partiacuteculas yo gases de escape de corrientes de
escape industriales [1] Algunos tipos de depuradores estaacuten disentildeados
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principalmente para eliminar partiacuteculas contaminantes (por ejemplo lavadores
Venturi) y otros estaacuten disentildeados para eliminar la mayoriacutea de gases
contaminantes o partiacuteculas solubles (por ejemplo las torres empacadas y torres
de bandejas) Los depuradores con lecho empacado tambieacuten llamados
depuradores huacutemedos o torres de absorcioacuten son piezas de equipos instalados
en las plantas de energiacutea para eliminar los gases seleccionados (y algunas veces
tambieacuten partiacuteculas) de humos de combustioacuten con el fin de cumplir con las normas
de emisioacuten [17]
En su aspecto esencial un depurador es un tanque vertical (torre) en el que el
gas y el flujo de liacutequido fluyen a contracorriente uno contra el otro la solucioacuten
liacutequida fluye hacia abajo mientras que las burbujas de gas hacia la parte superior
cada uno se traslada bajo la accioacuten de la gravedad
Para maximizar el contacto entre el liacutequido y el gas la torre tambieacuten estaacute llena
de un gran nuacutemero de pequentildeos objetos obligando a que el liacutequido se filtre
lentamente por caminos tortuosos y el gas a subir en pequentildeas burbujas Como
compiten el liacutequido y el gas por el espacio se produce un contacto muy iacutentimo
entre los dos y existe un aacuterea de contacto muy grande a traveacutes de la cual la
transferencia de especies quiacutemicas puede tener lugar seguacuten la ecuacioacuten (9) [18]
1198781198742(119892) + 2119873119886119874119867(119886119888) rarr 11987311988621198781198743 (119904) + 1198672119874(119897) (9)
El lavado en huacutemedo es un proceso de dos etapas siendo la primera etapa la
captura del gas contaminante corriente en el liacutequido y el segundo paso es la
separacioacuten de las gotas de liacutequido de lavado de la corriente de gas despueacutes de
salir del depurador Este paso es importante en la uacuteltima coleccioacuten de
contaminantes debido a que la mala separacioacuten del liacutequido causaraacute arrastre de
las gotitas que contienen el contaminante [19]
Teniendo la concentracioacuten de contaminante en la corriente de alimentacioacuten y las
condiciones de operacioacuten del sistema objeto de estudio se selecciona como
equipo de depuracioacuten para el caso particular de la URA una torre empacada
con una solucioacuten de hidroacutexido de sodio Dicha seleccioacuten obedece en primer
lugar a la disponibilidad del secuestrante que se va a utilizar y que es
suministrado por la unidad existente de preparacioacuten de reactivos quiacutemicos de la
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refineriacutea En segundo lugar por la posibilidad de un tratamiento posterior para el
residual resultante con una alta concentracioacuten de sulfito de sodio (Na2SO3) de
dicho proceso Este tratamiento se realizaraacute en la unidad existente de tratamiento
de sosa gastada (Spent Caustic SPC por sus siglas en ingleacutes)
Materiales y meacutetodos
Para el disentildeo del depurador caacuteustico se tomaron las caracteriacutesticas de disentildeo
de tres empaques diferentes anillos Rache monturas Intalox y monturas Berl
El material de estos empaques es ceraacutemica debido a la resistencia del mismo a
la corrosioacuten producida por la disolucioacuten utilizada en el proceso de absorcioacuten
Consideraciones iniciales para el disentildeo
Se considera que el gas y el liacutequido tienen aproximadamente las mismas
caracteriacutesticas del aire y del agua pues el gas tiene un alto porcentaje de
componentes baacutesicos del aire y ademaacutes la solucioacuten acuosa utilizada es lo
suficientemente diluida como para asumir que tiene propiedades del agua
El gas residual estaacute compuesto por dos componentes contaminanteaire
El contaminante es un solo compuesto presente en cantidades diluidas
SO2
Los efectos asociados al calor con la absorcioacuten son miacutenimos
A pesar de ser una absorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica el proceso no estaacute
limitado por la razoacuten de reaccioacuten pues la reaccioacuten del contaminante con
el solvente es raacutepida comparada con la razoacuten de absorcioacuten de este en el
solvente Ademaacutes seguacuten [20] los sistemas de absorcioacuten tales como el
SO2 en soluciones alcalinas operan bajo un estado conocido como
ldquocondicioacuten de transferencia de masa limitada por la fase gaseosardquo debido
a que estas reacciones por lo general son raacutepidas irreversibles y de
segundo orden Por tanto se puede asumir que la transferencia de masa
estaacute limitada por la fase gaseosa
La solucioacuten de NaOH es recirculado por tanto la solucioacuten de sosa y el
SO2 se estabilizan en condicioacuten de saturacioacuten (T = 80 C = 176 F) siendo
esta la temperatura de operacioacuten de la torre Como la solucioacuten de NaOH
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pasa a un sistema de tratamiento de residuos para eliminar los
contaminantes o los productos de la reaccioacuten y posteriormente se le
agrega solucioacuten de NaOH de reposicioacuten antes que la corriente de liacutequido
entre de nuevo a la columna entonces Xi 0
Como los cambios en el contenido de humedad son despreciables para
concentraciones diluidas encontradas tiacutepicamente en aplicaciones de
control de la contaminacioacuten el flujo de entrada del gas (Gi) se supone
igual al flujo de salida de gas del depurador (Go) ya que no hay
evaporacioacuten pues el gas estaacute saturado
El disentildeo se trabaja en el Sistema de Unidades Inglesas teniendo en cuenta que
la metodologiacutea utilizada desarrolla las ecuaciones en estas unidades aunque los
paraacutemetros de disentildeo maacutes importantes se dan tambieacuten en el Sistema
Internacional de Unidades (SIU) Para los caacutelculos se dan los datos iniciales en
estas unidades mostradas en la tabla 1
Tabla1
Datos iniciales del problema Paraacutemetros Valores
Flujo de gas entrando al depurador (Gi) 34 14457 ft3min Temperatura (T) 536 F
Contaminante SO2
Concentracioacuten del contaminante entrando (Yi) 170 ppmv
Eficiencia de remocioacuten () 42
Solvente Solucioacuten de sosa
Densidad del gas (g) 0039 lbft3
Peso molecular del gas (MWg) 29 lblbmol
Viscosidad del gas (g) 0068 lbft h
Difusividad del contaminante en el aire (Dg) 0678 ft2h
Densidad del liacutequido (l) 6218 lbft3
Peso molecular del liacutequido (MWl) 18 lblbmol
Viscosidad del liacutequido (l) 1931 lbft h
Difusividad del contaminante en el liacutequido (Dl) 0648 ft2h
Nota El por ciento de remocioacuten se determinoacute teniendo en cuenta que se quiere tener una concentracioacuten del contaminante del
flujo de gas de salida (Yo) de 100 partes por milloacuten en volumen (ppmv) como maacuteximo
Anaacutelisis de los resultados
Antes de comenzar el disentildeo se determina la cantidad de NaOH (mNaOH) que se
necesita estequiomeacutetricamente para neutralizar las cantidades deseadas de
contaminante
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1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
180 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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184 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 185
Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 187
Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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the sulphur sales at the international market and the contaminants restrictions This research
proposes the inclusion of a caustic scrubber packaged tower for the treatment of the residual
gases as a proposal for the technological improvement of the sulphur recovery unit to allow such
process sustainability and achieving the emissions standards A bibliography review on the major
technologies for the sulphur recovery and residual gases treatment is made Then the caustic
scrubber is designed with the use of three types of packages as to analyze the most viable one
Afterwards an economical assessment is developed to determine which makes the sulphur
recovery process more sustainable This proposal allows obtaining an elementary sulphur
recovery of 99 8 the atmospheric emissions are reduced up to 100 mgNm3 as SO2 and the
population exposure to the gaseous emissions in general is reduced
Keywords wet scrubber design emissions
Introduccioacuten
Una gran parte del azufre (S) emitido a la atmoacutesfera se origina en forma de SO2
procedente de la descomposicioacuten de la materia orgaacutenica La combustioacuten de
combustibles foacutesiles que producen grandes cantidades de SO2 crea problemas
en el ecosistema que se encuentre en el recorrido de tales emisiones
Las emisiones mundiales anuales de SO2 se estiman en 200 millones de
toneladas casi la mitad procedente de fuentes industriales como la combustioacuten
de combustibles foacutesiles y la refinacioacuten metaluacutergica de minerales Cuando el SO2
gaseoso se combina con agua liacutequida se forma una solucioacuten acuosa diluida de
aacutecido sulfuacuterico (H2SO4) que es el componente principal de la lluvia aacutecida junto
con el aacutecido niacutetrico (HNO3) [1]
En el mundo el control de las emisiones a la atmoacutesfera se lleva a cabo por medio
de regulaciones federales para lo cual se han formulado acuerdos y normas en
materia ambiental cuyo objetivo es impedir que se emitan grandes cantidades
de estos contaminantes al aire Las regulaciones medio ambientales para
emisiones gaseosas cada vez maacutes estrictas requieren la inversioacuten de
complementos tecnoloacutegicos novedosos en ocasiones muy costosos pero cuya
adquisicioacuten es obligatoria en aras de cumplir con las regulaciones antes
mencionadas dentro de ellas se aplica con mayor eacutenfasis la norma IFC2007
del grupo de normas del Banco Mundial[2] En esta se especifica que el maacuteximo
de emisiones permisibles de NOX es 450 mgNm3 y de SOX es de 150 mgNm3
para las unidades de recuperacioacuten de azufre 500 para el resto de unidades asiacute
como 50 mgNm3 para partiacuteculas soacutelidas y 10 mgNm3 de H2S
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En la refineriacutea de petroacuteleo Camilo Cienfuegos en las actuales condiciones de
produccioacuten existe un elevado vertimiento de residuales liacutequidos y gaseosos con
un marcado impacto medioambiental [3] El nivel de emisiones gaseosas se ha
elevado a partir de los procesos de hidrofinacioacuten cuyas corrientes de productos
tienen en su composicioacuten un considerable contenido H2S Esta situacioacuten puede
incrementarse con el proyecto de expansioacuten de la refineriacutea con la unidad de
craqueo cataliacutetico [4] Sin embargo tanto la tecnologiacutea para recuperar azufre a
partir del H2S como la produccioacuten de azufre son muy costosas lo que hace poco
tentadora la opcioacuten de invertir en ese proceso [56]
Para darle solucioacuten a la problemaacutetica presentada es objetivo de este estudio
proponer un disentildeo de un depurador caacuteustico para implementar como mejora
tecnoloacutegica en la Unidad de Recuperacioacuten de Azufre (URA) que permita la
sostenibilidad del proceso de refinacioacuten y cumplan las normas de emisiones
sulfurosas
Fundamentacioacuten teoacuterica
Las unidades de procesos auxiliares basadas en diferentes tecnologiacuteas dentro
de los procesos de refinacioacuten se agrupan con el objetivo comuacuten de la proteccioacuten
medio ambiental Especiacuteficamente las que se relacionan con el tratamiento de
las corrientes sulfurosas trabajan en un circuito cerrado cuyo objetivo final es la
recuperacioacuten de azufre elemental como principal agente contaminante
El proceso Claus se utiliza en refineriacuteas y plantas de gas para la recuperacioacuten de
azufre elemental a partir del sulfuro de hidroacutegeno (H2S) contenido en los gases
aacutecidos que se producen durante la regeneracioacuten de aminas y los generados
durante el despojamiento de las aguas agrias del craqueo cataliacutetico y otros
procesos [78] Sin embargo la conversioacuten completa del H2S en azufre estaacute
impedida por limitaciones termodinaacutemicas de las reacciones que tienen lugar en
dicho proceso [9 10]
El proceso Claus implica la quema de una tercera parte de H2S con aire en un
horno-reactor para formar dioacutexido de azufre (SO2) seguacuten la siguiente ecuacioacuten
1198672119878(119892) +3
21198742(119892) rarr 1198781198742(119892) + 1198672119874(119892) = 560
kJ
mol HordmReaccioacuten (1)
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Los dos tercios restantes inquemados del H2S se someten a reaccioacuten Claus
(reaccionan con SO2) para formar azufre elemental por la ecuacioacuten
2 1198672119878(119892) + 1198781198742(119892) rarr3
21198782(119892) + 2 119867_2 119874(119892) = +47kJmol HordmReaccioacuten (2)
El H2S remanente del horno de Claus se hace reaccionar con SO2 a
temperaturas maacutes bajas sobre un catalizador en base de dioacutexido aluminio o
titanio para producir maacutes azufre por la siguiente ecuacioacuten
2 1198672119878(119892) + 1198781198742(119892) rarr3
81198788(119892) + 2 1198672119874(119892) = 108
kJ
mol HordmReaccioacuten (3)
Como promedio alrededor del 70 del H2S y el SO2 reacciona por la
ecuacioacuten (3)
En la etapa cataliacutetica que opera por encima de la temperatura de rociacuteo del azufre
y hasta aproximadamente 370 degC se produce principalmente S8 y es una
reaccioacuten exoteacutermica mientras que en la etapa teacutermica que opera por encima
de los 930 degC el S2 es el producto principal y la reaccioacuten es endoteacutermica La
reaccioacuten global seriacutea
31198672119878(119892) + 15 1198742(119892) rarr3
119899119878119899(119892) + 3 1198672119874(119892) HordmReaccioacuten = 626 kJmol (4)
En la URA convencional se logra una recuperacioacuten entre 94-96 del azufre
Para lograr mayor recuperacioacuten se adiciona un reactor de reduccioacuten para
convertir nuevamente en H2S los compuestos sulfurados presentes en el gas de
cola del proceso Claus seguacuten las siguientes ecuaciones
1198621198782(119892) + 2 1198672(119892) rarr 119862(119892) + 21198672119878(119892) (5)
119862119874119878(119892) + 1198672(119892) rarr 119862119874(119892) + 1198672119878(119892) (6)
1198621198782(119892) + 2 1198672119874(119892) rarr 1198621198742(119892) + 21198672119878(119892) (7)
119862119874119878(119892) + 1198672119874(119892) rarr 1198621198742(119892) + 1198672119878(119892) (8)
Los gases de H2S obtenidos anteriormente seraacuten enviados previo
despojamiento nuevamente al horno Claus (figura 1) lograacutendose de esta forma
una recuperacioacuten de 998 del azufre aproximadamente [11] No obstante a
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pesar de esta recuperacioacuten solo es posible cumplir las normas de referencia para
emisiones gaseosas controladas en el rango de 250 ndash 480 mgNm3
tales como [12 13] Sin embargo cuando se establecen normas maacutes
estrictas [2] se debe acudir a tecnologiacuteas adicionales para el tratamiento final de
efluentes gaseosos
Fig 1 Esquema tecnoloacutegico del proceso Claus con tratamiento del gas de cola
Tecnologiacuteas para el tratamiento de gases residuales
El control de las partiacuteculas (contaminantes fiacutesicos) se realiza principalmente
mediante procesos fiacutesicos que no comprenden un cambio en la naturaleza
quiacutemica del contaminante Sin embargo contaminantes como los oacutexidos de
azufre (contaminantes quiacutemicos) no se pueden capturar en forma econoacutemica
por medios fiacutesicos de manera que su control se da en gran parte por medios
quiacutemicos Para el tratamiento de gases residuales se utilizan fundamentalmente
dos meacutetodos la utilizacioacuten de aditivos DeSOx y DeNOx y el proceso de
desulfuracioacuten [1415]
Para el caso de estudio los efluentes generados por la adicioacuten del aditivo DeSOx
y DeNOx no tienen solucioacuten dentro de la planta de tratamiento de residuales
para ello seriacutea necesario activar un tratamiento bioloacutegico lo cual encarece dicho
tratamiento Se debe sentildealar que en la refineriacutea objeto de estudio no existe
tratamiento bioloacutegico
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La desulfuracioacuten es el proceso de eliminacioacuten del azufre de diferentes productos
industriales para evitar la contaminacioacuten o para cumplir con los estaacutendares de
calidad de dichos productos Tambieacuten conocido como hidrodesulfuracioacuten o HDS
este proceso quiacutemico reduce las emisiones de dioacutexido de azufre y los convierte
en aacutecido sulfuacuterico En la desulfuracioacuten con absorbentes se pasan los gases a
contracorriente con una solucioacuten finamente dividida del absorbente [16] La
seleccioacuten del depurador de gas dependeraacute de las caracteriacutesticas del proceso
operativo y el contaminante o contaminantes que estaacuten siendo eliminados
Desulfuracioacuten con cal o caliza se prepara una disolucioacuten de lechada de
cal o la caliza generando unas cantidades elevadas de residuos soacutelidos
que contienen sulfito y sulfato caacutelcico Se consiguen eficacias de
eliminacioacuten del 60 al 90 pero hay que tener en cuenta los problemas
de formacioacuten de costras y corrosioacuten de las torres
Desulfuracioacuten con solucioacuten de sosa se puede utilizar una disolucioacuten de
hidroacutexido de sodio o carbonato soacutedico para absorber SO2 obtenieacutendose
sulfatos solubles que se pueden recoger en balsas de evaporacioacuten
Habitualmente se utilizan concentraciones de 10 ndash 20 en la solucioacuten
alcalina dependiendo de los niveles de concentracioacuten de SO2 u otros
compuestos azufrados en el gas residual Los flujos de dicha solucioacuten
estaraacuten en correspondencia con los voluacutemenes de gases que se van a
tratar
Dispositivos de control de emisiones de SO2
Los dispositivos usados para eliminar contaminantes quiacutemicos son en general
muy parecidos a los usados para contaminantes fiacutesicos la diferencia radica en
que en alguna parte del proceso de captura se da una reaccioacuten quiacutemica Existe
variedad de estos dispositivos pero los maacutes usados son los sedimentadores por
gravedad separadores centriacutefugos y depuradores huacutemedos
Depuradores huacutemedos
Para la desulfuracioacuten se utilizan principalmente los depuradores huacutemedos Los
depuradores huacutemedos son dispositivos de control de la contaminacioacuten del aire
eficaces para la eliminacioacuten de partiacuteculas yo gases de escape de corrientes de
escape industriales [1] Algunos tipos de depuradores estaacuten disentildeados
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principalmente para eliminar partiacuteculas contaminantes (por ejemplo lavadores
Venturi) y otros estaacuten disentildeados para eliminar la mayoriacutea de gases
contaminantes o partiacuteculas solubles (por ejemplo las torres empacadas y torres
de bandejas) Los depuradores con lecho empacado tambieacuten llamados
depuradores huacutemedos o torres de absorcioacuten son piezas de equipos instalados
en las plantas de energiacutea para eliminar los gases seleccionados (y algunas veces
tambieacuten partiacuteculas) de humos de combustioacuten con el fin de cumplir con las normas
de emisioacuten [17]
En su aspecto esencial un depurador es un tanque vertical (torre) en el que el
gas y el flujo de liacutequido fluyen a contracorriente uno contra el otro la solucioacuten
liacutequida fluye hacia abajo mientras que las burbujas de gas hacia la parte superior
cada uno se traslada bajo la accioacuten de la gravedad
Para maximizar el contacto entre el liacutequido y el gas la torre tambieacuten estaacute llena
de un gran nuacutemero de pequentildeos objetos obligando a que el liacutequido se filtre
lentamente por caminos tortuosos y el gas a subir en pequentildeas burbujas Como
compiten el liacutequido y el gas por el espacio se produce un contacto muy iacutentimo
entre los dos y existe un aacuterea de contacto muy grande a traveacutes de la cual la
transferencia de especies quiacutemicas puede tener lugar seguacuten la ecuacioacuten (9) [18]
1198781198742(119892) + 2119873119886119874119867(119886119888) rarr 11987311988621198781198743 (119904) + 1198672119874(119897) (9)
El lavado en huacutemedo es un proceso de dos etapas siendo la primera etapa la
captura del gas contaminante corriente en el liacutequido y el segundo paso es la
separacioacuten de las gotas de liacutequido de lavado de la corriente de gas despueacutes de
salir del depurador Este paso es importante en la uacuteltima coleccioacuten de
contaminantes debido a que la mala separacioacuten del liacutequido causaraacute arrastre de
las gotitas que contienen el contaminante [19]
Teniendo la concentracioacuten de contaminante en la corriente de alimentacioacuten y las
condiciones de operacioacuten del sistema objeto de estudio se selecciona como
equipo de depuracioacuten para el caso particular de la URA una torre empacada
con una solucioacuten de hidroacutexido de sodio Dicha seleccioacuten obedece en primer
lugar a la disponibilidad del secuestrante que se va a utilizar y que es
suministrado por la unidad existente de preparacioacuten de reactivos quiacutemicos de la
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176 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
refineriacutea En segundo lugar por la posibilidad de un tratamiento posterior para el
residual resultante con una alta concentracioacuten de sulfito de sodio (Na2SO3) de
dicho proceso Este tratamiento se realizaraacute en la unidad existente de tratamiento
de sosa gastada (Spent Caustic SPC por sus siglas en ingleacutes)
Materiales y meacutetodos
Para el disentildeo del depurador caacuteustico se tomaron las caracteriacutesticas de disentildeo
de tres empaques diferentes anillos Rache monturas Intalox y monturas Berl
El material de estos empaques es ceraacutemica debido a la resistencia del mismo a
la corrosioacuten producida por la disolucioacuten utilizada en el proceso de absorcioacuten
Consideraciones iniciales para el disentildeo
Se considera que el gas y el liacutequido tienen aproximadamente las mismas
caracteriacutesticas del aire y del agua pues el gas tiene un alto porcentaje de
componentes baacutesicos del aire y ademaacutes la solucioacuten acuosa utilizada es lo
suficientemente diluida como para asumir que tiene propiedades del agua
El gas residual estaacute compuesto por dos componentes contaminanteaire
El contaminante es un solo compuesto presente en cantidades diluidas
SO2
Los efectos asociados al calor con la absorcioacuten son miacutenimos
A pesar de ser una absorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica el proceso no estaacute
limitado por la razoacuten de reaccioacuten pues la reaccioacuten del contaminante con
el solvente es raacutepida comparada con la razoacuten de absorcioacuten de este en el
solvente Ademaacutes seguacuten [20] los sistemas de absorcioacuten tales como el
SO2 en soluciones alcalinas operan bajo un estado conocido como
ldquocondicioacuten de transferencia de masa limitada por la fase gaseosardquo debido
a que estas reacciones por lo general son raacutepidas irreversibles y de
segundo orden Por tanto se puede asumir que la transferencia de masa
estaacute limitada por la fase gaseosa
La solucioacuten de NaOH es recirculado por tanto la solucioacuten de sosa y el
SO2 se estabilizan en condicioacuten de saturacioacuten (T = 80 C = 176 F) siendo
esta la temperatura de operacioacuten de la torre Como la solucioacuten de NaOH
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pasa a un sistema de tratamiento de residuos para eliminar los
contaminantes o los productos de la reaccioacuten y posteriormente se le
agrega solucioacuten de NaOH de reposicioacuten antes que la corriente de liacutequido
entre de nuevo a la columna entonces Xi 0
Como los cambios en el contenido de humedad son despreciables para
concentraciones diluidas encontradas tiacutepicamente en aplicaciones de
control de la contaminacioacuten el flujo de entrada del gas (Gi) se supone
igual al flujo de salida de gas del depurador (Go) ya que no hay
evaporacioacuten pues el gas estaacute saturado
El disentildeo se trabaja en el Sistema de Unidades Inglesas teniendo en cuenta que
la metodologiacutea utilizada desarrolla las ecuaciones en estas unidades aunque los
paraacutemetros de disentildeo maacutes importantes se dan tambieacuten en el Sistema
Internacional de Unidades (SIU) Para los caacutelculos se dan los datos iniciales en
estas unidades mostradas en la tabla 1
Tabla1
Datos iniciales del problema Paraacutemetros Valores
Flujo de gas entrando al depurador (Gi) 34 14457 ft3min Temperatura (T) 536 F
Contaminante SO2
Concentracioacuten del contaminante entrando (Yi) 170 ppmv
Eficiencia de remocioacuten () 42
Solvente Solucioacuten de sosa
Densidad del gas (g) 0039 lbft3
Peso molecular del gas (MWg) 29 lblbmol
Viscosidad del gas (g) 0068 lbft h
Difusividad del contaminante en el aire (Dg) 0678 ft2h
Densidad del liacutequido (l) 6218 lbft3
Peso molecular del liacutequido (MWl) 18 lblbmol
Viscosidad del liacutequido (l) 1931 lbft h
Difusividad del contaminante en el liacutequido (Dl) 0648 ft2h
Nota El por ciento de remocioacuten se determinoacute teniendo en cuenta que se quiere tener una concentracioacuten del contaminante del
flujo de gas de salida (Yo) de 100 partes por milloacuten en volumen (ppmv) como maacuteximo
Anaacutelisis de los resultados
Antes de comenzar el disentildeo se determina la cantidad de NaOH (mNaOH) que se
necesita estequiomeacutetricamente para neutralizar las cantidades deseadas de
contaminante
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178 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
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180 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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184 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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En la refineriacutea de petroacuteleo Camilo Cienfuegos en las actuales condiciones de
produccioacuten existe un elevado vertimiento de residuales liacutequidos y gaseosos con
un marcado impacto medioambiental [3] El nivel de emisiones gaseosas se ha
elevado a partir de los procesos de hidrofinacioacuten cuyas corrientes de productos
tienen en su composicioacuten un considerable contenido H2S Esta situacioacuten puede
incrementarse con el proyecto de expansioacuten de la refineriacutea con la unidad de
craqueo cataliacutetico [4] Sin embargo tanto la tecnologiacutea para recuperar azufre a
partir del H2S como la produccioacuten de azufre son muy costosas lo que hace poco
tentadora la opcioacuten de invertir en ese proceso [56]
Para darle solucioacuten a la problemaacutetica presentada es objetivo de este estudio
proponer un disentildeo de un depurador caacuteustico para implementar como mejora
tecnoloacutegica en la Unidad de Recuperacioacuten de Azufre (URA) que permita la
sostenibilidad del proceso de refinacioacuten y cumplan las normas de emisiones
sulfurosas
Fundamentacioacuten teoacuterica
Las unidades de procesos auxiliares basadas en diferentes tecnologiacuteas dentro
de los procesos de refinacioacuten se agrupan con el objetivo comuacuten de la proteccioacuten
medio ambiental Especiacuteficamente las que se relacionan con el tratamiento de
las corrientes sulfurosas trabajan en un circuito cerrado cuyo objetivo final es la
recuperacioacuten de azufre elemental como principal agente contaminante
El proceso Claus se utiliza en refineriacuteas y plantas de gas para la recuperacioacuten de
azufre elemental a partir del sulfuro de hidroacutegeno (H2S) contenido en los gases
aacutecidos que se producen durante la regeneracioacuten de aminas y los generados
durante el despojamiento de las aguas agrias del craqueo cataliacutetico y otros
procesos [78] Sin embargo la conversioacuten completa del H2S en azufre estaacute
impedida por limitaciones termodinaacutemicas de las reacciones que tienen lugar en
dicho proceso [9 10]
El proceso Claus implica la quema de una tercera parte de H2S con aire en un
horno-reactor para formar dioacutexido de azufre (SO2) seguacuten la siguiente ecuacioacuten
1198672119878(119892) +3
21198742(119892) rarr 1198781198742(119892) + 1198672119874(119892) = 560
kJ
mol HordmReaccioacuten (1)
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172 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Los dos tercios restantes inquemados del H2S se someten a reaccioacuten Claus
(reaccionan con SO2) para formar azufre elemental por la ecuacioacuten
2 1198672119878(119892) + 1198781198742(119892) rarr3
21198782(119892) + 2 119867_2 119874(119892) = +47kJmol HordmReaccioacuten (2)
El H2S remanente del horno de Claus se hace reaccionar con SO2 a
temperaturas maacutes bajas sobre un catalizador en base de dioacutexido aluminio o
titanio para producir maacutes azufre por la siguiente ecuacioacuten
2 1198672119878(119892) + 1198781198742(119892) rarr3
81198788(119892) + 2 1198672119874(119892) = 108
kJ
mol HordmReaccioacuten (3)
Como promedio alrededor del 70 del H2S y el SO2 reacciona por la
ecuacioacuten (3)
En la etapa cataliacutetica que opera por encima de la temperatura de rociacuteo del azufre
y hasta aproximadamente 370 degC se produce principalmente S8 y es una
reaccioacuten exoteacutermica mientras que en la etapa teacutermica que opera por encima
de los 930 degC el S2 es el producto principal y la reaccioacuten es endoteacutermica La
reaccioacuten global seriacutea
31198672119878(119892) + 15 1198742(119892) rarr3
119899119878119899(119892) + 3 1198672119874(119892) HordmReaccioacuten = 626 kJmol (4)
En la URA convencional se logra una recuperacioacuten entre 94-96 del azufre
Para lograr mayor recuperacioacuten se adiciona un reactor de reduccioacuten para
convertir nuevamente en H2S los compuestos sulfurados presentes en el gas de
cola del proceso Claus seguacuten las siguientes ecuaciones
1198621198782(119892) + 2 1198672(119892) rarr 119862(119892) + 21198672119878(119892) (5)
119862119874119878(119892) + 1198672(119892) rarr 119862119874(119892) + 1198672119878(119892) (6)
1198621198782(119892) + 2 1198672119874(119892) rarr 1198621198742(119892) + 21198672119878(119892) (7)
119862119874119878(119892) + 1198672119874(119892) rarr 1198621198742(119892) + 1198672119878(119892) (8)
Los gases de H2S obtenidos anteriormente seraacuten enviados previo
despojamiento nuevamente al horno Claus (figura 1) lograacutendose de esta forma
una recuperacioacuten de 998 del azufre aproximadamente [11] No obstante a
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pesar de esta recuperacioacuten solo es posible cumplir las normas de referencia para
emisiones gaseosas controladas en el rango de 250 ndash 480 mgNm3
tales como [12 13] Sin embargo cuando se establecen normas maacutes
estrictas [2] se debe acudir a tecnologiacuteas adicionales para el tratamiento final de
efluentes gaseosos
Fig 1 Esquema tecnoloacutegico del proceso Claus con tratamiento del gas de cola
Tecnologiacuteas para el tratamiento de gases residuales
El control de las partiacuteculas (contaminantes fiacutesicos) se realiza principalmente
mediante procesos fiacutesicos que no comprenden un cambio en la naturaleza
quiacutemica del contaminante Sin embargo contaminantes como los oacutexidos de
azufre (contaminantes quiacutemicos) no se pueden capturar en forma econoacutemica
por medios fiacutesicos de manera que su control se da en gran parte por medios
quiacutemicos Para el tratamiento de gases residuales se utilizan fundamentalmente
dos meacutetodos la utilizacioacuten de aditivos DeSOx y DeNOx y el proceso de
desulfuracioacuten [1415]
Para el caso de estudio los efluentes generados por la adicioacuten del aditivo DeSOx
y DeNOx no tienen solucioacuten dentro de la planta de tratamiento de residuales
para ello seriacutea necesario activar un tratamiento bioloacutegico lo cual encarece dicho
tratamiento Se debe sentildealar que en la refineriacutea objeto de estudio no existe
tratamiento bioloacutegico
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La desulfuracioacuten es el proceso de eliminacioacuten del azufre de diferentes productos
industriales para evitar la contaminacioacuten o para cumplir con los estaacutendares de
calidad de dichos productos Tambieacuten conocido como hidrodesulfuracioacuten o HDS
este proceso quiacutemico reduce las emisiones de dioacutexido de azufre y los convierte
en aacutecido sulfuacuterico En la desulfuracioacuten con absorbentes se pasan los gases a
contracorriente con una solucioacuten finamente dividida del absorbente [16] La
seleccioacuten del depurador de gas dependeraacute de las caracteriacutesticas del proceso
operativo y el contaminante o contaminantes que estaacuten siendo eliminados
Desulfuracioacuten con cal o caliza se prepara una disolucioacuten de lechada de
cal o la caliza generando unas cantidades elevadas de residuos soacutelidos
que contienen sulfito y sulfato caacutelcico Se consiguen eficacias de
eliminacioacuten del 60 al 90 pero hay que tener en cuenta los problemas
de formacioacuten de costras y corrosioacuten de las torres
Desulfuracioacuten con solucioacuten de sosa se puede utilizar una disolucioacuten de
hidroacutexido de sodio o carbonato soacutedico para absorber SO2 obtenieacutendose
sulfatos solubles que se pueden recoger en balsas de evaporacioacuten
Habitualmente se utilizan concentraciones de 10 ndash 20 en la solucioacuten
alcalina dependiendo de los niveles de concentracioacuten de SO2 u otros
compuestos azufrados en el gas residual Los flujos de dicha solucioacuten
estaraacuten en correspondencia con los voluacutemenes de gases que se van a
tratar
Dispositivos de control de emisiones de SO2
Los dispositivos usados para eliminar contaminantes quiacutemicos son en general
muy parecidos a los usados para contaminantes fiacutesicos la diferencia radica en
que en alguna parte del proceso de captura se da una reaccioacuten quiacutemica Existe
variedad de estos dispositivos pero los maacutes usados son los sedimentadores por
gravedad separadores centriacutefugos y depuradores huacutemedos
Depuradores huacutemedos
Para la desulfuracioacuten se utilizan principalmente los depuradores huacutemedos Los
depuradores huacutemedos son dispositivos de control de la contaminacioacuten del aire
eficaces para la eliminacioacuten de partiacuteculas yo gases de escape de corrientes de
escape industriales [1] Algunos tipos de depuradores estaacuten disentildeados
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principalmente para eliminar partiacuteculas contaminantes (por ejemplo lavadores
Venturi) y otros estaacuten disentildeados para eliminar la mayoriacutea de gases
contaminantes o partiacuteculas solubles (por ejemplo las torres empacadas y torres
de bandejas) Los depuradores con lecho empacado tambieacuten llamados
depuradores huacutemedos o torres de absorcioacuten son piezas de equipos instalados
en las plantas de energiacutea para eliminar los gases seleccionados (y algunas veces
tambieacuten partiacuteculas) de humos de combustioacuten con el fin de cumplir con las normas
de emisioacuten [17]
En su aspecto esencial un depurador es un tanque vertical (torre) en el que el
gas y el flujo de liacutequido fluyen a contracorriente uno contra el otro la solucioacuten
liacutequida fluye hacia abajo mientras que las burbujas de gas hacia la parte superior
cada uno se traslada bajo la accioacuten de la gravedad
Para maximizar el contacto entre el liacutequido y el gas la torre tambieacuten estaacute llena
de un gran nuacutemero de pequentildeos objetos obligando a que el liacutequido se filtre
lentamente por caminos tortuosos y el gas a subir en pequentildeas burbujas Como
compiten el liacutequido y el gas por el espacio se produce un contacto muy iacutentimo
entre los dos y existe un aacuterea de contacto muy grande a traveacutes de la cual la
transferencia de especies quiacutemicas puede tener lugar seguacuten la ecuacioacuten (9) [18]
1198781198742(119892) + 2119873119886119874119867(119886119888) rarr 11987311988621198781198743 (119904) + 1198672119874(119897) (9)
El lavado en huacutemedo es un proceso de dos etapas siendo la primera etapa la
captura del gas contaminante corriente en el liacutequido y el segundo paso es la
separacioacuten de las gotas de liacutequido de lavado de la corriente de gas despueacutes de
salir del depurador Este paso es importante en la uacuteltima coleccioacuten de
contaminantes debido a que la mala separacioacuten del liacutequido causaraacute arrastre de
las gotitas que contienen el contaminante [19]
Teniendo la concentracioacuten de contaminante en la corriente de alimentacioacuten y las
condiciones de operacioacuten del sistema objeto de estudio se selecciona como
equipo de depuracioacuten para el caso particular de la URA una torre empacada
con una solucioacuten de hidroacutexido de sodio Dicha seleccioacuten obedece en primer
lugar a la disponibilidad del secuestrante que se va a utilizar y que es
suministrado por la unidad existente de preparacioacuten de reactivos quiacutemicos de la
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refineriacutea En segundo lugar por la posibilidad de un tratamiento posterior para el
residual resultante con una alta concentracioacuten de sulfito de sodio (Na2SO3) de
dicho proceso Este tratamiento se realizaraacute en la unidad existente de tratamiento
de sosa gastada (Spent Caustic SPC por sus siglas en ingleacutes)
Materiales y meacutetodos
Para el disentildeo del depurador caacuteustico se tomaron las caracteriacutesticas de disentildeo
de tres empaques diferentes anillos Rache monturas Intalox y monturas Berl
El material de estos empaques es ceraacutemica debido a la resistencia del mismo a
la corrosioacuten producida por la disolucioacuten utilizada en el proceso de absorcioacuten
Consideraciones iniciales para el disentildeo
Se considera que el gas y el liacutequido tienen aproximadamente las mismas
caracteriacutesticas del aire y del agua pues el gas tiene un alto porcentaje de
componentes baacutesicos del aire y ademaacutes la solucioacuten acuosa utilizada es lo
suficientemente diluida como para asumir que tiene propiedades del agua
El gas residual estaacute compuesto por dos componentes contaminanteaire
El contaminante es un solo compuesto presente en cantidades diluidas
SO2
Los efectos asociados al calor con la absorcioacuten son miacutenimos
A pesar de ser una absorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica el proceso no estaacute
limitado por la razoacuten de reaccioacuten pues la reaccioacuten del contaminante con
el solvente es raacutepida comparada con la razoacuten de absorcioacuten de este en el
solvente Ademaacutes seguacuten [20] los sistemas de absorcioacuten tales como el
SO2 en soluciones alcalinas operan bajo un estado conocido como
ldquocondicioacuten de transferencia de masa limitada por la fase gaseosardquo debido
a que estas reacciones por lo general son raacutepidas irreversibles y de
segundo orden Por tanto se puede asumir que la transferencia de masa
estaacute limitada por la fase gaseosa
La solucioacuten de NaOH es recirculado por tanto la solucioacuten de sosa y el
SO2 se estabilizan en condicioacuten de saturacioacuten (T = 80 C = 176 F) siendo
esta la temperatura de operacioacuten de la torre Como la solucioacuten de NaOH
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pasa a un sistema de tratamiento de residuos para eliminar los
contaminantes o los productos de la reaccioacuten y posteriormente se le
agrega solucioacuten de NaOH de reposicioacuten antes que la corriente de liacutequido
entre de nuevo a la columna entonces Xi 0
Como los cambios en el contenido de humedad son despreciables para
concentraciones diluidas encontradas tiacutepicamente en aplicaciones de
control de la contaminacioacuten el flujo de entrada del gas (Gi) se supone
igual al flujo de salida de gas del depurador (Go) ya que no hay
evaporacioacuten pues el gas estaacute saturado
El disentildeo se trabaja en el Sistema de Unidades Inglesas teniendo en cuenta que
la metodologiacutea utilizada desarrolla las ecuaciones en estas unidades aunque los
paraacutemetros de disentildeo maacutes importantes se dan tambieacuten en el Sistema
Internacional de Unidades (SIU) Para los caacutelculos se dan los datos iniciales en
estas unidades mostradas en la tabla 1
Tabla1
Datos iniciales del problema Paraacutemetros Valores
Flujo de gas entrando al depurador (Gi) 34 14457 ft3min Temperatura (T) 536 F
Contaminante SO2
Concentracioacuten del contaminante entrando (Yi) 170 ppmv
Eficiencia de remocioacuten () 42
Solvente Solucioacuten de sosa
Densidad del gas (g) 0039 lbft3
Peso molecular del gas (MWg) 29 lblbmol
Viscosidad del gas (g) 0068 lbft h
Difusividad del contaminante en el aire (Dg) 0678 ft2h
Densidad del liacutequido (l) 6218 lbft3
Peso molecular del liacutequido (MWl) 18 lblbmol
Viscosidad del liacutequido (l) 1931 lbft h
Difusividad del contaminante en el liacutequido (Dl) 0648 ft2h
Nota El por ciento de remocioacuten se determinoacute teniendo en cuenta que se quiere tener una concentracioacuten del contaminante del
flujo de gas de salida (Yo) de 100 partes por milloacuten en volumen (ppmv) como maacuteximo
Anaacutelisis de los resultados
Antes de comenzar el disentildeo se determina la cantidad de NaOH (mNaOH) que se
necesita estequiomeacutetricamente para neutralizar las cantidades deseadas de
contaminante
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1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
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119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
182 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 183
Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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188 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
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Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 195
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
196 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
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172 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Los dos tercios restantes inquemados del H2S se someten a reaccioacuten Claus
(reaccionan con SO2) para formar azufre elemental por la ecuacioacuten
2 1198672119878(119892) + 1198781198742(119892) rarr3
21198782(119892) + 2 119867_2 119874(119892) = +47kJmol HordmReaccioacuten (2)
El H2S remanente del horno de Claus se hace reaccionar con SO2 a
temperaturas maacutes bajas sobre un catalizador en base de dioacutexido aluminio o
titanio para producir maacutes azufre por la siguiente ecuacioacuten
2 1198672119878(119892) + 1198781198742(119892) rarr3
81198788(119892) + 2 1198672119874(119892) = 108
kJ
mol HordmReaccioacuten (3)
Como promedio alrededor del 70 del H2S y el SO2 reacciona por la
ecuacioacuten (3)
En la etapa cataliacutetica que opera por encima de la temperatura de rociacuteo del azufre
y hasta aproximadamente 370 degC se produce principalmente S8 y es una
reaccioacuten exoteacutermica mientras que en la etapa teacutermica que opera por encima
de los 930 degC el S2 es el producto principal y la reaccioacuten es endoteacutermica La
reaccioacuten global seriacutea
31198672119878(119892) + 15 1198742(119892) rarr3
119899119878119899(119892) + 3 1198672119874(119892) HordmReaccioacuten = 626 kJmol (4)
En la URA convencional se logra una recuperacioacuten entre 94-96 del azufre
Para lograr mayor recuperacioacuten se adiciona un reactor de reduccioacuten para
convertir nuevamente en H2S los compuestos sulfurados presentes en el gas de
cola del proceso Claus seguacuten las siguientes ecuaciones
1198621198782(119892) + 2 1198672(119892) rarr 119862(119892) + 21198672119878(119892) (5)
119862119874119878(119892) + 1198672(119892) rarr 119862119874(119892) + 1198672119878(119892) (6)
1198621198782(119892) + 2 1198672119874(119892) rarr 1198621198742(119892) + 21198672119878(119892) (7)
119862119874119878(119892) + 1198672119874(119892) rarr 1198621198742(119892) + 1198672119878(119892) (8)
Los gases de H2S obtenidos anteriormente seraacuten enviados previo
despojamiento nuevamente al horno Claus (figura 1) lograacutendose de esta forma
una recuperacioacuten de 998 del azufre aproximadamente [11] No obstante a
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pesar de esta recuperacioacuten solo es posible cumplir las normas de referencia para
emisiones gaseosas controladas en el rango de 250 ndash 480 mgNm3
tales como [12 13] Sin embargo cuando se establecen normas maacutes
estrictas [2] se debe acudir a tecnologiacuteas adicionales para el tratamiento final de
efluentes gaseosos
Fig 1 Esquema tecnoloacutegico del proceso Claus con tratamiento del gas de cola
Tecnologiacuteas para el tratamiento de gases residuales
El control de las partiacuteculas (contaminantes fiacutesicos) se realiza principalmente
mediante procesos fiacutesicos que no comprenden un cambio en la naturaleza
quiacutemica del contaminante Sin embargo contaminantes como los oacutexidos de
azufre (contaminantes quiacutemicos) no se pueden capturar en forma econoacutemica
por medios fiacutesicos de manera que su control se da en gran parte por medios
quiacutemicos Para el tratamiento de gases residuales se utilizan fundamentalmente
dos meacutetodos la utilizacioacuten de aditivos DeSOx y DeNOx y el proceso de
desulfuracioacuten [1415]
Para el caso de estudio los efluentes generados por la adicioacuten del aditivo DeSOx
y DeNOx no tienen solucioacuten dentro de la planta de tratamiento de residuales
para ello seriacutea necesario activar un tratamiento bioloacutegico lo cual encarece dicho
tratamiento Se debe sentildealar que en la refineriacutea objeto de estudio no existe
tratamiento bioloacutegico
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La desulfuracioacuten es el proceso de eliminacioacuten del azufre de diferentes productos
industriales para evitar la contaminacioacuten o para cumplir con los estaacutendares de
calidad de dichos productos Tambieacuten conocido como hidrodesulfuracioacuten o HDS
este proceso quiacutemico reduce las emisiones de dioacutexido de azufre y los convierte
en aacutecido sulfuacuterico En la desulfuracioacuten con absorbentes se pasan los gases a
contracorriente con una solucioacuten finamente dividida del absorbente [16] La
seleccioacuten del depurador de gas dependeraacute de las caracteriacutesticas del proceso
operativo y el contaminante o contaminantes que estaacuten siendo eliminados
Desulfuracioacuten con cal o caliza se prepara una disolucioacuten de lechada de
cal o la caliza generando unas cantidades elevadas de residuos soacutelidos
que contienen sulfito y sulfato caacutelcico Se consiguen eficacias de
eliminacioacuten del 60 al 90 pero hay que tener en cuenta los problemas
de formacioacuten de costras y corrosioacuten de las torres
Desulfuracioacuten con solucioacuten de sosa se puede utilizar una disolucioacuten de
hidroacutexido de sodio o carbonato soacutedico para absorber SO2 obtenieacutendose
sulfatos solubles que se pueden recoger en balsas de evaporacioacuten
Habitualmente se utilizan concentraciones de 10 ndash 20 en la solucioacuten
alcalina dependiendo de los niveles de concentracioacuten de SO2 u otros
compuestos azufrados en el gas residual Los flujos de dicha solucioacuten
estaraacuten en correspondencia con los voluacutemenes de gases que se van a
tratar
Dispositivos de control de emisiones de SO2
Los dispositivos usados para eliminar contaminantes quiacutemicos son en general
muy parecidos a los usados para contaminantes fiacutesicos la diferencia radica en
que en alguna parte del proceso de captura se da una reaccioacuten quiacutemica Existe
variedad de estos dispositivos pero los maacutes usados son los sedimentadores por
gravedad separadores centriacutefugos y depuradores huacutemedos
Depuradores huacutemedos
Para la desulfuracioacuten se utilizan principalmente los depuradores huacutemedos Los
depuradores huacutemedos son dispositivos de control de la contaminacioacuten del aire
eficaces para la eliminacioacuten de partiacuteculas yo gases de escape de corrientes de
escape industriales [1] Algunos tipos de depuradores estaacuten disentildeados
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principalmente para eliminar partiacuteculas contaminantes (por ejemplo lavadores
Venturi) y otros estaacuten disentildeados para eliminar la mayoriacutea de gases
contaminantes o partiacuteculas solubles (por ejemplo las torres empacadas y torres
de bandejas) Los depuradores con lecho empacado tambieacuten llamados
depuradores huacutemedos o torres de absorcioacuten son piezas de equipos instalados
en las plantas de energiacutea para eliminar los gases seleccionados (y algunas veces
tambieacuten partiacuteculas) de humos de combustioacuten con el fin de cumplir con las normas
de emisioacuten [17]
En su aspecto esencial un depurador es un tanque vertical (torre) en el que el
gas y el flujo de liacutequido fluyen a contracorriente uno contra el otro la solucioacuten
liacutequida fluye hacia abajo mientras que las burbujas de gas hacia la parte superior
cada uno se traslada bajo la accioacuten de la gravedad
Para maximizar el contacto entre el liacutequido y el gas la torre tambieacuten estaacute llena
de un gran nuacutemero de pequentildeos objetos obligando a que el liacutequido se filtre
lentamente por caminos tortuosos y el gas a subir en pequentildeas burbujas Como
compiten el liacutequido y el gas por el espacio se produce un contacto muy iacutentimo
entre los dos y existe un aacuterea de contacto muy grande a traveacutes de la cual la
transferencia de especies quiacutemicas puede tener lugar seguacuten la ecuacioacuten (9) [18]
1198781198742(119892) + 2119873119886119874119867(119886119888) rarr 11987311988621198781198743 (119904) + 1198672119874(119897) (9)
El lavado en huacutemedo es un proceso de dos etapas siendo la primera etapa la
captura del gas contaminante corriente en el liacutequido y el segundo paso es la
separacioacuten de las gotas de liacutequido de lavado de la corriente de gas despueacutes de
salir del depurador Este paso es importante en la uacuteltima coleccioacuten de
contaminantes debido a que la mala separacioacuten del liacutequido causaraacute arrastre de
las gotitas que contienen el contaminante [19]
Teniendo la concentracioacuten de contaminante en la corriente de alimentacioacuten y las
condiciones de operacioacuten del sistema objeto de estudio se selecciona como
equipo de depuracioacuten para el caso particular de la URA una torre empacada
con una solucioacuten de hidroacutexido de sodio Dicha seleccioacuten obedece en primer
lugar a la disponibilidad del secuestrante que se va a utilizar y que es
suministrado por la unidad existente de preparacioacuten de reactivos quiacutemicos de la
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refineriacutea En segundo lugar por la posibilidad de un tratamiento posterior para el
residual resultante con una alta concentracioacuten de sulfito de sodio (Na2SO3) de
dicho proceso Este tratamiento se realizaraacute en la unidad existente de tratamiento
de sosa gastada (Spent Caustic SPC por sus siglas en ingleacutes)
Materiales y meacutetodos
Para el disentildeo del depurador caacuteustico se tomaron las caracteriacutesticas de disentildeo
de tres empaques diferentes anillos Rache monturas Intalox y monturas Berl
El material de estos empaques es ceraacutemica debido a la resistencia del mismo a
la corrosioacuten producida por la disolucioacuten utilizada en el proceso de absorcioacuten
Consideraciones iniciales para el disentildeo
Se considera que el gas y el liacutequido tienen aproximadamente las mismas
caracteriacutesticas del aire y del agua pues el gas tiene un alto porcentaje de
componentes baacutesicos del aire y ademaacutes la solucioacuten acuosa utilizada es lo
suficientemente diluida como para asumir que tiene propiedades del agua
El gas residual estaacute compuesto por dos componentes contaminanteaire
El contaminante es un solo compuesto presente en cantidades diluidas
SO2
Los efectos asociados al calor con la absorcioacuten son miacutenimos
A pesar de ser una absorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica el proceso no estaacute
limitado por la razoacuten de reaccioacuten pues la reaccioacuten del contaminante con
el solvente es raacutepida comparada con la razoacuten de absorcioacuten de este en el
solvente Ademaacutes seguacuten [20] los sistemas de absorcioacuten tales como el
SO2 en soluciones alcalinas operan bajo un estado conocido como
ldquocondicioacuten de transferencia de masa limitada por la fase gaseosardquo debido
a que estas reacciones por lo general son raacutepidas irreversibles y de
segundo orden Por tanto se puede asumir que la transferencia de masa
estaacute limitada por la fase gaseosa
La solucioacuten de NaOH es recirculado por tanto la solucioacuten de sosa y el
SO2 se estabilizan en condicioacuten de saturacioacuten (T = 80 C = 176 F) siendo
esta la temperatura de operacioacuten de la torre Como la solucioacuten de NaOH
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pasa a un sistema de tratamiento de residuos para eliminar los
contaminantes o los productos de la reaccioacuten y posteriormente se le
agrega solucioacuten de NaOH de reposicioacuten antes que la corriente de liacutequido
entre de nuevo a la columna entonces Xi 0
Como los cambios en el contenido de humedad son despreciables para
concentraciones diluidas encontradas tiacutepicamente en aplicaciones de
control de la contaminacioacuten el flujo de entrada del gas (Gi) se supone
igual al flujo de salida de gas del depurador (Go) ya que no hay
evaporacioacuten pues el gas estaacute saturado
El disentildeo se trabaja en el Sistema de Unidades Inglesas teniendo en cuenta que
la metodologiacutea utilizada desarrolla las ecuaciones en estas unidades aunque los
paraacutemetros de disentildeo maacutes importantes se dan tambieacuten en el Sistema
Internacional de Unidades (SIU) Para los caacutelculos se dan los datos iniciales en
estas unidades mostradas en la tabla 1
Tabla1
Datos iniciales del problema Paraacutemetros Valores
Flujo de gas entrando al depurador (Gi) 34 14457 ft3min Temperatura (T) 536 F
Contaminante SO2
Concentracioacuten del contaminante entrando (Yi) 170 ppmv
Eficiencia de remocioacuten () 42
Solvente Solucioacuten de sosa
Densidad del gas (g) 0039 lbft3
Peso molecular del gas (MWg) 29 lblbmol
Viscosidad del gas (g) 0068 lbft h
Difusividad del contaminante en el aire (Dg) 0678 ft2h
Densidad del liacutequido (l) 6218 lbft3
Peso molecular del liacutequido (MWl) 18 lblbmol
Viscosidad del liacutequido (l) 1931 lbft h
Difusividad del contaminante en el liacutequido (Dl) 0648 ft2h
Nota El por ciento de remocioacuten se determinoacute teniendo en cuenta que se quiere tener una concentracioacuten del contaminante del
flujo de gas de salida (Yo) de 100 partes por milloacuten en volumen (ppmv) como maacuteximo
Anaacutelisis de los resultados
Antes de comenzar el disentildeo se determina la cantidad de NaOH (mNaOH) que se
necesita estequiomeacutetricamente para neutralizar las cantidades deseadas de
contaminante
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1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
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119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 181
119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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13 NOM-148-SEMARNAT Norma Oficial Mexicana Contaminacioacuten
atmosfeacuterica Recuperacioacuten de azufre proveniente de los procesos de
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pesar de esta recuperacioacuten solo es posible cumplir las normas de referencia para
emisiones gaseosas controladas en el rango de 250 ndash 480 mgNm3
tales como [12 13] Sin embargo cuando se establecen normas maacutes
estrictas [2] se debe acudir a tecnologiacuteas adicionales para el tratamiento final de
efluentes gaseosos
Fig 1 Esquema tecnoloacutegico del proceso Claus con tratamiento del gas de cola
Tecnologiacuteas para el tratamiento de gases residuales
El control de las partiacuteculas (contaminantes fiacutesicos) se realiza principalmente
mediante procesos fiacutesicos que no comprenden un cambio en la naturaleza
quiacutemica del contaminante Sin embargo contaminantes como los oacutexidos de
azufre (contaminantes quiacutemicos) no se pueden capturar en forma econoacutemica
por medios fiacutesicos de manera que su control se da en gran parte por medios
quiacutemicos Para el tratamiento de gases residuales se utilizan fundamentalmente
dos meacutetodos la utilizacioacuten de aditivos DeSOx y DeNOx y el proceso de
desulfuracioacuten [1415]
Para el caso de estudio los efluentes generados por la adicioacuten del aditivo DeSOx
y DeNOx no tienen solucioacuten dentro de la planta de tratamiento de residuales
para ello seriacutea necesario activar un tratamiento bioloacutegico lo cual encarece dicho
tratamiento Se debe sentildealar que en la refineriacutea objeto de estudio no existe
tratamiento bioloacutegico
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La desulfuracioacuten es el proceso de eliminacioacuten del azufre de diferentes productos
industriales para evitar la contaminacioacuten o para cumplir con los estaacutendares de
calidad de dichos productos Tambieacuten conocido como hidrodesulfuracioacuten o HDS
este proceso quiacutemico reduce las emisiones de dioacutexido de azufre y los convierte
en aacutecido sulfuacuterico En la desulfuracioacuten con absorbentes se pasan los gases a
contracorriente con una solucioacuten finamente dividida del absorbente [16] La
seleccioacuten del depurador de gas dependeraacute de las caracteriacutesticas del proceso
operativo y el contaminante o contaminantes que estaacuten siendo eliminados
Desulfuracioacuten con cal o caliza se prepara una disolucioacuten de lechada de
cal o la caliza generando unas cantidades elevadas de residuos soacutelidos
que contienen sulfito y sulfato caacutelcico Se consiguen eficacias de
eliminacioacuten del 60 al 90 pero hay que tener en cuenta los problemas
de formacioacuten de costras y corrosioacuten de las torres
Desulfuracioacuten con solucioacuten de sosa se puede utilizar una disolucioacuten de
hidroacutexido de sodio o carbonato soacutedico para absorber SO2 obtenieacutendose
sulfatos solubles que se pueden recoger en balsas de evaporacioacuten
Habitualmente se utilizan concentraciones de 10 ndash 20 en la solucioacuten
alcalina dependiendo de los niveles de concentracioacuten de SO2 u otros
compuestos azufrados en el gas residual Los flujos de dicha solucioacuten
estaraacuten en correspondencia con los voluacutemenes de gases que se van a
tratar
Dispositivos de control de emisiones de SO2
Los dispositivos usados para eliminar contaminantes quiacutemicos son en general
muy parecidos a los usados para contaminantes fiacutesicos la diferencia radica en
que en alguna parte del proceso de captura se da una reaccioacuten quiacutemica Existe
variedad de estos dispositivos pero los maacutes usados son los sedimentadores por
gravedad separadores centriacutefugos y depuradores huacutemedos
Depuradores huacutemedos
Para la desulfuracioacuten se utilizan principalmente los depuradores huacutemedos Los
depuradores huacutemedos son dispositivos de control de la contaminacioacuten del aire
eficaces para la eliminacioacuten de partiacuteculas yo gases de escape de corrientes de
escape industriales [1] Algunos tipos de depuradores estaacuten disentildeados
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principalmente para eliminar partiacuteculas contaminantes (por ejemplo lavadores
Venturi) y otros estaacuten disentildeados para eliminar la mayoriacutea de gases
contaminantes o partiacuteculas solubles (por ejemplo las torres empacadas y torres
de bandejas) Los depuradores con lecho empacado tambieacuten llamados
depuradores huacutemedos o torres de absorcioacuten son piezas de equipos instalados
en las plantas de energiacutea para eliminar los gases seleccionados (y algunas veces
tambieacuten partiacuteculas) de humos de combustioacuten con el fin de cumplir con las normas
de emisioacuten [17]
En su aspecto esencial un depurador es un tanque vertical (torre) en el que el
gas y el flujo de liacutequido fluyen a contracorriente uno contra el otro la solucioacuten
liacutequida fluye hacia abajo mientras que las burbujas de gas hacia la parte superior
cada uno se traslada bajo la accioacuten de la gravedad
Para maximizar el contacto entre el liacutequido y el gas la torre tambieacuten estaacute llena
de un gran nuacutemero de pequentildeos objetos obligando a que el liacutequido se filtre
lentamente por caminos tortuosos y el gas a subir en pequentildeas burbujas Como
compiten el liacutequido y el gas por el espacio se produce un contacto muy iacutentimo
entre los dos y existe un aacuterea de contacto muy grande a traveacutes de la cual la
transferencia de especies quiacutemicas puede tener lugar seguacuten la ecuacioacuten (9) [18]
1198781198742(119892) + 2119873119886119874119867(119886119888) rarr 11987311988621198781198743 (119904) + 1198672119874(119897) (9)
El lavado en huacutemedo es un proceso de dos etapas siendo la primera etapa la
captura del gas contaminante corriente en el liacutequido y el segundo paso es la
separacioacuten de las gotas de liacutequido de lavado de la corriente de gas despueacutes de
salir del depurador Este paso es importante en la uacuteltima coleccioacuten de
contaminantes debido a que la mala separacioacuten del liacutequido causaraacute arrastre de
las gotitas que contienen el contaminante [19]
Teniendo la concentracioacuten de contaminante en la corriente de alimentacioacuten y las
condiciones de operacioacuten del sistema objeto de estudio se selecciona como
equipo de depuracioacuten para el caso particular de la URA una torre empacada
con una solucioacuten de hidroacutexido de sodio Dicha seleccioacuten obedece en primer
lugar a la disponibilidad del secuestrante que se va a utilizar y que es
suministrado por la unidad existente de preparacioacuten de reactivos quiacutemicos de la
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refineriacutea En segundo lugar por la posibilidad de un tratamiento posterior para el
residual resultante con una alta concentracioacuten de sulfito de sodio (Na2SO3) de
dicho proceso Este tratamiento se realizaraacute en la unidad existente de tratamiento
de sosa gastada (Spent Caustic SPC por sus siglas en ingleacutes)
Materiales y meacutetodos
Para el disentildeo del depurador caacuteustico se tomaron las caracteriacutesticas de disentildeo
de tres empaques diferentes anillos Rache monturas Intalox y monturas Berl
El material de estos empaques es ceraacutemica debido a la resistencia del mismo a
la corrosioacuten producida por la disolucioacuten utilizada en el proceso de absorcioacuten
Consideraciones iniciales para el disentildeo
Se considera que el gas y el liacutequido tienen aproximadamente las mismas
caracteriacutesticas del aire y del agua pues el gas tiene un alto porcentaje de
componentes baacutesicos del aire y ademaacutes la solucioacuten acuosa utilizada es lo
suficientemente diluida como para asumir que tiene propiedades del agua
El gas residual estaacute compuesto por dos componentes contaminanteaire
El contaminante es un solo compuesto presente en cantidades diluidas
SO2
Los efectos asociados al calor con la absorcioacuten son miacutenimos
A pesar de ser una absorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica el proceso no estaacute
limitado por la razoacuten de reaccioacuten pues la reaccioacuten del contaminante con
el solvente es raacutepida comparada con la razoacuten de absorcioacuten de este en el
solvente Ademaacutes seguacuten [20] los sistemas de absorcioacuten tales como el
SO2 en soluciones alcalinas operan bajo un estado conocido como
ldquocondicioacuten de transferencia de masa limitada por la fase gaseosardquo debido
a que estas reacciones por lo general son raacutepidas irreversibles y de
segundo orden Por tanto se puede asumir que la transferencia de masa
estaacute limitada por la fase gaseosa
La solucioacuten de NaOH es recirculado por tanto la solucioacuten de sosa y el
SO2 se estabilizan en condicioacuten de saturacioacuten (T = 80 C = 176 F) siendo
esta la temperatura de operacioacuten de la torre Como la solucioacuten de NaOH
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pasa a un sistema de tratamiento de residuos para eliminar los
contaminantes o los productos de la reaccioacuten y posteriormente se le
agrega solucioacuten de NaOH de reposicioacuten antes que la corriente de liacutequido
entre de nuevo a la columna entonces Xi 0
Como los cambios en el contenido de humedad son despreciables para
concentraciones diluidas encontradas tiacutepicamente en aplicaciones de
control de la contaminacioacuten el flujo de entrada del gas (Gi) se supone
igual al flujo de salida de gas del depurador (Go) ya que no hay
evaporacioacuten pues el gas estaacute saturado
El disentildeo se trabaja en el Sistema de Unidades Inglesas teniendo en cuenta que
la metodologiacutea utilizada desarrolla las ecuaciones en estas unidades aunque los
paraacutemetros de disentildeo maacutes importantes se dan tambieacuten en el Sistema
Internacional de Unidades (SIU) Para los caacutelculos se dan los datos iniciales en
estas unidades mostradas en la tabla 1
Tabla1
Datos iniciales del problema Paraacutemetros Valores
Flujo de gas entrando al depurador (Gi) 34 14457 ft3min Temperatura (T) 536 F
Contaminante SO2
Concentracioacuten del contaminante entrando (Yi) 170 ppmv
Eficiencia de remocioacuten () 42
Solvente Solucioacuten de sosa
Densidad del gas (g) 0039 lbft3
Peso molecular del gas (MWg) 29 lblbmol
Viscosidad del gas (g) 0068 lbft h
Difusividad del contaminante en el aire (Dg) 0678 ft2h
Densidad del liacutequido (l) 6218 lbft3
Peso molecular del liacutequido (MWl) 18 lblbmol
Viscosidad del liacutequido (l) 1931 lbft h
Difusividad del contaminante en el liacutequido (Dl) 0648 ft2h
Nota El por ciento de remocioacuten se determinoacute teniendo en cuenta que se quiere tener una concentracioacuten del contaminante del
flujo de gas de salida (Yo) de 100 partes por milloacuten en volumen (ppmv) como maacuteximo
Anaacutelisis de los resultados
Antes de comenzar el disentildeo se determina la cantidad de NaOH (mNaOH) que se
necesita estequiomeacutetricamente para neutralizar las cantidades deseadas de
contaminante
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1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
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119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 181
119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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13 NOM-148-SEMARNAT Norma Oficial Mexicana Contaminacioacuten
atmosfeacuterica Recuperacioacuten de azufre proveniente de los procesos de
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174 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
La desulfuracioacuten es el proceso de eliminacioacuten del azufre de diferentes productos
industriales para evitar la contaminacioacuten o para cumplir con los estaacutendares de
calidad de dichos productos Tambieacuten conocido como hidrodesulfuracioacuten o HDS
este proceso quiacutemico reduce las emisiones de dioacutexido de azufre y los convierte
en aacutecido sulfuacuterico En la desulfuracioacuten con absorbentes se pasan los gases a
contracorriente con una solucioacuten finamente dividida del absorbente [16] La
seleccioacuten del depurador de gas dependeraacute de las caracteriacutesticas del proceso
operativo y el contaminante o contaminantes que estaacuten siendo eliminados
Desulfuracioacuten con cal o caliza se prepara una disolucioacuten de lechada de
cal o la caliza generando unas cantidades elevadas de residuos soacutelidos
que contienen sulfito y sulfato caacutelcico Se consiguen eficacias de
eliminacioacuten del 60 al 90 pero hay que tener en cuenta los problemas
de formacioacuten de costras y corrosioacuten de las torres
Desulfuracioacuten con solucioacuten de sosa se puede utilizar una disolucioacuten de
hidroacutexido de sodio o carbonato soacutedico para absorber SO2 obtenieacutendose
sulfatos solubles que se pueden recoger en balsas de evaporacioacuten
Habitualmente se utilizan concentraciones de 10 ndash 20 en la solucioacuten
alcalina dependiendo de los niveles de concentracioacuten de SO2 u otros
compuestos azufrados en el gas residual Los flujos de dicha solucioacuten
estaraacuten en correspondencia con los voluacutemenes de gases que se van a
tratar
Dispositivos de control de emisiones de SO2
Los dispositivos usados para eliminar contaminantes quiacutemicos son en general
muy parecidos a los usados para contaminantes fiacutesicos la diferencia radica en
que en alguna parte del proceso de captura se da una reaccioacuten quiacutemica Existe
variedad de estos dispositivos pero los maacutes usados son los sedimentadores por
gravedad separadores centriacutefugos y depuradores huacutemedos
Depuradores huacutemedos
Para la desulfuracioacuten se utilizan principalmente los depuradores huacutemedos Los
depuradores huacutemedos son dispositivos de control de la contaminacioacuten del aire
eficaces para la eliminacioacuten de partiacuteculas yo gases de escape de corrientes de
escape industriales [1] Algunos tipos de depuradores estaacuten disentildeados
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principalmente para eliminar partiacuteculas contaminantes (por ejemplo lavadores
Venturi) y otros estaacuten disentildeados para eliminar la mayoriacutea de gases
contaminantes o partiacuteculas solubles (por ejemplo las torres empacadas y torres
de bandejas) Los depuradores con lecho empacado tambieacuten llamados
depuradores huacutemedos o torres de absorcioacuten son piezas de equipos instalados
en las plantas de energiacutea para eliminar los gases seleccionados (y algunas veces
tambieacuten partiacuteculas) de humos de combustioacuten con el fin de cumplir con las normas
de emisioacuten [17]
En su aspecto esencial un depurador es un tanque vertical (torre) en el que el
gas y el flujo de liacutequido fluyen a contracorriente uno contra el otro la solucioacuten
liacutequida fluye hacia abajo mientras que las burbujas de gas hacia la parte superior
cada uno se traslada bajo la accioacuten de la gravedad
Para maximizar el contacto entre el liacutequido y el gas la torre tambieacuten estaacute llena
de un gran nuacutemero de pequentildeos objetos obligando a que el liacutequido se filtre
lentamente por caminos tortuosos y el gas a subir en pequentildeas burbujas Como
compiten el liacutequido y el gas por el espacio se produce un contacto muy iacutentimo
entre los dos y existe un aacuterea de contacto muy grande a traveacutes de la cual la
transferencia de especies quiacutemicas puede tener lugar seguacuten la ecuacioacuten (9) [18]
1198781198742(119892) + 2119873119886119874119867(119886119888) rarr 11987311988621198781198743 (119904) + 1198672119874(119897) (9)
El lavado en huacutemedo es un proceso de dos etapas siendo la primera etapa la
captura del gas contaminante corriente en el liacutequido y el segundo paso es la
separacioacuten de las gotas de liacutequido de lavado de la corriente de gas despueacutes de
salir del depurador Este paso es importante en la uacuteltima coleccioacuten de
contaminantes debido a que la mala separacioacuten del liacutequido causaraacute arrastre de
las gotitas que contienen el contaminante [19]
Teniendo la concentracioacuten de contaminante en la corriente de alimentacioacuten y las
condiciones de operacioacuten del sistema objeto de estudio se selecciona como
equipo de depuracioacuten para el caso particular de la URA una torre empacada
con una solucioacuten de hidroacutexido de sodio Dicha seleccioacuten obedece en primer
lugar a la disponibilidad del secuestrante que se va a utilizar y que es
suministrado por la unidad existente de preparacioacuten de reactivos quiacutemicos de la
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refineriacutea En segundo lugar por la posibilidad de un tratamiento posterior para el
residual resultante con una alta concentracioacuten de sulfito de sodio (Na2SO3) de
dicho proceso Este tratamiento se realizaraacute en la unidad existente de tratamiento
de sosa gastada (Spent Caustic SPC por sus siglas en ingleacutes)
Materiales y meacutetodos
Para el disentildeo del depurador caacuteustico se tomaron las caracteriacutesticas de disentildeo
de tres empaques diferentes anillos Rache monturas Intalox y monturas Berl
El material de estos empaques es ceraacutemica debido a la resistencia del mismo a
la corrosioacuten producida por la disolucioacuten utilizada en el proceso de absorcioacuten
Consideraciones iniciales para el disentildeo
Se considera que el gas y el liacutequido tienen aproximadamente las mismas
caracteriacutesticas del aire y del agua pues el gas tiene un alto porcentaje de
componentes baacutesicos del aire y ademaacutes la solucioacuten acuosa utilizada es lo
suficientemente diluida como para asumir que tiene propiedades del agua
El gas residual estaacute compuesto por dos componentes contaminanteaire
El contaminante es un solo compuesto presente en cantidades diluidas
SO2
Los efectos asociados al calor con la absorcioacuten son miacutenimos
A pesar de ser una absorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica el proceso no estaacute
limitado por la razoacuten de reaccioacuten pues la reaccioacuten del contaminante con
el solvente es raacutepida comparada con la razoacuten de absorcioacuten de este en el
solvente Ademaacutes seguacuten [20] los sistemas de absorcioacuten tales como el
SO2 en soluciones alcalinas operan bajo un estado conocido como
ldquocondicioacuten de transferencia de masa limitada por la fase gaseosardquo debido
a que estas reacciones por lo general son raacutepidas irreversibles y de
segundo orden Por tanto se puede asumir que la transferencia de masa
estaacute limitada por la fase gaseosa
La solucioacuten de NaOH es recirculado por tanto la solucioacuten de sosa y el
SO2 se estabilizan en condicioacuten de saturacioacuten (T = 80 C = 176 F) siendo
esta la temperatura de operacioacuten de la torre Como la solucioacuten de NaOH
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pasa a un sistema de tratamiento de residuos para eliminar los
contaminantes o los productos de la reaccioacuten y posteriormente se le
agrega solucioacuten de NaOH de reposicioacuten antes que la corriente de liacutequido
entre de nuevo a la columna entonces Xi 0
Como los cambios en el contenido de humedad son despreciables para
concentraciones diluidas encontradas tiacutepicamente en aplicaciones de
control de la contaminacioacuten el flujo de entrada del gas (Gi) se supone
igual al flujo de salida de gas del depurador (Go) ya que no hay
evaporacioacuten pues el gas estaacute saturado
El disentildeo se trabaja en el Sistema de Unidades Inglesas teniendo en cuenta que
la metodologiacutea utilizada desarrolla las ecuaciones en estas unidades aunque los
paraacutemetros de disentildeo maacutes importantes se dan tambieacuten en el Sistema
Internacional de Unidades (SIU) Para los caacutelculos se dan los datos iniciales en
estas unidades mostradas en la tabla 1
Tabla1
Datos iniciales del problema Paraacutemetros Valores
Flujo de gas entrando al depurador (Gi) 34 14457 ft3min Temperatura (T) 536 F
Contaminante SO2
Concentracioacuten del contaminante entrando (Yi) 170 ppmv
Eficiencia de remocioacuten () 42
Solvente Solucioacuten de sosa
Densidad del gas (g) 0039 lbft3
Peso molecular del gas (MWg) 29 lblbmol
Viscosidad del gas (g) 0068 lbft h
Difusividad del contaminante en el aire (Dg) 0678 ft2h
Densidad del liacutequido (l) 6218 lbft3
Peso molecular del liacutequido (MWl) 18 lblbmol
Viscosidad del liacutequido (l) 1931 lbft h
Difusividad del contaminante en el liacutequido (Dl) 0648 ft2h
Nota El por ciento de remocioacuten se determinoacute teniendo en cuenta que se quiere tener una concentracioacuten del contaminante del
flujo de gas de salida (Yo) de 100 partes por milloacuten en volumen (ppmv) como maacuteximo
Anaacutelisis de los resultados
Antes de comenzar el disentildeo se determina la cantidad de NaOH (mNaOH) que se
necesita estequiomeacutetricamente para neutralizar las cantidades deseadas de
contaminante
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1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
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119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 181
119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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182 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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principalmente para eliminar partiacuteculas contaminantes (por ejemplo lavadores
Venturi) y otros estaacuten disentildeados para eliminar la mayoriacutea de gases
contaminantes o partiacuteculas solubles (por ejemplo las torres empacadas y torres
de bandejas) Los depuradores con lecho empacado tambieacuten llamados
depuradores huacutemedos o torres de absorcioacuten son piezas de equipos instalados
en las plantas de energiacutea para eliminar los gases seleccionados (y algunas veces
tambieacuten partiacuteculas) de humos de combustioacuten con el fin de cumplir con las normas
de emisioacuten [17]
En su aspecto esencial un depurador es un tanque vertical (torre) en el que el
gas y el flujo de liacutequido fluyen a contracorriente uno contra el otro la solucioacuten
liacutequida fluye hacia abajo mientras que las burbujas de gas hacia la parte superior
cada uno se traslada bajo la accioacuten de la gravedad
Para maximizar el contacto entre el liacutequido y el gas la torre tambieacuten estaacute llena
de un gran nuacutemero de pequentildeos objetos obligando a que el liacutequido se filtre
lentamente por caminos tortuosos y el gas a subir en pequentildeas burbujas Como
compiten el liacutequido y el gas por el espacio se produce un contacto muy iacutentimo
entre los dos y existe un aacuterea de contacto muy grande a traveacutes de la cual la
transferencia de especies quiacutemicas puede tener lugar seguacuten la ecuacioacuten (9) [18]
1198781198742(119892) + 2119873119886119874119867(119886119888) rarr 11987311988621198781198743 (119904) + 1198672119874(119897) (9)
El lavado en huacutemedo es un proceso de dos etapas siendo la primera etapa la
captura del gas contaminante corriente en el liacutequido y el segundo paso es la
separacioacuten de las gotas de liacutequido de lavado de la corriente de gas despueacutes de
salir del depurador Este paso es importante en la uacuteltima coleccioacuten de
contaminantes debido a que la mala separacioacuten del liacutequido causaraacute arrastre de
las gotitas que contienen el contaminante [19]
Teniendo la concentracioacuten de contaminante en la corriente de alimentacioacuten y las
condiciones de operacioacuten del sistema objeto de estudio se selecciona como
equipo de depuracioacuten para el caso particular de la URA una torre empacada
con una solucioacuten de hidroacutexido de sodio Dicha seleccioacuten obedece en primer
lugar a la disponibilidad del secuestrante que se va a utilizar y que es
suministrado por la unidad existente de preparacioacuten de reactivos quiacutemicos de la
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refineriacutea En segundo lugar por la posibilidad de un tratamiento posterior para el
residual resultante con una alta concentracioacuten de sulfito de sodio (Na2SO3) de
dicho proceso Este tratamiento se realizaraacute en la unidad existente de tratamiento
de sosa gastada (Spent Caustic SPC por sus siglas en ingleacutes)
Materiales y meacutetodos
Para el disentildeo del depurador caacuteustico se tomaron las caracteriacutesticas de disentildeo
de tres empaques diferentes anillos Rache monturas Intalox y monturas Berl
El material de estos empaques es ceraacutemica debido a la resistencia del mismo a
la corrosioacuten producida por la disolucioacuten utilizada en el proceso de absorcioacuten
Consideraciones iniciales para el disentildeo
Se considera que el gas y el liacutequido tienen aproximadamente las mismas
caracteriacutesticas del aire y del agua pues el gas tiene un alto porcentaje de
componentes baacutesicos del aire y ademaacutes la solucioacuten acuosa utilizada es lo
suficientemente diluida como para asumir que tiene propiedades del agua
El gas residual estaacute compuesto por dos componentes contaminanteaire
El contaminante es un solo compuesto presente en cantidades diluidas
SO2
Los efectos asociados al calor con la absorcioacuten son miacutenimos
A pesar de ser una absorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica el proceso no estaacute
limitado por la razoacuten de reaccioacuten pues la reaccioacuten del contaminante con
el solvente es raacutepida comparada con la razoacuten de absorcioacuten de este en el
solvente Ademaacutes seguacuten [20] los sistemas de absorcioacuten tales como el
SO2 en soluciones alcalinas operan bajo un estado conocido como
ldquocondicioacuten de transferencia de masa limitada por la fase gaseosardquo debido
a que estas reacciones por lo general son raacutepidas irreversibles y de
segundo orden Por tanto se puede asumir que la transferencia de masa
estaacute limitada por la fase gaseosa
La solucioacuten de NaOH es recirculado por tanto la solucioacuten de sosa y el
SO2 se estabilizan en condicioacuten de saturacioacuten (T = 80 C = 176 F) siendo
esta la temperatura de operacioacuten de la torre Como la solucioacuten de NaOH
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pasa a un sistema de tratamiento de residuos para eliminar los
contaminantes o los productos de la reaccioacuten y posteriormente se le
agrega solucioacuten de NaOH de reposicioacuten antes que la corriente de liacutequido
entre de nuevo a la columna entonces Xi 0
Como los cambios en el contenido de humedad son despreciables para
concentraciones diluidas encontradas tiacutepicamente en aplicaciones de
control de la contaminacioacuten el flujo de entrada del gas (Gi) se supone
igual al flujo de salida de gas del depurador (Go) ya que no hay
evaporacioacuten pues el gas estaacute saturado
El disentildeo se trabaja en el Sistema de Unidades Inglesas teniendo en cuenta que
la metodologiacutea utilizada desarrolla las ecuaciones en estas unidades aunque los
paraacutemetros de disentildeo maacutes importantes se dan tambieacuten en el Sistema
Internacional de Unidades (SIU) Para los caacutelculos se dan los datos iniciales en
estas unidades mostradas en la tabla 1
Tabla1
Datos iniciales del problema Paraacutemetros Valores
Flujo de gas entrando al depurador (Gi) 34 14457 ft3min Temperatura (T) 536 F
Contaminante SO2
Concentracioacuten del contaminante entrando (Yi) 170 ppmv
Eficiencia de remocioacuten () 42
Solvente Solucioacuten de sosa
Densidad del gas (g) 0039 lbft3
Peso molecular del gas (MWg) 29 lblbmol
Viscosidad del gas (g) 0068 lbft h
Difusividad del contaminante en el aire (Dg) 0678 ft2h
Densidad del liacutequido (l) 6218 lbft3
Peso molecular del liacutequido (MWl) 18 lblbmol
Viscosidad del liacutequido (l) 1931 lbft h
Difusividad del contaminante en el liacutequido (Dl) 0648 ft2h
Nota El por ciento de remocioacuten se determinoacute teniendo en cuenta que se quiere tener una concentracioacuten del contaminante del
flujo de gas de salida (Yo) de 100 partes por milloacuten en volumen (ppmv) como maacuteximo
Anaacutelisis de los resultados
Antes de comenzar el disentildeo se determina la cantidad de NaOH (mNaOH) que se
necesita estequiomeacutetricamente para neutralizar las cantidades deseadas de
contaminante
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1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
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119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
182 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 183
Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
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Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
196 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
176 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
refineriacutea En segundo lugar por la posibilidad de un tratamiento posterior para el
residual resultante con una alta concentracioacuten de sulfito de sodio (Na2SO3) de
dicho proceso Este tratamiento se realizaraacute en la unidad existente de tratamiento
de sosa gastada (Spent Caustic SPC por sus siglas en ingleacutes)
Materiales y meacutetodos
Para el disentildeo del depurador caacuteustico se tomaron las caracteriacutesticas de disentildeo
de tres empaques diferentes anillos Rache monturas Intalox y monturas Berl
El material de estos empaques es ceraacutemica debido a la resistencia del mismo a
la corrosioacuten producida por la disolucioacuten utilizada en el proceso de absorcioacuten
Consideraciones iniciales para el disentildeo
Se considera que el gas y el liacutequido tienen aproximadamente las mismas
caracteriacutesticas del aire y del agua pues el gas tiene un alto porcentaje de
componentes baacutesicos del aire y ademaacutes la solucioacuten acuosa utilizada es lo
suficientemente diluida como para asumir que tiene propiedades del agua
El gas residual estaacute compuesto por dos componentes contaminanteaire
El contaminante es un solo compuesto presente en cantidades diluidas
SO2
Los efectos asociados al calor con la absorcioacuten son miacutenimos
A pesar de ser una absorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica el proceso no estaacute
limitado por la razoacuten de reaccioacuten pues la reaccioacuten del contaminante con
el solvente es raacutepida comparada con la razoacuten de absorcioacuten de este en el
solvente Ademaacutes seguacuten [20] los sistemas de absorcioacuten tales como el
SO2 en soluciones alcalinas operan bajo un estado conocido como
ldquocondicioacuten de transferencia de masa limitada por la fase gaseosardquo debido
a que estas reacciones por lo general son raacutepidas irreversibles y de
segundo orden Por tanto se puede asumir que la transferencia de masa
estaacute limitada por la fase gaseosa
La solucioacuten de NaOH es recirculado por tanto la solucioacuten de sosa y el
SO2 se estabilizan en condicioacuten de saturacioacuten (T = 80 C = 176 F) siendo
esta la temperatura de operacioacuten de la torre Como la solucioacuten de NaOH
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pasa a un sistema de tratamiento de residuos para eliminar los
contaminantes o los productos de la reaccioacuten y posteriormente se le
agrega solucioacuten de NaOH de reposicioacuten antes que la corriente de liacutequido
entre de nuevo a la columna entonces Xi 0
Como los cambios en el contenido de humedad son despreciables para
concentraciones diluidas encontradas tiacutepicamente en aplicaciones de
control de la contaminacioacuten el flujo de entrada del gas (Gi) se supone
igual al flujo de salida de gas del depurador (Go) ya que no hay
evaporacioacuten pues el gas estaacute saturado
El disentildeo se trabaja en el Sistema de Unidades Inglesas teniendo en cuenta que
la metodologiacutea utilizada desarrolla las ecuaciones en estas unidades aunque los
paraacutemetros de disentildeo maacutes importantes se dan tambieacuten en el Sistema
Internacional de Unidades (SIU) Para los caacutelculos se dan los datos iniciales en
estas unidades mostradas en la tabla 1
Tabla1
Datos iniciales del problema Paraacutemetros Valores
Flujo de gas entrando al depurador (Gi) 34 14457 ft3min Temperatura (T) 536 F
Contaminante SO2
Concentracioacuten del contaminante entrando (Yi) 170 ppmv
Eficiencia de remocioacuten () 42
Solvente Solucioacuten de sosa
Densidad del gas (g) 0039 lbft3
Peso molecular del gas (MWg) 29 lblbmol
Viscosidad del gas (g) 0068 lbft h
Difusividad del contaminante en el aire (Dg) 0678 ft2h
Densidad del liacutequido (l) 6218 lbft3
Peso molecular del liacutequido (MWl) 18 lblbmol
Viscosidad del liacutequido (l) 1931 lbft h
Difusividad del contaminante en el liacutequido (Dl) 0648 ft2h
Nota El por ciento de remocioacuten se determinoacute teniendo en cuenta que se quiere tener una concentracioacuten del contaminante del
flujo de gas de salida (Yo) de 100 partes por milloacuten en volumen (ppmv) como maacuteximo
Anaacutelisis de los resultados
Antes de comenzar el disentildeo se determina la cantidad de NaOH (mNaOH) que se
necesita estequiomeacutetricamente para neutralizar las cantidades deseadas de
contaminante
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1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
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180 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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182 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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184 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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pasa a un sistema de tratamiento de residuos para eliminar los
contaminantes o los productos de la reaccioacuten y posteriormente se le
agrega solucioacuten de NaOH de reposicioacuten antes que la corriente de liacutequido
entre de nuevo a la columna entonces Xi 0
Como los cambios en el contenido de humedad son despreciables para
concentraciones diluidas encontradas tiacutepicamente en aplicaciones de
control de la contaminacioacuten el flujo de entrada del gas (Gi) se supone
igual al flujo de salida de gas del depurador (Go) ya que no hay
evaporacioacuten pues el gas estaacute saturado
El disentildeo se trabaja en el Sistema de Unidades Inglesas teniendo en cuenta que
la metodologiacutea utilizada desarrolla las ecuaciones en estas unidades aunque los
paraacutemetros de disentildeo maacutes importantes se dan tambieacuten en el Sistema
Internacional de Unidades (SIU) Para los caacutelculos se dan los datos iniciales en
estas unidades mostradas en la tabla 1
Tabla1
Datos iniciales del problema Paraacutemetros Valores
Flujo de gas entrando al depurador (Gi) 34 14457 ft3min Temperatura (T) 536 F
Contaminante SO2
Concentracioacuten del contaminante entrando (Yi) 170 ppmv
Eficiencia de remocioacuten () 42
Solvente Solucioacuten de sosa
Densidad del gas (g) 0039 lbft3
Peso molecular del gas (MWg) 29 lblbmol
Viscosidad del gas (g) 0068 lbft h
Difusividad del contaminante en el aire (Dg) 0678 ft2h
Densidad del liacutequido (l) 6218 lbft3
Peso molecular del liacutequido (MWl) 18 lblbmol
Viscosidad del liacutequido (l) 1931 lbft h
Difusividad del contaminante en el liacutequido (Dl) 0648 ft2h
Nota El por ciento de remocioacuten se determinoacute teniendo en cuenta que se quiere tener una concentracioacuten del contaminante del
flujo de gas de salida (Yo) de 100 partes por milloacuten en volumen (ppmv) como maacuteximo
Anaacutelisis de los resultados
Antes de comenzar el disentildeo se determina la cantidad de NaOH (mNaOH) que se
necesita estequiomeacutetricamente para neutralizar las cantidades deseadas de
contaminante
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1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 179
Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
180 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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184 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 187
Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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188 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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1198991198781198742= ∙ 119866119898119900119897 = 042 ∙ 094
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ= 0395
119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1198991198781198742∙ 119899119873119886119874119867 ∙ 119872119882119873119886119874119867
119898119873119886119874119867 = 0395 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
ℎ∙ 2
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867
1 119897119887119898119900119897 119889119890 1198781198742
∙ 40 119897119887 119889119890 119873119886119874119867
119897119887119898119900119897 119889119890 119873119886119874119867 (10)
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ
Tomando un 10 de sobredisentildeo en caso de que aumente el flujo del gas de
entrada o de la reaccioacuten del NaOH con otras sustancias la cantidad de sustancia
necesaria seriacutea
119898119873119886119874119867 = 316 119897119887
ℎ∙ 11 = 348
119897119887
ℎ
119898119873119886119874119867 = 1 392 119897119887119898119900119897
ℎ
Para determinar el diaacutemetro de la columna se consultoacute la figura 2 Como no se
tiene el flujo del liacutequido que entraraacute a la torre de absorcioacuten se determina el flujo
miacutenimo requerido (Lsfri)min para lograr la distribucioacuten completa de este en el
material de relleno Entonces tomando el valor de la razoacuten miacutenima de humedad
como MWR = 13 ft2h se obtiene que
(119871119904119891119903119894)119898119894119899= 119872119882119877 120588119871 119886 = 13
1198911199052
ℎ ∙ 6218
119897119887
1198911199053∙ 28
1198911199052
1198911199053
= 2 26335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ (11)
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
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119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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182 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 183
Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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188 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
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Seccioacuten 5 Controles para SO2 y para gas aacutecido Seccioacuten 52 Controles
post-combustioacuten 2002
24 FARRAR G Nelson-Farrar Quarterly Costimating Indexes for selected equipament items (E Perspective Ed) Oil and Gas Journal Digital Megazine Obtenido el 21 de diciembre de 2015 de httpwwwogjcom
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
192 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 193
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Fuente Cooker (21)
Fig 2 Modificacioacuten de Eckert de la correlacioacuten generalizada a razones de inundacioacuten
Posteriormente se obtiene el valor de la razoacuten de flujo molar del liacutequido que entra
al depurador (Lmoli) en funcioacuten del aacuterea (A) y el valor de la razoacuten de flujo molar
del gas que entra al depurador (Gmoli) para el cual es necesario determinar
primeramente el flujo de gas libre de contaminante (Gs) y por uacuteltimo obtener la
abscisa de la figura 2 en funcioacuten del aacuterea
119871119898119900119897119894 =(119871119904119891119903119894)
119898119894119899 119860
119872119882119871=
226335 119897119887
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860
18 119897119887
119897119887119898119900119897
= 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 119860 (12)
119866119904 =60 120588119866 119866119894
119872119882119866 (1 + 119884119894)=
60 119898119894119899
ℎ ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 34 14457 ft3
min
29 119897119887
119897119887119898119900119897(1 + 000017)
= 2754 119897119887119898119900119897
ℎ (13)
119866119898119900119897119894 = 119866119904(1 + 119884119894) = 2754 119897119887119898119900119897
ℎ(1 + 0000 17)
= 275447 119897119887119898119900119897
ℎ (14)
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119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 187
Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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188 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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119860119887119904119888119894119904119886 = (119871119898119900119897119894
119866119898119900119897119894) (
119872119882119871
119872119882119866) radic
120588119866
120588119871
= (12574
1198971198871198981199001198971198911199052 ∙ ℎ
∙ 119860
275447 119897119887119898119900119897
ℎ
) (18
119897119887119897119887119898119900119897
29 119897119887
119897119887119898119900119897
) radic0039
1198971198871198911199053
6218 119897119887
1198911199053
(15)
119860119887119904119888119894119904119886 = 0000 71 ∙ 119860
Por otro lado se determina la ordenada de la figura 2 expresada en funcioacuten del
aacuterea tomando como factor de correccioacuten f = 06 la relacioacuten de la densidad del
solvente a la del agua = 1 y determinando la razoacuten de flujo superficial del gas
entrando al absorbedor (Gsfri)
119866119904119891119903119894 =119866119898119900119897119894 ∙ 119872119882119866
3600 ∙ 119891 ∙ 119860=
275447 119897119887119898119900119897
ℎ ∙ 29 119897119887
1198971198871198981199001198973600 ∙ 06 ∙ 119860
= 36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860
119874119903119889119890119899119886119889119886 =(119866119904119891119903119894)
2 119865119901 (
120583119871
242)02
120588119871120588119866 119892119888
=
(36
1198971198871198911199052 ∙ ℎfrasl
119860)
2
∙ 65 (1931242 )
02
6218 119897119887
1198911199053 ∙ 0039 119897119887
1198911199053 ∙ 322 (16)
119874119903119889119890119899119886119889119886 =1031
1198602
Como se puede apreciar es necesario llevar a cabo un proceso iterativo
asumiendo un valor inicial del aacuterea (A) para determinar el valor de la abscisa por
la ecuacioacuten (15) y el valor de la ordenada por la ecuacioacuten (16) hasta que el valor
de esta uacuteltima sea igual al valor de la ordenada obtenido por la ecuacioacuten (17)
obtenieacutendose finalmente un aacuterea de 78 ft2
119874119903119889119890119899119886119889119886
= 10[minus1668minus1085(log 119860119887119904119888119894119904119886)minus0297(log 119860119887119904119888119894119904119886)2] (17)
Con este valor se determina el valor del diaacutemetro (D) Gsfri y Lmoli
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 183
Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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184 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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119863 = radic4 119860
120587= radic
4 ∙ 78 1198911199052
120587= 995 119891119905 (303 119898) (18)
119871119898119900119897119894 = 12574 119897119887119898119900119897
1198911199052 ∙ ℎ∙ 78 1198911199052 = 980786
119897119887119898119900119897
ℎ
119866119904119891119903119894 =36 119897119887
1198911199052 ∙ ℎfrasl
78 1198911199052= 0462 119897119887
ℎfrasl
Para calcular la altura del empaque (Z) es necesario conocer el nuacutemero de
unidades de transferencia (NTU) y la altura de la unidad de transferencia total
(HTU) para este uacuteltimo primero hay que determinar la altura de las unidades de
transferencia de peliacutecula del gas y del liacutequido HG y HL respectivamente
119873119879119880 = ln (119910119894
119910119900) = ln (
0000 17
0000 1) = 053 (19)
119867119866 = 120572(3600 119891 119866119904119891119903119894)
120573
(119871119904119891119903119894)120574 radic
120583119866
120588119866 119863119866= 382
(3600 ∙ 06 ∙ 0462)041
(226335)045radic
00678
0039 ∙ 0678
= 321 119891119905
119867119871 = 120593 (119871119904119891119903119894
120583119871)
119887
radic120583119871
120588119871 119863119871= 00125 ∙ (
226335
1931)
022
radic1931
6218 ∙ 0648= 0013 119891119905
119867119879119880 = 119867119866 +1
119860119865119867119871 = 321 +
1
0013 = 321 119891119905 (20)
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119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 183
Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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119885 = 119873119879119880 ∙ 119867119879119880 = 053 ∙ 321 119891119905 = 170 119891119905 (052 119898) (21)
Con los valores del diaacutemetro y la altura del empaque se puede conocer la altura
total de la torre
119867119905119900119903119903119890 = 140 119885 + 102 119863 + 281 = 140 ∙ 170 119891119905 + 102 ∙ 1005 119891119905 + 281 (22)
119867119905119900119903119903119890 = 1534 119891119905 (467 119898
El aacuterea de superficie (S) del depurador
119878 = 120587 119863 (119867119905119900119903119903119890 +119863
2) = 120587 1005 (1544 +
1005
2)
= 63475 1198911199052 ( 5897 1198982) (23)
Con el valor de la altura del empaque se calcula el volumen (V) del empaque
V =πD2
4∙ 119885 =
π ∙ (1005 ft)2
4∙ 170 119891119905
= 13229 1198911199053(375 1198983) (24)
Nuacutemero de unidades del empaque 27 094 795 unidades
Peso del empaque 6 783 04176 lb (3 083 2008 kg)
La caiacuteda de presioacuten en funcioacuten de la altura del empaque (P) se determinoacute a
traveacutes de la correlacioacuten de Leva para finalmente determinar la caiacuteda de presioacuten
total (Ptotal) de la torre
∆119875 = 119888 10119895 119871119904119891119903119894
3600 (119891 119866119904119891119903119894)
2
120588119866= 024 ∙ 10
017∙ 2263353600 ∙
(06 ∙ 0462)2
0039
∆119875 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890
∆119875119905119900119905119886119897 = ∆119875 ∙ 119885 = 024 119894119899 1198672119874
119891119905 119889119890 119890119898119901119886119902119906119890∙ 170 119891119905
= 041 119894119899 1198672119874 (10203 119875119886) (25)
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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Se muestran los pasos de caacutelculos para el empaque de tipo anillo Raschig y los
resultados obtenidos para los empaques monturas Intalox de 2 in y monturas
Berl de 2 in se muestran en la tabla 2 El procedimiento de caacutelculo utilizado para
estos empaques fue el mismo Los valores de Gs Gmoli Gsfri y NTU no variacutean
pues no dependen del empaque utilizado Se puede observar que teacutecnicamente
el disentildeo para anillo Raschig es maacutes factible
Tabla 2
Resultados de los caacutelculos del disentildeo con los empaques restantes Caacutelculo Monturas Intalox 2 in Monturas Berl 2 in
(Lsfri)min 4 85004 lbft2h (23 67997 kgm2h)
3 55670 lbft2h (17 36533 kgm2h)
Lmoli (26945 lbmolft2 h) A (19759 lbmolft2 h) A
abscisa (0001521) A (0001 115) A
ordenada (824) A2 (1 031) A2
A 84 ft2 (78 m2) 88 ft2 (82 m2)
D 1034 ft (315 m) 1058 ft (322 m)
Hg 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Hl 0012 ft (00037 m) 0011 ft (00034 m)
HTU 158 ft (048 m) 179 ft (055 m)
Z 084 ft (026 m) 095 ft (029 m)
Htorre 1453 ft (443 m) 1493 ft (455 m)
S 64005 ft2 (5946 m2) 67208 ft2 (6244 m2)
V 7037 ft3 (199 m3) 8343 ft3 (236 m3)
Nuacutemero de unidades de transferencia 62 122 494 67 178 027
Peso del empaque 3 662 74227 lb (1 661 39195 kg)
4 148 53780 lb (1 881 74509 kg)
P 014 in H2Oft 021 in H2Oft
Ptotal 012 in H2O (2986 Pa) 020 in H2O (4977 Pa)
Como se puede observar la relacioacuten entre el diaacutemetro de cada pieza del
empaque (2 in) y el diaacutemetro de la torre (D) es mucho menor 18 lo que evita
que el liacutequido tienda a segregarse hacia las paredes y el gas a fluir en el centro
de la torre Asiacute como que las variables Lmoli abscisa y ordenada estaacuten en funcioacuten
del aacuterea (A) como se explicoacute anteriormente en la metodologiacutea de caacutelculo cuando
fueron definidas todas las variables
Estimacioacuten de costos para le evaluacioacuten econoacutemica del disentildeo seleccionado
Para realizar la estimacioacuten de costo de un proyecto hay que tener en cuenta el
costo total de inversioacuten que incluye costo del equipamiento costo de la
ingenieriacutea costo de materiales entre otros indicadores que fueron calculados
por la metodologiacutea propuesta por Peters amp Timmerhaus [22] y Mussatti [23]
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
184 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
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Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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186 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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188 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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194 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
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Primeramente se determinoacute el costo del solvente en funcioacuten de los tres disentildeos
realizados (tabla 3) se tuvo en cuenta el flujo de liacutequido el flujo maacutesico de NaOH
necesario para el proceso
(119898119873119886119874119867 = 138 3204 119896119892
119886ntilde119900) asiacute como el costo del agua utilizada en la solucioacuten de
sosa tomado de Lobelles [4] y el costo unitario del hidroacutexido de sodio se tomoacute
del cataacutelogo de precios de CUPET
Para la actualizacioacuten de los costos se utiliza la ecuacioacuten (30) y los iacutendices de
costo de Nelson- Farrar [24] tomaacutendose como base de caacutelculo 1 antildeo de trabajo
Iacutendice de costo 2012 7390
Iacutendice de costo 2016 88015
Costo actual = Costo original lowast 88015
7390= Costo original lowast 1191 (26)
Tabla 3
Costo del solvente en (CUC)
Tipo de empaque Lsfri (m3antildeo) Costo del agua Costo del NaOH Costo del solvente
Anillo Raschig 704 304 1 091 6712
110 04771
1 201 71891
Monturas Intalox 1 663 6992 2 578 7338 2 688 78151
Monturas Berl 1 251 1908 1 939 3457 2 049 39341
El costo del equipamiento (CE) es la suma de los costos de equipo y sus
componentes los que incluyen el costo de la torre y el costo del equipo auxiliar
CE = Costo torre + Costo empaque + Costo equipamiento auxiliar (27)
El costo total del equipamiento (CTE) incluye
CE costo del equipamiento (incluye el costo del absorbedor con empaque y sus
accesorios)
Inst instrumentacioacuten = (010 CE)
IV impuestos de ventas = (003 CE)
F fletes = (005 CE)
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 185
Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 187
Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
188 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
Referencias bibliograacuteficas
1 POLLUTIONSYSTEMS Air Pollutions Control Systems 2015
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su energiacutea asociada desde la perspectiva de la economiacutea ecoloacutegica
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Especialista en Tecnologiacuteas de refinacioacuten de petroacuteleo Facultad de
Ingenieriacuteas Universidad de Matanzas Cuba 2012
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integral de aguas sulfurosas en la refineriacutea de Cienfuegos con enfoque
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recuperacioacuten de azufre para gases de cola en refineriacuteas de Meacutexico Tesis
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Quiacutemica Universidad del ISTMO Santo Domingo TEHUANTEPEC
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Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 185
Se calcula el CTE de estos factores seguacuten Mussatti [23]
CTE = (1 + 010 + 003 + 005)CE = 118 CE (28)
Los costos directos e indirectos asiacute como el capital fijo invertido se calcularon
utilizando como base la tabla 17 de Peters amp Timmershaus Los por cientos que
se utilizan en este procedimiento fueron adaptados a las condiciones reales pues
se consideroacute que el caacutelculo se realiza para un circuito o sistema que estaacute incluido
dentro de una unidad de proceso no para una planta completa
Para estimar el costo total de produccioacuten (CTP) se utilizan los factores de
proporcioacuten y las ecuaciones que se encuentran en la tabla 27 de Peters amp
Timmershaus
CTP = Costo de fabricacioacuten (CF)
+ GastosGenerales (GG) (29)
CF = Costo directos (CD) + Cargos fijos (Cf) + Costo indirectos (CI) (30)
GG = Distribucioacuten y venta (DV) + Administracioacuten (A)
+ Invest y Des (ID) (31)
Depreciacioacuten
= CFI minus VR
Vd (32)
donde
CFI es capital fijo invertido
VR es el valor residual y
Vd es la vida uacutetil del proyecto
Los resultados del caacutelculo del costo del equipamiento teniendo en cuenta los
equipos que influyen en el proceso de depuracioacuten se reflejan en la tabla 4 donde
se puede apreciar por separado los costos de cada uno de los elementos de
relleno que componen los equipos
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186 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
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188 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
Referencias bibliograacuteficas
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 195
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
196 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
186 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Tabla 4
Costo del equipamiento Equipos Tipo Empaque Costo 2012 (CUC) Costo 2015 (CUC)
Torre depuradora
Anillo Raschig 78 22865 93 17032
Monturas Intalox 74 22199 88 39839
Monturas Berl 76 23252 90 79293
Componentes internos 58 50000 69 67350
Bombas de dosificacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 58 05340 69 14160
Monturas Intalox 137 13309 163 32551
Monturas Berl 103 13142 122 82952
Bombas de recirculacioacuten
del solvente
Anillo Raschig 16 82660 20 04048
Monturas Intalox 19 64691 23 39947
Monturas Berl 18 54858 22 09136
Tanque de dosificacioacuten 18 72000 22 29552
Tanque de sosa gastada 11 70000 13 93470
Compresor del gas de entrada a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Compresor del gas de salida a la torre 2 239 84332 2 667 65339
Empaque
Anillo Raschig 1 695 76000 2 019 65016
Monturas Intalox 6 212 24940 7 398 78904
Monturas Berl 6 717 80270 8 000 90302
Costo del
equipamiento (CE)
Anillo Raschig 7 619 19420 9 074 46029
Monturas Intalox 13 532 09183 16 116 72137
Monturas Berl 13 365 16756 15 917 91456
Evaluacioacuten econoacutemica
Para realizar la evaluacioacuten econoacutemica fueron calculados los indicadores dinaacutemicos de
rentabilidad seguacuten las ecuaciones (33 34 y 35)
Valor actual neto
119881119860119873 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119899
119894=1
(33)
donde
1
(1+119863)119894 ∶ 119891119886119888119905119900119903 119889119890 119889119890119904119888119906119890119899119905119900
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 187
Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
188 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
Referencias bibliograacuteficas
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Recuperado el 28 de Enero de 2016 de Pollution Systems Industrial Air
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su energiacutea asociada desde la perspectiva de la economiacutea ecoloacutegica
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Especialista en Tecnologiacuteas de refinacioacuten de petroacuteleo Facultad de
Ingenieriacuteas Universidad de Matanzas Cuba 2012
4 LOBELLES-SARDINtildeAS G O Metodologiacutea para la gestioacuten tecnoloacutegica
integral de aguas sulfurosas en la refineriacutea de Cienfuegos con enfoque
de economiacutea ecoloacutegica Tesis en Opcioacuten al grado de Doctor en Ciencias
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Central de las Villas Marta Abreus Santa Clara Cuba 2016
5 LOBELLES-SARDINtildeAS etal Anaacutelisis prospectivo medioambiental para
la recuperacioacuten de aguas sulfurosas en la refineriacutea de petroacuteleo de
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 189
Cienfuegos Revista Cubana de QuiacutemicaVol 28 Nordm 2 mayo-agosto
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recuperacioacuten de azufre para gases de cola en refineriacuteas de Meacutexico Tesis
en opcioacuten al Grado Acadeacutemico de Master en Ciencia en Ingenieriacutea
Quiacutemica Universidad del ISTMO Santo Domingo TEHUANTEPEC
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13 NOM-148-SEMARNAT Norma Oficial Mexicana Contaminacioacuten
atmosfeacuterica Recuperacioacuten de azufre proveniente de los procesos de
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e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 195
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Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
e-ISSN 2224-6185 vol(39) no1 2019 187
Tasa interna de retorno (TIR)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119879119868119877)119894
119899
119894=1
(34)
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI)
0 = minus119870119900 + sum119865119862119894
(1 + 119863)119894
119875119877119868
119894=1
(35)
Los resultados de la evaluacioacuten econoacutemica aparecen en la tabla 5 y el
comportamiento del Periacuteodo de Recuperacioacuten de la Inversioacuten se refleja en la
figura 3
Tabla 5
Resultados de la evaluacioacuten econoacutemica Indicadores Valores
Costo total del equipamiento (CTE) 10 707 86314 CUC
Capital fijo invertido (CFI) 16 704 26650 CUC
Costo total de produccioacuten (CTP) 2 093 21510 CUC
Ganancia (G) 13 691 98815 CUC
Depreciacioacuten 825 21315 CUC
Antildeos de vida uacutetil 20 antildeos
Valor actual neto (VAN) 50 535 54600 CUC
Tasa interna de retorno (TIR) 51
Tasa de descuento 12
Periacuteodo de recuperacioacuten de la inversioacuten (PRI) 25 antildeos
Fig 3 Comportamiento del VAN vs Tiempo
-2000000000
-1000000000
000
1000000000
2000000000
3000000000
4000000000
5000000000
6000000000
7000000000
8000000000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VAN (CUC)
Tiempo (antildeo)
Comportamiento del VAN
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
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proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
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11 PALENCIA M C Mejoramiento del proceso de recuperacioacuten de azufre
de una refineriacutea Tesis en opcioacuten al Grado Acadeacutemico de Master en
Ciencia en Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad de Zulia Maracaibo
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Emissions limitations Paragraphs (f) (1) or (2)-pp 4-6
13 NOM-148-SEMARNAT Norma Oficial Mexicana Contaminacioacuten
atmosfeacuterica Recuperacioacuten de azufre proveniente de los procesos de
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Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
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Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
194 e-ISSN 2224-6185 vol (39) no1 2019
Roxana Corteacutes-Martiacutenez Gabriel Orlando Lobelles-Sardintildeas Eduardo Julio Loacutepez-Bastida pp (169-191)
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Conclusiones
1 El disentildeo de un depurador caacuteustico para el tratamiento de los residuales
gaseosos de la recuperacioacuten de azufre complementa el ciclo final de
dicho tratamiento lograacutendose emisiones de 100 mgNm3 como SO2 por
consiguiente permitioacute dar cumplimiento a las normas de emisiones del
Grupo del Banco Mundial establecidas como requisitos baacutesicos para el
proyecto expansioacuten
2 La propuesta de mejora tecnoloacutegica para el proceso de recuperacioacuten de
azufre resultoacute factible desde el punto de vista teacutecnico y econoacutemico pues
presenta buenos iacutendices de rentabilidad que avala la viabilidad de
ejecucioacuten para la inversioacuten
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Especialista en Tecnologiacuteas de refinacioacuten de petroacuteleo Facultad de
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4 LOBELLES-SARDINtildeAS G O Metodologiacutea para la gestioacuten tecnoloacutegica
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