UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA
DISEÑO DE UNA PLANTA PLANTA PILOTO
Trabajo Aplicatio
Pr!"!#ta$o al% Ing. Román Justo CALDERÓN CÁRDENAS. Facilitador del curso 0!" &Di"!'o $! Pla#ta" Q()*ica" I+,
R!ali-a$o por% "ALDE#N #R$I%& 'enr() Alumno del I* ciclo de Ingenier+a ,u+mica.
'uanca(o& - de aril del -0!!
INTRODUCCION El hombre desde la antigüedad ha estado lleno de necesidades, las cuales cuales han sido sido satisfe satisfecha chass por por person personas as empre emprende ndedor doras as que han inertido en la creaci!n o renoaci!n de bienes o sericios capaces de cubrir estas necesidades" #ara poder llear a cabo la producci!n de bien bienes es o ser seric icio ioss es nece necesar sario io real reali$ i$ar ar un estu estudi dio o de fact factib ibil ilid idad ad preio, que es una base s!lida que permite la toma de decisiones en referencia al costo de la inersi!n a tra%s del tiempo as& como el niel de recuperaci!n de la inersi!n ' compara la rentabilidad de inertir en el pro'ecto con un costo de oportunidad" En el presente informe se hace un estudio de factibilidad para la inersi!n en una empresa dedicada a la producci!n de cal" #ara el estudio de mercado se hace un an(lisis de la demanda e)istente as& como el niel de participaci!n que se desea alcan$ar, se determina el mercado ob*etio, el precio de enta ' la estrategia de mercado para situar la empresa en la mente del consumidor" consumidor" El estudio t%cnico nos muestra la capacidad instalada de la planta de producci!n producci!n se anali$an anali$an los factores factores de operaci!n operaci!n determinand determinando o el el me*o me*orr +u*o +u*o de opera operaci cion ones es que que nos nos brin brinda dan n un proc proceso eso e eci cien ente te aproechando los recursos de una manera l!gica ' consciente" #ara determinar la forma en que debe reali$arse la inersi!n se hace un estudio nanciero que nos brinda la base que sustenta si se debe inertir capital propio, buscar nanciamiento para la inersi!n o llear a cabo la inersi!n de una forma combinada entre capital propio ' nanciado" En el estudio econ!mico se hace un an(lisis de los costos de inersi!n ' operaci!n en que se incurrir( a lo largo de la reali$aci!n del pro'ecto ' se comparan a tra%s del tiempo dichos costos en un tiempo actual para determinar si es o no rentable inertir en el del pro'ecto"
INTRODUCCION El hombre desde la antigüedad ha estado lleno de necesidades, las cuales cuales han sido sido satisfe satisfecha chass por por person personas as empre emprende ndedor doras as que han inertido en la creaci!n o renoaci!n de bienes o sericios capaces de cubrir estas necesidades" #ara poder llear a cabo la producci!n de bien bienes es o ser seric icio ioss es nece necesar sario io real reali$ i$ar ar un estu estudi dio o de fact factib ibil ilid idad ad preio, que es una base s!lida que permite la toma de decisiones en referencia al costo de la inersi!n a tra%s del tiempo as& como el niel de recuperaci!n de la inersi!n ' compara la rentabilidad de inertir en el pro'ecto con un costo de oportunidad" En el presente informe se hace un estudio de factibilidad para la inersi!n en una empresa dedicada a la producci!n de cal" #ara el estudio de mercado se hace un an(lisis de la demanda e)istente as& como el niel de participaci!n que se desea alcan$ar, se determina el mercado ob*etio, el precio de enta ' la estrategia de mercado para situar la empresa en la mente del consumidor" consumidor" El estudio t%cnico nos muestra la capacidad instalada de la planta de producci!n producci!n se anali$an anali$an los factores factores de operaci!n operaci!n determinand determinando o el el me*o me*orr +u*o +u*o de opera operaci cion ones es que que nos nos brin brinda dan n un proc proceso eso e eci cien ente te aproechando los recursos de una manera l!gica ' consciente" #ara determinar la forma en que debe reali$arse la inersi!n se hace un estudio nanciero que nos brinda la base que sustenta si se debe inertir capital propio, buscar nanciamiento para la inersi!n o llear a cabo la inersi!n de una forma combinada entre capital propio ' nanciado" En el estudio econ!mico se hace un an(lisis de los costos de inersi!n ' operaci!n en que se incurrir( a lo largo de la reali$aci!n del pro'ecto ' se comparan a tra%s del tiempo dichos costos en un tiempo actual para determinar si es o no rentable inertir en el del pro'ecto"
RE-U.EN Este informe trata sobre el sistema de operaci!n ' el proceso que sigue la piedra cali$a para su posterior conersi!n en cal lleada a cabo en una empresa piloto propuesta / el proceso de producci!n de cal nos conllea a reali$ar un balance de materia ' energ&a en el horno/ para lo cual es necesario conocer el an(lisis qu&mico promedio de la piedra cali$a, an(lisis mineral!gico ' la humedad que contiene el material as& como de diersas caracter&sticas de que la materia prima presenta durante su procesamiento" procesamiento" Tambi%n Tambi%n se cuenta como dato de que la le' del producto de calcinaci!n es de 01 a 21 3 de CaO/ con ma'or incidencia en 24 24 3 de CaO como prod produc ucto to ' una una comp comple leta ta con coner ersi si!n !n de .gCO .gCO 5/ esto stos datos se consideran de esa manera 'a que luego de un estudio preliminar en diersas plantas de producci!n de cal la eciencia es la que estamos tomando como informaci!n aliosa para el dise6o" En el balance de materia se eal7a la posibilidad de re8circular la cal impura, pero esto conllea a una ma'or utili$aci!n de combustible en el horno ' por ende a la ma'or utili$aci!n de combustible"
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
Dise6ar una planta de producci!n de cal"
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Determinar un 9alance de materia para la producci!n de cal" Determinar un balance de Energ&a para la producci!n de cal" Dimensionar algunos equipos Tanques de almacenamiento,
horno" Determinar el potencial econ!mico en la producci!n de cal para
er la factibilidad econ!mica"
CAPITULO I 1. MARC MARCO O TEO TEORI RICO CO
:a piedra cali$a i$a es usada, da, directamente en su forma pura, o indirectamente como cal, en muchas industrias" :a producci!n de cal es uno de los procesos qu&micos m(s antiguo conocido por el hombre, data de ciili$aciones ancestrales como ;recia, Roma ' Egipto"
1.1
CAL:
E)is E)iste ten n dos dos tipo tiposs de cal= cal= :a cal cal ia ia >CaO >CaO?, ?, la cal cal apag apagad ada a >Ca>O
:a cal ia es obtenida a partir de la calcinaci!n de la cali$a >CaCO5? por la siguiente s iguiente reacci!n= CaCO& ' CaO ( CO)
:a cal apagada se obtiene a partir de la cal ia haciendo una reacci!n estequiom%trica con agua, esta reacci!n es e)ot%rmica=
CaO ( *)O ' Ca +O*,)
#or lo tanto la fabricaci!n de cales comprende dos procesos qu&micos= calcinaci!n e hidrataci!n, a las cuales an asociados las operaciones de transporte, trituraci!n ' puleri$aci!n de la cali$a adem(s de la separaci!n por aire ' el almacenamiento adecuado de la cal obtenida para eitar los procesos de recarbonataci!n= Ca +O*,) ( CO) ' CaCO& ( *)O
1.)
PROCESO DE CALCINADO
El proceso de calcinaci!n de la cali$a ocurre en hornos del tipo rotatorio ' ertical, pero la cali$a que se introduce a estos hornos no puede ser cualquier cali$a= •
:a cali$a no puede ser mu' porosa o mu' h7meda debido a que esto aumenta la demanda de combustible"
•
:a cali$a utili$ada no debe tener impure$as del tipo part&culas de -i debido a que esta reacciona con el CaO formando silicatos, los cuales se acumulan en el fondo de los hornos, obstru'endo el paso del material
4"@"4
E*emplos de hornos de calcinado :os hornos utili$ados son de distinto tipo, estos pueden ser= R-%a%i-/ Usados generalmente para calcinar una cali$a con un tama6o peque6o de part&cula >A8ABmm?
•
Equipados generalmente con calentadores preios ' refrigerantes
•
Est(n me*or equipados para la obtenci!n de una cal de calidad debido a su instrumentaci!n
•
#roduce una cantidad m()ima de cal por hombre8 hora
•
-u gran desenta*a es su alto consumo de combustible
V!$%ical!/ Usados generalmente cuando la cal obtenida no requiere de una gran pure$a
•
-on m(s simples
•
Constan de un alimentador de combustible ' una correa calentadora
•
Rendimiento de combustible es ma'or que el horno rotatio ctualmente e)isten hornos m(s modernos"
4"5 FACTORES 0UE INFLUEN EN LAS PROPIEDADES DE LA CAL OBTENIDA .uchas de las propiedades de la cal dependen de la calidad de la cali$a utili$ada como tambi%n del proceso de calcinado, ' de estas propiedades, dependen los usos que se le d% a la cal, aqu& ha' un bree resumen de estos factores que in+u'en en las propiedades de la cal obtenida= •
:a dure$a de la cal obtenida, depende de las impure$as de la cali$a utili$ada como tambi%n de la temperatura de calcinaci!n, una impura, da una cal dura si se calcina a temperaturas eleadas"
•
:a porosidad 8 ' como consecuencia la densidad de las cales tambi%n depende de la temperatura de calcinaci!n, a ma'or temperatura menor porosidad ' por lo tanto una ma'or densidad, como consecuencia de esto a ma'or temperatura, la cal a perdiendo actiidad qu&mica, es por esta ra$!n que coniene sinteti$ar la cal a temperaturas lo m(s cercanas a la temperatura de disociaci!n de la cali$a"
•
:as cali$as que contienen entre un 41 5B 3 de materia arcillosa produce cales altamente hidr(ulicas >cales cementicias?
4" USOS DE LA CAL CARACTERÍSTICAS DE LA CALI2A DE DONDE SE OBTIENEN ESTAS CALES Respecto a los usos que se le de a la cal obtenida dependen los distintos grados de pure$a que requiera la cali$a, por e*emplo para la cal usada en la industria se requiere un grado de pure$a mucho ma'or de la cali$a, si lo comparamos con la pure$a requerida para usos agr&colas as& para cada uso se dan caracter&sticas de la cali$a para satisfacer necesidades ' aqu& se presenta un resumen= •
Pa$a 3/-/ in#3/%$ial!/ ;ran parte de la cali$a no sire por problemas de pure$a, por esta ra$!n gran parte de la cal se obtiene a partir de conchas de mar las cuales son basadas en CaCO5 puro"
•
Pa$a 3/-/ !n c-n/%$3ccin :a cal se usa principalmente en enlucidos ' estuco principalmente como cal hidr(ulica la cual contiene gran cantidad de impure$as sil&ceas por que debido a esto la cal hidr(ulica fragua ba*o el agua ' tiene propiedades pl(sticas, generalmente se usa como sustituto del cemento, la cal hidratada se usa para la fabricaci!n de ladrillos de cal los cuales consisten en la cal hidr(ulica mas arena los cuales *untos forman silicatos monoc(lcicos los cuales tienen propiedades aislantes, por esto mismo se agrega a algunas carreteras de arena cal hidr(ulica para formar silicatos sobre esta ' as& formar un F cemento naturalG donde obiamente no se requiere cal de gran pure$a"
•
Pa$a 3/-/ a4$5c-la/ :a cal se usa generalmente para neutrali$ar los (cidos presentes en el suelo aunque se usa m(s la cali$a directamente para estos nes en donde se requiere poca pure$a
•
Pa$a 3/-/ 6!%al7$4ic-/ :a cal ia tiene un gran uso como fundente en la manufactura del acero donde se requiere una cal de una gran pure$a, adem(s la cal se usa en el trelado de alambres como lubricante, tambi%n se usa en la fabricaci!n de lingotes en moldes de hierro para eitar la adherencia de estos lingotes, otro uso de la cal es para neutrali$ar los (cidos con los que se limpian los productos del acero, en este sentido se preere la cal para neutrali$ar que la cali$a debido a que la cali$a produce CO @ al contacto con (cidos lo cual es un problema debido a que puede generar as)ias en los que lo manipulan" :a lechada de cal se usa como aislante temporal a la corrosi!n, en el recocido del acero, se usa adem(s en casi todos los procesos para la e)tracci!n de .g, tambi%n para recuperar la s&lice de la bau)ita, se emplea en la +otaci!n de minerales no f%rreos donde act7a como depresor ' mantiene la alcalinidad correcta, para todos estos usos metal7rgicos se requiere una cal de una pure$a superior a las anteriores ' como consecuencia una cali$a de una pure$a ma'or de donde sinteti$ar esta cal"
•
Pa$a 3/-/ a$i-/ -e usa la lechada de cal para neutrali$ar los gases nocios producidos en la renaci!n de metales, gases como < @-, -O@"
-e usa la cal hidratada para la fabricaci!n de NaO< por la siguiente reacci!n= Ca +O*,) ( Na)CO& ' )NaO* ( CaCO &.
Tambi%n se usa en la fabricaci!n de carburo de calcio cuando reacciona esta con coque" :a cal se usa tambi%n en
el tratamiento de residuos de la industria del papel" H en el tratamiento de las aguas potables para me*orar su calidad ' tambi%n para ablandar agua, *unto con sales de hierro se usa para coagular s!lidos suspendidos en el agua ' tambi%n para neutrali$ar el Fagua (cidaG que produce la corrosi!n de las ca6er&as" 4"1 EJEMPLO DE ALGUNOS USOS DE LA CAL •
P$-#3ccin #! ac!%il!nCaO @C >coque? J CaC @ >carburo?
CaC@ <@O J C
acetileno? Ca >O
A8lan#a6i!n%- #! a43a/ CaO <@O J Ca@ @O<8
O<8
.aterial obtenido de la calcinaci!n de la cali$a que al desprender anh&drido carb!nico, se transforma en !)ido de calcio" :a cal ia debe ser capa$ de combinarse con el agua, para transformarse de !)ido a hidr!)ido ' una e$ apagada >hidratada?, se aplique en la construcci!n, principalmente en la elaboraci!n del mortero de alba6iler&a" Cal "i#$a%a#a
-e conoce con el nombre comercial de cal hidratada a la especie qu&mica de hidr!)ido de calcio, la cual es una base fuerte formada por el metal calcio unido a dos grupos hidr!)idos" El !)ido de calcio al combinarse con el agua se transforma en hidr!)ido de calcio" 4"A COMBUSTIBLE UTILI2ADO PARA LA COMBUSTION:
4"A"4 PETROLEO RESIDUAL N- 9 Debido a que la calidad de la cal producida por el horno est( ligada de forma directa con la calidad del combustible, es necesario anali$ar el efecto de combusti!n del mismo" #ara el an(lisis de la combusti!n se considera que la combusti!n es completa con un e)ceso de aire del @B3" El combustible que se utili$a en el proceso es el Luel Oil NM A >9uner C?, el porcenta*e de los elementos presentes en dicho combustible se presenta en la tabla " Composici!n del combustible Luel Oil NM A
:a siguiente tabla muestra los porcenta*es de los elementos de la composici!n corregida del combustible, debido a la presencia de ceni$a"
CAPITULO II ). DESCRIPCION DE LA TECNOLOGÍA
@"4 Calcinacin: Es el proceso metal7rgico que consiste en someter a los carbonatos a temperaturas altas con el ob*etio de producir la cal >CaO o .gO?" @"@ R!acci-n!/: :as reacciones se dan a partir de la piedra cali$a de alto calcio ! dolomita por calcinaci!n en un horno de calcinaci!n, donde las reacciones qu&micas son= CaCO5 >cali$a?calor CaCO5".gCO5calor .gCO5calor
CaO CO@ CaO".gO >cal?CO@ .gOCO@
N-%a=
El tipo de material de CaCO 5 con las cuales se a a dise6ar la planta es la calcita" @"5 Ran4-/ #! P$-#3ccin: Dentro de los rangos de operaci!n para la producci!n te!rica se toma como base= •
4BB g de CaCO 5 produce 1A g de CaO ' g de CO @"
•
4BB g de CaCO 5".gCO5 produce 1@ g de CaO".gO ' 0 g de CO@"
•
4BB g de .gCO5 produce 0 g de .gO"
@" T!6!$a%3$a #! D!/c-6-/icin ; P-#!$ Cal-$5
:a piedra cali$a empie$a a descomponerse a partir de 2BB MC requiri%ndose un poder calor&co de @"PP Q4B A9TUTon ! PPB calg" .ientras que la dolomita comien$a a descomponerse a una temperatura apro)imada de ABBMC a PBBMC con una necesidad de @"AA Q4B A9TUTon ! P52 calg" como poder calor&co esto debe de tomarse incluso para operaciones mu' inecaces o de ba*o rendimiento" @"1 Ta6a=- #! Ali6!n%acin ; Ti!6- #! Calcinacin: :a distribuci!n por tama6o de cali$a alimentada para todos los sistemas de calcinaci!n puede ariar desde @1B micrones a @BB micrones" :as part&culas m(s peque6as se calcinan m(s r(pido ' son usados en sistemas de corto tiempo de retenci!n ' calcinadores de suspensi!n con tiempos de retenci!n de @ a 5B minutos" :as grandes pie$as de cali$a requieren de largos tiempos de retenci!n que ar&a entre 1 a @B horas ' los hornos que operan con este rango de tama6o son los de tipo chimenea >altos hornos?, donde el alimento se puede encontrar hasta sobre 0 pulgadas" @"A C$i%!$i- #! la cali#a# #!l P$-#3c%-: El tama6o de la part&cula se relaciona directamente con la temperatura ' tiempo de calcinaci!n" :as caracter&sticas f&sicas ' qu&micas de la cal producida ' una distribuci!n por tama6os mu' uniformes del alimento son necesarias para producir una cal de buena calidad" Un quemado fuerte, denso, ba*a supercie ' material poroso con ba*a reactiidad es obtenido a alta temperatura" Un quemado suae, liiano, con alta supercie ' cal porosa con alta reactiidad es producida a ba*as temperaturas"
:as temperaturas de calcinados medidos en diferentes sistemas de calcinaci!n, ar&an sobre un amplio rango de 21B a 40BMC ,dependiendo de los m%todos de medici!n >temperatura del material, temperatura de conductos, temperatura de gas o temperatura de llama?,de los tipos de combustible usado ' propiedades deseadas de los productos" @"P Ti-/ #! *-$n-/ a$a la Calcinacin #! Ca$8-na%-/: •
Q 45> de alimento que opera entre rangos de 44@B ' 451BMC" Un producto duro o productos quemados a muerte son obtenidos en rangos de temperatura sobre 4541MC" En ciertos pa&ses como >EEUU?, el 2B 3 de la cal producida proiene de hornos rotatorios "En estos se produce un producto de alta calidad, mu' uniforme ' se tiene con ellos altas capacidades, pero son relatiamente caros" :os hornos rotatorios a menos que est%n equipados con precalentadores ' otros articios para ahorrar combustible, poseen altos &ndices de consumo de combustible"
•
han sido propuestos para conseguir un calentamiento uniforme de la cali$a ' as& tener un producto uniforme"
.TERI #RI. C:IS 4
5"4 DI;R. DE 9:OUE-
C#ITU:O III
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4B DE-CR; H E.#UE DE C:
CAL EMPA0UETADA
@
N 8 4@B
9 8 44B
LEYENDA EQUIPOS B-110 N-120
NOMBRE DEL EQUIPO Horno de calcinación Qe!ador
CO.#ONEN .TERI TE#RI. >g? 1
"a"O# M("O#
-iO@ l@B5 Le@O5 <@O "ar+ono Hidro(eno Niró(eno O.i(eno A/re
$1%$22& 0%))0# 0%))0# 0%0#2& 1%0*#& '%1*21 0 0 0 0 0
IRE >g?
CO.9U-TI 9:E >g?
;-E- DE CO.9U-TI ON >g?
2
#
'
0 0 0 0 0 0 0 0 #)%&$'1 12%*0&* 0
0 0 0 0 0 0 ,%)'$) 0%))*$ 0%02#1 0%00)) 0%01&'
0 0 0 0 0 1%1&)1 0 0 ),%$#)) #%$$), 0
C: I >g? &
0%&'&2 0 0%))&# 0%#2)& 1%102) 0 0 0 0 0 0
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-iO@ l@B5 Le@O5 <@O "ar+ono Hidro(eno Niró(eno O.i(eno A/re "aO M(O "O2 SO2 oro OAL
$1%$22& 0%))0# 0%))0# 0%0#2& 1%0*#& '%1*21 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1%#&2# *0%0##&
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C#ITU:O I "4 9:NCE DE .TERI= 9ase de c(lculo= 1B g de producci!n por d&a Tenemos el an(lisis del producto=
0 0 0 0 0 1%1&)1 0 0 ),%$#)) #%$$), 0 0 0 ,0%*10, 0%$22) 0 1'#%,1&)
C: I >g? &
0%&'&2 0 0%))&# 0%#2)& 1%102) 0 0 0 0 0 0 0 0%#)0' 0 0 1%#,1& '%'$2,
CO.#UE-TO CaO CaCO5 .gO -iO@ :@O5 Le@O5 Otros
CO.#O-ICION >3? 24"B5A 4"B2B B"PB2 4"11BA B"A11B @"@B11 @"P@54
Tenemos los pesos moleculares= CaCO& M4CO& M4O 4BB 0 B
CaO 1A
Deer!inando el 3eo de cada co!3eo en la alida4 KgdeCaO sal ida
= &0 Kg prod ucto 5 0%*10#', = '&%&1)# KgCaO
KgdeCaCO# sal ida
= &0 Kg prod ucto 5 0%010*0' = 0%&'&2KgCaCO#
KgdeMgO sal ida
= &0 Kg prod ucto 5 0%00)'0* = 0%#)0'& KgMgO
KgdeSiO2 sal ida
= &0 Kg prod ucto 5 0%01&&0, = 0%))&#KgSiO2
KgdeAl 2O# sal ida
= &0 Kg pro ducto 5 0%00,&&0 = 0%#2)& Al 2O#
KgdeFeO2 sali da
= &0 Kg prod ucto = 1%102)&KgFeO2 5 0%0220&&
Kgdeotros sal ida
= &0 Kg pro ducto 5 0%02)2#1 = 1%#,1&& Kgotros
ene!o a la alida del 6orno4
CO.#UE-TO CaO CaCO5 .gO -iO@ :@O5 Le@O5 Otros
#eso >g? 1"1415 B"11@ B"5PB1 B"PP15 B"5@P1 4"4B@P1 4 5A411
CO)
Para la reacción4
CaCO5 >cali$a?calor .gCO5calor
Deer!inando el 3eo de CaCO5 en
CaO CO@ .gOCO@ la alimentaci!n=
KgdeCaCO# reaccionad o
100 KgCaCO# reaccionad o = $1%2))#KgCaCO# reaccionad o = '&%&1&# KgCaO prod ucido &, KgCaO produ cido
KgdeCaCO# a li! entado
= $1%2))# KgCaCO# reaccionad o + 0 %&'&2 KgCaCO# no− reaccionad o = $1%$22& KgCaCO# a li! entado
Deer!inado el 3eo de lo oro co!3onene de la cali/a a 3arir del cadro de an7lii de la !aeria 3ri!a en la re(ión 8n9n4
COMPUESTOS
?
CaCO5
2"2A
.gCO5
B"2B
-iO@
B"2B
l@B5
B"50
Le@O5
4"@0
Otros
4"10
1%&$ Kgdeotros = 1%#&2#Kgotros# a li! entacion *' % *, KgdeCaCO #
Kgdeotrosa li! entacion = $1%2))# KgdeCaCO# 5
KgdeFe2O# a li! entacion
1%2$ KgdeFe2O# = $1%2))# KgdeCaCO # 5 = 1%0*&& KgFe2O#a li! entacion *' % *, KgdeCaCO # 0%*0 KgdeMgSiO2 = 0%))0#KgSiO2 a li! entacion *' % *, KgdeCaCO #
KgdeSiO2 a li! entacion = $1%2))# KgdeCaCO # 5
KgdeMgCO# a li! entacion
0%*0 KgdeMgCO# = $1%2))# KgdeCaCO # 5 = 0%))0#KgMgCO# a li! entacion *' % *, KgdeCaCO #
KgdeAl 2O# a li! entacion
0%#$ KgdeAl 2O# = $1%2))# KgdeCaCO # 5 = 0%0#2&2 KgAl 2O# a li! entacion *' % *, KgdeCaCO #
ene!o en la ali!enación del 6orno4
COMPUESTOS
P!/-
CaCO5
+@4, 04"0@@1
.gCO5
B"PPB5
-iO@
B"PPB5
l@B5
B"B5@1@
Le@O5
4"B211
Otros
4"51@5
"7lclo de "O2 (enerado4
Se(:n la reacción4
CaCO5 >cali$a?calor
CaO CO @
'' KgCO2 producido KgdeCO2 producido = '&%&1&# KgCaO producido &, KgCaO producido = #&%),20 KgCaCO# producido
.gCO5calor
.gOCO @
KgdeCO2 produ cido−en−reaccion
= 0%'0)'* + #&%),20 = #,%1,*' KgdeCO2 produ cido−en−reaccion
'' KgCO2 producido KgdeCO2 producido = 0%#)0'& KgMgO producido '0 KgMgO producido = 0%'0)'* KgCaCO# produci
Dado ;e la !aeria 3ri!a iene na 6!edad de &< enonce4
KgdeH 2 Oen−materia− prima
= $&%$'#' − >$&%$'#'(1 − 0%0&) = = '%2*21 KgdeH 2 Oen− materia− prima
BALANCE DE MATERIA DE LA CALI2A PARA EL *ORNO
COMPOSICIÓN DE LOS GASES CO@ 5A"4A2g
COMPOSICIÓN DE LA CALI2A
04"0@@1g B"PPB5g B"PPB5g B"B5@1@g
CaCO5 .gCO5
*ORNO
-iO@ l@O5 Le @O5
"@ 9:NCE DE ENER;V= "@"4 Equilibrio t%rmico en el horno En el balance energ%tico del horno condiciones de an(lisis=
COMPOSICIÓN DE
CaO CaCO5 .gO -iO@ l@O5 Le@O5 Otros TOTAL
1"1415g B"11@g B"5PB1g B"PP15g B"5@P1g 4"4B@P1g 4"5A41g .@4
se tiene las siguientes
Condiciones de estado estable Consideraci!n de conducci!n unidimensional en un cilindro Combusti!n completa"
"@"4"4 Llu*os de calor en el horno= :a gura muestra los +u*os de calor en el horno, las p%rdidas de calor por radiaci!n, conecci!n, conducci!n, p%rdidas de calor en los gases de escape, p%rdidas de calor en la descarga de la cal ia ' las p%rdidas adicionales"
:a totalidad del alor cal!rico no es aproechado durante la combusti!n para obtener el calor de disociaci!n de la cali$a para poder producir cal ia" "@"4"@ Calor de disociaci!n El calor 7til es el necesario para producir la disociaci!n de la piedra cali$a ' se obtiene a partir de los calores de reacci!n de la siguiente ecuaci!n qu&mica=
Donde= = Es el calor de disociaci!n de la cali$a Wi= Es el n7mero de moles hprod= Es la entalp&a de formaci!n de los productos"
hreact= Es la entalp&a de formaci!n de los reactantes" :os alores de las entalp&as de formaci!n de los compuestos presentes en la reacci!n se muestran en la siguiente tabla= Entalp&as de formaci!n=
Luente = #ERRH R, Chemical EngineersX
∑ ( − 1&1%) − *'%0&') − ∑ >−2$*%&=
Qdisociacion = −2'&%)&' + 2$*%&
Kcal Qdisociacion = '#%)', mol CaCO# + '#%)', → CaO + CO2
:a m&nima cantidad de energ&a necesaria para la disociaci!n de la cali$a e)presada en ilogramos de cal ia producida est( dada por la siguiente ecuaci!n=
Q=
Qdisociacion kg ? cal ? producida
Reempla$ando los alores anteriores= ',%)',
Q= 0%0&,
kcal
mol kg ? cal ? producida
Q = )$1%1$
mol kcal kg ? cal ? producida
Q = )$1%1$
kcal kg ? cal ? producida
Q = #2)0%,''
5
'%1$,$kJ kcal
kJ kg ? cal ? producida
C#ITU:O 1"4 DI-EZO DE:
CaCO# + calor → CaO + CO2
[[[[[">A"4? Del c(lculo reali$ado en el cap&tulo 1 en la secci!n del c(lculo de balance de masa se conclu'e que por cada 4BB g de CaCO5 se producen 1A g de CaO ' g de CO@" :a capacidad del proceso en el horno est( dada por la siguiente ecuaci!n= CP = Pprod 5 f
[[[[[>A"@? Donde= C#= Capacidad del proceso Cprod = Capacidad de producci!n f = Lactor de carga de material El factor de carga de material iene dado por la siguiente e)presi!n= f =
100 KgCaCO# &, KgCaO
f = 1%)$&
KgCaCO# KgCaO
.ediante la ecuaci!n >A"@? se calcula la cantidad de cali$a que es necesaria cargar en el horno para obtener 1B ilogramos de cal" CP = Pprod 5 f KgCaCO# CP = &0 KgCaO 51%)$& KgCaO
CP = $*%2&kgCaCO # ≈ *0%1#kgCaCO#
-e conclu'e que para obtener una producci!n de 1B ilogramos de cal ia es necesario suministrar en el horno una carga de 02"@1 ilogramos de cali$a" 1"4"5 DI-TRI9UCI\N DE : CR; E)isten arios aspectos que in+u'en en la composici!n qu&mica de la cali$a ' en la posterior obtenci!n de la cal ia, la que no
puede ser controlada sin un ma'or impacto en el costo de fabricaci!n, por lo tanto, las ariaciones en su calidad son generalmente aceptadas" Uno de estos aspectos es la temperatura de calcinaci!n, la que debe ser estrechamente controlada" Otro aspecto de importancia para lograr calentar en forma uniforme la cali$a, es el tama6o de las part&culas que se alimentan al horno las cuales deben ser relatiamente uniformes" En la gura NM A"4 se presenta una part&cula grande en que el calor no penetra hasta el centro de %sta, quedando carbonato de calcio en el cora$!n de la part&cula ' recubierta por !)ido de calcio, el centro de %sta part&cula es lo que llamamos arenilla" #ara las part&culas de tama6o medio, el calor penetra en su totalidad completando la conersi!n de todo el carbonato en CaO" En la part&cula peque6a el calor llega r(pidamente al cora$!n de la part&cula ' la cubierta de %sta se sobre calienta formando una capa dura, donde el agua no puede penetrar, entonces el proceso de apagado es retardado o impedido"
Ligura 1"4 Lormaci!n de CaO
Ligura 1" @ Esquema de funcionamiento del horno 1"4" N]:I-I- ENER;^TICO DE:
kcal kg ? cal ? producida
Q = #2)0%,''
5
kJ kg ? cal ? producida
'%1$,$kJ kcal
&%1%'%2 Proceo de co!+ión en el 6orno4 De+ido a ;e la calidad de la cal 3rodcida 3or el 6orno e7 li(ada de or!a direca con la calidad del co!+i+le@ e neceario anali/ar el eeco de co!+ión del !i!o% Para el an7lii de la co!+ión e conidera ;e la co!+ión e co!3lea con n e.ceo de aire del 20<% El co!+i+le ;e e ili/a en el 3roceo e el el Oil N , >BnCer "=@ el 3orcenae de lo ele!eno 3reene en dic6o co!+i+le e 3reena en la a+la '%2% >er ane.o 2@ Hoa Fcnica@ el Oil N , >+nCer "== a+la ,%1 "o!3oición del co!+i+le el Oil N ,
:a siguiente tabla muestra los porcenta*es de los elementos de la composici!n corregida del combustible, debido a la presencia de ceni$a"
Durante el proceso de combusti!n completa los productos presentes son= <@O, CO@, -O@ ' N@" 0%$)'*C + 0%1011 H 2
+ 0%00# N 2 + 0%001O2 + 0%02S + 1%1#'>O2 + #%),2 N 2 = → 0%$)'*CO2 + 0%1011 H 2O + 0%02SO2 + 0%1$*O2 + '%2,*1N 2
Una e$ obtenido el balance de la ecuaci!n qu&mica se obtiene la relaci!n molar de aire8combustible mediante la siguiente e)presi!n= =
a c
Relación molar airecom!usti!le"
Donde= a / Es el n7mero de moles de aire c / Es
el n7mero de moles de combustible
#eempla$ando los %alores se tiene &ue" a c a c
=
1%1#' 5 '%),2moles ? de ? aire 1mol ? com!usti!l e
= &%'
moles ? de ? aire mol ? com!usti!l e
#ara calcular la relaci!n m(sica del aire con el combustible es necesario calcular el peso molecular del aire ' del combustible" :a relaci!n m(sica de aire combustible est( dada por la siguiente ecuaci!n= a 'A A = 5 c 'C C
Donde= _ = Es el peso molecular del aire _C = Es el peso molecular del combustible :os pesos moleculares de aire ' el combustible se presentan a continuaci!n= 'A = >0%215 2 51, + 0%)* 5 2 51'=
'A = 2$%$&
kg kmol
kg kmol
'C = >0%$)'* 51512 + 00%10115 2 51 + 0%00# 5 2 51' + 0%0015 2 51, + 0%02 515 #2=
'C = 11%'&)
a 'A c 'C
A C
= &%' 5
= 1#%,
kg kmol
kg kmol 2$%$&
kg ? aire
11%'&) kg ? com!usti!l e
kg ? aire kg ? com!usti!l e
Del resultado se conclu'e que por cada ilogramo de combustible es necesario una cantidad de 45"A g de aire para obtener una combusti!n completa" 1"4""5 Consumo de combustible #ara el c(lculo de la cantidad necesaria de combustible para producir 1B ilogramos diarias es necesario asumir una eciencia t%rmica del 1B3, debido a que el sistema es un intercambiador de calor de +u*o regeneratio, es decir en la $ona de enfriamiento el calor sensible de la cal es completamente transferido al aire de enfriamiento, que entra en la $ona de calcinaci!n a una temperatura entre PBB ' 0BBM C para reaccionar con el combustible" #or lo tanto el calor sensible de la cal es completamente retomado en el proceso" El calor sensible de los gases de escape es tambi%n retomado en el proceso aunque no en su totalidad 'a que la capacidad cal!rica en la $ona de precalentamiento es mucho m(s alta que la carga de cali$a" :a eciencia t%rmica del horno iene dada por la siguiente ecuaci!n= n=
Q !in HH( 5 mc
Donde=
min= Energ&a m&nima de requerida para la disociaci!n kJ kg ? cal ? producida <<
=
Es
el
alor
cal!rico
del
combustible
kJ kg ? com!usti!l e
mc = Es la cantidad de combustible ` g n = Es la eciencia t%rmica" #or tanto la cantidad de combustible para la producci!n de 1B ilogramos de cal ia es= #2)0%,''
kJ
5 &0kg ? cal kg ? cal mc = kJ '%2' ) 10 ' 5 0%& kg ? com!usti!l e
mc = )%)1#) kg ? com!usti!l e
1"@ DI.EN-ION.IENTO DE:
:a relaci!n e)istente entre al di(metro ' la altura es de 4=@"
.ediante el an(lisis de las consideraciones anteriores se tiene que las dimensiones de una de las columnas son las siguientes= ( =
m ? cali$a
ρ ? cali$a
Donde= = Es el olumen de cada columna m cali$a= Es la capacidad del proceso cali$a = Es la densidad de la piedra cali$a
Reempla$ando los alores se tiene que= ( =
&0kg kg 1#&0 # m
( = 0%0#)m
#
Ade!74 ( =
φ *
π 5 φ 2 5 * '
=1
2
.ediante la soluci!n de las ecuaciones se obtienen las dimensiones efectias de cada columna= πφ #
= 2(
φ = #
2(
φ = #
2 5 0%0#)
π
π
φ = 0%2$,m * = 0%&)#m
1"5 DI-EZO DE :O- CO.#ONENTE- #RINCI#:E- DE:
las paredes de aislamiento t%rmico se consideran las dos $onas energ%ticas que se muestran en la Ligura A"5" B"@0Am
SON DE C:CINCION
B"@5m
SON DE ENLRI.IENTO
B"41m
Ligura A"5 Sonas energ%ticas del horno
1"5"@ Requerimientos de ladrillo refractario en las $onas energ%ticas del horno •
Sona de calcinaci!n
En esta $ona se utili$an ladrillos b(sicos, a base de magnesita, debido a que tienen una menor reactiidad con los !)idos presentes en la piedra cali$a ' producida en la calcinaci!n de la misma, los porcenta*es de los productos se presentan en la tabla ", adem(s tiene una dure$a de a "1 que es superior a la de la piedra cali$a que tiene un alor de 5, ' es un material casi infusible/ los gases de escape productos de la combusti!n se encuentran a una temperatura de 0BBMC apro)imadamente ' a la salida de tienen un temperatura de 41BMC apro)imadamente" 1" Consideraciones de dise6o=
Transferencia de calor en estado estable Transferencia de calor en las paredes de un cilindro :a temperatura de los gases de escape es T 44BB MC #ropiedades constantes de los gases de combusti!n" Tama6o promedio de la piedra cali$a dp B mm, se considera una esfera para efectos de c(lculo" -e considera una cama de s!lidos" Efectos despreciables de la resistencia de contacto"
9a*o las consideraciones anteriores las propiedades de los gases de escape son= ρ f / Es la densidad del +u*o, >gases de combusti!n? µ / iscosidad din(mica" k / Es la conductiidad t%rmica Pr / Es el n7mero de #randt
ρ f = 0%2#,,
de los gases de escape"
kg m# kg
µ = &'*%)1 +10−) K = *0%&) +10−#
m# '
mK
Pr = 0%,$*
Ecuaciones para el c(lculo del n7mero de Re'nolds Re
= >11#&%) + 0%0'0$ 5 λ = 0%& − ##%) dp 5 ρ f 5 > ρ s − ρ f = 5 g #
λ =
µ 2
Donde= Re / Es el n7mero de Re'nolds" λ / Es el factor de +u*o en una cama de s!lido" dp / Es el tama6o promedio de la piedra cali$a cm" ρ s / Es la densidad de la cali$a" g 4 ;raedad 2"0ms @ Con los datos anteriores se calcula el n7mero de Re'nolds λ =
>0%0'= # 5 0%2#,, 5 >1#&0 − 0%2#,,= 5 *%$ −
>&'*%)1 +10 ) = 2
λ = ,%,2$+10) Re = >11#&%) + 0%0'0$ 5 ,%,2$+10 =
) 0%&
Re = 1,11%0*
− ##%)
Una e$ calculado el n7mero de Re'nolds es necesario calcular el n7mero de Nusselt para el caso de +u*o e)terno en esferas mediante la siguiente e)presi!n= Nu, = 2 + >0%' 5 Re
1G 2
+ 0%0, 5 Re 2 G # = 5 Pr 0%'
Reempla$ando los alores se tiene que= Nu, = 2 + >0%' 51,11%0*1G 2
+ 0%0, 51,11%0*2 G # = 5 0%,$*0%'
Nu, = 22%*#
.ediante el n7mero de Nusselt se calcula el coeciente de conecci!n h mediante la siguiente e)presi!n= *=
*=
Nu, 5 k dp 22%*# 5 *0%&) +10 −# 0%0'
* = &1%*1
:a transferencia de calor por conecci!n iene dada por la siguiente ecuaci!n= & = * 5 As 5 >- ∞
− - s =
& = &1%*15 0%2$, 5 π 5 0%'2#>1100 − $00= & = &$)0%$''
-e considera que la temperatura Ts4 es 4BBBMC ' la Ts@ no debe e)ceder @1BMC, para que no se generen puntos calientes en la placa de acero" En la $ona de calcinaci!n es necesario colocar refractario a base de magnesita debido a su resistencia a la altas temperaturas ' a los esfuer$os t%rmicos, este material tiene una conductiidad
t%rmica @"0 _m" :a gura A" muestra el circuito t%rmico en la $ona de calcinaci!n"
Fi43$a 9. Ci$c3i%- %$6ic- !n la -na #! calcinacin
9a*o esta consideraci!n se tiene que el radio de la capa de refractario iene dado por la siguiente ecuaci!n=
25π 5 K 5 . >- S 1 −- S 2 =
#2
= #1e
&
25π 52%050%&)#>1000− 2&0=
#2
= 0%1'# 5 e
&$)0%$'
#2 = 0%#&$m
El espesor de la capa de refractario es @41mm" hora es necesario determinar el espesor de la placa de acero, para este caso se toma la secci!n de calcinaci!n ' se establece las siguientes consideraciones=
Consideraciones de dise6o=
Transferencia de calor en estado estable Transferencia de calor en las paredes de un cilindro" Efectos despreciables de la resistencia de contacto" #%rdidas de calor por radiaci!n con el e)terior despreciable" :a temperatura Ts4 es A1MC" :a conductiidad t%rmica del acero es A2"1_m"
#ara este an(lisis es necesario asumir una temperatura de la supercie Ts@ de 1MC, 'a que la temperatura ambiente en la regi!n es 40MC ' la temperatura de la placa debe ser ma'or a dicho alor, ba*o esta consideraci!n se tiene que el radio de la capa de aislante iene dado por la ecuaci!n= 25π 5 K 5 . >- S 1 −- S 2 =
#2
= #1e
&
Reempla$ando los alores se tiene que= 25π 5,*%&50%&)#> ,&−'&=
#2
= 0%#&$ 5 e
&$)0%$'
#2 = 0%'022
El espesor de la capa de acero es de "@ mm, se toma una placa de acero 141 grado AB, material recomendado para recipientes su*etos a presi!n interna cercana a la atmosf%rica ' temperaturas entre 0BB ' 45BBMC"
C#ITU:O I A"4 -E:ECCI\N DE EUI#OA"4"4 -E:ECCI\N DE: UE.DOR El prop!sito de cualquier quemador de combustibles l&quidos es preparar el combustible para el quemado en la combusti!n" #ara garanti$ar el prop!sito del quemador, e)isten dos fases fundamentales que se deben cumplir en el proceso= El combustible debe ser atomi$ado, es decir debe ser separado en part&culas mu' nas" El combustible se debe me$clar con el aire, con la nalidad de que este pueda combustionarse" :os quemadores se seleccionan de acuerdo al tipo de combustible que an a quemar, es decir las caracter&sticas del quemador dependen del tipo de combustible" A"4"4"4 spectos de selecci!n A"4"4"4"4 :a llama -e dene como el medio gaseoso en el que se desarrollan las reacciones de combusti!n/ aqu& es donde el combustible ' el comburente se encuentran me$clados ' en reacci!n" :a llama puede adoptar diferentes formas, seg7n el medio t%cnico, ' tambi%n la forma del quemador" A"4"4"4"@ Lrente de llama El frente de llama es la $ona que marca la separaci!n entre el gas quemado ' el gas sin quemar" qu& es donde tienen lugar las reacciones de o)idaci!n principales" El espesor del frente de llama puede ir desde menos de 4mm hasta ocupar totalmente la c(mara de combusti!n" A"4"4"4"5 :a propagaci!n de la llama :a propagaci!n de la llama es el despla$amiento de %sta a tra%s de la masa gaseosa" -e efect7a esta propagaci!n en el frente de llama" :a elocidad de propagaci!n a a depender de la transmisi!n de calor entre la llama ' las $onas contiguas >gases quemados
' no quemados?" Cuando los gases sin quemar alcan$an la temperatura de ignici!n, entonces empie$an a sufrir la combusti!n" #ara que la llama comience ' quede estable, se debe estabili$ar el frente de llama" #ara ello, se debe coordinar la elocidad de escape de gases ' de propagaci!n de la llama con la entrada de comburente >aire? ' combustible" A"4"4"4" Condiciones para que se produ$ca la combusti!n #ara que se produ$ca la combusti!n es necesario que se alcance la temperatura de ignici!n, que es aquella a la cual la me$cla combustible 8 comburente no se e)tingue, aunque se retire la llama de encendido" A"4"4"4"1 :a in+amabilidad de la me$cla aire combustible :a in+amabilidad de una me$cla gaseosa se dene como la capacidad de propagarse la llama iniciada en uno de sus puntos" -olo se habla de in+amabilidad a temperaturas inferiores a la de ignici!n" :a in+amabilidad tambi%n depende de la elocidad de propagaci!n de la llama" A"4"4"4"A Temperatura adiab(tica de combusti!n Tambi%n se denomina temperatura te!rica de combusti!n o temperatura de combusti!n calorim%trica" Es la temperatura que se obtendr&a en una combusti!n estequiom%trica con me$cla perfectamente homog%nea ' en un tanque que nos permita eitar cualquier p%rdida de calor al e)terior" En muchos casos llega con alorar de modo apro)imado el calor liberado para determinar la temperatura adiab(tica de combusti!n" Esta
temperatura aumenta con la potencia calor&ca del combustible ' disminu'e con la capacidad calor&ca de los productos de combusti!n" A"4"4"@ C(lculo de la potencia cal!rica del quemador El c(lculo de la potencia, se lo reali$a para un quemador, de los c(lculos que anteriormente se reali$aron se obtiene que la masa de combustible total m CT P"P45P g" de combustible" Esta masa de combustible se utili$a en la producci!n de 1B ilogramos de cal al d&a" El horno consta de una torre, la cuales est(n equipadas con 4 quemador, que funciona en interalos de 41 minutos por carga de cali$a" :os par(metros de selecci!n del quemador se presentan en la tabla P"4" Tabla "1 #ar(metros de selecci!n del quemador .asa
.asa
.asa
.asa
total Comb" >g8 comb"? P"P45P
Comb"cada torre
Comb"car ga
.asa
Comb"ho ra >g8 >g8comb"? comb"? B"4A B"A
>g8comb"? P"P45P
Comb"quem ador >g8comb"? B"A
A"4"4"@"4 #otencia cal!rica Una e$ obtenido el alor de la masa de combustible para cada quemador, se procede a calcular la potencia cal!rica del quemador, para proceder a su selecci!n de a cuerdo a los cat(logos de proeedores" 0
0
Q = m5 Cp
Reempla$ando los alores se tiene que= 0
Q = 0%,'
kg − com!% *ora
5 '%2' 510 '
kJ kg % − com!%
0
Q = 2)1#,
kJ *ora kJ
0
Q = 2)1#,
*ora
5
1*ora #,00 seg
0
Q = )%&#)'
Donde= #otencia cal!rica m .asa de combustible que utili$a un quemador, durante un ciclo del horno" Cp Capacidad cal!rica del combustible, fuel oil A" A"4"4"@"@ Caudal de combustible #ara dimensionar el sistema de almacenamiento de combustible, se calcula el caudal de combustible por cada quemador/ 0 0
∀= 0
∀= 0
m
ρ 0%,' *,*
5
kg − com!% G *ora
∀ = ,%,0 +10
kg − com! G m # −'
5
m# *ora
5
1000litros 1m #
0
∀ = 0%,, .PH En base al resultado obtenido se selecciona el quemador UNI;RE-0BB4 S:, las especicaciones se presentan a continuaci!n= Rango de control= 18B"1 lh" Di(metro de la lan$a= PA"4 mm" #resi!n de traba*o= 2 8 5A bar" >45B81@@? psi
A"4"@ TNUE DE CO.9U-TI9:E El olumen del tanque de combustible principal iene dado por la siguiente e)presi!n=
∀=
m
ρ
∀ = )%)1#) 5
kg − com!%
0
*,*
0
∀ = )%*, +10
kg − com! G m#
−#
5
m# *ora
5
1000litros 1m #
0
∀ = )%*,litros El tanque de suministro diario debe tener una capacidad de 0 litros de combustible"
C#ITU:O II P"4 N:I-I- ECONO.ICO=
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA
PROYECTO DISE6# DE 2NA 3LAN$A 3IL#$# 3ARA LA 3R#D2CCI#N DE CAL 5.
1, CAPACIDAD:
BASES: 100 TASA DE PRODUCCIÓN:
18000 kg/año
? CA
S/. 1.7/ kg ), PRECIO DE VENTAS:
&, MATERIAS PRIMAS = CALI'A COMBUSTIBLE
RELACION UNITARIA 1.8kg/kg !" #a
COSTO UNITARIO S/. 0.10/ kg !" #a%&a
0.1kg/kg !" #a
S/. 1.()/kg !" #o*+.
COSTO ESTIMADO: $/AÑO
CAPITAL ESTIMADO: $/AÑO
.aterias #rimas=[[[[" [[[[[[[[[[[ [[[[[[[[[[[ [[[[[[[[[[[ [[[[[[[[[[[ [[[[[[[[[[[" .at" #rima Total= .ano de Obra Directa= .antenimiento= -ericios= ;astos dicionales de L(brica= 7(00 Depreciaci!n= ) Impuestos ' -eguros= ()0 Empaque= -ub Costo de #roducci!n= Inestigaci!n= ;astos de entas= ;astos dministratios= , S/. 0.0- PRODUCCION [[[[[[[[[[[[[["" COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN Costo Li*o=[[[[[[[[ [[[[[["=[[[[[[ Costo ariable=[[[[[ [ 7(0
Li*o directo= 1000.00 Li*o indirecto= 0 Li*o total= 1000.00 Traba*o= TOT:=
RESUMEN:
entas Netas= Costos de produc" ;anancias= nt" Imp" Desp" Imp" Depreciaci!n= [" CRITERIO DE RENTABILIDAD:
nt" Imp"
Desp" Imp"
Reembolso R"I" 3"""""" #N[["
b. E"ti*aci/# 0 pro0!cci/# ba"! para !l pro0!cto Dise1o De 2na 3lanta 3iloto 3ara La
3roducci4n De Cal5.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA
PROYECTO DISE6# DE 2NA 3LAN$A 3IL#$# 3ARA LA 3R#D2CCI#N DE CAL5.
BASES: 0 TASA DE PRODUCCIÓN:
18000 kg/año
1, CAPACIDAD:
? CA
S/. 1.7/ kg ), PRECIO DE VENTAS:
&, MATERIAS PRIMAS = CALI'A
RELACION 1.8kg/kg !" #a UNITARIA 0.1kg/kg !" #a
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COSTO ESTIMADO: $/AÑO
UNITARIO S/. 0.10/COSTO kg !" #a%&a S/. 1.()/kg !" #o*+.
CAPITAL ESTIMADO: $/AÑO (0000
Li*o directo= .aterias #rimas=[[[[" 0 Li*o indirecto= CALI2A &) Li*o total=[[[[[[[[[[[ && (0000 ) Traba*o= [[[[[[[[[[[" TOT:= 9H .at" #rima Total= ) .ano de Obra Directa: H .antenimiento= RESUMEN: 1) -ericios= H ;astos dicionales de L(brica= entas Netas= 1 Depreciaci!n= Costos de produc" 1.) Impuestos ' -eguros= ;anancias= )1.9 Empaque: nt" Imp" 1)). -ub Costo de #roducci!n= Desp" Imp" Inestigaci!n= Depreciaci!n= [" ) ;astos de entas= CRITERIO DE RENTABILIDAD: ;astos dministratios= [[[[[[[[[[[[[["" nt" Imp" Desp" Imp" , S/. 0.0- PRODUCCION COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN 1H. Costo Li*o=[[[[[[[[ [[[[[["=[[[[[[ Reembolso Costo ariable=[[[[[ [ R"I" 3"""""" #N[[" 100
c. Co"to" $! *at!ria pri*a para !l pro0!cto Dise1o De 2na 3lanta 3iloto 3ara La
3roducci4n De Cal5. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA
PROYECTO:
1, CAPACIDAD:
DISE6# DE 2NA 3LAN$A 3IL#$# 3ARA LA 3R#D2CCI#N DE CAL5.
18000 kg/año
BASES: 0 TASA DE PRODUCCIÓN:
? CAP.
S/. 1.7/ kg ), PRECIO DE VENTAS:
&, MATERIAS PRIMAS = CALI'A
RELACION 1.8kg/kg !" #a UNITARIA
S/. 1.()/kg !" #o*+.
0.1kg/kg !" #a 01%!. C/ o#%2
COMBUSTIBLE "
COSTO ESTIMADO: $/AÑO
UNITARIO S/. 0.10/COSTO kg !" #a%&a
0.08 / o#%o C
CAPITAL ESTIMADO: $/AÑO
Li*o directo= (0000 .aterias #rimas=[[[[" Li*o indirecto= [[[[[[[[[[[ 0 Li*o total= [[[[[[[[[[[ [[[[[[[[[[[ (0000 Traba*o= [[[[[[[[[[[ TOT:= [[[[[[[[[[[" .at" #rima Total= .ano de Obra Directa= .antenimiento= RESUMEN: 0 -ericios= entas Netas= 1))0 1.H ;astos dicionales de L(brica= (03 Costos de produc" Depreciaci!n= (7 03 ;anancias= Impuestos ' -eguros= 0 03 nt" Imp" Empaque= Desp" Imp" 43 -ub Costo de #roducci!n= Depreciaci!n= [" Inestigaci!n= 100 1003 ;astos de entas= CRITERIO DE RENTABILIDAD: 1003 51.( ;astos dministratios= nt" Imp" Desp" Imp" 0 03 [[[[[[[[[[[[[["" 1-7.7 COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN Reembolso Costo Li*o=[[[[[[[[ 1003 [[[[[["=[[[[[[ R"I" 3"""""" Costo ariable=[[[[[ [ #N[[" 7-
803
0
03
((1.7 ((1.7
$. Co*po#!#t!" $! co"to 1ijo" 2 ariabl!" UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA
PROYECTO: DISE6# DE 2NA 3LAN$A 3IL#$# 3ARA LA 3R#D2CCI#N DE CAL5.
1, CAPACIDAD:
18000 kg/año
BASES: 100 TASA DE PRODUCCIÓN:
? CA
S/. 1.7/ kg ), PRECIO DE VENTAS:
&, MATERIAS PRIMAS = CALI'A COMBUSTIBLE "
RELACION 1.8kg/kg !" #a UNITARIA
UNITARIO S/. 0.10/COSTO kg !" #a%&a
0.1kg/kg !" #a
S/. 1.()/kg !" #o*+.
01%!. C/ o#%2
$ 0.08 /o#%o C
COSTO ESTIMADO: $/AÑO
CAPITAL ESTIMADO: $/AÑO
Li*o directo= (0000 .aterias #rimas=[[[[" Li*o indirecto= #2'0 [[[[[[[[[[[ CALI'A 0 ##'$ Li*o total= [[[[[[[[[[[ [[[[[[[[[[[ COMBUSTIBLE (0000 Traba*o= [[[[[[[[[[[ TOT:= [[[[[[[[[[[" ) (00 .at" #rima Total= ()(00 .ano de Obra Directa= .antenimiento= RESUMEN: -88 -ericios= entas Netas= 4100 7(00 H ;astos dicionales de L(brica: Costos de produc" 10)).8 Depreciaci!n= ) ;anancias= 1-)).( Impuestos ' -eguros= 1(0 nt" Imp" Empaque= 1-11-.(5 Desp" Imp" -ub Costo de #roducci!n= 100[" Depreciaci!n= : DL 10 año .U. Inestigaci!n103 100 ;astos de entas= CRITERIO DE RENTABILIDAD: (3 C..D. 51.( 1 ;astos dministratios= nt" Imp" Desp" Imp" (1., $ 0.01)4/o#%2 [[[[[[[[[[[[[["" COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN 1)(().8 (;0( 4;5 Reembolso Costo Li*o=[[[[[[[[ [[[[[["=[[[[[[ R"I")5;(5 3"""""" (;-4 Costo ariable=[[[[[ [ #N[[" 7(0 S/./kg
2'200G1,''&%2 1%') 2'200G 1,11,%2* 1%&
COSTO IO
10)).8
0;8(8-
((1.7 1 08-;-
0;1)1
1(754.1
0;-(71
!. 3oja $! trabajo co*pl!ta
6OA DE TRABAO DE EALUACI9N ECON9MICA LA 3R#D2CCI#N DE CAL5.
PROYECTO: DISE6# DE 2NA 3LAN$A 3IL#$# 3ARA
ec6a4 07 08 11
ProJecia4 MFodo de de3reciación4 L="a "#>a AN: K 45567,89: a/a de deceno4 103
1. (.
TIR: )7;3 aa de i!3eo:
153
4.
PRC: 1%& ao aa de inlación4
B/C:
43
).
0%0*)
MAR 4 20 < A;O 78 79 77! 0 ! 9 8 : ; = < !0
INGRESOS COSTO COSTO POR VARIA
GANANCIA DEPRECIACI> ANTES DE N IMPUESTOS
GANANCIA S QUE IMPUESTO PAGAN IMPUESTOS
9!:00 9!:00 9!:00 9!:00 9!:00 9!:00 9!:00 9!:00 9!:00 9!:00
-0;:0.9< !:8::.<: !0-;!.9<:-.
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98;9.0<;:=.:: !9<:-.0< !::<9.: !=9!:.! !=9!:.! !=9!:.! !::<9.: !9<:-.0< !-!-0.:=
! 0<;&; ! 0<;&; ! 0<;&; ! 0<;&; ! 0<;&; ! 0<;&; ! 0<;&; ! 0<;&; ! 0<;&; ! 0<;&;
!00 !00 !00 !00 !00 !00 !00 !00 !00 !00
CONC:U-IONE-=
-e dise6o una planta piloto de producci!n de cal satisfactoriamente de donde se puede ealuar los aspectos importantes ' concluir que es factible el dise6o de una planta piloto de producci!n de cal"
-e determin! el balance de materia en una planta de producci!n de cal"
-e determin! el balance de energ&a en una planta de producci!n de cal"
-e dimension! los equipos presentes en la operaci!n donde se obtuo los siguientes resultados= o
#ara el horno=
98:-.9=--8;:.8!!: !8=<.8:0< !!8.8;9 <-0.8== <-0.8== <-0.8== !!8.8;9 !8=<.8:0< !<0=.89==
φ = 0%2$,m
* = 0%&)#m
o o
o
o
El espesor de la capa de refractario es @41mm El espesor de la capa de acero es de "@ mm, se toma una placa de acero 141 grado AB En base al resultado obtenido se selecciona el quemador UNI;RE-- 0BB4 S:, las especicaciones se presentan a continuaci!n= Rango de control= 18B"1 lh" Di(metro de la lan$a= PA"4 mm" #resi!n de traba*o= 2 8 5A bar" >45B81@@? psi El tanque de suministro diario debe tener una capacidad de 0 litros de combustible
-e determin! la factibilidad econ!mica conclu'endo = l t%rmino del #ro'ecto se llega a la conclusi!n que es rentable, o
o o
o o
o
seg7n los criterios din(micos de alternatias, los cuales se presenta a continuaci!n= El Capital Li*o Directo es -" @B BBB" El alor actual neto -" 1BB5"04A este alor indica que el pro'ecto es rentable" El per&odo de recuperaci!n de capital es 4"1 a6os :a TIR es P,13, seg7n la regla de decisi!n el pro'ecto es coneniente 'a que el TIR hallado es ma'or que nuestra tasa de inter%s de mercado" :a relaci!n de 9C es B,B2P lo cual hace que el pro'ecto sea m(s rentable
9I9:IO;RLV
4" #ERRH R, Chemical Engineers
5" INCRO#ER L, Lundamentos de Transferencia de Calor, Y Edici!n, Editorial #rentice
A"5 NEWO-=
Ligura 4= Dia(ra!a de lo (raico 3ara na 3lana de 3rodcción de cal
Ligura @= Luel oil A"
Ligura 5= .ortero LUENTE= ERECO-
