Diseño de una planta de licor a partir de sorgo

DISEÑO DE UNA PLANTA DE LICOR A PARTIR DE SORGO

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE DISEÑO Y CONTROL DE PROCESO CATEDRA DE DISEÑO

DISEÑO DE UNA PLANTA DE LICOR A PARTIR DE SORGO LICORES GUÁRICO

Coordinador: Prof.: Oropeza, Leonardo Tutor Industrial: Ing. Pérez Arnoldo

Elaborado por: Alayón, Daniela González, Anmary Randelli, María Gabriela

Tutor Académico: Prof.: Oropeza Leonardo

Ciudad Universitaria, Julio 2010

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TABLA DE CONTENIDO

I.1. SUMARIO EJECUTIVO EJECUTIVO ………………………………………………………… 4 I.1.1. Resumen…………………………………………………………………………..4 I.2. BASES DE DISEÑO ……………………………………………………………… 6 I.2.1. Ubicación de la Planta…………………………………………………………….6 I.2.2. Capacidad de la Planta…………………………………………………………….6 I.2.3. Características de la Materia Prima……………………………………………….7 I.2.4. Características de los Insumos…………………………………………………….9 I.2.5. Especificaciones del Producto Final……………………………………………..11 I.2.6. Características de los Servicio…………………………………………………...12 I.2.7. Factor de Servicio………………………………………………………………..14 I.2.8. Manejo de Efluentes……………………………………………………………..15 I.2.9. Requerimientos de Almacén……………………………………………………..15 I.2.10. Condiciones del Sitio…………………………………………………………...16 I.2.11. Normativa Normativa Aplicable.................................... Aplicable........................................................ ...................................................... ....................................17 ..17 I.3. FILOSOFÍA DEL DISEÑO............................................. DISEÑO................................................................. ......................................17 ..................17 I.3.1. Sobre Diseño de Equipos………………………………………………………...17 I.3.2. Flexibilidad Operaciones.................................. Operaciones.................................................... ...................................... ...................................18 ...............18 I.3.3. Expansiones Futuras……………………………………………………………..18 I.3.4. Filosofía de Control……………………………………………………………...18 I.4. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO…………………………………………………18 I.5. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA............................................ TECNOLOGÍA................................................................ .........................19 .....19 I.6. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO……………………………………….19 I.7. DIAGRAMA DE TUBERÍAS DE INSTRUMENTACIÓN………………………19 I.8. LISTA DE EQUIPOS DEL PROCESO…………………………………………...20 I.9. LISTA DE TUBE RÍAS……………………………………………………………20 I.10. LISTA DE INSTRUMENTOS....................... INSTRUMENTOS...................................... ................................... ...................................... .....................20 ...20 I.11. DISEÑO DE EQUIPOS........................... EQUIPOS.......................................... ................................... ...................................... ...........................20 .........20 I.12. EVALUACIÓN ECONÓMICA………………………………………………….21 I.13. HOJAS DE ESPECÍFICACIONES................ ESPECÍFICACIONES.................................. .................................... .....................................21 ...................21 I.14. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………………….21 I.15. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…………………………………………... 22 II. DIAGRAMA DE PROCESOS.............................. PROCESOS................................................ ...................................... ...............................23 ...........23 II.1. Descripción del Proceso…………………………………………………………..24 II.2. Diagrama de Bloques del Proceso………………………………………………...28 II.3. Diagrama de Flujo de Procesos…………………………………………………...30 II.4. Balance de Masa…………………………………………………………………..42 III. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA…………………………………………47 IV. DIAGRAMA DE TUBERÍAS DE INSTRUMENTACIÓN…………………...53






























VII. LISTA DE INSTRUMENTACIÓN……………………………………………76 VII.1. Lista de Controladores………………………………………………………….77 VII.2. Lista de Transmisores…………………………………………………………..78 VII.3. Lista de Elementos Finales de Control…………………………………………80 VII.4. Estrategias de Control……………….………………………………………….81 VIII. DISEÑO DE EQUIPOS………………………………………………………..84 VIII.1. Criterios y Especificaciones de Diseño………………………………………...85 VIII.1.1. Licuefactor…………………………………………………………………...85 VIII.1.2. Sacarificador…………………………………………………………………87 VIII.1.3. Fermentador………………………………………………………………….89 VIII.1.4. Columna de Destilación……………………………………………………...91

IX. EVALUCACIÓN ECONÓMICA ……………………………………………….93 X. ANEXOS ………………………………………………………………………… 111 X.1. Cálculos tipo para el diseño del Licuefactor……………………………………112 X.2. Cálculos tipo para el diseño del Sacarificador………………………………….115 X.3. Cálculos tipo para el diseño del Fermentador.......................................... Fermentador......................................................119 ............119 X.4. Cálculos tipo para el diseño de la Columna…………………………………….122 XI. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………….126






























I. SUMARIO EJECUTIVO I.1.RESUMEN Desde hace 5000 años a.C, se produce el alcohol etílico con diferentes fines. En un principio cuando nuestros antepasados antepasados descubrieron el proceso proceso de fermentación de ciertas frutas, por ejemplo las uvas para la obtención de vino, el cual es una bebida consumida a nivel mundial y es parte de la cultura en muchos países que se sirva para acompañar los almuerzos y las cenas como una tradición que ha transcurrido entre generaciones. Las bebidas alcohólicas son también empleadas en fiestas o reuniones para la celebración de eventos importantes. Muchos países se caracterizan a nivel mundial por la producción de licores obtenidos a partir de productos agrícolas que más se cosechan en esas regiones. reg iones. Con el fin de elaborar una bebida que identifique al país, o para ser más específicos al Estado Guárico, se elaborará un licor característico de la región, a partir de sorgo (cereal) que en su mayoría se consigue en dicho estado; ya que su producción anual representa el 62% del total de la producción agrícola nacional y le sigue el Estado Portuguesa. (htt://WWW.scielo.com/sorgogranifero.)

El Sorgo , es un cereal originario de la India y la zona central de África. De hecho en estas regiones y también en China, es un alimento básico de la dieta de millones de personas. Sin embargo, los países desarrollados no incluyen el sorgo en su alimentación sino que lo emplean como forraje para el alimento del ganado. El sorgo es uno de los cereales más resistentes a las sequías y posee un gran número de variedades, variedades, y su composición es muy similar a la del maíz. El objetivo principal de este proyecto de diseño es el de la producción de alcohol, a partir del sorgo, para luego elaborar licores dulce saborizados, con esencias de vainilla, canela, y coco.






























en vista de los recientes cambios climáticos, que han afectado la producción de maíz, el sorgo por sus propiedades representa una alternativa rentable a la sustitución del maíz como cereal. Otro objetivo muy importante planteado, es vender una gran parte del etanol que se produzca a las industrias venezolanas, ya que nuestro país importa 25 millones litros al mes de etanol, empleados para la oxigenación de la gasolina. La idea principal de utilizar el sorgo (Sorghum bicolor) L. Moench como materia prima para la producción de etanol es fomentar el cultivo de este cereal en el país, específicamente en el estado Guárico, generar un bajo impacto ambiental y evitar el uso del maíz en este proceso para no afectar la disponibilidad de alimentos para los venezolanos. (htt://WWW.scielo.com/sorgogranifero.)

Se debe destacar que la producción de de alimentos para ganado a partir del sorgo no será afectada por esta nueva aplicación, ya que uno de los efluentes sólidos resultantes del proceso de fabricación de licor será destinado a la producción de dichos alimentos. Con el fin de cumplir los objetivos planteados, en el siguiente trabajo se presenta, el diseño de una planta de producción de etanol a partir de sorgo. Para ello se realizó una investigación práctica y teórica, para el desarrollo del diseño de una planta productora de etanol para elaborar licor: Licores Guárico. Guárico. También se elaboraron los documentos documentos de ingeniería requeridos para el diseño de una planta, como lo son: diagramas de flujos de proceso, diagramas de tuberías de instrumentación, lista de equipos, tuberías y estrategias de control, dimensionamiento y especificación de equipos.






























I.2 BASES DEL DISEÑO I.2.1.Ubicación de la planta La planta será ubicada en Calabozo; estado Guárico, debido a que esta región es el mayor productor nacional de sorgo, lo que garantiza la cercanía a la materia prima. Además, las condiciones de las vías de acceso facilitan la adquisición de insumos y la distribución del producto final.

Figura 1. Mapa actual del Estado Guárico.

I.2.2.Capacidad de la Planta La capacidad de la la planta se estimó estimó en función de la la cantidad de etanol que se puede puede producir en nuestro país a partir del sorgo, sin afectar a la industria de alimentos para animales. Se requerirán de 4 toneladas de sorgo diario para producir 2 metros cúbicos diarios de etanol, anual se producirá 700 metros cúbicos a partir de 14.000 toneladas de sorgo. La producción de sorgo en Venezuela por año es de 528.000 toneladas, de las cuales un
































Para un aumento de la producción de sorgo la planta estima aumentar su capacidad para lograr cubrir las necesidades de etanol et anol del país.

I.2.3.Características I.2.3.Características y Condiciones de la Mater M ateria ia Prima La materia prima a utilizar es el Sorgo ( (Sorghum bicolor) L. Moench), cereal originario de la India y la zona central de África. Se conoce bajo varios nombres: mijo grande y maíz de Guinea en África occidental, kafir en África austral, duró en el Sudán, mtama en África oriental, iowar en la India y kaoliang en China. En los Estados Unidos se suele denominar milo o milo maíz. El sorgo pertenece a la familia Andropogonae de la familia herbácea Poaceae. La caña de azúcar (Saccharum officinarum) forma parte de esta tribu y es pariente próximo del sorgo. El género Sorghum se caracteriza por espiguillas que nacen a pares. El sorgo se trata normalmente como una planta anual, pero puede cosecharse varias veces al año. En Venezuela se acostumbran a producir dos cosechas anuales a mediados de septiembre y febrero de cada año aproximadamente. El grano de sorgo varía en el color que va desde el blanco a tonalidades oscuras de rojo y pardo, pasando por el amarillo pálido, hasta pardo púrpura profundo. Los colores más comunes son el blanco, el bronce y el pardo. Los granos son por lo general esféricos, pero varían en dimensión y forma. El grano fue introducido en Venezuela durante el siglo pasado, comenzando su producción comercial al inicio de la década de los 70, cuando la iniciativa privada estableció un importante programa de investigación y producción en la zona de






























ventaja de trabajar con este tipo de grano está en que es un cultivo rústico que se adapta a diferentes tipos de suelo, debido a su menor requerimiento de humedad, lo que lo hace más eficiente en el uso de agua que el maíz. A continuación se muestran las características del grano a utilizar en la planta para la producción de licor.

Tabla N° 1. Características del grano de Sorgo Esférica Forma del grano (2,5-3,5) mm Diámetro Pardo Color 1,36 g/cc Densidad 12,82% Humedad (htt://WWW,detodounpocotv.com/producc (htt://WWW,detodounpocotv.com/producciones/sorgo/htp) iones/sorgo/htp)

En la siguiente tabla se muestran los componentes nutricionales del grano de sorgo y sus respectivos porcentajes. Tabla N° 2. Contenido de Nutrientes del grano entero.

Compuesto Proteina (Nx6,25) Grasas Cenizas Calcio Fósforo Almidón Niacina Piridoxina

% 12,3 3,6 1,67 0,09 0,26 67,8 4,5 mg/100g 0,47 mg/100g






























I.2.4.Especificación de Insumos: Para llevar a cabo el proceso de elaboración de etanol a partir del sorgo son necesarios los siguientes insumos: •

Agua: Utilizada en el proceso de licuefacción para llevar a cabo la hidrólisis del almidón, y como diluente tanto en el proceso de fermentación para control del contenido de glucosa como en el proceso final de mezclado del etanol para la obtención del licor.

Especificaciones: Estado Líquido, pH neutro y temperatura ambiente. •

Ácido Sulfúrico (H 2SO4) e Hidróxido de Sodio (NaOH) : Usados como reguladores de pH durante el proceso de licuefacción licuefacció n y fermentación.

•

Hidróxido de Calcio (Ca (OH) 2): Usado en el proceso de licuefacción como estabilizador de la enzima alfa amilasa. Tabla N° N° 3. Especificaciones. Especifica ciones.

Propiedad Temperatura de Suministro (°C) Peso molecular (gr/mol) Gravedad Específica Punto de Ebullición (°C) a 1 atm Punto de Fusión (°C)

Ácido Sulfúrico (H2SO4)

Hidróxido de Sodio (NaOH)

Hidróxido de Cálcio (Ca(OH) 2)

28

28

28

98

40,01

74,09

1,84

2,13

2,24

270

1388
































Enzimas: o

Alfa Amilasa: Obtenida de bacterias termorresistente como Bacillus licheniformis

o B.amyloliquefaciens, usada como catalizador en el proceso

de licuefacción para la hidrólisis del almidón. a lmidón. o

Glucoamilasa: Obtenida de Aspergillus niger o de especies de Rhizopus, usada en el proceso de sacarificación para hidrolizar las dextrinas provenientes de la licuefacción. Tabla N° 4. Especificaciones Especificaciones de las enzimas. enzimas.

Característica Característica Estado pH estable Grado optimo pH Temperatura de actividad



Levadura:

Alfa Amilasa Líquido 6,0-7,0 6,0 (60-70)°C

Glucoamilasa Líquido 3,0-5,5 4,0-4,5 (40-65)°C

Saccharomyces cerevisiae (Devoradora de azúcar) usada en el

proceso de fermentación con la finalidad de convertir la glucosa en etanol. •

Nutrientes: Usados en el proceso de fermentación con el objetivo de hacer crecer y desarrollar la levadura, para la operación de la planta se usaran los siguientes: (NH4)2SO4 y MgSO4.7H2O.

Para la elaboración del licor se requieren los siguientes insumos:






























I.2.5.Especificaciones I.2.5.Especificaciones de Productos Finales Primero definiremos nuestro producto de mayor mayor producción, pro ducción, que es el etanol. etano l. El etanol es un producto químico orgánico sintético de alto octanaje y soluble en la gasolina. El etanol que se producirá tendrá un porcentaje de alcohol del 96 %, es un alcohol hidratado. Para que sea comercial el etanol debe tener las siguientes características: Tabla N° 5. Especificaciones Especificaciones del etanol comercial.

Parámetro Composición Composición (%) (% ) Temperatura (ºC) Densidad (Kg/m3) Presión de vapor a 20 ºC (mmHg) Viscosidad a 20 ºC (cP)

Valores 96 29 790 44 1,19

En segundo lugar produciremos produciremos licores dulces (Principal producto de interes), interes), con un porcentaje de alcohol del 40%, tomado en base al mercado nacional, de tres diferentes sabores: Vainilla, Canela y coco. Tabla N° 6. Especificaciones Especificaciones del licor.

Parámetro

Valores

Composición (%)

40

Temperatura Temperatura (ºC)

29

Densidad (Kg/m3)

790
































I.2.6.Características I.2.6.Características de los servicios industriales Para la elaboración de etanol la planta requerirá los siguientes siguientes servicios industriales: industriales:

Agua: Se utilizará para los siguientes fines: -Para el lavado de la materia mater ia prima. -Para mantener la temperatura a 70 °C en el proceso de licuefacción se requiere agua de servicio a 80 °C. -Para mantener la temperatura a 45 °C en el proceso de sacarificación se requiere agua de servicio a 53 °C. -Para mantener la temperatura a 30 °C en el proceso de fermentación se requiere agua de servicio a 35 °C. -Agua para los diversos intercambiadores de calor, en su mayoría con una temperatura de 25 °C Los servicios básicos como la energía eléctrica y el agua potable serán suministrados por Elecentro e Hidro Páez respectivamente, ya que son las entidades responsables de dichos insumos en el estado Guárico.
































Tabla N° 7. Especificaciones de Elecentro . ELECENTRO - C.A. Electricidad del Centro (Filial de CADAFE) - (Empresa Pública) www.elecentro.com.ve Servicios de Transmisión, Distribución y Comercialización Niveles de Tensión en 400 - 230 - 115 - 34,5 y 13,8 KV Superficie atendida:

Generación Máxima:

336.545 Km2

--------

Consumo de Energía:

Demanda Máxima:

4.756 GWh

1.195 MW

Factor de Potencia:

Suscriptores:

0,78

549.661 www.elecentro.com.ve

El agua suministrada por Hidro Páez tendrá un valor de 0,72 BsF por metro cúbico. Dado que se entiende como agua potable de uso público la que es apta para la alimentación y uso doméstico, que no deberá contener substancias o cuerpos extraños de origen biológico, orgánico, inorgánico o radiactivo entre otros tales que la hagan peligrosa para la salud. Deberá presentar sabor agradable y ser prácticamente incolora,
































Substancias inorgánicas: 

Amoníaco (NH4+) máx.: 0,20 mg/l.



Aluminio residual (Al) máx.: 0,20 mg/l.



Arsénico (As) máx.: 0,05 mg/l.



Cadmio (Cd) máx.: 0,005 mg/l.



Cianuro (CN-) máx.: 0,10 mg/l.



Cinc (Zn) máx.: 5,0 mg/l.



Cloruro (Cl-) máx.: 350 mg/l.



Cobre (Cu) máx.: 1,00 mg/l.



Cromo (Cr) máx.: 0,05 mg/l.



Dureza total (CaCO3) máx.: 400 mg/l.
































I.2.8.Manejo de Efluentes La planta de producción de etanol, genera los siguientes efluentes: e fluentes:

Efluentes gaseosos : En el proceso proceso de fermentación se produce CO2, no se genera suficiente gas como para considerar que afecta al ambiente por tanto será descargado al ambiente.

Efluentes sólidos : Después de la fermentación se obtiene el DDG (Desechos de Granos de Destilación), el cual será introducido en un equipo de secado, y luego almacenado en un lugar fresco, para ser usado como alimento para a nimales.

Efluentes líquidos: La vinaza se obtiene después del proceso de destilación. Esta será vendida para ser usada como como fertilizante en la industria industria agropecuaria.

I.2.9.Requerimientos I.2.9.Requerimientos de Almacén Para la producción de etanol, se requiere almacenar ciertos elaboración, y deben cumplir con los siguientes requisitos:

productos para su
































Almacenamiento Almacenamiento del licor: En tres tanque diferentes cerrados, según el sabor del licor, será almacenado temperatura ambiente, hasta ser distribuido distribuido en botellas de vidrio vidrio de 750 ml.

I.2.10.Condiciones del Sitio La ciudad de Calabozo, es la ciudad agroindustrial de Venezuela. Ubicada en el estado Guárico. Cuenta con el sistema de riego más grande del país. Tiene una importante potencialidad por desarrollar, pues es la primera en consumo de bienes y servicios del estado (por ( por ser la más poblada). Calabozo está situada a 101 msnm, en las márgenes del Río Guárico, en el alto llano central. En el mapa es fácil de encontrar junto al embalse Guárico, una importante obra tanto de su tiempo como en la actualidad .(http://guarico.com.ve/?p=49) El paisaje que rodea a Calabozo ha permitido el desarrollo de la ganadería vacuna y equina, a pesar de las muy marcadas estaciones de sequía y lluvia. Las tierras ribereñas del río Guárico, así como las de sus afluentes, han sido buenas para un crecimiento mínimo de pasto, necesario para el sostén de la ganadería. El río Orituco, afluente del


































Tabla N ° 8. Condiciones de la Ciudad de Calabozo Temperatura Promedio (°C) (°C) Humedad relativa (%) Precipitación Anual promedio (mm)

.(http://guarico.com.ve/?p=49)

29 83 1632

I.2.11.Códigos y Normas aplicables Para el desarrollo de este est e diseño se consideraron las siguientes normas: -Normas de la Cátedra de Diseño para la Elaboración de Diagramas de Flujos del Proceso. -Normas de PDVSA. PDVSA. Manual de Preparación de Diagramas de Procesos.

Normas COVENIN: para normalización y control contro l de calidad.


































I.3.2.Flexibilidad operacional La planta cuenta con un factor de servicio de 94 %, la cual funciona 350 días al año. Este factor es bastante alto facilita la flexibilidad operacional de la compañía. Además se cuenta con equipos de respaldos como bombas, que cumplen la misión de evitar que el proceso de producción se interrumpa, al momento de requerir paradas de mantenimiento o cualquier otro tipo de emergencia.

I.3.3.Expansiones futuras De acuerdo a los análisis del mercado la demanda de licor va en aumento cada año y con una respuesta positiva en el mercado del licor elaborado en la planta Licores Guárico C.A , se espera aumentar el nivel de producción de licor.


































el sabor y el colorante característico del licor. Los detalles del proceso serán expuestos en la sección II.1 del informe.

I.5. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA Para llevar a cabo el dimensionamiento de la planta, se consideraron investigaciones recientes relacionadas con la obtención de etanol a partir de cereales, y los métodos y equipos más efectivos que mostraran mayor efectividad en el proceso, es decir que permitan una producción optima de etanol. En la sección III se encontrara la tecnología a usar en la planta.

I.6. DIAGRAMAS DE FLUJOS DE PROCESOS


































I.8. LISTA DE EQUIPOS DEL PROCESO La lista de equipos de proceso, es aquella donde se muestra todos los equipos que ese encuentran en el DTI, indicando el nombres, sus características principales, una de descripción breve y su ubicación en el Diagrama de Tubería e Instrumentación. Esta se encuentra ubicada en el informe en la sección secc ión V.

I.9. LISTA DE TUBERIAS. La lista de tuberías se presenta en la sección VI del informe. En ella se hallará la nomenclatura basada en las Norma PDVSA N° L-TP 1.1 y los lineamientos de la cátedra de Diseño de Proceso, y la descripción de la cantidad de tuberías de la planta, el diámetro nominal, entre otros aspecto de estudio.


































I.12. EVALUACIÓN ECONÓMICA En la sección IX, se encuentra ubicado detalladamente el estudio económico del proceso. Para determinar la factibilidad económica del diseño se consideran los costos de producción del licor, obtenidos por la búsqueda realizada en Internet y la estimación de costos basados en los los índices de costos de los los equipos principales que caracterizan caracter izan este diseño. También se halla una investigación previa que se hizo, para justificar las ventajas de la inversión.

I.13. HOJAS DE ESPECIFICACIONES Para cada uno de los equipos que se diseño, d iseño, se elaboró una hoja de especificaciones, que indica las condiciones condiciones de operación del equipo, por tanto en la sección VIII se hallaran hallaran




































I.16. REFERENCIAS REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS En la sección XI, se encuentran la detalladamente la bibliografía revisada para la elaboración de etanol a partir de sorgo, y los manuales que se emplearon para la elaboración de los Diagramas de Flujos del Proceso, los Diagramas de Instrumentación de Tuberías, y las especificaciones de los equipos.








































































II. DIAGRAMAS DE PROCESO II.1. Descripción del Proceso Para facilitar la comprensión del proceso de producción de licor a partir de Sorgo, se hará división en secciones de la planta, comenzando por la recolección de la materia prima hasta sección de embotellamiento del licor listo para la venta.




































través de una bomba (P-204 A/B), se lleva a un intercambiador (E-201) de calor de calentamiento y nuevamente es introducida en el licuefactor (R-201). Esto se hace con el objetivo de evitar la adhesión de la mezcla en las paredes del reactor.

3.- Sección de Sacarificación El producto del reactor de licuefacción (R-201) es llevado al reactor de sacarificación (R-302), por medio de la bomba (P-204 A/B); a parte de esta corriente se introduce la




































5.- Sección de Destilación En esta sección se separa el etanol del agua por medio de dos columnas de destilación (C-501 y C-502). La separación se hace de esta forma ya que la mezcla que se obtiene del fermentador tiene una composición de 12% p/p de etanol y 78%p/p en agua, por lo tanto, para purificar el etanol a 96% se necesitaría una columna de un elevado número de etapas, y debido a que los flujos que se manejan son pequeños no se cumpliría con la relación






































6.- Sección de Preparación Preparación del Licor






































Hidróxido de

Ácido Sulfúrico

Enzima A-Amilasa

Ácido

Enzima






































Glucosa 314,4 l/día Aceite Esencial

Colorante






































SÍMBOLOS DE EQUIPOS

SÍMBOLOS DE INSTRUMENTOS MECÁNICOS






































T-103

Tanque de lavado P = 1atm, T = 28°C

SL-101

Silo de sorgo P=1atm, T=28°C T=28°C

X-101

Elevador de cangilones

S-101

Ciclón P= 1 at m, T=28°C T=28°C

A-101

Molino de rodillos P= 1 at m, T= 28°C

MD-103

Mezclador P= 1 at m, T= 28°C

P-103 A/B

Bomba

DE DFP 6
















































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































62




























T-705 Tanque de licor

A-702 Lavadora

P-713 A/B Bomba

A-703 Embotelladora

YT 714

Vapor de Servicio

I/P

A-704 Pasteurizadora

TC 714

TSP

TCV 714

LY 711 LCV 711

DE M-605

1/2 ” P744 EK1

DTI 8

TT 714

LC 711

A A- 705 DTI 10

LT 711

A-702

A-703

A-704

T-705

Tratamiento de efuentes

P-713 A

Tratamiento de efuentes

P-713 B

Agua Clorada

NOTAS:

DISEÑO:

CA LC LCUL O: O:

FECHA:

DIBUJADO:

FECHA:

REVISADO:

FECHA:

APROBADO:

FECHA:

FECH A: A:

TITULO:

PROYECTO: DISEÑO DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE LICOR A PARTIR DE SORGO

Diagrama de Flujo de Proceso Sección de Embotellado

ESCALA:

PROYECTO No.:

ARCHIVO No.:

HOJA No.: 9/11

DOCUMENTO No.:

REV.

63

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA




























A-705 Etiquetadora

DE A- 704 DTI 9 A-705

Licor dulce

NOTAS:

DISEÑO:

FECHA:

C AL ALC UL ULO :

FE CH CHA :

DIBUJADO:

FECHA:

REVISADO:

FECHA:

APROBADO:

FECHA:

TITULO:

ESCALA: HOJA No.: 10/11

64

PROYECTO: DISEÑO DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE LICOR A PARTIR DE SORGO

Diagrama de Flujo de Proceso Sección de Embotellado PROYECTO No.:

ARCHIVO No.:

DOCUMENTO No.:

REV.





























T-101 Tanque de almacenamiento de Ca(OH)

MD-101 Tanque de mezclado

2

T-102 Tanque de alamacenamiento de H 2SO4

MD-102 Tanque de mezclado

P-101 A/B Bomba

P-102 A/B Bomba

H2SO4

Agua Destilada

Ca(OH)2

T-102 T-101

FCV 102

I/P

I/P

I/P

FY 104

FY 102 B

FCV 104 B

I/P

FCV 103 B FY 103

FY 101 B FCV 101

FT 106 FC 102

FC 101

FT 103

FC 104

FT 105

FC 103

FT 102 F

Hacia R-201 Corrector de pH

FSP

SP

FSP

FSP

DTI 3 X

R FY 104 A

M-101 R

X

FT 101

P-102 A

FT 104

X FY 101 A

M-102

R FY 103 A

X FY 102 A

P-102 B

R

Hacia R-201 Corrector de pH DTI 3

P-101 A

P-101 B

NOTAS:

DISEÑO:

FECHA:

DIBUJADO:

Daniela Alayón REVISADO: CALCULO:

FECHA:

TITULO: PROYECTO:

18/06/2010

Diagrama de Tubería e instrumentación. Sección: Preparación a la alimentación

FECHA:

FECHA:

ESCALA:

APROBADO:

PROYECTO No.:

A RCHIV O No.:

FECHA: HOJA No.:

1/11

65

DOCUMENTO No.:

REV.

BEBIDAS ESPIRITUOSAS A PARTIR DE SORGO





























LICORES GUÁRICO

V. LISTA DE EQUIPOS DE PROCESO
































V. LISTA DE EQUIPOS DE PROCESO Tabla V.1 Equipos de reacción reacción química Nombre

Descripción

Material de Construcción Acero Inoxidable Acero Inoxidable Acero Inoxidable

Reactor Licuefactor Reactor Sacarificador Reactor Fermentador

R-201 R-302 R-403

Volumen Volumen (m^3)

Ubicación en el DTI

1,12

DTI-03

1,05

DTI-04

34,1

DTI-05

Tabla V.2 Columnas de separación Nombre C-501 C-502

Descripción Torre de Destilación de platos Torre de Destilación empacada

Material de Construcción Acero Inoxidable Acero Inoxidable

Diámetro (m)

Altura (m)


0,6

5,5

DTI-06

0,4

10

DTI-07

Tabla V.3 Equipos de mezclado mezclado

Nombre M-604 M-605 M-606

Descripción Mezcladora de doble fondo Mezcladora de doble fondo Mezcladora de doble

Material de Construcción Acero inoxidable

Ubicación en el DTI DTI-07

Acero inoxidable

DTI-08

Acero inoxidable

DTI-08






























Tabla V.4 Silo de almacenamiento almacenamiento Nombre

Descripción

SL-101

Silo de almacenamiento del sorgo

Material de Capacidad Construcción (m^3) Metálico de lamina 3,462 corrugada

Ubicación en el DTI DTI-02

Tabla V.5 Equipos de separación Nombre

Descripción

Cantidad

Material de Construcción Construcci ón Acero inoxidable Acero inoxidable Acero inoxidable


Material de Capacidad Construcción (m^3) Acero al Carbono 0,6


Ciclón 1

S-101 S-302 S-403

Decantador centrifugo Decantador centrifugo

1 1

DTI-02 DTI-04 DTI-05

Tabla V.6 Recipientes Nombre V-501 V-502

Descripción Reflujo de la columna de destilación Reflujo de la columna de destilación

Acero al Carbono

0,5

DTI-06 DTI-06






























Tabla V.7 Tanques Nombre T-101

T-102

T-103 T-604 T-705

Descripción Hidróxido de calcio para el control de pH Acido sulfúrico para el control de pH Lavado del sorgo Tanque de etanol Tanque de licor

Material de Capacidad Ubicación Construcción (m^3) en el DTI Acero inoxidable

1,5

DTI-01

Acero inoxidable

1,5

DTI-01

Acero inoxidable

4,45

DTI-02

Acero inoxidable

3,2

DTI-08

Acero inoxidable

2,5

DTI-10

Tabla V.8 Equipos de molienda Nombre

Descripción

A-101

Pulverizador de cereales de rodillos

Material de Capacidad Ubicación Construcción (m^3) en el DTI Acero Inoxidable Inoxidabl e 4 DTI-02

Tabla V.9 Equipos de transporte Nombre

Descripción Elevador de

Cantidad































Tabla V.11 Equipos de intercambio de calor Nombre

Descripción

E-201

Calentador

E-302

Enfriador

E-403

Enfriador

E-504

Calentador

E-505

Rehervidor

E-506

Condensador

Material de Construcción Construcci ón Carcasa: Acero al Carbono Tubos: Acero Inoxidable Carcasa: Acero al Carbono Tubos: Acero Inoxidable Carcasa: Acero al Carbono Tubos: Acero Inoxidable Carcasa: Acero al Carbono Tubos: Acero Inoxidable Carcasa: Acero al Carbono Tubos: Acero Inoxidable Carcasa: Acero al Carbono Tubos: Acero Inoxidable

Q (KJ)

Área (m^2)


129,84

0,046

DTI-03

60,55

18,015

DTI-04

125,58

0,019

DTI-05

803,03

0,037

DTI-06

6,73

0,008

DTI-06

407,38

0,075

DTI-06






























Tabla V.12 Bombas Nombre

P-101A/B

P-102A/B

P-103A/B P-204A/B P-305A/B P-306A/B P-407A/B P-508A/B

P-509A/B

P-510A/B

P-511A/B

P-612A/B

P-613A/B

Descripción

Bomba centrifuga periférica elevadora del carbonato de calcio Bomba centrifuga periférica elevadora para el acido sulfúrico Bomba centrifuga periférica elevadora de agua Bomba reciprocante Bomba reciprocante Bomba reciprocante Bomba reciprocante Bomba Centrifuga Periférica Elevadora Bomba Centrifuga Periférica Elevadora Bomba Centrifuga Periférica Elevadora Bomba Centrifuga Periférica Elevadora Bomba Centrifuga Periférica Elevadora Bomba Centrifuga


Potencia hp

DTI-01

4,55

DTI-01

4,55

DTI-02

4,55

DTI-03 DTI-04 DTI-04 DTI-05

6,24 6,7 7,34 6,59

DTI-06

5,89

DTI-06

5,62

DTI-07

5,18

DTI-07

4,96

DTI-08

4,24

DTI-08

4,73

































LICORES GUÁRICO

VI. LISTA DE TUBERÍAS
































VI. LISTA DE TUBERÍAS Tabla VI. 1 Lista de tuberías

Lista de tuberías Descripción Plano

Tubería Identificación

Tamaño (pulg)

Servicio

DTI 2

½” RW101 AA1

½

DTI 2

½” XW101 AA1

DTI 2

Desde

Hasta

Servicio

Filtro

T-103 T- 103

½

Servicio

T-103

Filtro

½” XW102 AA1

½

Servicio

S-101

Filtro

DTI 2

½” PW101 EK1

½

Proceso

Servicio

M-103

DTI 2

1” P101 EK1

1

Proceso

M-103

P-103 A/B

DTI 2

¾” P102 EK1

¾

Proceso

P-103 A/B

R-201

DTI 3

½” PW202 EK1

½

Proceso

Filtración

R-201

DTI 3

¼” P203 EK1

¼

Proceso

Almacén

R-201

DTI 3

1” P204 EK1

1

Proceso

R-201

P-204

DTI 3

¾” P205 EK1

¾

Proceso

R-201

R-302

DTI 3

¾” P206 EK1

¾

Proceso

R-201

E-201

Temp. (°C) Operación Diseño 30 36 30 36 30 36 30 36 30 36 30 36 30 36 30 36 90 96 90 96 90 96


































Tamaño (pulg)

Servicio

DTI 5

¾ ” P419 EK1

¾

DTI 5

½” P420 EK1

DTI 6

Desde

Hasta

Proceso

P-407 A/B

R-403

½

Proceso

S-403

E-504

½” P521 AA2

½

Proceso

C-501

E-506

DTI 6

½” P522 AA2

½

Proceso

E-506

V-501

DTI 6

½” P523 AA2

½

Proceso

P-509 A/B

C-502

DTI 6

½” P524 AA2

½

Proceso

C-501

E-505

DTI 6

½” P525 AA2

½

Proceso

C-501

P-508 A/B

DTI 6

½” P526 AA2

½

Proceso

P-508 A/B

Almacén para venta

DTI 7

½” P527 AA2

½

Proceso

C-502

E-508

DTI 7

½” P528AA2

½

Proceso

E-508

V-502

DTI 7

½” P529 AA2

½

Proceso

P-510 A/B

T-601

DTI 7

½” P530 AA2

½

Proceso

C-502

E-507

Temp. (°C) Operación Diseño 30 36 30 36 94 105 94 105 94 105 94 105 94 105 94 105 82 90 82 90 82 90 82 90


































Tamaño (pulg)

Servicio

DTI 8

½ ” P642 EK1

½

DTI 8

½ ” P643 EK1

DTI 9

½ ” P744 EK1

Desde

Hasta

Proceso

M-605

P-614 A/B

½

Proceso

P-615 A/B

T-705

½

Proceso

P-716 A/B

A-702

Temp. (°C) Operación Diseño 30 36 30 36 30 36

































LICORES GUÁRICO

VII. LISTA DE INTRUMENTACIÓ INTRUMENTACIÓN N


































VII. LISTA DE INTRUMENTACIÓN VII.1. Lista de Controladores Controladores IDENTIFICACIÓN FC-101 FC-102 FC-103 FC-104 FC-105 FC-117 LC-110 WC-101 FC-206 FC-207 TC-201 AC-201 LC-201 TC-202 FC-308

DTI 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4

ACCIÓN Directa Directa Directa Directa Inversa Inversa Inversa Directa Directa Inversa Inversa Directa Inversa Inversa Directa

ESTRATEGÍA Relación Relación Relación Relación Feedback Feedback Feedback Feedback Relación Relación Feedback Rango Dividido Feedback Feedback Relación


































VII.2. Lista de Transmisores IDENTICACIÓN

DTI

FT-101 FT-102 FT-103 FT-104 FT-105 FT-106 FT-507 WT-101 FT-126 LT-110 FT-108 FT-109

1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2

VARIABLE A MEDIR Flujo Flujo Flujo Flujo Flujo Flujo Flujo Peso Flujo Nivel Flujo Flujo


































IDENTIFICACIÓN

DTI

TT-513 LT-506 LT-607 LT-608 FT-619 FT-620 LT-609 FT-621 FT-622 FT-623 FT-624 FT-625 TT-714

7 7 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 10

VARIABLE A MEDIR Temperatura Nivel Nivel Nivel Flujo Flujo Nivel Flujo Flujo Flujo Flujo Flujo Temperatura


































VII.3. Lista de Elementos Elementos Finales de Control IDENTICICACIÓN FCV-101 FCV-102 FCV-103 FCV-104 FCV-116 WCV-101 WCV-102 FCV-206 FCV-207 TCV-201 ACV-201 ACV-202 LCV-201 TCV-202 FCV-308 TCV-303 ACV-303

DTI 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4

FALLA FC/ATO FC/ATO FC/ATO FC/ATO FC/ATO FC/ATO FC/ATO FC/ATO FO/ATC FC/ATO FC/ATO FC/ATO FO/ATC FC/ATO FC/ATO FC/ATO FC/ATO

JUSTIFICACIÓN Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad Seguridad


































VII.4. Estrategias de Control Sección de Licuefacción En esta sección se usa el control co ntrol de relación, el control cont rol feedback, y de rango dividido. El control de relación involucra la corriente principal (sorgo) con la corriente de la enzima alfa amilasa y la corriente de agua. La estrategia consiste en medir el flujo de sorgo de entrada al licuefactor por medio del transmisor FT-210, esta señal es enviada a un bloque de cálculo FY-206A, el cual tiene como set point la relación sorgo-enzima. La señal de salida del bloque de cálculo va va al controlador controlador FC-206, que también recibe la la señal leída por el transmisor FT211 colocado en la corriente de la enzima, el controlador compara y envía la señal se ñal a la válvula de control FCV-06 la cual manipula el flujo de enzima entrante al licuefactor con la finalidad de cumplir con la relación sorgo-enzima. El control de relación entre el agua y la corriente de sorgo se hace de la misma misma manera, se mide el flujo de sorgo y el flujo de agua agua y por medio




































Al igual que en el licuefactor se controla la temperatura en el sacarificador manipulando el flujo de agua de enfriamiento que entra a la chaqueta y el flujo de agua que entra al intercambiador E-302. El nivel del reactor R-302 se controla manipulando la corriente de salida mediante la válvula LCV-302, y el pH se controla manipulando el flujo de acido mediante la válvula ACV-303.




































agua de servicio, la misma es manipulada para controlar la temperatura del líquido a la salida del condensador para garantizar el condensado de los mismos. mismos. Los destilados destilados provenientes del condensador condensador pasan a un tambor tambor de separación en donde es controlado el nivel del líquido manipulando la salida del destilado a través de la respectiva válvula. El objetivo de este control es asegura un suministro de líquido para la bombas y un reflujo para la columna de destilación garantizado el líquido en los platos más superiores








































































VIII. DISEÑO DE EQUIPOS VIII.1. Criterios y especificaciones especificaciones de diseño VIII.1.1.Reactor: VIII.1.1.Reactor: Licuefactor (Perry)



El tiempo de residencia en el reactor es de 2 h.





































Especificación del proceso

Reactor-Licuefactor

IDENTIFICACIÓN: IDENTIFICACIÓN: Reactor-Licuefactor Reactor-Licuefactor

PLANTA:

SERVICIO:

Nº REQUERIDO:

DESCRIPCIÓ N: Reactor que convierte la mezcla de sorgo con agua y enzimas en de xtrina

DATOS DE OPERACIÓN / Temperatura de Operación, Máx./Nor./Mín.

65

Presión de Operación, Máx./Nor./Mín.

103,42

Presión de Diseño, Tope / Fondo.

113,76

PROYECTO: Diseño de una planta de producción de licor a partir de sorgo

HOJA No.:



























































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































Tomando en cuenta que la temperatura de diseño debe estar 10°C por encima de la temperatura de operación, la temperatura de diseño será 105°C para el tope de la columna y 109°C para el fondo. La presión de diseño se tomará 10psi por encima de la presión de operación, entonces la presión de diseño de las columnas tendrá un valor de 0,17MPa.

4.- Número de platos La Separación y recuperación de alcohol etílico producido a partir de la fermentación se hace de la misma forma para la mayoría de los procesos de producción de etanol. La primera etapa para su obtención es hacer pasar la mezcla por una una primera columna de destilación de 6 etapas para elevar la concentración de la mezcla entre (45-50) % p/p de etanol. La segunda etapa consiste en llevar el destilado a otra columna columna de destilación de de 15 etapas, para finalmente obtener un destilado de etanol de 96% p/p de pureza. En base a estos datos el número de platos usados en las columnas de destilación para la obtención del alcohol etílico serán 6 y 15 respectivamente.

5.- Altura de la columna Considerando un espaciamiento entre los platos de 0,5 m, un espaciamiento entre el primer plato y el tope de la columna de 1,2m y entre el último plato y el fondo de la columna de 1,8 m.

5.-Diámetro de la Columna 

Factor de flujo Líquido Vapor

Donde;

ρl: Densidad del líquido (Kg/m 3)






























V: Flujo de vapor (m3 /s)



Velocidad de Inundación (Vf)

Donde; : Constante de inundación para los platos

Empleándose 80% de la velocidad velocidad de inundación inundación Velocidad superficial (V)

Área neta de la sección secc ión transversal de la torre para el e l flujo del vapor (An)

Tomando una longitud longitud del derramadero 0,7W el área del de l plato usada por el vertedero ≈ 8,8% Área de la sección transversal de la torre (At)

Diámetro interno de la torre ( Di)

Con un factor de sobre diseño de 10% Di = (0.1* 0,5) +0,5 = 0,6 m






























Donde; P: Presión de Diseño (psi)

Diámetro externo (De)

6.- Relación entre el área de orificio y el área activa (Ao/Aa) Considerando platos perforados con un diámetro de orificio (do) de 4,5mm, una distancia entre los centros de los orificios (ds) de 12mm, y un espesor de 2mm.

7.- Área activa (Aa)

8.- Número de orificios ( No)

Donde; A1o: Área de un orifico or ifico

9.- Caída de Presión del gas (hg)






























Donde; hl : Frente hidráulico (mH 2O) hr: Caída de presión residual (mH 2O) hd: Caída de presión en seco (mH2O)

10.- Verificación de la inundación hw +h1+h3 = 0,05 + 0,003 + 0,048 = 0.1013 m Donde; hw: altura del derramadero h1: Cresta del derramadero h3: Retroceso en el vertedero t/2 = 0,5/2 = 0,25 m Como 0,1013 0,1013 < 0,25 no hay inundación, inundación, entonces espaciamiento elegido entre los platos es correcto.

11.- Diámetro de las Boquillas

Donde; Ve: Velocidad a la entrada de la boquilla (ft/s)

ρm: Densidad de la mezcla (lb/ft 3) Dbi : Diámetro de la boquilla en la posición po sición i (ft) Qg : Caudal de Vapor ( ft 3 /s ) Ql : Caudal de Líquido ( ft 3 /s ) Realizando los cálculos para cada una de los puntos mostrados en las especificaciones, se obtuvo: DbA = 3,5” , DbB = 0,5” , DbC = 3” , DbD = 2” , DbE = 0,5”































LICORES GUÁRICO

XI. BIBLIOGRAFÍA
































XI.BIBLIOGRAFÍA XI. 1. Textos 

Corripio, A. (1991). Control Automático de Procesos . Primera Edición. Editorial Limusa.

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Mc. Cabe, W. (1991). Operaciones Unitarias en Ingeniería Química . Cuarta Edición. Editorial Mc.Graw Hill.

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KISTER, H.(1992). Distillation design. McGraw-Hill. Nueva York, Estados Unidos de América.



PDVSA. Preparación de Diagramas de Proceso Manual de Ingeniería de Diseño. .

Vol. 15, Nº L-TP 1.1. Procedimiento de Ingeniería.

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Robert, Treybal.(1973). Operaciones con transferencia de masa . 2da Edición Argentina, Editorial, Hispano Americana.

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PERRY, R. GREEN, D. Manual del Ingeniero Químico McGraw-Hill. Séptima . .

edición. España, 2001.

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Stanley M. Walas. Chemical Process Equipment. Butterworth-Heinemann Series in Chemical Engineering.






























XI.2. Normas 

Normas PDVSA, Normas ISA.

XI.3. Páginas de Internet 

Pág. htt://WWW.scielo.com/sorgogranifero.

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Pág. htt://WWW,detodounpocotv.com/producciones/sorgo/h htt://WWW,detodounpocotv.com/producciones/sorgo/htp tp

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Pág. http://guarico.com.ve/?p=49



http://gorbea.olx.cl/silos-galvanizados-elevadores-planta-de-silos-iid-21973665

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http://www.mundoanuncio.com/anuncio/transportadora_1209585111.html



http://santiago.olx.cl/elevadores-de-grano-galvanizados-trigo-maiz-avena-etc-22



http://buenosaires.evisos.net/compra-venta/avisos-varios/tanques-acero



http://quito.olx.com.ec/tanque-reactor-concentrador-iid-94606254



http://mexico.evisos.net/negocios-empresas/avisos-varios/molino-pulverizadorazucar



http://articulo.mercadolibre.com.ar/MLA-87142133-bomba-centrifuga-periferica

Diseño de una planta de licor a partir de sorgo

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