diseño de una planta ciclohexano

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD ACULTAD DE CIENCIAS CIE NCIAS Y TECNOLOGIA TECNO LOGIA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA

Diseño de una planta química de producción de

Docente:

Juan Rios del Prado

Andia Sergio Estudiante: Aguilar Andia Camacho Galarza Carmen Flores Antezana Andrea Carla Pérez Alcoba Noemí Sarabia Heredia Grover

Caea:

ngeniería !uímica

CBBA-BOLIVIA INDICE 1. RESUMEN EJECUTIVO

!. ANTECEDENTES DEL "RO#ECTO $. INTRODUCCION %. JUSTI&ICACION '. ESTUDIO DE MERCADO "#$ %escri&ci'n del Producto "#( An)lisis de la %emanda * +,erta "#- ca&acidad de la &lanta

(. MATERIA "RIMA E INSUMOS .#$ Clasi,icaci'n de materias &rimas .#( Costo de materias &rimas .#- Fuentes de materia &rima

). UBICACI*N # EM"LA+AMIENTO EM"LA+AMIENTO ,. INENIERA DEL "RO#ECTO /#$# 0étodos de &roducci'n de Ciclohe1ano /#(# 0odelos cinéticos &ro&uestos /#-# %iagrama de &roceso /#.# %escri&ci'n del &roceso /#"# Criterio de selecci'n de e2ui&os /#3# 4cuaciones de dise5o de e2ui&os /#6# 7alances de masa 8 energía#

/. "LANI&ICACI*N # EJECUCI*N DEL "RO#ECTO 10. EVALUACI*N EVALUACI*N &INANCIERA 11. BIBLIORA&IA $$#$ 9ibros $$#( Sitios de internet

PROCESO DE PRODUCCION DE CICO!E"#NO 1.- RESUMEN EJECUTIVO

PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO2

9a indust industria ria &etro &etro2u 2uími ímica ca ha tenido tenido un im&ort im&ortan ante te avance avance en los los :ltimo :ltimoss a5os; a5os; ,avorecida en gran &arte &or el desarrollo de los &l)sticos# 4llo ha animado a gran &arte de la em&resas; a invertir en la &roducci'n de ,ibras sintéticas; 2ue es de im&ortancia en el mercado; destac)ndose las variedades de n8lon; 8 en concreto el n8lon 3 8 n8lon 3;3; cu8a &roducci'n deriva de una serie de &roductos intermedios obtenidos a &artir del ciclohe1ano# ciclohe1ano# 4l ciclohe1ano es el &roducto estrella en la &roducci'n de n8lon 3 8 n8lon 3;3# Gracias a estos dos com&uestos es &osible dis&oner en la actualidad de una e1tensa gama de &rendas de vestir; al,ombras; material &ara el recubrimiento de cables; gomas de neum)ticos; com&onentes eléctricos 8 electr'nicos; etc# .?? @$3 Ni 8 /. Al (+-B; 2ue alcanza una conversi'n del / de benceno a ciclohe1ano# 9a reacci'n 2ue se &roduce en la obtenci'n de ciclohe1ano; es mu8 e1otérmica A D >"$#( Ecalmol; las condiciones de tem&eratura de (?. C 8 (- bar de &resi'n 2ue se &roducen en el reactor es la siguiente C(( 2 $! I C(1! 9a hidrogenaci'n del benceno se realiza en ,ase va∨ &ara evitar la isomerizaci'n del ciclohe1ano a metilciclo&entano metilciclo&entano a altas tem&eraturas# Así como también se traba=ar) a &resi'n alta con un e1ceso de hidr'geno; de manera 2ue la relaci'n alimentaci'n hidrogeno> hidrocarburo 2ue entra al reactor es de 3$# 9a eta&a de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento acondicionamiento del &roducto se lo realiza &osteriormente &osteriormente a la salida del reactor; entrando a un se&arador de ,ases &ara 2ue &osteriormente va8a a un intercambiador de calor# !.- INTRODUCCION 4l crecimiento de la &oblaci'n mundial en las :ltimas décadas del siglo  8 en el siglo ; así como el avance en la ciencia; medios de &roducci'n 8 tecnologías sit:a a la


sociedad mundial actual en una é&oca de &leno desarrollo donde la calidad de vida se ha e1tendido a un ma8or n:mero de &oblaci'n gracias al descubrimiento de nuevas materias 8 &roductos rentables &ara la economía tanto a nivel &articular como la &ro&ia de una regi'n# 4l descubrimiento del &etr'leo como materia &rima &ara la &roducci'n de combustibles 8 base de la ndustria Petro2uímica ha su&uesto un cambio en la economía mundial 8 un KboomL &roductivo &ermitiendo dis&oner de &roductos; ho8 im&rescindibles; &ero 2ue hace a&enas unas décadas no se conocían# 4l benceno; contenido en la materia &rima inicial &etr'leo 8 obtenido &or medio de distintos métodos de &rocesado; es 8 sigue siendo el tercer &roducto base m)s im&ortante de la actual ndustria Petro2uímica# 4l ciclohe1ano; a su vez; obtenido &or medio del &roceso de hidrogenaci'n del benceno se ha convertido en el &roducto estrella &ara la &roducci'n de dos de las ,ibras sintéticas m)s relevantes dentro del cam&o de la &etro2uímica el n8lon 3;3 8 el n8lon 3# Gracias a estos dos com&uestos es &osible dis&oner en la actualidad de una e1tensa gama de &rendas de vestir; al,ombras; material &ara el recubrimiento de cables; gomas de neum)ticos; com&onentes eléctricos 8 electr'nicos; etc#; &roductos todos 2ue han ,acilitado enormemente la actividad humana 8 2ue son necesarios &ara el desarrollo de la misma# $.- ANTECEDENTES 4n sus origines; el ciclohe1ano se obtenía directamente &or destilaci'n ,raccionada de determinadas ,racciones de bencina bruta; con el :nico inconveniente de 2ue la &ureza del &roceso obtenido era; tan solo; del /"# 9os &rocesos &osteriores de isomerizaci'n del metilciclo&entano a ciclohe1ano &ermitieron desarrollar &atentes en industrias tales como Humble +il; Shell 8 Atlantic Rich,ield @4stados MnidosB; me=orando la calidad del &roducto a casi el /# A causa de la ,uertemente creciente demanda de ciclohe1ano como &roducto b)sico &ara la obtenci'n de n8lon 3 8 n8lon 3;3; el ciclohe1ano &roducido &or estos métodos s'lo cubría una &e2ue5a &arte de la demanda e1istente de ciclohe1ano# Por lo 2ue; desde &rinci&ios del siglo  hasta la actualidad la ma8or &arte de este &roducto se obtiene &or medio del &roceso de hidrogenaci'n de benceno; dando lugar


a multitud de &atentes 2ue han desarrollado su &ro&io método &ara la obtenci'n de este &roducto tan necesario# 4n 0é1ico el consumo de ciclohe1ano comenz' en $3/; debido a 2ue la &roducci'n de hule &olibutadieno iniciada en ese mismo a5o lo re2uería como solvente# Sin embargo; las cantidades demandadas eran de &oca magnitud# @$??? a (??? ton# a5oB# A ,inales de $6( la em&resa MN4 S#A# arranc' su &lanta de ca&rolactama; &or lo 2ue 8a en $6- el consumo de ciclohe1ano lleg' a cerca de las -$??? toneladas# A &artir de ese a5o 8 hasta $/" el crecimiento &romedio anual de la demanda ,ue de "## %urante $. hubo un ligero crecimiento; en la demanda e1terna de ciclohe1ano; lo 2ue nos &ermite su&oner; 2ue dicha demanda se incrementara razonablemente en los &r'1imos a5os; de mantenerse el ritmo de consumo actual# Ho8 en día; el &rinci&al destino de la materia ciclohe1ano se reserva a las grandes em&resas de &roducci'n 8 obtenci'n de &roductos &etro2uímicos situadas &rinci&almente en 4uro&a central; destacando Alemania como &rinci&al &aís &roductor de com&uestos derivados de la industria &etro2uímica# Así &ues; aun2ue &uede destinarse a otros usos; la im&ortancia del ciclohe1ano reside en 2ue se trata del &rinci&al &recursor &ara la &roducci'n del n8lon 3 8 el n8lon 3;3; &rinci&ales ,ibras sintéticas m)s im&ortantes del siglo # %.- JUSTI&ICACION 4l ciclohe1ano es de gran im&ortancia en una gran cantidad de &rocesos 2uímicos industriales; tanto en el )mbito nacional como mundial# 9a &roducci'n de ciclohe1ano se lleva a cabo; &ara satis,acer las necesidades de una serie de industrias 2ue de&enden de él 8a sea de manera directa o indirecta# 4l &resente traba=o tiene como ,inalidad &oner en &r)ctica; los conce&tos te'ricos de ngeniería 2uímica; mediante la elaboraci'n de un dise5o de una &lanta industrial como es el caso de la obtenci'n de ciclohe1ano# Ante la necesidad de conocer la ca&acidad de los e2ui&os de &roceso 2ue con,orman una &lanta industrial &ara determinar el rendimiento total de la misma; se ha visto conveniente determinar algunos &ar)metros &ara lograr este ob=etivo# Oa 2ue siem&re es necesario conocer cu)nto volumen &uede ser &rocesado en un determinado e2ui&o


8 de esta ,orma se controla el ,lu=o de materia &rima limitado en la entrada de las o&eraciones b)sicas# Por lo antes mencionado es im&ortante a&licar el dise5o e ngeniería de Plantas como ,actor im&ortante en el )rea de &roducci'n de una industria# Adem)s de 2ue es im&ortante en cuanto a los costos econ'micos involucrados &ara una '&tima ,actibilidad de una &lanta; antes de ser &uesta en marcha 8 de esta ,orma evitar riesgos durante el &roceso &roductivo#

'.- ESTUDIO DE MERCADO '.1.- Desci3ci4n de5 3oducto: Cic5o6e7ano F'rmula !uímica C3H$( 4structura !uímica

'.1.1.- "o3iedades 89sicas  ;u9
PROPIEDADES

VALOR

Peso o!e"#!$% P#+,o -e e.#!!/"/0+ P#+,o -e #s/0+ Tee%$,#%$ "%/,/"$

&4'(& )*o! &1' C 6'4 C 2&1 C


De+s/-$- $ 21C P%es/0+ "%/,/"$

1'& )*3 41'3 .

%$Ta=5a 1: Pro&iedades del ciclohe1ano @ittco,,; Harold A#; $3B

'.1.!.- Usos Alrededor del / del ciclohe1ano &roducido es em&leado &ara la ,abricaci'n de intermedios de n8lon )cido adí&ico; ca&rolactama; 8 he1ametilendiamina; los dos &rimeros consumen alrededor del "# 4l &rimero de los intermedios se utiliza &ara la elaboraci'n de n8lon 3#3; mientras 2ue el segundo de ellos es un mon'mero del n8lon 3# Adem)s suele em&learse &ara remover &inturas; como solvente &ara lacas 8 resinas 8 en la ,abricaci'n de materiales org)nicos# Cantidades menores de ciclohe1ano son destinadas a su uso como disolvente 8 como agente 2uímico intermedio# 4l ciclohe1ano se em&lea &ara obtener; &or o1idaci'n catalítica con aire; ciclohe1anol 8 ciclohe1anona; 2ue son materias &rimas &ara la obtenci'n; adem)s de N8lon; de resinas &oliéster 8 &oliuretanos# Su consumo esta ma8ormente relacionado con la manu,actura de n8lon 8 ca&rolactama de n8lon; se utiliza también como solventes de lacas 8 resina; &inturas; &lasti,icantes 8 barnices; en la e1tracci'n de aceites naturales; como insecticidas 8 síntesis org)nicas#

'.!.- An>5isis de 5a o8eta  de5isis de o8eta '.!.1.1.- "oducci4n de Cic5o6e7ano en e5
PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO

A &esar de la subida global del mercado de ciclohe1ano en el mundo; 4uro&a ha visto un crecimiento de hasta el ( a5o; &ero se es&era 2ue el nivel de consumo &ara el material en 4uro&a se mantenga estable en el a5o (?$?>(?$(; &rinci&almente a nivel de la a&licaci'n ciclohe1ano en 4uro&a del 4ste# @0erchant Research QConsulting9tdB Nuevas inversiones se centraran en Asía; &articularmente en China 8 el medio oriente &or Arabia Saudita @Petro Rabigh com&an8B 8a 2ue necesitan ciclohe1ano &ara la &roducci'n de ca&rolactama 8 n8lon 3;3 en el &ro8ecto de e1&ansi'n de la segunda ,ase 2ue se ,inalizar) en (?$.#

'.!.1.!.- E<3esas 3oductoas de Cic5o6e7ano %ebido a 2ue la demanda de ciclohe1ano est) ,undamentalmente marcada &ara la &roducci'n de ca&rolactama; re&resenta el - de consumo; el cual se destina a la &roducci'n de ,ibras n8lon# 4n la actualidad; e1isten cinco em&resas &roductoras; con una ca&acidad instalada total de 3(/6? ton a5o; esto se muestra en la tabla (#

Ta=5a ! Princi&ales em&resas &roductoras de ciclohe1ano

Actualmente; en 4s&a5a tan s'lo ha8 dos em&resas 2ue ,abrican ciclohe1ano !ualit8 Chemicals 8 Ce&sa# 9a &rimera de ellas lo utiliza &osteriormente &ara la &roducci'n de ciclohe1anona 8; ,inalmente; )cido adí&ico# Por el contrato C4PSA; destina la &roducci'n al mercado; generalmente en el mercado internacional @e1&ortacionesB# 4n la
PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO&

Ta=5a $ Ca&acidad de &roducci'n de ciclohe1ano de C4PSA @%irectorio de 4m&resas 8 Productos !uímicosB

Mna gran &arte del ciclohe1ano &roducido &or C4PSA; es destinado a la e1&ortaci'n a diversos &aíses; tal 8 como se observa a raíz de los dates ,oresides en la
Ta=5a % Países a los 2ue C4PSA e1&orta ciclohe1ano desde 4s&a5a @7ase de %atos de Comercio 41teriorB#

'.!.1.$.- "ecio de co

Euo3ean  US Contact Cc5o6e7ane "ices

US

Euo3e

MT

>8ico 1 Precio de comercializaci'n de ciclohe1ano 0<

'.!.1.%.- "oducci4n de Cic5o6e7ano en Bo5i@ia Actualmente en el mercado boliviano no se cuentan con em&resas 2ue &roduzcan ciclohe1ano; tam&oco la &roducci'n de benceno 2ue en nuestro caso es la materia &rima; &ero &ara el a5o (?$. se es&era la dis&onibilidad de una &lanta de &roducci'n de arom)ticos; 2ue se ubicara en el gran chaco en
'.!.1.'.- I<3otaci4n de Cic5o6e7ano en Bo5i@ia 3o 3oductos =>sicos en d45aes estadounidenses anua5es - idoca=uos c9c5icos 4n los :ltimos a5os 7olivia im&orta alrededor de (3;-." al a5o; donde se &odría decir 2ue dentro del gru&o de los hidrocarburos cíclicos no es el 2ue menos im&orta; &ero tam&oco es el 2ue m)s im&orta#

'.!.!.- An>5isis de 5a de
>8ico ! Consumidores de Ciclohe1ano (?$$

A &esar de la creciente incertidumbre; se es&era 2ue la demanda mundial de ciclohe1ano aumente en una tasa &romedio anual del (;/ # Gran &arte de este crecimiento se &roducir) en China &ara la demanda de ca&rolactama en n8lon 3 8 el )cido adí&ico; se utiliza tanto como materia &rima &ara n8lon 3;3; ,ibras 8 resinas 8 adhesivos de ,usi'n en caliente a base de &oliéster &ara suelas de za&atos 8 otras a&licaciones# 4l 0edio +riente también &uede contribuir hacia el ,inal del &eríodo del &ron'stico; a la es&era de la instalaci'n de &olímero de n8lon anunciada en Chevron Philli&s en Arabia Saudita durante (?$">(?$3# Se es&era 2ue 4uro&a del 4ste 8 Central 8 Sur América Central 8 e1&erimentar &lana con mu8 &oco crecimiento de la demanda de ciclohe1ano durante el &eríodo de &ron'stico# No se conoce la demanda de ciclohe1ano en ,rica u +ceanía#

'.!.!.!.- "oducci4n de Cic5o6e7ano 9a Producci'n de Ciclohe1ano a nivel mundial; sudamericano 8 en 7olivia se muestra a continuaci'n en la siguiente tabla "

PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO ((

AO

"RODUCCI*N MUNDIAL T<AOF

"RODUCCI*N SUD. T<AOF

"RODUCCI*N BOLIVIA T<AOF

!01% !01' !01( !01) !01,

3("$-. 3.(3// 33?3.. 36$-/ 3/($$-

-$("6 -($-. --?-.6 --"6 -.$?3

"-$.$ ".3( "3$" "66-$ 3????

Ta=5a ': Producci'n de ciclohe1ano

Producción de ciclohexano PRODUCCIÓN

PRODUCCIÓN
PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO (2

PRODUCCIÓN SUD8 9T*A:O;

>8ica $: Producci'n del Ciclohe1ano

'.!.!.$.- "oducci4n Naciona5 de5 cic5o6e7ano en Bo5i@ia

Producción de ciclohexano en $oli%ia


>8ico % Producci'n nacional del Ciclohe1ano en 7olivia

Para los &r'1imos a5os se es&era 2ue la demanda de ciclohe1ano; va8a incrementando; con nuevos &ro8ectos como ser la construcci'n de la &lanta de arom)ticos ubicado en el Gran Chaco en
'.$.- Ca3acidad de 5a "5anta 9a ca&acidad de &lanta se re,iere a la ca&acidad de &roducci'n 2ue &uede llegar a tener una em&resa durante un cierto &eriodo de tiem&o; en este caso e1&resaremos el desarrollo de la &roducci'n durante un &eriodo ,uturo de " a5os; en el cual se tomaran las siguientes su&osiciones cubriendo el 6" de la &roducci'n de 7olivia nuestra ca&acidad de &lanta ser) 3????
'.$.1 "a>5cu5o de 5a 35anta  %emanda mundial ";- millones de tonelada al a5o 
> benceno 6"??? tma5o @/? &roducci'n de ciclohe1anoB > ileno 3$??? tma5o 4n el caso de 2ue se cubra el $?? de la &roducci'n la &lanta tendr) una ca&acidad de 3????

AO

Ca3acidad de 5a

G Ince
!01% !01' !01( !01) !01,

35anta T< AOF "-$.$ ".3( "3$" "66-$ 3????

de 3oducci4n / $ . 3 $??

Ta=5a (: Ca&acidad de la &lanta

Capacidad de la planta &'m(años)

>8ica ' Ca&acidad de la &lanta &ara " a5os

4n cuanto a la ca&acidad de la &lanta se realizara &ara una &roducci'n de ciclohe1ano del $??; cum&liendo con la demanda en 7olivia 2ue es de 3???? tona5o#

(.- MATERIAS "RIMAS E INSUMOS 4n esta &arte se &rocede a la caracterizaci'n de las materias &rimas de la línea de &roceso de &roducci'n de ciclohe1ano; adem)s se describe las características ,ísicas 8 2uímicas del catalizador em&leado en el reactor#


9as materias &rimas necesarias &ara la ,abricaci'n de ciclohe1ano en la línea de &roceso dise5ada son benceno e hidr'geno# Se re2uiere esta materia &rima tan &ura como sea &osible; sin embargo; estos reactivos llegan a Re,inería con un &orcenta=e de tolueno 8 metano; res&ectivamente#

(.1.- Benceno 4structura !uímica F'rmula !uímica C3H3

(.1.1.- "o3iedades 89sicas  ;u9
"RO"IEDAD Peso 0olecular Punto de 4bullici'n Punto de Fusi'n

VALOR 6/;$ gmol /? TC ";" TC (/ TC ./; 7ar /6;. Egm-

Ta=5a ) Pro&iedades del benceno @ittco,,; H# A; $3B (.1.!.- Usos 4ste com&uesto arom)tico es am&liamente utilizado como disolvente; si bien &or sus características carcinogénicas; el benceno est) e1&lícitamente &rohibido en muchas ,ormulaciones; e1istiendo algunos re&aros en cuanto al tolueno 8 ciertas &revenciones res&ecto a los 1ilenos# %e hecho; se est) veri,icando una &aulatina reducci'n de la demanda; m)s o menos acusada en los sectores de las &inturas; los adhesivos; los &roductos ,itosanitarios; 2ue hace unos a5os lo em&leaban masivamente# Se considera 2ue la demanda del benceno tiene la siguiente estructura  4tilbenceno destinado a la ,abricaci'n de estireno#  Cumeno &roducto intermedio obtenido &or &re&araci'n del benceno con

&ro&ileno; 2ue ma8oritariamente termina como ,enol; materia &rima de las resinas ,en'licas; del bi,enol 8 sus resinas derivadas @&oliésteres; e&o1i; &olicarbonatos 8 &olisul,onasB; adem)s de la ca&rolactama @&recursora del n8lon 3B a través de la ciclohe1anona 8 otros m:lti&les &roductos 2uímicos org)nicos como; &or e=em&lo; los al2uil,enol eto1ilados; usados como agente emulgente 8 tensioactivos#  Ciclohe1ano obtenido &or hidrogenaci'n del benceno &ara dar )cido adí&ico 8 ca&rolactama; ambas materias &rimas de las &oliamidas 3;3 8 3; res&ectivamente#  +tros derivados minoritarios; entre los 2ue destacan el nitrobenceno 8 su derivado

la

anilina;

8

el

derivado

de

ésta

el

0%

@di,enilmetanodiisoctanoB; adem)s de los dinitrobencenos; de los 2ue derivan la iso> 8 la &ara>,enilamina#  9os )cidos al2uilbencenosul,'nicos base de los detergentes 9AS @Klinear alV8lbenzene sul,onatesLB#

(.1.$.- "ocesos de 8a=icaci4n

PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO (

4l benceno es un com&onente natural del &etr'leo; sin embargo; no &uede ser se&arado del crudo &or una sim&le destilaci'n; 8a 2ue ,orma aze'tro&o con otros hidrocarburos# 9a recu&eraci'n de benceno es m)s econ'mica si la ,racci'n de &etr'leo est) su=eta a un &roceso catalítico o térmico 2ue incremente la concentraci'n de dicho hidrocarburo# 4l benceno 2ue &rocede del &etr'leo es industrialmente &roducido &or re,ormado 8 se&araci'n; 8 desal2uilaci'n térmica o catalítica de tolueno# 9a cantidad de benceno recu&erado &or re,ormado es normalmente ma8or 2ue el obtenido a través de las técnicas de e1tracci'n# +tros &rocesos de obtenci'n de benceno son el cra2ueo de na,ta &esada o hidrocarburos ligeros como el &ro&ano o butano; con los 2ue se consigue un &roducto rico en arom)ticos; los cuales contienen un 3" de arom)ticos; "? del cual es benceno#

(.!.- id4Heno F'rmula 2uímica H( 4structura H>H 4n la naturaleza; se gener' como el Kgas de la gran e1&losi'nL 2ue dio lugar al origen del Mniverso#

(.!.1.- "o3iedades 89sicas  ;u9
PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO (&

4l hidr'geno se encuentra ma8oritariamente en la naturaleza en ,orma molecular ,ormando &arte de gases; de la molécula de agua 8 de multitud de com&uestos org)nicos# 4ste hecho se debe ,undamentalmente; a su elevada reactividad &r)cticamente en cual2uier entorno# Se trata del elemento m)s ligero 8 su min:sculo tama5o le &ermite situarse dentro de cual2uier )tomo o ti&o de enlace destacando dentro de este :ltimo su tendencia a ,ormar &uentes de hidr'geno# 4ntre algunas de sus &ro&iedades m)s relevantes; se destacan las siguientes

"RO"IEDAD

VALOR

Peso 0olecular

(;?$3 gmol

Punto de 4bullici'n

(?;(3/ E

Punto de Fusion

$.;?(" E

--;( E

Presi'n Crítica

$-;$3 7ar

%ensidad a (? TC

(;..6 Egm-

Ta=5a , Pro&iedades del Hidr'geno molecular @ittco,,; H# A; $3B

(.!.!.- Usos 4l hidr'geno &uede em&learse dentro de dos vertientes bien di,erenciadas $# 4n los &rocesos de obtenci'n de &roductos industriales tales como la síntesis de amoniaco 8 ,undamentalmente en las instalaciones de una re,inería# 4n esta :ltima; adem)s; ha8 2ue distinguir entre el consumo de hidr'geno en reacciones &ro&iamente dichas 8 el de a&ortaci'n a las unidades como materia &rima de &roceso#


(# 4l &a&el del hidr'geno como ,uente de energía alternativa 8 renovable; tanto &or medio de una conversi'n directa de su energía 2uímica en electricidad a través de la &ila combustible; como la combusti'n directa en motores alternativos o turbinas de gas# 4n este sentido; est) &revisto 2ue se convierta en uno de los &osibles sustitutos de los combustibles ,'siles en el sector trans&orte#

(.!.$.- "ocesos de 8a=icaci4n %entro de los &rocesos &ara la síntesis del hidr'geno; también es &reciso distinguir entre dos categorías en base a la naturaleza de la materia &rima &rocesos 2uímicos de obtenci'n basados en combustibles ,'siles 8 a2uellos 2ue em&lean como &unto de &artida alguna ,uente de energía renovable# 4n el &rimer gru&o; se destacan los siguientes &rocesos Re,ormado del metano; obteniéndose el llamado Kgas de síntesisL @C+ e H(B# Re,ormado con va&or de agua# Re,ormado autotérmico +1idaci'n &arcial catalítica del metano; siendo este método m)s r)&ido 2ue el re,ormado sim&le# Gasi,icaci'n del carb'n mineral a altas tem&eraturas# Pirolisis# 4n un segundo gru&o; se inclu8en 4lectrolisis de la molécula de agua# Gasi,icaci'n a alta tem&eratura de la lignina contenido en la biomasa# Procesos de ,ermentaci'n de diversa naturaleza ,ermentaciones biol'gicas; bacterianas &rocesos de descom&osici'n &or medio de la acci'n de algas# 0étodos basados en la energía solar de alta tem&eratura 2ue son sistemas centralizados 8 de gran ca&acidad de &roducci'n# 0étodos basados en la energía nuclear; los cuales com&arten sus &rocedimientos con los de la energía solar de alta tem&eratura#

(.$.- Cata5i?ado

PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 21

9a elecci'n del catalizador m)s adecuado &ara el sistema de reacci'n descrito en el &resente &ro8ecto; se basa tanto en consideraciones de índole técnica como econ'mica# %esde el &unto de vista técnico; se debe tener en cuenta 2ue el com&ortamiento del sistema in,lu8e en las dimensiones de la &artícula catalítica; &or lo 2ue se va a considerar a2uellas 2ue tienen un di)metro de (>" mm; aconse=adas &ara traba=ar en el caso de 2ue el sistema de reacci'n se com&orte como un lecho inmovilizado# %esde el &unto de vista econ'mico; se descarta el uso de catalizadores com&uestos &or metales nobles; 8 se elige un sistema 2ue em&lea como metal activo el Ní2uel; hecho 2ue &resenta dos venta=as ,undamentales  9a &rinci&al es 2ue &ermite alcanzar un alto índice de e,ectividad en un

&roceso 2ue resultar) m)s rentable#  9a segunda de las razones ata5e a las condiciones de o&eraci'n; 8a 2ue los catalizadores de Ní2uel im&iden la a&arici'n de la reacci'n secundaria de isomerizaci'n de ciclohe1ano a metilciclo&entano incluso traba=ando a ("? C# Siguiendo con las consideraciones econ'micas; la su&er,icie dis&onible &ara la reacci'n es un as&ecto relevante a tener en cuenta; &uesto 2ue dicha reacci'n ocurrir) en los &oros del s'lido# Para el caso 2ue se a&lica; se o&ta &or un catalizador de elevada su&er,icie es&ecí,ica; com&ensando el coste del &roducto con un consumo menor del mismo &ara alcanzar el grado de conversi'n deseado# Adem)s; un &unto m)s a ,avor &ara elegir este ti&o de su&er,icie es&ecí,ica reside en un ma8or bene,icio o&erativo con res&ecto a su&er,icies in,eriores# Considerando estas razones; el catalizador 2ue se va a em&lear; H.??; &ertenece a la ,amilia de catalizadores denominados H
 Han alcanzado un rotundo é1ito en la conversi'n de benceno a

ciclohe1ano#  Son ca&aces de du&licar la vida :til del catalizador com&arado con otros usados en la misma reacci'n#  Pueden o&erar a tem&eraturas su&eriores; reduciendo la &osibilidad de 2ue a&arezcan reacciones secundarias indeseadas; es decir; aumentan la selectividad del sistema de reacci'n#  9a velocidad es&acial &uede llegar a ser hasta $;" veces ma8or con res&ecto a catalizadores convencionales# 4l catalizador H.?? seleccionado &resenta estructura de trílobe 8 las siguientes es&eci,icaciones técnicas

"RO"IEDAD Com&osici'n @ en &esoB %ensidad a (? TC

VALOR $3 Ni; /. Al(+(6?(;6 Egm-

%i)metro de Partícula

(;" mm

Su&er,icie es&ecí,ica

6??? m(Eg

9ongitud de &artícula

/ mm

Ta=5a / Pro&iedades es&ecí,icas del catalizador H.?? @Johnson 0atthe8 catalizadoresB


&iHua

!

0or,ología de los &rinci&ales catalizadores &ara hidrogenaci'n @%avid S# Jones; Peter R# Pu=ad'; (??3B

). UBICACI*N # EM"LA+AMIENTO ).1. UBICACION DE LA "LANTA 9a localizaci'n de la &lanta de ciclohe1ano va a de&ender de di,erentes ,actores; estos tienen un &eso de acuerdo a su im&ortancia; luego mediante el método de ,actores &onderados hallaremos una &osible ubicaci'n#


&iHua (: Factores 2ue se consideran en la ubicaci'n de &lanta ).1.! &actoes a Considea: Dis3oni=i5idad. 9a dis&onibilidad de las materias &rimas como

hidrogeno 8 benceno; en

es&ecial el hidrogeno se usa en &roducci'n de )cido clorhídrico; combustible &ara cohetes 8 :ltimamente como ,uente de energía lim&ia &ara autom'viles; 8 del benceno se utiliza como constitu8ente de combustible &ara motores; disolventes de grasa; aceites; &inturas; manu,actura de detergentes; donde estos van hacer considerados como el &unto de &artida &ara la dis&onibilidad de materias &rimas#

Mecados 4ste ,actor va a de&ender del uso del ciclohe1ano; las &rinci&ales a&licaciones &ara el ciclohe1ano en nuestro mercado est)n como diluente &ara las &inturas; las lacas 8 los esmaltes; 8 como com&onente de algunos solventes; también se utiliza en los catalizadores de &olimerizaci'n &ara ,abricaci'n de &l)sticos como


ser el n8lon 3#3; catalizador &ara acrílicos 8 ti&o resinas de &oliéster; 8 como materia &rima &ara los &er'1idos 8 los catalizadores de o1idaci'n# 4n la actualidad; la demanda total de ciclohe1ano es ";- millones de toneladas P#A#; en el mundo; el crecimiento de la demanda de ciclohe1ano asciende a&ro1imadamente - anualmente#

Dis3oni=i5idad de eneH9a 4l Proceso de &roducci'n de ciclohe1ano; tiene como &rinci&al materia &rima al benceno 8 al hidrogeno; el cual se obtiene en un &roceso e1otérmico; a&licando un sistema de integraci'n energética &odemos solucionar una &arte de la dis&onibilidad de energía; &ero adem)s al tener como dis&onibilidad; el uso del gas natural &odría ser una soluci'n a esta; claro &ero antes se tendría 2ue hacer un an)lisis econ'mico de estas &osibilidades#  Su
4ste ,actor tiene un &eso im&ortante a la hora de elegir la ubicaci'n de una &lanta; en la siguiente tabla se &uede a&reciar los salarios mínimos en 9atinoamérica; &ero no solo es un ,actor im&ortante el costo de mano de obra si no también la calidad de mano de obra 8 también la dis&onibilidad de esta misma#

DESCRI"CI*N

!01!

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!01%

SALARIO MNIMO NACIONAL En =o5i@ianos

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DECRETO SU"REMO NK
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&ECA DE "ROMULACI*N

?$?"$( $??.$- ?$?"$.

Ta=5a 10: Salarios en 7olivia &uente: Gaceta +,icial de 7olivia nstituto Nacional de 4stadística


Como 8a hemos enumerado di,erentes ,actores 2ue a,ectan a la hora de elegir la localizaci'n de una &lanta; a cada uno de estos se le ha dado un &eso res&ectivo de acuerdo a su im&ortancia# Para tal e,ecto se han identi,icado tres macro>zonas &otenciales siendo las mismas los de&artamentos de Santa Cruz; Cochabamba 8 zona de localizaci'n se em&lea el método cualitativo &or &untos de &onderaci'n @Factores im&ortantes en cada zonaB; siendo los resultados los siguientes 9os lugares involucrados en esta tabla son Cochabamba @ AB; Santa Cruz @BB 8
ocali*ac ion

mano de o+ra

,P

A

33611

<

36(2(211

C

3331211

51314 '7 51314 '7 51314 '7

'ranspo rte

Otros

'otal -C./

57(4&11 225111 11 57(4&11 21111 11 57(4&11 3(5111 11

0 ( C.

((32& 3& &'&2&E=(1 ((35(5 7& &'&172E=(1 ((36427 7& &'775E=(1 'O'#

123453E6 78

Ta=5a 11: Loca5i?aci4n de 5a E<3esa# F+A D ?#---( Cochabamba F+7D ?#---(( Santa Cruz



F+CD ?#--(/"

).! U=icaci4n e7acta de 5a 35anta %ebido a los ,actores 2ue se mostraron se eligio 2ue nuestra em&resa sera en el &ar2ue industrial latinoamericano

&iHua ) : "a;ue industia5 5atinoa
PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 2

&iHua , : Coedo Bioceanico

PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 2&

,.- INENIERIA DEL "RO#ECTO 9a ingeniería del &ro8ecto im&lica el estudio de los distintos &rocedimientos o &rocesos técnicos a través de los cuales se &odrían obtener los ob=etivos del &ro8ecto# 41isten siem&re distintas alternativas o &osibilidades tecnol'gicas &ara e=ecutar una determinada iniciativa de inversi'n &or lo 2ue corres&ondería ado&tar una decisi'n res&ecto a la cual se &resenten sería el m)s venta=oso dada las características del &ro8ecto#

,.1 Mtodos de O=tenci4n de Cic5o6e7ano 9a im&ortancia econ'mica del ciclohe1ano ha ocasiona gran n:mero de &rocesos industriales &ara su obtenci'n# 4stos &rocesos di,ieren &rinci&almente en los siguientes as&ectos  Naturaleza del catalizador#  Condiciones de o&eraci'n de ba=o las cuales se lleva a cabo la reacci'n

en el catalizador#  %ise5o del reactor#  0étodo utilizado &ara disi&ar el calor generado debido a la e1otermicidad de la reacci'n# 9os &rocesos e1istentes &ara la obtenci'n de ciclohe1ano com&renden todos a2uellos desarrollados a nivel industrial &ara su&lir las demandas del mercado# 4l ciclohe1ano se &roduce en grandes cantidades &ara utilizarlo como materia &rima en la ,abricaci'n de ,ibras de N8lon# Se obtiene mediante dos &rocesos &rinci&ales la hidrogenaci'n del benceno 8 el re,ormado catalítico de la ,racci'n de na,ta del &etr'leo#

,.1.1 Re8o

9a se&araci'n del ciclohe1ano &or destilaci'n ,raccionada es di,ícil; &or lo 2ue a la ,racci'n na,tenica se la somete al re,ormado catalítico# 4n la ,igura  se da un diagrama sim&li,icado de este &roceso; en el 2ue la na,ta se destila &ara obtener una ,racci'n de @HB rica en ciclohe1ano 8 otra @7B rica en benceno 8 metilciclohe1ano# 9a ,racci'n de H se somete al re,ormado catalítico; trans,orm)ndose en una mezcla de benceno W metilciclo&entano con &entano 8 dimetilciclo&entano# 4sta mezcla se destila &ara se&arar el &entano m)s vol)til 8 dimetil&entano menos vol)til#

&iHua /: DiaHa

a Re8o
= idoHenaci4n cata59tica e iso
4n circunstancias econ'micas de gran consumo de arom)ticos; la reacci'n de re,ormado se utiliza &ara &roducir benceno 8 tolueno; como sucedi' en la segunda guerra mundial# 4l ciclohe1ano se usa &ara obtener; &or o1idaci'n catalítica con aire; ciclohe1anol 8 ciclohe1anona; 2ue son materias &rimas &ara la obtenci'n de n8lon; resinas de &oliéster 8 &oliuretanos#

Ambos &roductos se usan también; en menor escala; como disolventes#

PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 3(

,.1.! idoHenaci4n de5 Benceno Yste es; &or antonomasia; el método m)s di,undido &ara la &roducci'n de ciclohe1ano en las &lantas &etro2uímicas a &artir de derivados del crudo de &etr'leo# 4ste método est) basado en la reacci'n catalítica ,uertemente e1otérmica de hidrogenaci'n del benceno 8; aun2ue usualmente es éste el com&uesto 2ue se em&lea como materia &rima de &artida; s'lo 2ue la ,abricaci'n re2uiere entonces un &aso intermedio adicional# nde&endientemente de las características &ro&ias de cada &roceso; todos 8 cada uno de ellos &resentan dos &asos ,undamentales; el &rimero consiste en la reacci'n de hidrogenaci'n en sí; seguido de un segundo de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento del &roducto ,inal con el ,in de cum&lir con las estrictas e1igencias de calidad 2ue dicta el mercado# Así; los métodos basados en la reacci'n de hidrogenaci'n; se clasi,ican atendiendo a criterios 2ue in,lu8en en la calidad del &roducto derivado

Condiciones de o3eaci4n: &ermiten distinguir entre los &rocesos 2ue se desarrollan en ,ase lí2uida; m)s obsoletos 8 con menor velocidad de reacci'n 8; los 2ue se llevan a cabo en ,ase gaseosa; m)s actuales; con ma8or registro de tem&eraturas 8 catalizado &or metales nobles#

Ti3os de cata5i?ado: de&endiendo del catalizador 2ue se utilice cambiar)n las es&eci,icaciones im&uestas a la alimentaci'n# 9os m)s am&liamente utilizados son los de Ní2uel 8 Platino; aun2ue también se em&lean el Paladio; Cobre; Rodio 8 sul,uros de 0olibdeno; ol,ramio 8 Ní2uel# Si la reacci'n est) catalizada &or metales nobles; como el Platino; el contenido en azu,re de la alimentaci'n debe ser menor de $ &#&#m evitando así el envenenamiento del catalizador# Para el resto de los com&uestos mencionados; las es&eci,icaciones son menos e1igentes#


Disi3aci4n de ca5o duante 5a eacci4n: constitu8e el as&ecto m)s im&ortante a la hora de controlar el correcto ,uncionamiento del sistema# Siendo así; las o&ciones &asan &or el uso de una serie de reactores de lecho ,i=o adiab)ticos &rovistos de intercambiadores de calor intermedios; reactor multitubular catalítico de lecho ,i=o 8; &or :ltimo; reactor de lecho m'vil donde el contenido del interior de la unidad se em&lea &ara disi&ar el calor generado durante la reacci'n# 4l sistema se com&one de un reactor de lecho ,i=o con catalizador de &latino so&ortado sobre una base de sal de litio; catalizador ca&az de tolerar contenidos de azu,re en la alimentaci'n su&erior a -? &#&#m# 4l hidr'geno re2uerido debe someterse a un &roceso de &retratamiento con sosa caustica &ara eliminar el )cido sul,:rico 8 el di'1ido de carbono &resente en la corriente; así como a un &roceso de metanaci'n &ara la recu&eraci'n de mon'1ido de carbono# 9a alimentaci'n lí2uida 2ue entra al reactor com&uesta de benceno ,resco 8 ciclohe1ano recirculado se mezcla con una corriente de hidr'geno ,resco 8 recirculado; se &recalienta 8 com&rime hasta la tem&eratura 8 &resi'n re2ueridas res&ectivamente &ara ser introducida en una serie de dos o tres reactores de lecho ,i=o donde se traba=a entre los (??>-?? C a -? bar de &resi'n#

&iHua 10: Proceso &ara la &roducci'n de ciclohe1ano

,.1.$ "oceso en 8ase @a3o "oceso Be7ano Se trata de un método desarrollado &or la em&resa Stamicarbon 8 basado en el em&leo de dos reactores multitubulares 2ue contienen catalizador de Platino 8 de Ní2uel res&ectivamente# 9a alimentaci'n; &recalentada &reviamente con el e,luente &roveniente del &rimer reactor; se introduce en el sistema a -? bar de &resi'n 8 -6? C; 8 el e,luente se dirige a su vez a la segunda unidad de reacci'n a una tem&eratura de ((? C donde la reacci'n se com&leta# 9a &ureza del &roducto ,inal se sit:a en un ; tras someterlo a las &ertinentes o&eraciones de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento#


&iHua 11: &roceso be1ano &ara la &roducci'n de ciclohe1ano

,.! E5ecci4n de5 3oceso de 3oducci4n de cic5o6e7ano 4l método seleccionado &ara la &roducci'n de ciclohe1ano; toma como base los &rinci&ales &rocedimientos de o&eraci'n 2ue com&onen los métodos de &roducci'n de ciclohe1ano en a2uellos &rocesos 2ue transcurren en ,ase gaseosa# A la hora de dise5ar el &roceso de &roducci'n m)s adecuado &ara la obtenci'n del ciclohe1ano; lo &rimero 2ue debe tenerse en cuenta es la materia &rima de &artida#

> ((? CX si el catalizador es de ní2uel &ueden alcanzarse los ("? C sin riesgo de 2ue se ,ormen &roductos secundarios# > Presiones 2ue van desde $?>-? bar; &udiendo ser incluso su&eriores a los .? bar# > Relaci'n de alimentaci'n hidr'geno>hidrocarburo su&eriores a 3# Como se ha mencionado con anterioridad; la clasi,icaci'n de los &rocesos e1istentes &ara la obtenci'n del &roducto de interés &uede realizarse atendiendo a diversos criterios# Por tanto; el método elegido &ara la &roducci'n de ciclohe1ano estar) basado en la hidrogenaci'n del benceno# 4ste &roceso e1ige 2ue la materia &rima benceno &osea una alta &ureza# Ho8 en día; la &ureza de la materia &rima no su&one un im&edimento &ara el desarrollo de la reacci'n &uesto 2ue se dis&one de tecnologías su,icientemente avanzadas 2ue &ermiten obtener benceno de mu8 alta &ureza 8 &r)cticamente libre de azu,re# 4ste &roceso de hidrogenaci'n del benceno com&render) dos ,ases &rinci&ales  Fase de reacci'n &ara la trans,ormaci'n de la materia &rima en el

&roceso de interés#  Proceso de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento del &roducto ,inal obtenido#

&ase de eacci4n Para seleccionar el sistema de reacci'n m)s adecuado deben contem&larse los siguientes as&ectos >4stado de agregaci'n de la mezcla reaccionante# > %ise5o del sistema de reacci'n > Com&ortamiento del lecho catalítico > Sistema de disi&aci'n de energía


•

4stado de agregaci'n de la mezcla reaccionante

9a hidrogenaci'n del benceno &uede llevarse a cabo en ,ase lí2uida o en ,ase va&or# %e&endiendo de un estado de agregaci'n u otro; cambiar)n las condiciones del &roceso# 9os &rocesos desarrollados en ,ase va∨ m)s actuales; &resentan las siguientes venta=as ,rente a los 2ue se desarrollan en ,ase lí2uida > Favorecen la se&araci'n de sustrato 8 catalizador# > Re2uieren menores tiem&os de residencia &ara alcanzar una misma conversi'n# 4stos tiem&os menores &ermiten; 2ue &ese a las altas tem&eraturas; se evite la isomerizaci'n del ciclohe1ano a metilciclo&entano# 4n base a estos argumentos; se o&ta &or la elecci'n de un &roceso 2ue &ermita desarrollar la reacci'n &artiendo de una alimentaci'n en ,ase gaseosa# •

%ise5o del sistema de reacci'n

9a com&le=idad de la reacci'n e1ige el em&leo de un método de o&eraci'n 2ue ante todo &ermita llegar a una situaci'n '&tima entre la conversi'n alcanzada en el e2uilibrio 8 la velocidad de reacci'n# Se recurre &ara ello la dis&osici'n de un reactor multitubular donde se traba=ar) a ma8or tem&eratura 8 &resi'n ,avoreciendo la velocidad de reacci'n a costa de alcanzar una conversi'n '&tima# Com&ortamiento del lecho catalítico 4l ti&o de lecho a em&lear se determinar) en base al tama5o de las &artículas de catalizador a em&lear en el sistema así como a la ca&acidad del mismo &ara &aliar los &roblemas derivados de los &er,iles de concentraci'n 8 tem&eratura desarrollados en el seno del lecho#

9os lechos ,i=os &resentan un &er,il de tem&eraturas m)s acusado con res&ecto a los de lecho ,luidizado; sin embargo; su ,uncionamiento es m)s sencillo#


7asados en este hecho 8; teniendo en cuenta 2ue el tama5o de las &artículas seleccionadas &ara la reacci'n @(;">" mmB se adecua a las es&eci,icaciones &ara las reacciones 2ue se desarrollan en lechos ,i=os; se o&ta &or el dise5o de un reactor multitubular de lecho ,i=o# •

Sistema de disi&aci'n de energía

4s im&ortante &ensar en el dise5o del sistema m)s adecuado &ara disi&ar la energía 2ue se des&rende durante el &roceso# Para ello se dis&ondr) de un reactor multitubular de lecho ,i=o; 2ue &ara las mismas condiciones de o&eraci'n; &resentan una ma8or )rea de trans,erencia &ara la disi&aci'n de la energía generada &or la reacci'n e1otérmica# 4ste ti&o de reactor; adem)s; a8udar) a &aliar las de,iciencias de los reactores de lecho ,i=o ,rente a los de lecho ,luidizado con res&ecto a la a&arici'n de &er,iles de tem&eratura a lo largo de la unidad de reacci'n# Mna vez analizados todos estos as&ectos; el método em&leado &ara desarrollar la reacci'n se basa en dis&oner un reactor multitubular de lecho ,i=o donde la reacci'n de hidrogenaci'n de benceno tendr) lugar en ,ase gaseosa 8 la re,rigeraci'n se llevar) a cabo &or medio de agua &rocedente de la red de calderas de la Re,inería 2ue circular) a través de la carcasa abandonando el sistema como va&or de agua de ba=a &resi'n# 9as razones 2ue =usti,ican o&tar &or tal dise5o del sistema de reacci'n se basan en 2ue  9a dis&osici'n del reactor es el sistema actual m)s di,undido a nivel de

la industria 2uímica &ara reacciones de hidrogenaci'n de benceno#  9a disi&aci'n de calor se ve ,avorecida al dis&oner de un reactor multitubular 2ue incrementan el )rea de transmisi'n de calor#  4l di)metro de las &artículas de catalizador seleccionadas; (;" milímetros; es a&ro&iado &ara el em&leo de reactores de lecho ,i=o ,rente a los de lecho ,luidizado#


 9as reacciones desarrolladas en ,ase gaseosa ,avorecen la se&araci'n

entre el sustrato 8 el catalizador; así como disminu8en el tiem&o de residencia; &or lo 2ue e1iste menor &osibilidad de 2ue a&arezcan las reacciones secundarias de isomerizaci'n#

&ase de 3ui8icaci4n  acondicionali2uido# %onde se eliminar) la ma8or &arte de gases ligeros 2ue no han reaccionado 8 2ue se encuentran contenidos en la corriente de &roducto# 9a corriente lí2uida resultante de este &roceso es la 2ue se someter) a un &roceso de en,riamiento 2ue &ermitir) acondicionarlo &ara su almacenamiento en de&'sitos#

,.$. DiaHa

&iHua 1!: diagrama del &roceso de &roducci'n de Ciclohe1ano en H8s8s ,.$.!. DiaHa tico.

&iHua 1$ %iagrama de &roceso es2uem)tico

,.% Desci3ci4n de5 3oceso 9a hidrogenaci'n del benceno es; sin duda; el m)s di,undido a nivel industrial; &uesto 2ue la se&araci'n de las na,tas; actualmente; est) orientada en su totalidad a los &rocesos de re,ormado de las gasolinas# PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 41

Por tanto; el método elegido &ara la &roducci'n de ciclohe1ano estar) basado en la hidrogenaci'n del benceno; este &roceso e1ige 2ue la materia &rima benceno &osea una alta &ureza# A nivel industrial; el &roceso de obtenci'n de ciclohe1ano se com&one de dos eta&as ,undamentales Z 4ta&a de reacci'n# Z 4ta&a de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento del &roducto ,inal# 9a línea de &roceso 2ue se va a dise5ar se estructura en tres &artes ,undamentales 2ue son las siguientes > [ona de almacenamiento de la materia &rima 8 del &roducto Com&rende el sistema de tan2ues necesarios &ara de&ositar la materia &rima recibida 8 el &roducto 8 el dise5o de los sistemas de im&ulsi'n desde el tan2ue de las materias &rimas hasta la zona de reacci'n# > [ona de reacci'n# 4st) ,ormada &or los e2ui&os &ro&ios &ara el &retratamiento de la materia &rima reaccionante 8 las unidades de reacci'n# > [ona de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento del &roducto ,inal # 4l coraz'n de esta secci'n lo constitu8e un se&arador de ,ases gas * lí2uido; 8 &ara su acondicionamiento de&ende de un intercambiador# 4l &roceso &ro8ectado &resenta las siguientes unidades     

,.%.1 +ona de a5

4sta &rimera zona est) ,ormada &or los de&'sitos de benceno e hidrogeno contenidos en su corres&ondiente cubeto e inde&endiente de los de&'sitos de almacenamiento del &roducto ciclohe1ano; la corriente de benceno se cambiara de ,ase &ara 2ue se mezcle con hidrogeno# 9a corriente &asara &or un intercambiador aumentando la tem&eratura a /? C#

,.%.! +ona de eacci4n Se com&one de un intercambiador de calor @4>$$$B 2ue &ermiten elevar la tem&eratura de la corriente 8 una unidad de reacci'n &ara la trans,ormaci'n de la materia &rima a ciclohe1ano# Antes de su entrada en el &rimer intercambiador de calor; la corriente de benceno se unir) a la de hidr'geno de manera 2ue la relaci'n de alimentaci'n hidr'geno hidrocarburo 2ue entra en la &rimera unidad de reacci'n @R>$$?B ser) de 3# 4sta corriente se introduce en el intercambiador de carcasa 8 tubo construido en acero ino1idable AS -$39 aumentando su tem&eratura hasta $./# C# $$?B; donde la tem&eratura ser) (?.#.  C 8 la &resi'n disminuir) debido a la reducci'n del n:mero de moles# %ebido a la naturaleza &ro&ia de la reacci'n de hidrogenaci'n; ,uertemente e1otérmica; se o&tar) &or el dise5o de un reactor tubular de lecho ,i=o# 4l reactor contiene en su interior el catalizador de la reacci'n; ní2uel sobre al:mina# 4l &roducto obtenido &or medio de este &rocedimiento se dirigir) hacia la zona de &uri,icaci'n

,.%.$ +ona de 3ui8icaci4n  acondicionalí2uido# 4l &roducto se dirige hacia el se&arador; con el ,in de dis&oner &or un lado de la corriente lí2uida de &roducto 8 &or otro de la corriente de hidrogeno 2ue no ha reaccionado#


,.'. Citeio de se5ecci4n de e;ui3os. ,.'.1. Inteca<=iado de ca5o Se em&lean am&liamente en la industria 2uímica 8 &etro2uímica &ara situar las distintas corrientes de ,luido a su nivel térmico adecuado 8 adem)s &ara conseguir el m)1imo ahorro de energía &osible# Para ello se integran las distintas corrientes de ,luido entre sí enlazando corrientes a calentar con corrientes a en,riar; de modo 2ue el consumo de energía adicional sea mínimo# 9os ,actores &rinci&ales a tener en cuenta en la elecci'n de un ti&o dado de intercambiador &ara un servicio concreto son los siguientes • • • • • • •

4l intercambiador de calor m)s utilizado en la industria es

,.'.! Inteca<=iadoes de ca5o de cacasa  tu=os 4ste intercambiador de calor es em&leado en la industria 2uímica &ara el &roceso de &roducci'n de ciclohe1ano# 4ste ti&o de intercambiadores est)n com&uestos &or una carcasa cilíndrica en cu8o interior se dis&one un haz de tubos de &e2ue5o di)metro; &aralelamente al e=e del cilindro; un ,luido se hace


circular &or el interior de los tubos; mientras 2ue el segundo ,luido circula &or el interior de la carcasa ba5ando los tubos del haz &or su &arte e1terior# 4n los e1tremos del haz de tubos se dis&onen cabezales del intercambiador 2ue; mediante unas &lacas a&ro&iadamente dis&uestas; obligan al ,luido 2ue circula &or el interior de los tubos a recorrer un camino sinuoso &or el haz de tubos# Asimismo; diversos tabi2ues de,lectores colocados en la carcasa hacen 2ue el ,luido e1terno circule en direcci'n lo m)s &er&endicular &osible al haz de tubos; me=or)ndose la transmisi'n de calor# 4s me=or encontrar intercambiadores de calor de (; .;/; etc#; &asos de tubos# %e la misma manera e1iste la &osibilidad de dise5arlos con varios &asos de carcasa# 4stos intercambiadores son los m)s e1tendidos; 8a 2ue &resentan una gran ,acilidad de lim&ieza 8 mantenimiento; así como una gran su&er,icie de trans,erencia# Son id'neos &ara intercambio de calor de &roductos de elevado caudal# Por todo esto; en el &resente Pro8ecto se dise5an intercambiadores de calor de contracorriente del ti&o carcasa 8 tubos; dado su ,acilidad de lim&ieza 8 mantenimiento; así como &or su elevada su&er,icie de tr ans,erencia# 4sta elecci'n est) basada; adem)s; en las condiciones 8 &ro&iedades ,ísicas del &roceso; &uesto 2ue las corrientes a en,riar 8 calentar &resentan un caudal mu8 alto con un calor a intercambiar elevado#

&iHua 1%:

ntercambiador

de carcasa

de tubos

,.'.$ 4l

Reacto dise5o

del sistema de

reacci'n re2uerido &ara abordar la reacci'n de hidrogenaci'n de benceno est) basado en la selecci'n del &rocedimiento m)s adecuado &ara disi&ar el calor generado durante la reacci'n#
7aterías de reactores de lecho ,i=o adiab)ticos &rovistos de intercambiadores de calor intermedios entre una 8 otra unidad de reacci'n#

4ste ti&o de reactor se em&lea en la ma8oría de los &rocesos catalíticos 2ue tienen lugar en ,ase gaseosa# 4l em&leo de un :nico reactor de lecho ,i=o es adecuado es&ecialmente con las reacciones 2ue transcurren en condiciones adiab)ticas# 9a trans,erencia de calor; adem)s; es es&ecialmente e,ectiva si el catalizador est) uni,ormemente re&artido en el interior de &e2ue5os tubos 2ue com&ondr)n el sistema de reacci'n# •

Reactor o con=unto de reactores multitubulares catalíticos de lecho ,i=o# 4ste ti&o de reactores est) es&ecialmente indicado &ara reacciones gaseosas a gran escala 8 en ocasiones &ara reacciones 2ue transcurran en ,ase lí2uida# Su con,iguraci'n es an)loga a la de un e2ui&o de intercambio de calor de carcasa 8 tubos en cu8o interior se sit:a el catalizador em&leado en la reacci'n#


•

Reactor de lecho ,luidizado donde la disi&aci'n de calor se logra recirculando &arte del catalizador em&leado en la reacci'n al seno interno del reactor#

9a &rinci&al venta=a de estos reactores reside en el grado de uni,ormidad 2ue se registra en el control de la tem&eratura debido al movimiento r)&ido 8 continuo de las &artículas de catalizador en el interior del lecho; venta=a im&ortante en el caso de reacciones adiab)ticas; elimin)ndose los &untos calientes &ro&ios de los reactores de lecho ,i=o# 4ste ti&o de lecho &resenta también una menor &érdida de carga a su través 8 ,avorece el &roceso de regeneraci'n del catalizador no contem&lado en el caso de los reactores de lecho ,i=o# Su &rinci&al inconveniente; si se com&ara con los reactores de lecho ,i=o; est) asociado a una menor conversi'n de los reactivos así como una ma8or di,icultad técnica &ara mantener la tem&eratura del sistema &or deba=o de un determinado nivel# %entro de las dos con,iguraciones &osibles &ara un reactor de lecho ,i=o; se o&ta &or el em&leo del reactor multitubular gracias a 2ue •

Su em&leo est) es&ecialmente indicado &ara reacciones 2ue transcurren

•

en ,ase gaseosa %is&one de una ma8or su&er,icie de intercambio de calor &ara un mismo

•

tama5o del reactor# 4n base a estos criterios; el sistema de reacci'n dise5ado estar)

•

,ormado &or dos reactores multitubulares de lecho ,i=o o&erando en las condiciones de traba=o m)s ,avorables 2ue &ermitan realizar un control e1haustivo de las variables tem&eratura; conversi'n 8 velocidad de reacci'n#


&iHua 1': Reactor

multitubular de lecho ,i=o

@levens&iel; (??3B

,.'.% Co<3eso 9os com&resores son e2ui&os 2ue se em&lean &ara la im&ulsi'n de gases a &resiones hasta $??? veces su&eriores a las e1istentes en la zona de carga# 9a obtenci'n de &resiones tan elevadas re2uiere; en muchos casos; traba=ar en varias eta&as; 8a 2ue debido a cuestiones econ'micas la raz'n de com&resi'n obtenida en cada una de ellas no debe ser su&erior a - ' .# 9os com&resores &ueden dividirse en dos ,amilias &rinci&ales • •

Com&resores alternativos o de des&lazamiento &ositivo# Com&resores centrí,ugos#

Al igual 2ue sucede con las bombas; estos e2ui&os; también se han seleccionado gr),icamente en base al caudal a im&ulsar 8 la &resi'n 2ue se desea 2ue la corriente alcance en el &unto de descarga; siendo necesario recurrir al em&leo de com&resores centrí,ugos de :nica eta&a# 4stos :ltimos son los com&resores centrí,ugos m)s sencillos# 9os ha8 dis&onibles &ara ,lu=os desde /.;" m-\s>$ hasta .#(.6;"- m-\s>$# 4l im&ulsor &uede ser cerrado con &lacas o abierto con )labes radiales# Para a&licaciones aeroes&aciales; motores de combusti'n o com&resores de carga se em&lea este ti&o de dise5o construido con materiales m)s resistentes 8 traba=ando a grandes velocidades# 4ste ti&o de com&resor es el m)s em&leado en la industria de &rocesos 2uímicos &or2ue su construcci'n sencilla; libre de mantenimiento; &ermite un ,uncionamiento continuo durante largos &eriodos#


&iHua 1(: Funcionamiento interno de un com&resor centrí,ugo

,.( Ecuaciones de diseo de e;ui3os ,.(.! Reacto Se em&leara el dise5o de un reactor tubular de lecho ,i=o &ara convertir el benceno en ciclohe1ano; em&leando como catalizador el H.??# 4l ti&o de reactor em&leado es un reactor de lecho ,i=o catalítico cilíndrico em&acado# 9a relaci'n 2ue tiene en el convertidor es

C(( 2 $! I C(1! C>5cu5o de 5as 3o3iedades te
Ta=5a 1!: Constantes &ara el c)lculo de la ca&acidad calorí,ica @Perr8 et al# (??$B


]C& se calcula gr),icamente conociendo los valores de Pr 8
Ta=5a 1$: Pro&iedades criticas del hidr'geno 8 el metano @Perr8 et; (??$B

Conocidas las &ro&iedades reducidas &ara el hidr'geno 8 el metano; ]C& se obtiene gr),icamente


&iHua 1): Correcci'n de C& a altas &resiones @Mniversidad colombianaB

DeteHaber; 8 &ara la reacci'n de hidrogenaci'n de benceno ad2uiere la siguiente ,orma


4n esta correlaci'n; ^i se re,iere a los coe,icientes este2uiométricos de las es&ecies 8 ]HF + a la ental&ía de ,ormaci'n de cada uno de los com&uestos# Para los elementos en estado &uro el valor de esta ental&ía es nulo# Así &ues los valores corres&ondientes de esta &ro&iedad &ara cada com&uesto son los siguientes

Ta=5a 1%: 4ntal&ia de los com&uestos @carrera>mantilla; J# llano> Restre&o 0##(??.B


Cintica de 5a eacci4n de 6idoHenaci4n

Admitiendo 2ue se cum&le la 9e8 de Raoult; se &uede e1&resar

O las ,racciones molares se obtienen como

%eterminaci'n de la velocidad de reacci'n


Ba5ance de
dP = dmp β 0=

=

¿

− β 0 ∗T ρ p∗ At ∗ P0 T 0

´ M ∗( 1−∅ ) ρ0∗ A t ∗ D p 3

∅

∗(1 + ϵ ∗ X B )

P

∗(

150∗( 1−∅ )∗ μf

D p

+

´ 1,75∗ M A t

)

Para la resoluci'n con=unta de estos balances se utiliz' el método de Runge Eutta

mp

"$


' &9)

P &$ar)

&9:cat)

1

1

422'15

2&7'453

1'14

424'122&2

5&3'234

1'1&

424'((5

&25'65

1'((5

426'(54&52

(123'65

1'(34

426'43554

(234'7&

1'(5

42&'467&

(432'675

1'(6

42&'765(46

(631'572

1'(7

431'7765&2

(&2&'4&7

1'2(&

43('6&3545

2126'3&6

1'254

433'1(4

2224'2&3

1'27&

434'66524

2422'(&

1'345

436'&3332

2621'1

1'412

43'7643(

2&('74

1'46

441'241364

31(5'&(

1'54

44('6333&7

32(3'6&

1'634

444'1542(

34(('665

1'(3

445'427(

3617'562

1'&(2

44&'351112

3&1'457

1'&&

451'36773(

4115'356

1'7(2

453'21274

4213'253

1'737

455'5&3&4

441('(5

1'756

45&'65135

4577'17

1'76

46('3443


6'3&5&63  6'3134&63  6'22&3&63  6'(532&63  6'1&(&63  6'1131&63  5'727&63  5'&52&&63  5'&63  5'126&63  5'625&63  5'5524&63  5'43&63  5'4122&63  5'32(&63  5'2521&63  5'(67&63  5'(1(&&63  5'126&63  4'75(6&63  4'&65&63  4'&1(4&63  4'263&63 

476'744

1'7&

464'54&116

4774'&4(

1'7&

46'2374

5(72'3&

1'7&2

41'1(763

5371'65

1'7&4

42'63

55&7'532

1'7&6

45'5156

5&6'427

1'7&&

4&'247


4'65(2&63  4'56(&63  4'51(1&63  4'4265666 & 4'35(67& 7 4'26&6 6

,.(.$ Inteca<=iado de ca5o cacasa  tu=os Para las corrientes μfluido caliente=0.014 cp μfluido frio= 0.543 cp

%ebido a 2ue ambas viscosidades son menores a $ c&; se de,ine &or tanto 2ue las &ro&iedades de los ,luidos involucrados est)n determinadas a tem&eratura &romedio Para el ,luido Caliente

T P=

T 1+ T 2 2

=˚ F

Para el ,luido Frío

t P=

t 1+ t 2 2

$-(#$$3

-??#?(

=˚ F

Características del intercambiador %ebido a 2ue los ,lu=os de las corrientes son mu8 grandes; se usar) un intercambiador de tubo 8 coraza# Seg:n la re,erencia _Eern`; el coe,iciente global de trans,erencia de calor &ara este ti&o de intercambiador; debe encontrarse entre .? 8 6" m (C; es decir "#(/ 8 "(#/( 7tuh>,t (>F# 4l ,actor de obstrucci'n &ara el lado de los tubos; es decir &ara los gases org)nicos debe ser de ?#??$ h>,t (>F7tu 8 &ara la ,ase va&or es de ?#???" h>,t (> F7tu; &or lo tanto Rrequerido=0.001 + 0.0005 =0.0015

Btu 2

ft ℉ 

PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO

9a caída de &resi'n &ermisible en el tubo 8 la coraza tendr) un valor m)1imo

de

10

l!f pul"

2

#

C)lculo del )rea de trans,erencia de calor C)lculo del calor des&rendido en la coraza
-3#$/( E= Egmol C

C& ,luido caliente  -#/$( E= Egmol C # c =$ ∗%p∗& T #c =

Btu 

C)lculo de la tem&eratura media logarítmica MDT =

( T 1−t 2 )−( T 2−t 1 ) T −t ln 1 2 T 2 −t 1

=℉

Para - &asos en la coraza; 3 o m)s &asos en los tubos R $#(/ S ?#3 R=

)=

T 1−T 2 t 2−t 1

t 2− t 1 T 1−t 1

%e la ,igura (? del Eern se calcula F < %e acuerdo a lo e1&uesto en el anterior &unto; se debe asumir un coe,iciente de dise5o igual a 3? 7tuh>,t (>F Calculamos el )rea de trans,erencia PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO

#c A T = Fc∗ MDT ∗* D

C)lculo del n:mero de tubos Para el c)lculo de n:mero de tubos; asumiremos una longitud de $3 &ies; con tubos de 3/ 4

&lg %4; $/ 7G; &or lo tanto el )rea es&ecí,ica ser) de ?#-(" 2

pie pie lineal } *L} ¿ a

ntu!o+=

AT

¿

Características del intercambiador Seg:n las tablas  8 $? del a&éndice del Eern; se asumir) •

•

• • • • •

•

Arreglo triangular &ara los tubos %4 de 3 / 4 ≶ $/7G 3 &asos en los tubos - &asos en la coraza Pt de $ &lg %i)metro interno de la coraza de -- &lg %istancia entre ba,les m)1ima; es decir el di)metro de la coraza; (-#(" &lg# N:mero de tubos igual a 63? @asumimos &or encima del n:mero calculado 6"(B

Calculo de M % corregido Calculamos el )rea corregida } *L*n} rsub {tubos} = {pies} ^ {2} ¿ a A T =¿

Calculamos el M % corregido PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO

#c = Btu / ft 2 ,F * D= Fc∗ MDT ∗ A T

Calculo &ara la coraza @,luido calienteB C)lculo del as '

% = PT − do= pul"'

Di∗% ∗ B = pie2 a += PT ∗144

.=

$ l! = 2 a+ pie ∗

Calculo del di)metro e2uivalente &ara la coraza @con arreglo triangular de los tubosB 1 ∗/ ∗d o2 1 2 ) 4∗( PT ∗0.86∗ PT − 2 4 Deq = 1 / ∗d o 2

Deq = pie+

Coe,iciente de &elícula en la coraza o∗ De 0

( ) μ μp

o =

(

∗ = 0,36∗ De . μ

) ( 0,55

)( ) 1

∗ ∗ %p μ 3∗ μ 0 μp

0,14

=1

BT* 2

 pie 1 F


0,14

C)lculos en los tubos @corriente ,ríaB i∗ De 0

(

De∗. =0,027∗ μ

) ( 0,8

)( ) 1

%p∗ μ 3 μ ∗ ∗ 0 μp

0,14

rea es&ecí,ica de la tubería de -. $/ 7G di =0.652 pul" =0.0543 pie+

aT =

a∗¿ tu!o+ = pie2 ¿ pa+o+

/ di a= 4

.=

2

2 l! = 2 aT pie ∗

( ) μ μp

0,14

=1

O se calcula i∗ De 0

i =

BT* 2  pie 1 F con

(

=0,027∗ De∗. μ

) ( 0,8

Posteriormente calculamos io= i

di do

C)lculo del coe,iciente lim&io * c =

io∗ o io + o

=

)( ) 1

∗ %p∗ μ 3 ∗ μ 0 μp

BT* 2  pie 1 F


0,14

C)lculo del ,actor de obstrucci'n 2

1 1  pie 1 F − = Rd = * D * c BT*

4l cu)l sale ma8or al Rd re2uerido @

0.002

Btu 2 ft ℉  B; &or lo tanto hasta el

momento nuestro intercambiador; es adecuado; sin embargo debemos validarlo con las caídas de &resi'n en el tubo 8 la coraza; las cuales no deben ser su&eriores a

10

l!f pul"

2

#

Calculo de la caída de &resi'n en la coraza Para la caída de &resi'n en la coraza f ∗. +∗ D+∗( N + 1 ) & P= 2 "c∗ ρ∗ De∗3 + 2

2

pie )e calcula ℜ 4 5de lafi"ura 29 del 6ern f = 2 pul"

ρcaliente=0.269 l!m / pie

3

Di=33 pul" =2.75 pie

De=0.71 pie+ 3 +=1

N + 1=

12 =8.26 23.25 16

C)lculo de la caída de &resi'n en los tubos


2

f ∗. +∗ ∗n & Fa= 2∗ "c∗ ρ∗ D i∗3 + 2

pie %onel calculo de ℜ 4enlafi"ura 26 del 6ern encontramo+ f = 2 pul" Di= 0.652 pul" =0,0543 pie '=16 pie+

n = 6 pa+o+

"c =32,2

l!m pie 2

l!f +

= 4.17e8 l!m pie 2 l!f 

ρ= 0.378 l!m / pie

3

3 +=1 l!f

∗ pie 2

2

& Fa=

f ∗. +∗ '∗n 2∗ "c∗ ρ∗ Di∗3 +

=

pie 2 pl"

2

= p+i

Caída de &resi'n debida a los &asos de tubo

& Fl =

7

2

2∗ "

"c =32,2

=

.tu!o ρ tu!o 2∗ "

l!m pie 2

l!f +

= 4.17e8

ρ= 0.04266 l!m / pie

l!m pie l!f 

2

3

Reem&lazando


& Fl =

7

2

2∗"

= pie+

l!f & Pl =& Fl∗ ρ =

pie

2

∗1 pie2

144 pl"

2

= p+i

Por lo tanto la caída total en el tubo se determina & Ft =& Pl + & Fa

,.) Ba5ances de
&iHua1,: ntercambiador &iHua1,: ntercambiador 4>$?- del &roceso Nom+re

$enceno

0

Ener:ía int;

1

(

1

'emperatur emperatura a &>C)

3'&

(11'11

1

Presión &$ar)

('13

('51

1

7&'5&

7&'5&

1

11'11

11'11

1

&'3

&'3

1

Entalpia molar &@cal(@mol)

(235&'5(

2(434'&

1

(2(&2&&85 2((3126'15 (


&743'54

Ta=5a Ta=5a 1': 1 ': %atos de corriente de entrada 8 salida del intercambiador

,.).! Tan;ue
&iHua 1/: 0ezcladora 1/: 0ezcladora 0>$?? del &roceso de ciclohe1ano

Ta=5a Ta=5a 1(: 1 (: %atos de corriente de entrada 8 salida de la mezcladora


,.).$ Co<3eso

&iHua !0: Com&resor !0: Com&resor E>$?? &ara la recirculaci'n de gases

No<=e

,

10

Va3o Te<3eatua CF "esi4n BaF &5uPo sico QH6F &5uPo Li;Vo5 <$6F Enta53ia
$ /.;"?. ($;?( ""-(;-6? -/$$3;.?$/";"$" >$(6?;36-

?;3"6;((( ((;6"? ""-(;-6? -/$$3;.?$/";"$" >$63$;33

> > 6?(/-";((6 6.3-"(;$"(

EneH9a de co<3eso ? ? ? ? ? ? ? > (6$3"$3;/6

Ta=5a Ta=5a 1): 1) : %atos de corriente de entrada 8 salida del com&resor


,.).% Inteca<=iado de ca5o

&iHua !1: intercambiador 4>$-( &ara calentar la materia &rima

No<=e

$

%

Va3o

(

$

Te<3eatua CF

6('62

$./;?

"esi4n BaF

('5

6;??

&5uPo
4&7'77

./;

&5uPo <>sico QH6F

&4&7'1&

&4&7'1&

&5uPo Li;Vo5 <$6F

21'12

21'12

Enta53ia
4337843

"("6;3

&5uPo de ca5o ca56F

2(2626&87

("63--3;3

Ta=5a 1,: %atos de entrada 8 salida del intercambiador

,.).' Reacto


EneH9a int.!

."??36;?

&iHua !!: Reactor G7R>$?? &ara la obtenci'n de ciclohe1ano

Nom+re

4

3

A

Ener:ía del reactor

=apor

$

1

$

1

'emperatura &>C)

$./;?

214'4

(?.;.

1

Presión &$ar)

3;-/?

4'417

.;.?

1

./;

1

$.;("

1

&4&7'1&

1

/./;(/

1

21'12

1

$-;-6

1


"("6;3

= ((221

>$$((?

1

("63--3;3

1

>($//((/;(-

= 45564872

Ta=5a 1/: %atos de corriente de entrada 8 salida del reactor

,.).( Inteca<=iado de ca5o


&iHua !$: Condensador 4>$?( &ara en,riar el &roducto

No<=e

'

)

Va3o

$

?;"3.3

Te<3eatua CF

(?.;.

6/;??

"esi4n BaF

/;?-.

6;"?

&5uPo
$.;("

$.;("

&5uPo <>sico QH6F

/./;(/

/./#(/

&5uPo Li;Vo5 <$6F

$-;-6

$-#-6

Enta53ia
>$$(3.;/(

>$6$($;?$

&5uPo de ca5o ca56F

>($//((/;(-

>--("/$-#$6

EneH9a int.$

$$-6"/.#.

Ta=5a !0: %atos de entrada 8 salida del condensador

,.).) @>5@u5a de se3aaci4n


&iHua !%: Se&arador gas>li2uido vertical >$?? Nom+re

B

8



=apor

?;"3.3

1'11

(

'emperatura &>C)

6/;??

'33

'33

Presión &$ar)

6;"?

'(6

'(6

$.;("

&4'(3

((1'(2

/./#(/

155'5

(433'(

$-#-6

7813

4'34


>$6$($;?$

=351('&3

=344'76

>--("/$-#$6

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Ta=5a !1: Corrientes de entrada 8 salida del se&arador gas>li2uido vertical

Com&osiciones a la salida del se&arador de ,ases Nom+re

B

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$enceno

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1

1

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Ciclohexano

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1'7764

1'(341

/. "LANI&ICACION # EJECUCION PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO

9 a &lani,icaci'n de &ro8ectos es obtener una distribuci'n de las actividades en el tiem&o 8 una utilizaci'n de los recursos 2ue minimice el coste del &ro8ecto cum&liendo con los condicionantes e1igidos de &lazo de e=ecuci'n; tecnología a utilizar; recursos dis&onibles; nivel m)1imo de ocu&aci'n de dichos recursos; etc# 9a distribuci'n en el tiem&o de dichas actividades 8 la consideraci'n de los recursos necesarios son las ,unciones a desarrollar en la &lani,icaci'n de &ro8ectos; 9a distribuci'n en el tiem&o de dichas actividades se dividen en tres eta&as 4studio de ,actibilidad del &ro8ecto; %ise5o de &ro8ecto o&eraciones#


e inicio de

ACTIVIDADES 1. ETA"A1: Estudio de 8acti=i5idad de5 3oecto $#$# Preinversi'n $#(# 4studio de viabilidad técnico 8 economico comercial $#.# +rganizaci'n 8 constituci'n de la em&resa $#"# Negociaci'n de contratos con los ,inanciadores $#3# Firma de contratos con los construtores de m)2uinas 8 e2ui&os !. ETA"A!: Diseo de5 3oecto (#$# 4 studio de mercado del &roducto (#(# Analisis de materiales e insumos $#-# Mbicaci'n 8 em&lazamiento de la &lanta $#.# ngenieria del &ro8ecto $#"# %escri&ci'n del &ro8ecto $#3# +rganizaci'n de la &lanta 8 gastos generales $#6# 0ano de obra $#/# Plani,icaci'n 8 e=ecucci'n del &ro8ecto $#/ 4valuaci'n ,inancier $# m&acto ambiental $. ETA"A$: Inicio de o3eaciones -#$# Firma de contrato con los ,inanciadores


MESES ! $ % ' ( ) 1 ! $ % 1 ! $ % 1 ! $ % 1 ! $ % 1 ! $ % 1 ! $ % 1 ! $ % 1

con los constructores de ma2uina 8 e2ui&os -#(# Firma de contrato con los ,inanciadores de los materiales; nsumos 8 otros -#- Construcci'n de obras civiles -#. Com&ra; monta=e e instaci'n de &roductos -#" Com&ra de materiales &rimas e insumos -#3 Contratai'n 8 ca&acitaci'n del &ersonal -#6 nicio de &rueba de ,uncionamiento 8 &roducci'n -#/ eri,icaci'n 8 a=ustes -# Puesta en marcha


10 EVALUACION &INANCIERA 10.1 Intoducci4n 9a evaluaci'n ,inanciera mide los méritos internos 8 e1ternos del &ro8ecto#
10.! In@esiones Para la realizaci'n de la evaluaci'n del &ro8ecto es im&ortante conocer las inversiones 2ue se re2uieren &ara el &ro8ecto# 9as inversiones se descom&onen en • • • • • • •

nversi'n ,i=a nversi'n di,erida Costos de o&eraciones entas anuales Mtilidad bruta Mtilidad neta 4valuaci'n econ'mica

In@esi4n 8iPa 9a inversi'n ,i=a son bienes materiales 2ue est)n su=etos a la de&reciaci'n como ser • • • • •


10.$ Va5o actua5 neto V.A.N. 4l valor actual neto generado &or un &ro8ecto es el valor actualizado de las di,erencias entre las entradas 8 salidas de e,ectivo 2ue suceden durante la vida :til de un &ro8ecto a una tasa de interés &rede,inida# • • •

4l #A#N#  ? se ace&ta el &ro8ecto# 4l #A#N# D ? indi,erencia# 4l #A#N#  ? se rechaza el &ro8ecto#

9a tasa de descuento a utilizarse en el &ro8ecto es del $3 de acuerdo a la tasa de interés del sector &roductor de alimento balanceado#

10.% Tasa intena de etono T.I.R 4s la tasa a la cual el valor actualizado de los ingresos en e,ectivo es igual al valor actualizado de la salida de e,ectivoX la inversi'n se debe e,ectuar si la <##R# es ma8or 2ue la tasa de rechazo o de mínima ace&tabilidad# Se considera una <#0#A# @tasa de mínima ace&tabilidadB es de $3 #

10.' Dete
Fm= factor materialde con+truccion

% mda= % md +( % fo!− % ! )

%onde


% mda

Dcosto de modulo desnudo ajustado

% md =co+to de modulode+nudo % fo!= co+to a8u+tado % ! =co+to !a+e

O % modulo =1.15 9 % mda

%onde Cm'dulo nos indica el costo real del e2ui&o en la actualidad 8 C mda modulo corregido en base al m'dulo desnudo#

Fig. Valores de índice de construcción de plantas

10.( DISEO DE EUI"OS %4<4R0NAC+N %49 C+S<+ %4 N<4RCA07A%+R %4 CA9+R %atos rea de trans,erencia $?6;3. ,t(


Costo base de intercambiadores de calor

% ! =1000 :

Factor modulo

% md =% !∗ factor % md =1000∗3.39=3390


Factor de material de la coraza

Fd D $ F& D ? Fm D $#?" % fo!= 1000∗1.05 ( 0 + 1 ) % fo!= 1050 % mda= 3390+( 1050 − 1000) % mda= 3440 ( enela;o 1968 )

% mda ( actual ) =

3440∗394.1 113.7

% mda ( actual ) =11923 : % modulo =11923∗1.15 % modulo =13712 :

DETERMINACION DEL COSTO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR %atos rea de trans,erencia $( ,t(



% ! =1000 :

Factor modulo

% md =% !∗ factor % md =1000∗3.39=3390



Fd D $ F& D ? Fm D $#?" % fo!= 1000∗1.05 ( 0 + 1 ) % fo!= 1050 % md a =3390 +( 1050− 1000 ) % mda= 3440 ( enela;o 1968 )

% mda ( actual ) =

3440∗394.1 113.7


DETERMINACION DEL COSTO DEL REACTOR olumen del reactor D -;/ m-



Para determinar el costo del reactor se lo considera como un reci&iente de &roceso de características es&eciales# Seg:n Jiménez tenemos


Gra,ica

se

determin' un costo

a&ro1imado

%e la gr),ica encontramos un costo base

Costo base D $$?? : u+

%e la tabla de a=uste se determina F& D $#?$

Fm D -#36

%e esta ,orma se determina 2ue el costo de sin a=uste %o+to =%o+toBa+e 9 F p 9 F m


%o+to)inA8u+tar =1100∗3.67∗1.01 =4077,37 : u+

+bteniendo el valor Normalizado su&oniendo un ,actor de m'dulo de igual a $ %o+to =4077,37 9 1 =4077,37 : u+

4l valor real del e2ui&o se determina &or %o+toReal= 4077,37 + ( 4077,37 −1100 ) =7054,74 : u+

Corrigiendo el valor &ara el a5o en curso e introduciendo un margen del $" &ara contingencias %o+to RealTotal Actual =7054,74 9 3 - 47 9 1 - 15=28152 : u+

DETERMINACION DEL COSTO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR %atos rea de trans,erencia $"? ,t(


% ! =1000 :

Factor modulo


% md =% !∗ factor % md =1000∗3.39=3390


Fd D $ F& D ? Fm D $#?"


% fo!= 1000∗1.06 ( 0 + 1 ) % fo!= 1060 % mda= 3390+( 1060 − 1000) % mda= 3450 ( enela;o 1968 )

% mda ( actual ) =

3450∗394.1 113.7


10.) RESUMEN DE COSTOS DE MAUINARIA # EUI"OS Equipos

Costo ($)

eactor

!"#!

%ntercam&iador

'##

*ezcladores

++

V,l-ula de separación

#+'

otal

"'/!

Para el c)lculo de la inversi'n ,i=a @FB F D 4 W A

10., Ca3ita5 de Ta=aPo I: 4l ca&ital circulante se relaciona con la inversi'n inicial debido a 2ue es necesario realizar una &rimera inversi'n en di,erentes costes de materiales como materias &rimas 8 servicios &ara comenzar la &roducci'n# 4ste dinero es destinado a di,erentes &agos &ara &oder hacer el ciclo &roductivo 8 ,inalmente PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO

vender el &roducto; des&ués de em&ezar la actividad econ'mica; también es nece necesa sari rio o este este ca&i ca&ita tall &ara &ara &ode &oderr hace hacerr ,ren ,rente te a los los &ago &agoss de car) car)ct cter er inmediato# Para &oder establecer un valor del ca&ital en circulaci'n; este se a&ro1ima a un rango de entre el $?>-? de las ventas# 4n una &rimera a&ro1imaci'n este valor de las ventas &uede ser desconocido; se acaba a&licando 2ue el ca&ital circulante es del $?>-? del inmovilizado; el valor est)ndar es del (?#

10./ CALCULO DEL COSTO DE INVERSION:  D F W 

Costo ad
SUELDO ELDO Bs Bs< 
TOTAL

Gerente general

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Seguridad

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Cho,er

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+tros

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Uti5idad Buta:


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9a utilidad bruta se obtiene restando el costo de e2ui&os au1iliares; costos de &roducci'n a las ventas# R D  * CA * CP D   a5o

I<3uestos:  D R  ?#$- D   a5o

Uti5idad Neta: P D R * i D   a5o

10.10 TASA INTERNA DE RETORNO TIR: Finalmente; la tasa interna de retorno se eval:a como el cociente entre la utilidad neta 8 la inversi'n i nversi'n <R D @P  B$??  B$??

9as cantidades de inversi'n 2uedan ,i=adas de acuerdo al an)lisis econ'mico en el a&éndice de evaluaci'n ,inanciera con a8uda de las ho=as de c)lculo de 4C49 2ue se encuentran a continuaci'n# COSTO DE &ABRICA EN US DESCRI"CION 1.- MATERIAS "RIMAS MAT. E INS. 7enceno Hidrogeno Catalizador H.?? 7arril 4ti2uetas !.- MANO DE OBRA Gerente de &roduccion +&erarios de &lanta Personal eventual $.- ASTOS ENERALES DE &ABRICA 4nergia electrica Agua %eshechos +tros gastos TOTAL COSTO DE &ABRICA


C C C C C

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TI"O DE COSTO

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N4RS+N4S FJAS en MS %A M<9

%4SCRPC+N terreno obras civiles e2ui&os de &roduccion e2ui&o au1iliar muebles de o,icina e2ui&o com&utacional <+
A5o ? ? .? $? " $? -

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DESCRI"CION

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DESCRI"CION

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COSTO DE &ABRICACION DE CICLOEANO TM "OR AO EN US TI"O DE COSTO 1 !0G ! (0G $ 100G % 100G

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RESUMEN DE COSTOS DE "RODUCCION EN US DESCRI"CION

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11. BIBLIORA&A $$#$ 9ibros


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 Procesos de trans,erencia de calorX %onald EernX 0c Graf Hill; MSA  Procesos de trans&orte 8 o&eraciones unitarias Christie J# G4ANE+P9S

tercera edici'n 04C+; $/  Fogler; H Scott# 4lementos de ingeniería de las reacciones 2uímicas# 4ditorial Prentice Hall . edici'n $$#( Sitios de internet  htt&rodin#uca#es1mluihandle$?./36/?brofse

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diseño de una planta ciclohexano

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