Diseño de una planta química para la producción de estireno

El presente documento incluye UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN el Estudio del Mercado yUuuu FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Emplazamiento, la Ingeniería del Proceso, el Diagrama del Proceso y los Balances de Masa y de Energía.

DISEÑO DE UNA PLANTA QUÍMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE ESTIRENO POR DESHIDROGENACIÓN CATALÍTICA DE ETILBENCENO ESTUDIANTE: Rojas Michaga Ma!a "# "#$a$%a $a$%a MATERIA: Dis#&o %# P'a$(as Q)!*icas DOCENTE: I$g+ ,os- L)is Ba'%#a*a "ECHA: ./0.102/

1 INDICE 1.

Introducción+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++/

2.

Antecedentes+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3

3.

Justificación+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1

4. Resum esumen en Ejec Ejecut utiv ivo o+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++4 5. Estu Estudi dio o de Merca ercado do++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++5

1+2+ Descrición de! "roducto++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++5 1+6+ An#!isis de !a $ferta % !a Demanda Demanda +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++22 1+/+ An#!isis de !a $ferta+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++23 1+3+ An#!isis de !a Demanda++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++21 1+1+ "ro%ección de !a Demanda % $ferta de Mercado ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++24 &. Mate Materi rias as "rim "rimas as e Ins Insum umos os++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++27

4+2+ '!asificación de !a materia rima ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++27 4+6+ 'ostos+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++27 4+/+ (uentes de Materias "rimas e Insumos +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++27 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++28 28 ). U*ic U*icac ació ión n % Em Em!a !a+a +ami mien ento to++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ,. In-e In-eni nier era a de! de! "roc "roces eso o+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++28

7+2+ Descrición de! "roceso +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++28 7+6+ Dia-rama "roceso+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++62 7+/+ /a!ance de Masa+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++62 7+3+ /a!ance de Ener-a 0ref 2' +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++/5 Dise6o de de e7 e7ui uios++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++38

. .1. .1.

"re "rear arac ació ión n de !a mate materi ria a rim rima a++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++38

.1.1. .1.1.

an7ue n7ue de a!mace a!macenam namient iento o de eti!*e eti!*ence nceno no 089 08913 13+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++38

.1.2. .1.2.

'a!ent 'a!entado adorr de !a me+c! me+c!a a antes antes de entra entrarr a su se-und se-unda a etaa etaa de reacci reacción ón 0E911 0E9112 2+++++1.

.1. .1.3. 3.

/om* /om*a a de de a-u a-ua a 0: 0:911 911+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++18

.2.

;ona de reacción+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++46

.2. .2.1 1

Reac Reacto torr de :ec< :ec
.2. .2.2 2

Reac eactor tor de de :ec :ec
.3. .3. .3.1.

;$= $=A A DE DE "URI "URI(I (I' 'A'I> A'I>= = ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++52 Air Air 'oo!er ?931++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++52

1 INDICE 1.

Introducción+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++/

2.

Antecedentes+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3

3.

Justificación+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1

4. Resum esumen en Ejec Ejecut utiv ivo o+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++4 5. Estu Estudi dio o de Merca ercado do++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++5

1+2+ Descrición de! "roducto++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++5 1+6+ An#!isis de !a $ferta % !a Demanda Demanda +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++22 1+/+ An#!isis de !a $ferta+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++23 1+3+ An#!isis de !a Demanda++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++21 1+1+ "ro%ección de !a Demanda % $ferta de Mercado ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++24 &. Mate Materi rias as "rim "rimas as e Ins Insum umos os++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++27

4+2+ '!asificación de !a materia rima ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++27 4+6+ 'ostos+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++27 4+/+ (uentes de Materias "rimas e Insumos +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++27 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++28 28 ). U*ic U*icac ació ión n % Em Em!a !a+a +ami mien ento to++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ,. In-e In-eni nier era a de! de! "roc "roces eso o+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++28

7+2+ Descrición de! "roceso +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++28 7+6+ Dia-rama "roceso+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++62 7+/+ /a!ance de Masa+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++62 7+3+ /a!ance de Ener-a 0ref 2' +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++/5 Dise6o de de e7 e7ui uios++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++38

. .1. .1.

"re "rear arac ació ión n de !a mate materi ria a rim rima a++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++38

.1.1. .1.1.

an7ue n7ue de a!mace a!macenam namient iento o de eti!*e eti!*ence nceno no 089 08913 13+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++38

.1.2. .1.2.

'a!ent 'a!entado adorr de !a me+c! me+c!a a antes antes de entra entrarr a su se-und se-unda a etaa etaa de reacci reacción ón 0E911 0E9112 2+++++1.

.1. .1.3. 3.

/om* /om*a a de de a-u a-ua a 0: 0:911 911+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++18

.2.

;ona de reacción+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++46

.2. .2.1 1

Reac Reacto torr de :ec< :ec
.2. .2.2 2

Reac eactor tor de de :ec :ec
.3. .3. .3.1.

;$= $=A A DE DE "URI "URI(I (I' 'A'I> A'I>= = ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++52 Air Air 'oo!er ?931++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++52

.3. .3.2. 2.

1

@ea @eara rado dorr trif trif#s #sic ico o 93 932 2++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++51

.2. .2.3 3

orre rre de de des desti ti!a !aci ción ón D931 931++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++55

.2. .2.4 4

orre rre de de des desti ti!a !aci ción ón D932 932++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++72

An#!isis de de! "r "ro%ecto+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++76

1.1 1.1 An#! An#!is isis is eco econó nómi mico co de! de! "ro% "ro%ec ecto to++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++76 1.2 1.2 Determ Determina inació ción n de de cost costos os de Invers Inversión ión+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++7/ 1.3 1.3 Determ Determina inació ción n de "ar#me "ar#metro tross Econ Económi ómicos cos+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++83 1.4 1.4 "ro"ro-ra rama ma de de Inv Inver ersi sión ón+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++81 1 .

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++ 88 /i*!io-rafa++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

":A=A BUCMI'A E@ IRE=$

1. In Intr trod oduc ucci ción ón

:a rimera rimera sntesis sntesis industria! de estireno estireno 0'A@194295 0'A@194295 EI=E'@ EI=E'@ 229,5195 data
or ser f#ci!m f#ci!ment ente e

o!imeri+a*!eF roiedad 7ue resu!ta de !a reactividad refor+ada de! -ruo esecfico or e! efecto activador de! -ruo feni!o e!ectrone-ativo. 'erca de! 53L de! estireno estireno es usado ara roducir o!iestireno. o!iestireno. E! o!iestireno o!iestireno es usado en !a manufactura de! muc
% ais!am ais!amien iento. to. E! o!ies o!iestir tireno eno encuen encuentra tra este este

am!io uso or7ue es re!ativamente económico de roducir % es f#ci!mente o!imeri+a*!e % coo!imeri+a*!eF resu!tando !#sticos con un eGtenso ran-o de caractersticas. En adición a! o!iestirenoF e! estireno tam*iHn es usado ara roducir resinas 0A/@ % @A=F -omas sintHticasF o!iHsteres insaturadosF entre otros roductos. 02

Usos del estireno

Po'i#s(i#$o #>;a$%i='#9 23 R#si$as ABS9 22 La(#> #s(i#$o<=)(a%i#$o9 #s(i#$o<=)(a%i#$o9 4 Po'i#s(i#$o9 1/ Go*as #s(i#$o<=)(a%i#$o9 3 Po'i#s(##s i$sa()a%os9 3 O(as a;'icacio$#s9 4 R#si$a SAN9 6

?r#fico =1 Usos Usos del poliestirenoN poliestirenoN (uente CEFIC (11)

2. Ant ntec eced eden ente tess

E! Esti Estire reno no es uno de !os !os monó monóme mero ross arom arom#t #tic icos os m#s m#s imo imort rtan ante tess usad usados os ara ara !a manufactura de !#sticos. :a roducción comercia! de estireno a e7ue6a esca!a comen+ó en 13. :a demanda de !#sticos *asados en estireno
A m#s de sesenta a6os de !a creación de !a 'ororación /o!iviana de (omentoF '/(F como como !a inst institituc ució ión n imu imu!s !sor ora a de! de! desa desarr rro! o!!o !o indu indust stri ria! a! ara ara marc marcar ar e! car# car#ct cter er % articiación decisivo de! EstadoF % desuHs de veinte a6os de !as o!ticas !i*era!es adotadas en 1,5 % 7ue se caracteri+aron or !a e!iminación de ese estado romotor de! desarro!!oF desarro!!oF e! sector industria! industria! *o!iviano *o!iviano muestra su !imitada !imitada articiaci articiación ón en !a economa naciona!. 0& En !a dHcada de !os a6os setenta se formu!ó e! "!an "etro7umico /o!iviano a car-o de P"(/ % !a Dirección de idrocar*uros de! Ministerio de Ener-a e idrocar*uros como una resuesta a !a eGistencia de -as natura! % !a a!ternativa ante !a eGortación de este recurso natura!. :a uti!i+ación de! -as natura! como materia rima esta*a orientada a 3 com!ejos etro7umicosF 2 de !os cua!es esta*an destinados a roducirF entre otros roductosF estireno sin em*ar-o :as !imitaciones financieras de! as % e! incierto mercado frente a !a cometencia de roductos simi!ares de ori-en asi#tico % euroeoF determinaron !a no rea!i+ación de estos ro%ectos. 0& E! Estireno es uno de !os 25 roductos 7umicos de ma%or consumo en e! mundoF se u*ica entre !os 13 roductos 7umicos de ma%or imortación en estos !timos a6os en /o!ivia. En nuestro as e! estireno encuentra su ma%or a!icación en !a industria de !os !#sticosF usado ara roducir roducir resinas A/@ A/@ o!iestireno o!iestireno eGandido eGandido e! estireno es ad7uirido or !as emres emresas as nacion naciona!es a!es como o!ies o!iestir tireno eno 0cadena 0cadena de mo!Hcu! mo!Hcu!as as de estiren estireno o unidas unidas o sim!emente en forma de monómero. De*ido a! -ran nmero de emresas de !#sticos instauradas en nuestro asF % a !a -ran ausencia de una insta!ación industria! roductora de este va!ioso comuestoF mediante e! Decr Decret eto o @ur @urem emo o = 231) 231)) ) emit emitid ido o e! 12 de juni junio o de 12 12FF se dis disus uso o 7ue 7ue !as !as imortaciones de Estireno 0% otros roductos etro7umicos rovenientes de 'o!om*iaF "er % 8ene+ue!a 7uedan !i*res de! a-o de! -ravamen aduanero conso!idado 0) de esta manera se retendió aminorar !a necesidad re!evante de industria!i+ación de nuestros recursos natura!es.

3. Ju Just stif ific icac ació ión n :a ausencia de !anificación en e! as
renova*!es evidenci#ndose esecia!mente en !os !timos a6os en e! sector de !a tecno!o-a industria! con resu!tados desa-rada*!es en !os diferentes nive!es de !a sociedad % e! -o*ierno. :as materias rimas eGistentes en e! as nos *rindan !a oortunidad de convertirnos en un as de roducción masiva en diferentes camos de !a industriaF ermitiendo de esta forma e! crecimiento socio9económico % e! imu!so 7ue
En nuestro as no eGiste una !anta de estirenoF !as f#*ricas 7ue necesitan este comuesto necesariamente se ven o*!i-adas a imortar!o. En /o!ivia no eGiste una "!anta roductora de eti!*encenoF ni se
4. Resumen Ejecutivo @e !antea !a im!ementación de una !anta de roducción de estirenoF a artir de !a des
Esta !anta vendra a cu*rir de manera eficiente e! 3L de !a demanda naciona!F de esta manera nos odemos ase-urar de 7ue e! recio de! estireno % sus derivados se a*aratar#n a nive! naciona!. @e roducir# 24&2& ton mHtricas or a6oF % e! costo estimado de !a tone!ada mHtrica ser# de ,OF e! ro%ecto es via*!e de acuerdo a !os indicadores financieros como e! IRF re!ación /eneficio'osto. :a im!ementación de !a !anta ser# en e! deartamento de 'oc
5. Estudio de ercado E! mercado de! resente ro%ecto estar# esta*!ecido en /o!iviaF e! cua!F no resenta cometidores re-iona!es de*ido a !a -ran demanda de este 7umico se !o ad7uiere or imortación directa % e! Decreto @uremo = 231))F 12 de junio de 12F dictamina 7ue Hste es uno de !os roductos 7umicos 7ue 7uedan !i*res de! a-o de! -ravamen aduanero conso!idado 0?A'. 0)

5.1.

Descri!ción de" #roducto

Descripción General y Características:

E! estireno 0' &59'K'2F tam*iHn conocido como eteni! *encenoF feni! eti!enoF feni! etenoF vini! *encenoF cinameno o monómero de estirenoF *ajo condiciones am*iente es un !7uido c!aro inco!oro con un articu!ar aroma du!ce. Es misci*!e en !a ma%ora de !os so!ventes or-#nicos en cua!7uier roorción % es u *uen so!vente ara !a -oma sintHticaF o!iestireno % otros o!meros de a!to eso mo!ecu!ar. Desde e! unto de vista de imacto am*ienta!F es escasamente so!u*!e en a-ua 0aroG. 3 m a condiciones am*iente % consecuentemente e! ries-o de contacto de! estireno con !as esecies acu#ticas estar# !imitado ara !a ma%ora de e!!as. 01 Adiciona!mente a !a o!imeri+aciónF e! estireno uede diri-ir otros tios de reacciones de*ido a !a natura!e+a 7umica de su cadena insaturada % de su ani!!o arom#tico. "or

ejem!oF e! estireno uede oGidarse ara formar acido *en+oicoF *en+a!de<doF oGido de estirenoF % otros comuestos oGi-enados. 02 Reglamento Nacional del Producto: (órmu!a mo!ecu!ar ' &5'25 'A@ =194295 EI=E'@ 229,5195 Propiedades:

Entre !as roiedades fsico97umicas de! roducto se encuentran

#ro!ert$

Common %sa&e 'a"ue

Internationa"

( %nit

)$stem 'a"ue ( %nit

"<%sica! (orm 'o!or 0acc.A@M D 12DI=

co!or!ess oi!% !i7uid 1 maG.  "t9'o sca!e

&2)1 $dour $dour t
un!easantF aromatic .1 m 14.14 .& -!

452 /oi!in- oint Me!tin- oint(ree+in- oint Sinematic viscosit%

8aour densit% 0air K1 8aour ressure

'onductivit%F t
at Q' at 2Q' at 4Q' at 1Q' 3.& at 2Q' at 5Q' at ,Q' 1.&G193 J0s.cm.S

.43 m-m3 & -m3 145Q' 931Q' 1.1 c@t 1.1 mm2s ., c@t ., mm2s .& c@t .& mm2s .4 c@t .4 mm2s & m*ar .& "a 32 m*ar 3.2 "a 121.2 m*ar 12.12 "a .1& TmQ' 31932Q' 4Q'

@aturation concentration in air

523 m 0vv

25.& -cm3

at 2Q' EG!osion !imits in air Misci*i!it% in ater @o!u*i!it% in ater at 2Q' @o!u*i!it% of ater in su*stance

. 9 &.,L vo!. immisci*!e .2L t.vo!. .54L t.vo!.

.2 -m3 .54 -m3

at 2Q' 'oefficient of EGansion at

.)G193Q'

2Q' @ecific
911,.,3 ca!mo!e 35.22 ca!mo!e

1.)3 J-.Q' 942&5.&4 Jmo!e 14).4& Jmo!e

25Q' eat of formationF fF !i7uid at

24.)2 ca!mo!e

13.5 Jmo!e

25Q' eat of o!%meri+ationF  at

91&.,, ca!mo!e

9).&) Jmo!e

25Q' Refractive indeG Re!. evaoration rate 0di9et<%!

1.54& 0nD at 2Q' 12.4

et
Características técnicas e industriales:

"ure+a

Mnimo .)L.

'o!or A"A

V 1 0"t 9 'o.

'ontenido de in
1915 m de /' 049ter*uti! cateco!

Seguridad:

•

"roducto inf!ama*!e.

•

=o se a!macene o me+c!e con oGidantes fuertesF ta!es como c!oro !7uido % oG-eno concentrado 0-as.

•

=o maniu!e o a!macene cerca de !!amas a*iertasF ca!orF c
•

Re7uiere venti!ación adecuada.

•

Irritante de ie! % vas resiratorias.

•

Mantener fuera de! a!cance de !os ni6os.

Presentación del producto:

:a roducción de! Estireno se rea!i+a a esca!a industria!F con tama6os de !otes de acuerdo a !a demanda re-iona!. De*ido a !as caractersticas % diferencias de !os mercados e! roducto ser# eGuesto en tres resentaciones am*or de &3 :itros

De ma%or consumoF microemresas

am*or de 2 :itros

?randes consumidores e industrias.

Estabilidad y reactividad:

Estabilidad  Esta*!e en condiciones adecuadas a! a!macenamiento. Condiciones a evitar: emeraturas e!evadas. Materias a evitar  Meta!es a!ca!inos. (!or. idruros. A-entes oGidantes fuertes. Productos de descomposicin peligrosos: Etano!. Acido acHtico. In!ormacin complementaria: @ensi*!e a !a !u+. :a eGosición a! aire favorece !a descomosición. W:os -ases  vaores ueden formar me+c!as eG!osivas con e! aire.

Métodos industriales para la producción de estireno •

Des
•

A!7ui!ación de to!ueno con metano! a 45'F en resencia de cata!i+ador. :a me+c!a estirenoeti!*encenoF desuHs de su searación % recircu!ación de! eGceso de metano! % to!uenoF es fraccionada % des
•

:a dimeri+ación de! to!ueno a eti!*enceno cerca de !os & 'F en !a resencia de un sistema cata!tico redoG *asado en "*"*$F % cu%a dismutación en un se-undo aso con eti!enoF a 5 'F en un cata!i+ador conteniendo oGido de tun-steno. Monsanto est# eGaminando tam*iHn esta osi*i!idad de roducir estireno de forma m#s económica.

•

Dimeri+ación de! *utadieno a vini!cic!o
5.2.

An*"isis de "a +ferta $ "a Demanda

:a industria de Estireno es un sector maduro en Euroa $ccidenta! % Jaón. En e! caso de !os Estados UnidosF donde aroGimadamente e! 2L de su roducción se eGortaF no se esera 7ue su caacidad aumente r#idamente. En !as otras #reas de !a 'uenca de! "acficoF esecia!mente en 'oreaF !a caacidad
Re&ión AmHrica de! =orte AmHrica de! @ur Euroa $ccidenta! Euroa $rienta! Asia  "acfico $riente Medio  Yfrica /ota"

Cantidad 1,3 ton-ao &.2 4 4.2 1.2 5.5 & 10.1,,

a*!a = 2 'aacidad mundia! de! Estireno en 1 3 tona6oN (uente C"em#ee$ Mar$etplace Rep% &'()

Re&ión

#roducción 1,3

Demanda 1,3 ton-ao

ton-ao AmHrica de! =orte 5. 4. AmHrica de! @ur 4 & Euroa $ccidenta! 4. 4. Euroa $rienta! 1.1 1.3 Asia  "acfico 5.3 &.3 $riente Medio  Yfrica & 2 /ota" 18.3,, , a*!a = 3 "roducción % Demanda Mundia! de! Estireno en 1 3 tona6oN (uente C"em#ee$ Mar$etplace Rep% &'() 'omo se uede o*servar en !a ta*!a 3F !a roducción de estireno a nive! @ud AmHrica es mu% *ajaF constitu%Hndose !os nicos ases roductoresF /rasi! % 'o!om*ia.

#ases

i"os

i"os Netos

'a"or s.6

'a"or 76

Ao

A!emania 'o!om*ia Estados

rutos 1,F)52F 211F42F 25F2F31F

1)F2F 211F42F 24F3F)&F

))F&5,FF )55F554F333F &F,14F,55F42F

3&F12F 351F424F 32F4)2F34F

2)

Unidos "ases /ajos

5 5&F25&F

3 5F&3F4

 231F125FF

, 1)F5F

0o!anda ota!es

25F3&F)4)F

25F1,3F4&F

)F,)F12F,25F

32F&)F),F

A!emania Estados

5 1,)52 ,451,4F5&

) 1)2 ,3&11F25

 1152F4, 3124))1F,

, 511,)F2 1453341F4

2,

Unidos ota!es 'o!om*ia Estados

,4)52F5& 3,14 245&F5

,4),11F25 3,14 21343&F3

3135,24F2 12&35F3& 3),12,24F3

145,512,F& &25F53 1)5,)35,F3

2

Unidos ?ran /reta6a @an JuanF

1&4 31)1

14, 31)1

&45, &)4F)4

2,12 421)4F3

Is!a ota!es o!anda Estados

2,,,15&F5 2&2)2 )&55F,

244,&F3 1,2 )3&&

325452F4 1525F& 251)1,5F,

1,25)4,F2 43,5& ,1)5F1)

21

Unidos "anam# 14F)) 1)14F2 1221F, 4&3 A!emania 15&, 152 1214F, 4&2, MHGico 314, 314, 1114,5 42),1F2 /H!-ica 3)54 33)53F& 221&F, ,4&, ota!es 14&11F, 142),33F 3)&),455F, 14&212,&F1 a*!a = 4 8a!ores de imortación de Estireno re-istrados entre e! 2) % e! 21.N (uente Fuente: INE* &++,-&+1+ En !a ta*!a 4 se uede o*servar !as cantidades imortadas de estireno or ases de diferentes re-iones mundia!es o*servando !as ta*!as 2F3 % 4F odemos notar 7ue !a oferta 0roducción % demanda en AmHrica de! @ur es *astante *aja en re!ación a !as otras re-iones de! mundo. @in em*ar-o considerando e! crecimiento eGonencia! de !a demanda de este roductoF !a ausencia en e! as de un com!ejo industria! de roducción de estireno % e! creciente interHs de !as o!ticas de estado en !a industria!i+ación de nuestros recursos natura!esF se uede afirmar 7ue e! esta*!ecimiento de !a resente !anta a*aratara !os costos de roducción % comercia!i+ación de! o!iestireno % sus derivados a travHs de !a roducción de una cantidad de estireno 7ue !!e-ue a cu*rir casi en su tota!idadF !os re7uerimientos naciona!es de este 7umico.

5.3.

An*"isis de "a +ferta

"ara e! an#!isis de !a ofertaF tomaremos datos a nive! @udamHricaF constitu%Hndose !os rincia!es roductores /rasi! % 'o!om*iaF cu%o mercado constitu%e rincia!mente su as en s mismo

Ao 25 2& 2) 2, 2 21 211 212

+ferta 1,3 ton-ao 3,& 4 425 43& 45 4,3 5 52&

a*!a =4 $ferta de Estireno en @udamHrica

Ofert Estireno S!d A"#ri$ 2... 7.. 4.. "iles de tonelds&%o

?@>  /2+51> < 4/.75+1 R  .+83

3.. 6.. . 6..3 6..4 6..7 6.2. 6.26 6.23 A%o

$*servamos una tendencia casi !inea!F con una re-resión !inea! $fertaK1.,5)a6o93432

5.4.

An*"isis de "a Demanda

"ara e! an#!isis de !a demandaF tomaremos datos a nive! @udamHricaF ac!arando 7ue arte de esta demanda es cu*ierta or !a roducción !oca!F mientras 7ue !a demanda

insatisfec
Ao

+ferta 1,3

Demanda 1,3

Demanda insatisfec9a 1,3

25 2& 2) 2, 2 21 211 212

ton-ao 3,& 4 425 43& 45 4,3 5 52&

ton-ao 5& & &5 &, &)3 ) )&5 ,13

ton-ao 1,3 2 225 253 223 21) 2&5 2,)

De"nd instisfe$' de estireno en S!d A"#ri$ /1. /.. 61. 6..

?@>A B 22+78> < 6/411+27 RC B .+52

Miles de tonelds&%o 21. 2.. 1. . 6..3 6..4 6..7 6.2. 6.26 6.23 A%o

$*servamos una tendencia casi !inea!F con una re-resión !inea! Demanda insatisfec
De"nd de estireno en S!d A"#ri$ "iles de tonelds&%o . ?@>A B /2+51> < 4/.75+1 6... 6..1A%o6.2. 6.21 RC B .+83

$*servamos una tendencia casi !inea!F con una re-resión !inea!

Demanda K31.)5a6o9&3,,

5.5.

#ro$ección de "a Demanda $ +ferta de ercado

:a ro%ección a 5 a6os de !a demanda re-iona! 0@udamHrica si-uiendo !a tendencia de !os datos o*tenidos nos su-iere Demanda @udamHrica K31.)5a6o9&3,, @iendo !os va!ores estimados de re7uerimiento de! 213 a! 21) !os si-uientes

Ao

+ferta 1,3 /one"adas Estireno-ao

213

,24F)5

214

,5&F5

215

,,,F25

21&

2

21)

51F)5

'on un va!or romedio de 00025, tone"adas-ao de Estireno. En re!ación a! aartado 5F e! )L de !a demanda @udamericana es re7uerida or nuestro asF es decir 7ue de nuestra ro%ección de 5 a6osF /o!ivia re7uerira 81,:, tone"adas-ao. De*ido a !a ausencia de una emresa roductora en e! asF esta demanda se convierte en demanda insatisfec
@e asume 7ue un a6o es i-ua! a 33 dasF siendo !os 35 das restantes de! a6o uti!i+ados ara mantenimiento -enera! de !a !antaF % 7ue !os tra*ajos diarios son distri*uidos en 3 turnos de ,
Costo de" !roducto :a fijación de! costo de estireno ser# fijado en ,Otone!ada mHtricaF de acuerdo a! an#!isis financiero rea!i+ado en e! aartado 1.

:. aterias #rimas e Insumos :a roducción de estireno or des
8aor a , S A-ua de o+o Eti!*enceno 'ata!i+ador

O.22  !* O.2  !* O.25  !* 1tL O5ton

'osto 'osto 'osto costo

?a2$3F2 tL (e2$3

:.1.

C"asificación de "a materia !rima

:a materia rima em!eada es e! eti!*encenoF e! cua! ser# rovisto or !a misma emresaF de*ido a 7ue se trata de una sustancia eG!osiva % no es conveniente su imortaciónF de*ido a !os cuidados 7ue de*e tenerse ara su transorte. En cuanto a! cata!i+adorF su cic!o de vida ti! es de 2 a6osF or !o 7ue se !o de*e imortar cada cierto eriodo. E! vaor de a-ua se roducir# a artir de a-ua de o+oF reviamente tratada ara su osterior evaoración. E! com*usti*!e usado ara !a ca!dera de vaor de a-ua ser# e! com*usti*!e residua! n &F rovisto or !a emresa.

:.2.

Costos Eti!*enceno

Mnimo .)L.

'o!or A"A

V 1 0"t 9 'o.

'ontenido de in
1915 m de /'

Adem#s ca*e resa!tar 7ue se roducir# en cantidades considera*!es to!ueno % *encenoF como roductos secundariosF or esa ra+ónF su venta se considerar# necesaria. o!ueno

O.22  !*

"recio de venta

idro-eno

O.14  !*

"recio de venta

Metano

O.43  !*

"recio de venta

Estireno

O.31  !*

"recio de venta

:.3.

uentes de aterias #rimas e Insumos

E! resente ro%ecto se !o !antea como una !anta aneGa a una !anta de roducción de eti!*encenoF %a 7ue esta materia rima es sumamente inf!ama*!e % or !o tanto resu!ta muc
8. %;icación $ Em!"a
A! ser una ciudad centra!F 'oc
0. In&eniera de" #roceso 0.1.

Descri!ción de" #roceso

Preparación de la materia prima

E! a-ua Z1[F roveniente de !a !anta de tratamientoF inicia!mente a 2 ' es succionada or !a *om*a :9110corriente de sa!ida Z2[ e in-resa a! vaori+ador E9111F en e! cua! se roduce vaor de a-ua a *aja resión 02.) atm % una temeratura de )44' 0corriente Z22[. :a corriente Z22[ in-resa or !a cora+a de! intercam*iador de ca!or E911F ca!entando a contracorriente e! ef!uente de! rimer reactor R921. DesuHs de! intercam*io de ca!or con e! ef!uente de! rimer reactor dic
Z2&[ % es me+c!ado con e! vaor de eti!*enceno Z3[F formando !a me+c!a reactante Z4[ 7ue in-resa a! reactor R911. E! vaor de eti!*enceno Z3[ a 54'F se o*tiene de !a vaori+ación de !a corriente Z2[ de eti!*encenoF 7ue se o*tiene de !a conjunción de !a !nea Z1)[ de eti!*enceno recircu!ado % de! eti!*enceno fresco a!imentado or !a !nea Z1[0a 2.) atm % 2 '. Zona de reacción

:a me+c!a reactante Z4[F in-resa en e! rimer reactor R921F e! cua! es un !ec
1.

C 6 H 5−C 2 H 5 ↔C 6 H 5−C 2 H 3 + H 2

2.

C 6 H 5−C 2 H 5 →C 6 H 6+ C 2 H 4

3.

C 6 H 5−C 2 H 5 + H 2 →C 6 H 5 −C H 3 + C H 4

4.

1 C H + H 2 O→CO + 2 H 2 2 2 4

5.

C H 4 + H 2 O→CO + 3 H 2

&.

CO + H 2 O → C O2 + H 2

odas !as reacciones se asumen 7ue son cata!ticas. @o!o !a reacción rincia! 01 es reversi*!e. @in em*ar-o ara fines de c#!cu!oF só!o se tomar#n en cuenta !as 3 rimeras reacciones. E! ef!uente de sa!ida Z5[ de! reactor R921F in-resa or !os tu*os de! intercam*iador E9112F % es ca!entado or !a corriente Z22[ !a corriente ca!entada Z&[ sa!e

a &5 '

constitu%Hndose como !a corriente de entrada de! se-undo reactor R922. De! se-undo reactorF se o*tiene un ef!uente de sa!ida Z)[ con un ma%or -rado de conversión de! eti!*enceno. @e de*e considerar 7ue !os dos reactores tra*ajan en condiciones adia*#ticas. 'a*e se6a!ar 7ue e! cata!i+ador usado no uede eGcederse de temeraturas de ) 'F %a 7ue a esa temeratura tam*iHn favorece a !as reacciones 04F 05 % 0&F adem#s 7ue este

se sinteri+aF 7uit#ndo!e !a vida ti! 0un *uen manejo de! cata!i+ador ermite una renovación de este cada 21 meses. Zona de puriicación del producto de interés

:a corriente Z)[ in-resa a un enfriador air coo!erN ?931F a!can+ando una temeratura de 4 ' Z,[0se-n !a atente U@324,5&F es conveniente un enfriamiento or de*ajo de !os 5'F de*ido a 7ue a or de*ajo de esta temeratura e! estireno es m#s esta*!eF evitando su o!imeri+ación. :a corriente Z,[ resenta 3 fases -aseosaF !7uida or-#nica % !7uida acuosaF asa a travHs de un searador trif#sico 931 de osición
Z[F 7ue se constitu%e de eti!enoF
−

Z1[F 7ue es e! estireno *ruto 0estirenoF eti!*encenoF to!ueno % *enceno e! cua! entra en !a torre de desti!ación D931.

−

Z11[F 7ue es !a fase acuosa condensadaF desreci#ndose !a resencia de !as otras sustancias 7ue odran estar disue!tas en e!!a en mnimas roorcionesF de*ido a sus diferencias de o!aridades con e! a-ua. Esta corriente de a-ua se diri-ir# a una !anta de tratamiento de a-ua residua! antes de ser vertida.

:a corriente Z1[ es succionada or !a *om*a :933 AF e in-resa en !a torre de desti!ación D931F !a cua! oera a 15) mm -F desreci#ndose cua!7uier cada de resiónF !a cua! a su ve+ tra*aja a una temeratura de 5)' en !a ca*e+a %  ' en !os fondos 0Aartado 12. En esta torre se considerar# una searación de −

'omosición desti!adoK 5L 0*enceno \ to!ueno

−

Imure+a desti!adoK5L 0eti!*enceno

−

Re!ación de ref!ujo 1.34

:a corriente Z1&[F es !a corriente de desti!ado 0*enceno\ to!uenoF !a cua! asa a un roceso de tratamiento ara su searación % urificaciónF sin em*ar-o este roceso no es de fines de! resente ro%ecto. :os fondos de !a co!umna D931 Z15[ asan a !a si-uiente etaa de desti!ación en !a co!umna D932F en !a cua! se searan e! estireno % eti!*enceno 0e! cua! osee tra+as de estirenoF *enceno % to!uenoF sin em*ar-o ara fines de c#!cu!o % de*ido a su escasa

resenciaF se consideran desrecia*!esF este !timo constitu%e !a corriente Z1)[ 7ue recircu!a % se une !a corriente Z1[ de eti!*enceno frescoF en e! me+c!ador M911. E! estireno es !a corriente Z1,[F e! cua! osee una ure+a de .)LF en e! cua! se considera 7ue e! .3L de imure+as !o constitu%e so!o e! eti!*enceno. :a co!umna D932 oera a , torrF temeratura de ca*e+a de &.1' % temeratura de fondos de &.1'.

0.2.

Dia&rama #roceso

E! dia-rama de! roceso uede areciarse a! fina! de! documento.

0.3.

a"ance de asa

Datos !écnicos Previos:

A!-unos datos imortantes de! roceso fueron o*tenidos de !a atente U@3,4)&, % de ."e Prpoperties o! gases and li/uids siendo estos !os si-uientes 9 "esos mo!ecu!ares ZS-S-mo![ de !os comuestos % temeraturas de e*u!!ición norma! ZQ'[ "eso M.0-mo!

emeratura0S

Estireno

14.2

41,.15

Eti!*enceno

1&.2

411.5

o!ueno

2.141

3,3.,

/enceno

),.114

353.2

Eti!eno

2,.54

1&.3

Metano

1&.43

111.&

A-ua

1,.2

1.

Datos de conversión % se!ectividad ara e! cata!i+ador de óGido de
@e!ectividad conversión a estirenoK 5LW

−

@e!ectividad conversión a to!uenoK3LW

−

@e!ectividad conversión a *encenoK2LW

−

'onversión a estirenoK35L

'onversión a estireno ara dos reactores en serie

−

'onversión a estirenoK5)LWW WNota: selectividad !ue calculada como la divisin de los moles de 02* dividida entre los moles totales obtenidos% 33Nota: las conversiones !ueron calculadas como la ra4n de los moles de etilbenceno /ue se convierten en estireno dividida entre la cantidad de moles de etilbenceno alimentados%

(racción M#sica Ref!ujo 0 Eti!*enceno

.)

Estireno

.3

De acuerdo a! an#!isis de oferta % demanda se fijó una roducción de 2,424 tona6o. :os mHtodos de esecificación % ana!ticos ara e! estireno
1 año 1000 Kg 1 día Ton Kg m x x x ´ estireno =24626 =3420.34 Estireno año 300 dias h 1 Ton 24 horas

De*ido a 7ue e! roducto tiene una ure+a de! .L 0 en estireno Kg Estireno Kg m x 0.9999 =3420 Estireno ´ 18, Estireno =3588.89 h h

m ´ 18, Etilbenceno= (3420.34 −3420 )=0.34

Kg Etilbenceno h

m ´ 18=3420.34 + 0.34 =3420.68

Kg h

Corriente Etilbenceno me&clado "'%:

"ara faci!idad de c#!cu!os % de*ido a !a e7ue6a fracción de estireno en e! eti!*enceno recircu!adoF se considerar# 7ue esta corriente se encuentra a! 1L de ure+a

%conversión global=

n Etilben. ´ reac.

´ n2, etilben.

∗100

Kg estireno ∗1 Kmol est . h ∗1 Kmoletilben . 104.2 Kg est 3420.34 1 Kmol est . 69= ∗100 n2, etilben. ´ n2, etilben ´ .=56.83

Kmol etilben. h

Kmol etilben. ∗106.2 Kg etilben . h Kg etilben. m´ 2=56.83 =6035.35 1 Kmoletilb . h

Corriente Etilbenceno caliente "(%:

Es !a misma 7ue !a corriente Z2[F so!o 7ue a ma%or temeratura % en estado -aseoso n3, etilben ´ .=56.83

Kmol etilben. h

Kg etilben. m´ 3=6035.35 h Corriente de planta de tratamiento de agua para caderas industriales "#)%:

Es !a corriente de sa!ida de !a !anta de tratamiento de a-uaF en !a cua! se trata a-ua de o+o de! !u-ar de u*icaciónF de manera de acondicionar!a ara convertirse en vaor de! roceso 0ca*e se6a!ar 7ue esta !anta no se considera en !as *ases de! dise6o de esta !anta.

'#!cu!o de !a cantidad de inerte @e-n !a atente U@324,5&F !a re!ación vaor de a-ua a eti!*enceno es de 11 a 115F or tratarse de una reacción endotHrmica se favorece una mejor conversión a ma%or cantidad de vaorF sin em*ar-o e! costo de roducción se incrementaF or esta ra+ón se e!i-ió una roorción de 112 Kmol etilben ∗12.7 Kmol H 2 O h n´ 19=56.83 =722.27 Kmol H 2 O 1 Kmol etilb.

Kg H 2 O m ´ 19=13000.86 h

Corriente de agua de salida de la bomba *+##, "',%:

Es !a corriente de eGu!sada or !a *om*a :911F tiene !a misma comosición 7ue !a corriente Z23[ n´20=722.27 Kmol H 2 O Kg H 2 O m´20=13000.86 h

Corriente de vapor de entrada del intercambiador E+##' "''%:

Es !a corriente de sa!ida de !a ca!dera de vaor E9111F tiene !a misma comosición 7ue !a corriente Z24[F ero en estado de vaor n´22=722.27 Kmol H 2 O Kg H 2 O m´22=13000.86 h

Corriente de vapor de salida del intercambiador E+##' "'-%:

Es !a corriente de sa!ida de! intercam*iador E911F desuHs de
n´25=722.27 Kmol H 2 O Kg H 2 O m´25=13000.86 h

Corriente Entrada al reactor .+'#, "/%:

Es !a me+c!a de !a corriente Z3[ con !a corriente Z2,[F !as cua!es no reaccionan %a 7ue no se encuentran en contacto con e! cata!i+ador ´ 4=19060.73 m

m ´ 25+ m ´ 3 =m ´4

n´ 25 +ń3= n´ 4

Kg h

n´ 4 =779.2

Kmol h

Corriente Salida del reactor .+'#, "0%:

De acuerdo a !as reacciones 7umicas 7ue se dan en e! cata!i+adorF só!o tomaremos !as tres m#s imortantes C 6 H 5−C 2 H 5 ↔C 6 H 5−C 2 H 3 + H 2

1. 2. 3.

C 6 H 5−C 2 H 5 →C 6 H 6+ C 2 H 4

C 6 H 5−C 2 H 5 + H 2 →C 6 H 5 −C H 3 + C H 4

'onsiderando −

@e!ectividad conversión a estirenoK 5LW

−

@e!ectividad conversión a to!uenoK3LW

−

@e!ectividad conversión a *encenoK2LW

−

'onversión a estirenoK35L

'#!cu!o de !a cantidad de estireno roducida Kmol etilben . ∗35 Kmol etilben .reacc . h ∗1 Kmol estireno 100 Kmoletilben . 24.084 Kmol estireno n´ 5, estireno = 60.24 = 1 Kmol etilbenc reacc . h

21.084 Kmol estireno

h

m ´ 5, estireno =

∗104.2 Kg estireno

1 Kmol estireno

=2508.01

Kg esti reno h

'#!cu!o de !a cantidad de to!ueno roducidaF usando !a fórmu!a de se!ectividad recomendada or !a atente U@3,4)&, 3=

n´ 5, tolueno Kmol est 21.084 + ń5, tolueno + n´ 5, benceno h

∗100 (  )

'#!cu!o de !a cantidad de *enceno roducidaF usando !a fórmu!a de se!ectividad recomendada or !a atente U@3,4)&, 2=

n´ 5, benceno Kmol est 21.084 + n´ 5, tolueno+ n´ 5, benceno h

∗100 (! )

Reso!viendo !as ecuaciones 0A % 0/ como sistema de ecuaciones !inea!F o*tenemos !os si-uientes resu!tados n´ 5, tolueno =1.3574

Kg tolueno m ´ 5, tolueno=125.071 h

Kmol tolueno h

Kmol benceno n´ 5, benceno =0.3262 h

m ´ 5, benceno =25.48

Kg benceno h

'#!cu!o de !a cantidad de eti!eno roducida n´ 5, etileno =n´ 5, benceno =0.3262

Kmoletileno h

Kg etileno m ´ 5, etileno =9.15 h

'#!cu!o de !a cantidad de
Kg H 2 h

'#!cu!o de !a cantidad de metano roducida Kmol tolueno ∗1 Kmol CH 4 Kmol C H 4 h n´ 5, CH 4=1.3574 =1.3574 h 1 Kmoltolueno

Kg C H 4 ´ 5, CH 4 =20.03 m h

'#!cu!o de !a cantidad de eti!*enceno no reaccionada 1 Kmol estireno

n´ 5, etilbenc. =60.24

Kmoletilben . −24.084 h

m ´ 5, etilben. = 3310.24

h

∗1 Kmol etilben.

1 Kmol est .

Kmoltolueno ∗1 Kmol etilbe h −1.3574 1 Kmol tolueno

Kg etilbenceno h

'#!cu!o de !a cantidad de inerte @e-n !a atente U@324,5&F !a re!ación vaor de a-ua a eti!*enceno es de 11 a 115F or tratarse de una reacción endotHrmica se favorece una mejor conversión a ma%or cantidad de vaorF sin em*ar-o e! costo de roducción se incrementaF or esta ra+ón se e!i-ió una roorción de 112 Kmol etilben ∗12 Kmol H 2O h n´ 5, H 2O =60.24 =722.28 Kmol H 2 O 1 Kmol etilb.

Kg H 2O m ´ 5, H 2 O=13011.84 h

'#!cu!o de! f!ujo m#sico % mo!ar tota! m ´ 5=19055.84

Kg h

Kgmol n´ 5= 803.62 h

Corriente Entrada del reactor .+'', "-%:

Esta corriente tiene !as mismas comosiciones 7ue !a corriente Z5[ adem#s 7ue !os mismos f!ujos m#sicos % mo!aresF entonces m ´ 6=19055.84

Kg h

Kgmol n´ 6 =803.62 h

Corriente de Salida del reactor .+'', "1%:

@e ca!cu!a i-ua! 7ue !a corriente Z5[F ero teniendo en cuenta 7ue ara todas !as esecies invo!ucradasF se tienen f!ujos de entrada distintos a cero '#!cu!o de !a cantidad de estireno roducida Kmol etilben . ∗35 Kmol etilben .reacc . h ∗1 Kmol estireno 100 Kmoletilben . Kmol estireno =13.32 n´ estireno ∏ . =38.046 1 Kmol etilbe nc reacc . h

n´ 7, estireno = 21.084 + 13.32=33.20

Kmol estireno h

34.4 Kmol estireno ∗104.2 Kg estireno h Kg estireno ´ 7, estireno = =3457.81 m h 1 Kmolestireno

'#!cu!o de !a cantidad de to!ueno roducidaF usando !a fórmu!a de se!ectividad recomendada or !a atente U@3,4)&, 3=

ńtolueno Kmolest 13.32 + n´ tolueno + n´ benceno h

∗100 (  )

'#!cu!o de !a cantidad de *enceno roducidaF usando !a fórmu!a de se!ectividad recomendada or !a atente U@3,4)&,

2=

n´ benceno Kmol est 13.32 + n´ tolueno + n´ benceno h

∗100 (! )

Reso!viendo !as ecuaciones 0A % 0/ como sistema de ecuaciones !inea!F o*tenemos !os si-uientes resu!tados Kmol tolueno n´ tolueno= 1.036 h m ´ 7, tolueno=220.50

Kmoltolueno n´ 7, tolueno =1.3574 + 1.036 =2.3931 h

Kg tolueno h n´ benceno =0.196

Kmol benceno h

Kmol benceno n´ 7, benceno =0.3262 + 0.196 =0.5222 h m ´ 7, benceno = 40.79

Kg benceno h

'#!cu!o de !a cantidad de eti!eno n´ 7, etileno =n´ 7, benceno =0.5222

Kmoletileno h

Kg etileno m ´ 7, etileno =14.65 h

'#!cu!o de !a cantidad de
Kg H 2 h

'#!cu!o de !a cantidad de metano roducida Kmol tolueno ∗1 KmolCH 4 Kmol C H 4 h =2.2841 n´ 7, CH 4=0.67 + 0.44 h 1 Kmol tolueno

Kg C H 4 ´ 7, CH 4 =36.64 m h

'#!cu!o de !a cantidad de eti!*enceno no reaccionada Kmol tolueno 1 Kmol estireno ∗1 Kmol etilben . ∗1 Kmol etilben . Kmol etilben. h h n´ 7, etilbenc. =38.046 −13.32 − 0.44 h 1 Kmolest . 1 Kmol tolueno

m ´ 7, etilben. = 2211.31

Kg etilbenceno h

'#!cu!o de !a cantidad de inerte n´ 7, H 2O =722.27 Kmol H 2 O

Kg H 2O m ´ 7, H 2 O=13011.84 h

'#!cu!o de! f!ujo m#sico % mo!ar tota! m ´ 7=19055.86

Kg h

Kmol n´ 7= 812.94 h

Corriente de Productos enriados "$%:

iene !a misma comosición 7ue !a corriente Z)[F ero de*ido a su temeratura 04' se encuentra condensado 0se resentan 3 fases m ´ 8=19055.86

Kg h

Kmol n´ 8= 812.94 h

Corriente de gases ")%:

'omo se indicó en !a descrición de! rocesoF se considerar# 7ue e! searador 931 tra*aja en condiciones ta!es 7ue ermita una searación tota! de !as fasesF desreci#ndose !a so!u*i!idad de estos -ases en !a fase acuosa % or-#nica n´ 9 =ń7, H 2 +ń 7, CH 4 +ń 7, etileno Kmol n´ 9 =36.62 h m ´ 9=m´ 7, H 2 +m´ 7, CH 4 + m ´ 7,etileno Kg ´ 9=236.71 m h

Corriente org2nica "#,%:

I-ua! 7ue en e! anterior untoF se considerar# una searación tota! n´ 10=ń 7, estireno + n´ 7, etilbenceno + n´ 7, benceno +ń 7, tolueno "mol n´ 10=56.20 h m ´ 10=m´ 7, estireno + m ´ 7, etilbenceno + m´ 7, benceno + m ´ 7, tolueno Kg m ´ 10=5846.10 h

Corriente acuosa "##%:

I-ua! 7ue en !os anteriores untosF se considerar# una searación tota! Kmol H 2 O n´ 11, H 2 O= ń7, H 2 O =722.27 h

Kg H 2O ´ 11, H 2O =m´ 7, H 2 O =13011.84 m h Corriente org2nica de alimentación a D+(#, "#'%:

:a misma 7ue !a corriente Z1[F ero a ma%or resión

"mol n´ 10=56.20 h Kg m ´ 10=5846.10 h

Corriente de cabe&a de D+(#, "#/%:

@e considerar# 7ue todo e! to!ueno % *enceno se desti!anF con una imure+a de 5L en eti!*enceno 013 Kmol benceno benceno n´ 14, benceno =0.72 h Kgtolueno ´ 14, tolueno=102.28 m h

n´ 14, tolueno=1.11

´ 14, benceno =56.24 m

Kmol tolueno tolueno h

Kg bencen benceno o h

Entonces 0.95=

0.95=

´´ + n´ ntolueno benceno

´´ + ń ntolueno ´ etilbenceno benceno + n 1.11 + 0.72 1.11+ 0.72+ n ´ etilbenceno

n´ 14, etilbenceno =0.096

Kmoletilbenceno h

m ´ 14, etilbenceno=10.20

Kg etilbenceno etilbenceno h

"or !o tanto n´ 14=1.926

Kmol h

Corriente de ondos ondos y alimentación alimentación a D+(', "#-%:

Es !a misma 7ue Z15[F ero a ma%or resión n´ 16, estireno =34.40

Kmol estireno estireno h

Kgestir Kg estireno eno m ´ 16, estireno =3584.90 h

Kmoletilbenc Kmol etilbenceno eno n´ 16, etilbenceno =23.91 h

Kg estir estiree no m ´ 16, etilbenceno= 2539.63 h

"or !o tanto Kmol n´ 16=58.31 h

Kg m ´ 16=6124.53 h

Corriente de cabe&a de D+(', "#1%:

"ara fines de c#!cu!o se consideró 7ue esta corriente es 1L ura en eti!*encenoF aun7ue esta afirmación no es correctaF ero !as imure+as resentes son tan e7ue6as 7ue es osi*!e rea!i+ar esta afirmación 16, etilbenceno

n´ ¿ n´ 18, etilbenceno

¿

n´ 17, etilbenceno =23.91−

10.77 Kmol etilbenceno etilbenceno Kmol Kmol etilbenceno etilbenceno =23.81 h h 106.2

Kgetilbenc Kg etilbenceno eno m ´ 17, etilbenceno= 2528.48 h Corriente de etilbenceno resco "#%:

E! eti!*enceno fresco se encuentra a!macenado en tan7ues con c
n´ 1=60.24

Kmol Kmol Kmoletilbenceno −23.81 =36.43 h h h

Kgetilbenc Kg etilbenceno eno m ´ 1=3868.87 h Corriente Combustible #030 45P6 "'(%:

"K 2.)1 atm K 2.)4 -cm 2 0vaor saturadoF H va#or = 649.3 Kcal / Kg Asumimos T oagua=20 ℃ F H lí$uido 25℃ =20.03 Kcal / Kg % una eficiencia de !a ca!dera de! 1L

(

)(

Kg gua Kcal Kcal x 649.3 13011.84 −20.03 h Kg Kg

1 K g comb 10150.7 Kcal

)

"g´ m23,ćomb=806.64 combustibleusado h

"or norma se conoce !a comosición de! com*usti*!e com*usti*!e n&F ca!cu!amos ca!cu!amos !a comosición comosición de! f!ujo de com*usti*!e

´ 23, C =806.64 x 0.87=701.78 m

Kg C h

Kg m H ´ 23, H = 806.64 x 0.099 =79.86 h Kg m ´ 23, O =806.64 x 0.017= 13.71 O2 h 2

m ´ 23, & =806.64 x 0.006 = 4.84 2

Kg & 2 h

Kg m ' ´ 23, '= 806.64 x 0.007 =5.65 h

A
n´ 23, C =701.78

Kg C ∗1 Kmol C KmolC =58.48 12 Kg C h h

Kg H ∗1 Kmol H Kmol H n´ 23, H =79.86 =79.86 1 Kg H h h Kmol O 2 Kg O2∗1 Kmol O2 n´ 23, O =13.71 =0.42 h h 32 KgO 2 2

n´ 23, & = 4.84 2

Kmol & 2 Kg & 2∗1 Kmol & 2 =0.17 h 28 Kg & 2 h

Kg '∗1 Kmol ' Kmol ' n´ 23, ' =5.65 =0.18 h h 32 Kg '

"or !o tanto e! f!ujo mo!ar tota! de com*usti*!e n23,ćomb =139.12

"molcomb h

5ire suministrado "'#%:

E! aire entra con un 1L de eGcesoF 2' % L
C + O2 ❑C O2 2 H +

1 2

→

O2 ❑ H 2 O

→

' +O2 ❑ ' O2

KmolC ∗1 Kmol O2 Kmol O2 h 58.48 =58.48 1 KmolC h Kmol H ∗ 0.5 Kmol O2 Kmol O 2 h 79.86 =19.97 2 Kmol H h Kmol ' ∗1 Kmol O2 Kmol O 2 h 0.18 =0.18 h 1 Kmol ' Kmol O2 ntot´ O 2=58.48 + 19.97 + 0.18=78.63

h

∗110 KmolO 2

100 Kmol O 2

=86.49

KmolO 2 h

¿ 'on !a temeratura % !a
# H O =17.53 torr∗0.9=15.78 2

Asumiendo una resión atmosfHrica de )1 torr #aire =710 torr −15.78 torr = 694.22 torr

"ara 1 mo!es de aire seco 0) mo!es de = 2 % 21 mo!es de $ 2 ( aire =

62.4∗293.15∗100 =2634.98 ) de aire 694.22

n H 2O =

15.78∗2634.98 =2.27 mol H 2 O ( #or cada 100 moles deaire seco ) 62.4∗293.15

'on e! anterior dato odemos
n´21=86.49

∗( 100 + 2.27 ) "molaire h*m . = 421.21

21 "molO2

"mol aire h*m h

'a!cu!amos su comosición "mol aire h*m ∗21 "molO 2 KmolO 2 h ´ O =421.21 =86.49 n21, h 100 "molaire h*m 2

"molaireh*m ∗79 "mol & 2 Kmol & 2 h =332.75 n21,´ & = 421.21 h 100 "mol aire h*m 2

"mol aire h*m ∗2.27 "mol H 2 O Kmol H 2 O h =9.56 n21,´ H O =421.21 h 100 "mol aire h*m 2

'a!cu!amos sus f!ujos m#sicos Kmol O 2

∗32 Kg O 2 KgO2 h = 2767.68 1 Kmol O 2 h

´ O =86.49 m21, 2

Kmol & 2

´ & =332.75 m21, 2

h

∗28 Kg & 2

1 Kmol & 2

=9317

Kg & 2 h

Kmol H 2 O m21,´ H O= 9.56 2

∗18 Kg H 2 O Kg H 2 O h = 172.08 h 1 Kmol H 2 O

(ina!mente ca!cu!amos e! f!ujo m#sico tota!

Kg va# m´21=2767.68 + 9317 + 172.08 =12256.76 h Corriente de gases de combustión calientes "'/%:

'a!cu!amos !a masa de !os -ases de com*ustión o*tenidos en e! roceso de com*ustión KmolC ∗1 Kmol C O2 Kmol C O2 h • 58.48 =58.48 1 Kmol C h Kmol H ∗1 Kmol H 2 O Kmol H 2 O h • 79.86 =39.93 h 2 Kmol H Kmol' ∗1 Kmol ' O 2 Kmol ' O2 h • 0.18 =0.18 h 1 Kmol de '

De! aire 05 7uedan como residuos Kmol & 2 332.75 • h Kmol H 2 O 9.56 • h Kmol O 2 7.86 • h

De! com*usti*!e 7uedan como residuos Kmol O 2 0.43 • h Kmol & 2 0.17 • h

A
n´ 24, & =332.92

Kmol & 2 h

2

n´ 24, CO =58.48

Kmol C O 2 h

2

Kmol ' O 2 n´ 24, 'O =0.18 h 2

n´ 24, H O =49.49

Kmol H 2 O h

2

A
´ O =8.29 m24,

∗32 Kg O2

1 Kmol O2

2

= 265.28

KgO 2 h

Kmol & 2

´ & =332.92 m24, 2

∗28 Kg & 2 Kg & 2 h = 9321.76 h 1 Kmol & 2

Kmol CO 2 m24,´ CO =58.48 2

h

∗44 Kg CO2

1 Kmol CO2

=2573.12

Kg CO2 h

Kmol 'O2 m24,´ 'O =0.18 2

∗44 Kg 'O2 Kg 'O2 h =7.92 h 1 Kmol 'O 2

Kmol H 2 O m24,´ H O= 49.49 2

h

∗18 Kg H 2 O

1 Kmol H 2 O

=890.82

Kg H 2 O h

"or !o tanto e! f!ujo m#sico tota! ara esa corriente ser# Kg m ´ 24=13058.9 h

Kg n´ 24= 449.36 h Corriente de gases de combustión ríos "'0%:

ienen !a misma comosición 7ue !os -ases de com*ustión ca!ientesF so!o 7ue estos se encuentran a menor temeratura 0se considera 7ue !a ca!dera oera de manera adia*#tica Kg m ´ 25=13058.9 h

Kg n´ 25= 449.36 h

0.4.

a"ance de Ener&a /ref 2,=C6

:as si-uientes roiedades termodin#micas fueron eGtradas de 
C+#%E)/

A



C

D

+ Estireno Eti";enceno enceno /o"ueno Eti"eno

91.24 9&.)4) 9,.11 95.,1) .

1.&,E91 1.4)1E91 1.133E91 1.224E91 3.)4E92

91.4E94 9.&E95 9).2&E95 9&.&5E95 91.4E95

3.1)E9, 2.3)3E9, 1.)3E9, 1.1)3E9, 4.12E9

etano

4.5,

1.245E92

2.,&E9&

92.)3E9

A&ua

).)1

4.55E94

2.521E9&

9.,5E9

>idró&eno

&.4,3 2.215E93 93.2,E9& 1.,2&E9 2 3 C#i= i + !i∗T + C i∗T + +i∗T 0Sca!Smo!9

:a ta*!a suerior es so!amente ara -asesF ara !as caacidades ca!orficas de !os !7uidosF se em!eó !as ta*!as A.11 de $con ojoF as como !a *ase de datos de! simu!ador P@P@. Corriente de etilbenceno resco "#%:

:a corriente se encuentra a /1 ? 2,@C "uido6 'omosición de !a corriente

Eti!*enceno

Kg "gmol 3868.87 =36.43 h h

C# Etilbenceno 20 C =0.425

Kcal Kg, C

Kcal C#1=0.425 Kg , C

Kcal -H 1=0 h

Corriente Etilbenceno me&clado "'%:

:a corriente se encuentra a /2 ? 58@C "uido6 'omosición de !a corriente Eti!*enceno

6043.94

Kg "gmol = 60.24 h h

C# Etilbenceno 30 C =0.43

Kcal Kg, C

Kcal C#2=0.43 Kg , C

-H 1=0.43

Kcal Kcal ∗( 30− 20 )= 4.3 Kg , C h

Corriente Etilbenceno caliente "(%:

:a corriente se encuentra a /3 ?54,@C &as6 'omosición de !a corriente Eti!*enceno

C#3=0.426

6043.94

Kcal Kg, C

Kg "gmol = 60.24 h h

C# Etilbenceno 540 C =0.426

Kcal Kg , C

Kcal Kcal -H 3=0.426 ∗( 540 −20 )=221.47 Kg , C Kg Corriente Entrada al reactor .+'#, "/%:

:a corriente se encuentra a /4 ? :23@C &as6 'omosición de !a corriente Eti!*enceno

Kg "gmo "g moll 6397.49 =60.24 h h

A-ua

Kg "g mol mol 13011.84 =722.88 h h

C#4=

Kcal C# Etilbenceno 620 C =0.413 Kg , C Kcal C# gua 620C =0.528 Kg , C

Kcal 60.24 722.88 x 0.413 + x 0.528 =0.519 Kg , C 783.12 783.12

-H 4=0.519

Kcal Kcal ∗( 620−20 ) =311.49 Kg, Kg , C Kg

Corriente Salida del reactor .+'#, "0%:

:a corriente se encuentra a /5 ? 550.5@C &as6 'omosición de !a corriente Eti!*enceno

4040.8

Kgetilbenc Kmol etilben etilbencc = 38.046 h h

Kcal C# Etilbenceno 558 C =0.592 Kg , C

A-ua

Kg "g mol mol 13011.84 =722.88 h h

Estireno

Kg estireno estireno "gmol 2196.95 =21.084 h h

C# Estireno 558C =0.413

Kcal Kg, C

C# gua 558C =0.518

Kcal Kg , C

34.37

/enceno /enceno

Kg benceno benceno Kmol Kmol benceno benceno = 0.44 h h

Kcal C#!enceno 558 C =0.590 Kg , C Kg tolueno tolueno Kmoltolueno 61.73 =0.67 h h

o!ueno eno

Kcal C#tolueno 558C = 0.546 Kg , C Kg "gmol 12.34 = 0.44 h h

Eti!eno

Kcal C# Etileno 558 C =0.735 Kg , C 10.72

Metano

KgC Kg C H 4 h

=0.67

KmolC Kmol C H 4 h

Kcal C# /etano 558C = 0.958 Kg, Kg , C

idro-eno

40.83

C# Hidrógeno 558 C =3.52

C#5=

38.046 804.64

-H 4=0.595

x 0.592 +

Kg H 2 Kmol Kmol H 2 2 2 =20.41 h h

Kcal Kg, Kg , C

722.88 804.64

x 0.518 +

21.084 804.64

x 0.413 +

Kcal Kcal ∗( 558 −20 ) =320.35 Kg, Kg , C Kg

Corriente Entrada del reactor .+'', "-%:

:a corriente se encuentra a /: ? :,:.8@C &as6

0.44 804.64

x 0.59 +

0.67 804.64

x 0.546 +

0.44 804.64

x 0.735 +

0.67 804.6

'omosición de !a corriente 4040.8

Eti!*enceno

C# Etilbenceno 605 C =0.606

Kgetilbenc Kmol etilben etilbencc = 38.046 h h

Kcal Kg, Kg , C

A-ua

Kg "g mol mol 13011.84 =722.88 h h

Estireno

Kg estireno estireno "gmol 2196.95 =21.084 h h

C# Estireno 605 C =0.424

34.37

/enceno /enceno

C#!enceno 605 C =0.606

o!ueno eno

Kcal Kg , C Kg benceno benceno Kmol Kmol benceno benceno = 0.44 h h

Kcal Kg, C Kg tolueno tolueno Kmoltolueno 61.73 =0.67 h h

Kcal C#tolueno 605C = 0.637 Kg , C

Eti!eno

C# Etileno 605 C =0.756

Metano

Kg "gmol 12.34 = 0.44 h h

Kcal Kg , C 10.72

KgC Kg C H 4

Kcal C# /etano 605C = 0.991 Kg, Kg , C

h

=0.67

KmolC Kmol C H 4 h

C# gua 605C =0.526

Kcal Kg , C

idro-eno

40.83

Kg H 2 Kmol H 2 =20.41 h h

Kcal C# Hidrógeno 605C =3.53 Kg ,C

C#6=

38.046 722.88 21.084 0.44 0.67 0.44 0.6 x 0.606 + x 0.526 + x 0.424 + x 0.606 + x 0.637 + x 0.756 + 804.64 804.64 804.64 804.64 804.64 804.64 804.

-H 6=0.604

Kcal Kcal ∗( 605−20 ) =353.31 Kg, C Kg

Corriente de Salida del reactor .+'', "1%:

@e-n aartado 013F !a corriente se encontrar# a /8 ? 503.2 C &as6 'omosición de !a corriente Eti!*enceno Kgetilbenceno Kmol etilbenc Kcal C# Etilbenceno 567C =0.430 2549.44 =24.01 h h Kg ,C

A-ua

Kg "g mol 13011.84 =722.88 h h

Estireno

Kg estireno Kmol estireno 3584.90 =34.40 h h

C# E stireno 567 C =0.594

Kcal C# gua 567 C =0.520 Kg , C

Kcal Kg, C Kgbenceno Kmol benceno =0.72 h h

/enceno

65.24

o!ueno

102.28

Kcal C#tolueno 567 C =0.622 Kg ,C

Kg tolueno Kmol tolueno =1.11 h h

Kcal C#!enceno 567 C =0.593 Kg , C

Kg "gmol 20.20 =0.72 h h

Eti!eno

Kcal C# Etileno 567 C =0.739 Kg ,C Kg C H 4 KmolC H 4 17.76 =1.11 h h

Metano

Kcal C# /etano 567C = 0.965 Kg ,C

idro-eno

Kg H 2 Kmol H 2 66.58 =33.29 h h

C# Hidrógeno 567 C =3.52

C#7=

Kcal Kg, C

24.01 722.88 34.40 0.72 1.11 0.72 x 0.43 + x 0.520 + x 0.594 + x 0.593 + x 0.622 + 818.24 818.24 818.24 818.24 818.24 818.24

Kcal Kcal -H 7=0.643 ∗( 567 −20 )=328.27 Kg , C Kg

Corriente de Productos enriados "$%:

:a corriente de*e ser enfriada or de*ajo de 5 ' ara ase-urarnos de !a esta*i!idad de! estirenoF adem#s de una searación ótima de sus otras fases. :a corriente se encuentra a /0 ? 4,@C &aseosaB "iuida or&*nica $ acuosa6 'omosición de !a corriente Eti!*enceno

Kg etilbenceno Kmol etilbenc 2549.44 =24.01 h h

Kcal C# Etilbenceno 40 C = 0.450 Kg, C

A-ua

Kg "g mol 13011.84 =722.88 h h

Kcal C# gua 40 C =1 Kg ,C


Estireno

Kcal C# Estireno 40C =0.45 Kg ,C Kgbenceno Kmol benceno =0.72 h h

/enceno

65.24

o!ueno

102.28

C#tolueno 40 C =0.43

Kcal C#!enceno 40 C = 0.43 Kg, C


Kcal Kg , C

Kg "gmol 20.20 =0.72 h h

WEti!eno

C# Etileno 40 C = 0.385

Kcal Kg, C

Kg C H 4 KmolC H 4 17.76 =1.11 h h

WMetano

Kcal C# /etano 40 C =0.542 Kg ,C

Widro-eno

Kg H 2 Kmol H 2 66.58 =33.29 h h

Kcal C# Hidrógeno 40 C =3.43 Kg , C

Nota: 5os compuestos marcados se encuentran en !ase gaseosa* 6 por lo tanto* sus Cp !ueron calculados usando la tabla de coe!icientes* mientras /ue los dem7s se encuentran en estado l8/uido 6 sus propiedades !ueron etra8das de la tabla 9%11 con .o;o%

C#8=

-H 8=1.020

24.01 722.88 34.40 0.72 1.11 0.72 x 0.45 + x 1. + x 0.45 + x 0.43 + x 0.43 + x 0.385 818.24 818.24 818.24 818.24 818.24 818.24

Kcal Kcal ∗( 40 − 20 ) =20.39 Kg , C Kg

Corriente de gases ")%:

'omo se indicó en !a descrición de! rocesoF se considerar# 7ue e! searador 931 tra*aja en condiciones ta!es 7ue ermita una searación tota! de !as fasesF desreci#ndose !a so!u*i!idad de estos -ases en !a fase acuosa % or-#nica :a corriente se encuentra a / ? 4,@C &aseosa6 'omosición de !a corriente Kg "gmol 20.20 =0.72 h h

Eti!eno

C# Etileno 40 C = 0.385

Kcal Kg, C

Kg C H 4 KmolC H 4 17.76 =1.11 h h

Metano

Kcal C# /etano 40 C =0.542 Kg ,C

idró-eno

Kg H 2 Kmol H 2 66.58 =33.29 h h

Kcal C# Hidrógeno 40 C =3.43 Kg , C C#9=

0.72 1.11 33.29 Kcal x 0.385 + x 0.542 + x 3.43=3.276 Kg, C 818.24 818.24 818.24

Kcal Kcal -H 9=3.276 ∗( 40−20 ) =65.53 Kg , C Kg

Corriente org2nica "#,%:

I-ua! 7ue en e! anterior untoF se considerar# una searación tota!

:a corriente se encuentra a /1, ? 4,@C "uida6 'omosición de !a corriente Kg etilbenceno Kmol etilbenc 2549.44 =24.01 h h

Eti!*enceno

Kcal C# Etilbenceno 40 C = 0.450 Kg, C Kg estireno Kmol estireno 3584.90 =34.40 h h

Estireno

Kcal C# Estireno 40C =0.45 Kg ,C Kgbenceno Kmol benceno =0.72 h h

/enceno

65.24

o!ueno

102.28

C#tolueno 40 C =0.43

Kcal Kg, C


Kcal Kg , C

C#10=

-H 10=0.449

C#!enceno 40 C = 0.43

24.01 34.40 0.72 1.11 Kcal x 0.45 + x 0.45 + x 0.43 + x 0.43=0.449 Kg, C 60.24 60.24 60.24 60.24

Kcal Kcal ∗( 40 −20 )= 8.99 Kg ,C Kg

Corriente acuosa "##%:

:a corriente se encuentra a /1, ? 4,@C "uida6 'omosición de !a corriente A-ua

Kg "g mol 13011.84 =722.88 h h

C#11=1

Kcal Kg , C

Kcal C# gua 40 C =1 Kg ,C

-H 11=1

Kcal Kcal ∗( 40 −20 ) =20 Kg , C Kg

Corriente de cabe&a de D+(#, "#/%:

:a corriente se encuentra a /14 ? 5@C "uida6 'omosición de !a corriente Kgetilbenceno Kmol etilbenc 10.20 =0.096 h h

Eti!*enceno


Kg benceno Kmol benceno 56.24 =0.72 h h

/enceno

C#!enceno 57 C =0.45

Kcal Kg, C 102.28

o!ueno

C#tolueno 57 C =0.45


Kcal Kg, C

C#14=

-H 14=0.451

Kcal Kg, C

Kcal 0.096 0.72 1.11 x 0.465 + x 0.45 + x 0.45= 0.451 Kg, C 1.926 1.926 1.926

Kcal Kcal ∗( 57− 20 )=16.68 Kg ,C Kg

Corriente de ondos de D+(#, "#-%:

:a corriente se encuentra a /15 ? 5.5@C "uida6 'omosición de !a corriente

Eti!*enceno

C# Etilbenceno 90 C =0.510

2539.63

Kg etilbenceno Kmol etilbenc =23.91 h h

Kcal Kg, C Kg estireno Kmol estireno 3584.90 =34.40 h h

Estireno

Kcal C# Estireno 90C =0.515 Kg ,C

C#15=

-H 15=0.513

23.91 34.4 Kcal x 0.51 + x 0.515 =0.513 Kg ,C 58.31 58.31

Kcal Kcal ∗( 90 − 20 ) =35.91 Kg , C Kg

Corriente de cabe&a de D+(', "#1%:

emeratura de !a corriente &.&1' 'omosición de !a corriente Eti!*enceno

C# Etilbenceno 45 C = 0.445

Kg etilbenceno Kmoletilbenceno 2528.48 =23.81 h h

Kcal Kg, C

Kcal C#17=0.445 Kg , C -H 17=0.445

Kcal Kcal ∗( 60.61−20 )=15.125 Kg ,C Kg

Corriente Estireno "#$%:

:a corriente se encuentra a /10 ? :@C "uida6 'omosición de !a corriente

Kgetilbenceno Kmol etilbenc 10.77 =0.10 h h

Eti!*enceno


Kcal Kg, C


Estireno

C# Estireno 57C =0.470

Kcal Kg , C

Kcal C#18=0.47 Kg , C -H 18=0..470

Kcal Kcal ∗(57 −20 ) =17.39 Kg, C Kg

Corriente de planta de tratamiento de agua para caderas industriales "#)%:

:a corriente se encuentra a /1 ? 2,@C "uida6 'omosición de !a corriente Kg "g mol 13011.84 =722.88 h h

A-ua

C# gua 20 C =1

Kcal Kg , C

Kcal C#19=1 Kg, C -H 19=0

Kcal Kg

Corriente de agua de salida de la bomba *+##, "',%:

Es !a corriente de eGu!sada or !a *om*a :911F tiene !a misma comosición 7ue !a corriente Z23[. :a corriente se encuentra a /2, ? 2,@C "uida6 'omosición de !a corriente A-ua

Kg "g mol 13011.84 =722.88 h h

Kcal C# gua 20 C =1 Kg , C

C#20=1

-H 20=0

Kcal Kg , C

Kcal Kg

5ire suministrado "'#%:

E! aire entra con un 1L de eGcesoF 2' % L
A-ua

C# gua 20 C =0.446

$Gi-eno

Kg H 2 O h

= 9.56

Kmol H 2 O h

Kcal Kg, C Kg O2 Kmol O2 2767.68 = 86.49 h h

Kcal C#oxigeno 20 C = 0.219 Kg, C 9317

=itró-eno

Kg & 2 h

Kcal C#nitró geno 20C =0.249 Kg , C

C#21=

-H 21= 0

Kcal Kg

9.56 86.49 332.75 Kcal x 0.446 + x 0.219 + x 0.249 =0.247 Kg ,C 428.8 428.8 428.8

=332.75

Kmol & 2 h

Corriente de vapor de entrada del intercambiador E+##' "''%:

:a corriente se encuentra a /2, ? 844@C va!or6 'omosición de !a corriente Kg "g mol 13011.84 =722.88 h h

A-ua C#744=0.548

C# gua 20 C =0.548

Kcal Kg, C

Kcal Kg ,C

Kcal -H 20=0.548∗ (744 −20 )=397.10 Kg Corriente Combustible #030 45P6 "'(%:

:a corriente se encuentra a /23 ? 2,@C De*ido a! desconocimiento de !a comosición eGacta de! com*ustó!eo e! va!or de !a caacidad ca!orfica no udo ser. Kcal -H 1=0 Kg

Corriente de gases de combustión calientes "'/%:

:as si-uientes roiedades termodin#micas fueron eGtradas de 
C+#%E)/

A



C

D

+ N2 +2 C+2 )+2 >2+

3.115E\1 2.,11E\1 1.,E\1 2.3,5E\1 3.224E\1

91.35)E92 93.&,E9& ).344E92 &.&E92 1.24E93

2.&,E95 1.)4&E95 95.&2E95 94.&1E95 1.55E95

91.1&,E9, 91.&5E9, 1.)15E9, 1.32,E9, 93.5&E9

"rimero ca!cu!aremos !a temeratura de com*ustión adia*#tica 2

3

C#i= i + !i∗T + C i∗T + +i∗T 0jmo!S

n

T 1

´ comb.∗ 0oder cal. =∑ ∫ m´ i∗C#i∗dT −m i =1 T o

Desarro!!ando Hsta !timaF tenemos T 1

mol mol 140 ∗( 2.385E+1 + 6.699E-2∗T +−4.961E-5∗T 2 + 1.328E-8∗T 3 )∗dT +¿ 40690 ∗( 3.224E+1 + h h 293

∫

T 1

mo l mol 6510 ∗( 2.811E+1 +−3.680E-6∗T + 1.746E-5∗T 2 +−1.065E-8∗T 3 )∗dT + 45950 ∗( 1.980E+1+ 7.3 h h 293 Kcal ∗4184 2 T Kg comb Kg comb mol −806.64 ∗−10150.7 = 255770 ∗( 3.115E+1 +−1.357E-2∗T + 1 Kcal h h 293

∫

1

∫

Reso!viendo T 1 =2069.96 K 3 2070 K =1797 ℃

'omosiciones de !a corriente se-n e! *a!ance de materia :a corriente se encuentra a /2, ? 188@C &as6 'omosición de !a corriente 265.28

$G-eno

C#Oxígeno1797 C =0.0631

Kg "g mol = 8.29 h h

Kcal Kg , C

Kg "gmol 9321.76 =332.92 h h

C#nitrógeno 1797 C =0.122

'$2

Kg "g mol 2573.12 =58.48 h h

C#CO 21797 C =0.456

@$2

Kg "gmol 7.92 =0.18 h h

=itró-eno

A-ua

890.82

Kg H 2 O h

=49.49

Kcal Kg , C

Kcal Kg , C

Kcal C#'O 21797 C = 0.253 Kg, C Kmol H 2 O h

Kcal C# gua 1797 C =0.658 Kg ,C

C#24=

8.29 332.92 58.48 0.18 49.49 Kcal x 0.0631 + x 0.122 + x 0.456 + x 0.253 + x 0.658 =0.223 Kg , 449.36 449.36 449.36 449.36 449.36

Kcal -H 24=0.223∗( 1797−20 )=396.94 Kg Corriente de gases de combustión ríos "'0%:

Usaremos e! C#24 B
T ¿

C#25=

8.29 332.92 58.48 0.18 49.49 x 0.0631 + x 0.122+ x 0.456 + x 0.253 + x 0.658= 0.22 449.36 449.36 449.36 449.36 449.36

-H 25=0.223∗( 200 −20 )= 40.14

Kcal Kg

Corriente de vapor de salida del intercambiador E+##' "'-%:

:a corriente se encuentra a /23 ? :8,@C &as6 'omosición de !a corriente A-ua

C#26=0.536

13011.84

Kg H 2 O h

Kmol H 2 O

=722.88

h

Kcal C# gua 1797 C =0.536 Kg ,C

Kcal Kg, C -H 26=0.536 ∗( 670−20 )=348.70

Kcal Kg

. Diseo de eui!os .1.

#re!aración de "a materia !rima

.1.1. /anue de a"macenamiento de eti";enceno '1,36 Usaremos un tan7ue de a!macenamiento de forma ci!ndrica % ca*e+a! a*om*ado e!tico. "ara e!!o usaremos corre!aciones dadas or !as referencias 14 % 15. '#!cu!o de! esesor de !as aredes de! reciiente

•

t =

0i +i 2 'E−1.2 0i

Dónde "iKresión de dise6o 01L ma%or a !a resión de oeración interna DiKDi#metro interno 0di#metro de tan7ue @KEsfuer+o m#Gimo ermisi*!e EKeficiencia de unión so!dada Datos 1.01325

|¯ ¿|

1 atm 2.7 atm∗¿

−1

¿ 0 i=¿

+i=5 m=5000 mm ' =12.9E3 #si =88.9

& mm

2

0 A=E^$1

EK1

t =

0.191∗5000 = 6 mm 2∗88.9∗1−1.2∗0.191

A6adimos una corrosión ermisi*!e de 2 mmF entonces t =6 mm + 2 mm =8 mm

•

8o!umen de! tan7ue de a!macenamiento

Datos Kg ´ 1, etilbenceno =3868.87 m h Kg 5etb 20℃ =867 3 m 0A=E^$ 2 Kg ∗24 h h ∗1 m3 1 día (olumenme6cla=3868.87 =107.09 m3 867 "g

@e usaran 2 tan7ues de dimensiones idHnticas ( me6cla 1=53.54 m

3

"or ra+ones de se-uridad 3 (olumen tan$ue = ∗(olumenme6cla 2

3

( tan$ue =80.32 m

Dimensiones tan7ue ltura =4.09 m

.1.2. Ca"entador de "a me
e7uio en sus dos asectos m#s imortante - ama6o de! intercam*iador 0#rea de transferenciaF !on-itud de tu*osF etc. - 'ada de resión eGistente tanto en !os tu*os como en !a cora+a.

Caracter8sticas operacionales:

a;o %# Ag)a 66F: 533C9 6+53 =a

Coi#$(# 1F: 117+1C9 6+62 =a

Coi#$(# 4F: 444+5C9 2+75 =a

a;o %# ag)a 64F 45.C9 6+3. =a

"ara !as corrientes 7 H O  744℃ =0.02101 c# 2

75,558.5 ℃=0.02476 c#

De*ido a 7ue am*as viscosidades son menores a 1 cF se define or tanto 7ue !as roiedades de !os f!uidos invo!ucrados est#n determinadas a temeratura romedio "ara e! 8aor de a-ua Z'a!iente[

T 0=

T 1+ T 2 2

=707 8C

"ara !a sa!ida de R921 Z(ro[

t 0=

t 1+ t 2 2

=612.6 8 C

Propiedades de los !luidos3btenidos a temperatura media

#ro!iedadF "ujo m*sico H&-s Densidad H&-m3 8iscosidad ZS-m9s[ 'onductividad ZJs9m9'[ ' ZJS-9'[

Corriente de R21, :12.:GC 5.24 .&,33 .25&1 .)&), 23,3.)&

#ro!iedadF "ujo m*sico H";-9 Densidad H";-!ie3 8iscosidad Zc[ 'onductividad Z*tu<9ie9([ ' Z*tu!*9([

Corriente de R21, :12.:GC 4212 .42&& .25&1 .444 .5&,

'a!or de A&ua 8,8GC 3.&14 .5&)4 .2223 .,1 22,1.) 'a!or de A&ua 8,8GC 2,&5& .3542 .222 .51 .5454

Caracter8sticas del intercambiador De*ido a 7ue !os f!ujos de !as corrientes de vaor de a-ua % !a sa!ida de! reactor son mu% -randesF se usar# un intercam*iador de tu*o % cora+a. @e-n !a referencia Z15[F e! coeficiente -!o*a! de transferencia de ca!or ara este tio de intercam*iadorF de*e encontrarse entre 3 % 3 Tm 2'F es decir 5.2, % 52.,2 /tu<9ft 29(. E! factor de o*strucción ara e! !ado de !os tu*osF es decir ara !os -ases or-#nicos de*e ser de .1 <9ft 29(/tu % ara e! vaor de a-ua es de .& <9ft 29(/tuF or !o tanto 9re$uerido =0.001 + 0.0006 =0.0016

!tu 2

1t

℉ h

:a cada de resión ermisi*!e en e! tu*o % !a cora+a tendr# un va!or m#Gimo de 10

lb1 #ulg

2

.

C7lculo del 7rea de trans!erencia de calor '#!cu!o de! ca!or desrendido en !a cora+aF usando e! vaor de a-ua :c =m∗C#∗4 T =T =28656

lbm !tu ( 1238 −1371.2 ) , ; ∗0.5454 h lbm, ;

!tu :c =−2081780.456 h

'#!cu!o de !a temeratura media !o-artmica /)+T =

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

=168.044 ℉

"ara un aso de cora+a % dos de tu*os 9=

'=

T 1−T 2 t 2−t 1 t 2−t 1 T 1−t 1

=

=

744− 670 =0.684 666.7− 558.5

666.7 −558.5 744 −558.5

=0,5833

De !a -r#fica91, de !a ref. 15 (cKF, De acuerdo a !o eGuesto en e! anterior untoF asumiremos un coeficiente de dise6o i-ua! a 4 /tu<9ft 29( 'a!cu!amos e! #rea de transferencia :c  T = ;c∗ /)+T ∗= +

Reem!a+ando  T =387.13 #ies

2

C7lculo del n
2

!- DEF 1, /T?F or !o tanto e! #rea esecfica ser# de .325

#ie #ie lineal

} *L} ¿ a

ntubos=

T

¿

Reem!a+ando ntubos= 82 tubos Caracter8sticas del intercambiador @e-n !as ta*!as  % 1 de !a referencia 15F se asumir# •

Arre-!o trian-u!ar ara !os tu*os 1

1 2

•

DE de

!-F 1,/T?

• • • • • •

2 asos de tu*os 1 aso de cora+a "t de 1.,)5 !Di#metro de cora+a de 23.25 !Distancia entre *af!es m#GimaF es decir e! di#metro de !a cora+aF 23.25 !-. =mero de tu*os i-ua! a 1 0asumimos or encima de! nmero ca!cu!ado de ,2

Calculo de U = corregido 'a!cu!amos e! #rea corre-ida } *L*n} rsub {tubos} = 0.3925 {{pi} ! {2}} o"r {pi lin#l} *12pis*91=428.61 {pis} ! {2} ¿ a  T =¿

'a!cu!amos e! U D corre-ido

2081780.456

= +=

!tu h

:c = = 36.13 !tu / h1t 2 ; ;c∗ /)+T ∗  T 0.8∗168.044 ℉ ∗428.61 #ies2

Calculo para la cora4a- vapor de agua (!luido caliente) '#!cu!o de! as >

C = 0t −do =1.875− 1.5=0.375 #ulg. >

+i∗C ∗! 23.25∗0.375 ∗23.25 2 a s= = = 0.7508 #ie 0t ∗144 1.875∗144

lb h lb ?= =38168.24 2 0.7508 #ie 2 #ie ∗h 28656

'a!cu!o de! di#metro e7uiva!ente ara !a cora+a 0con arre-!o trian-u!ar de !os tu*os 1 ∗@ ∗d o2 1 2 0 T ∗ 0.86∗ 0T − 2 4

¿ 4∗¿ +e$=¿

Reem!a+ando +e$ =1.066 #lg = 0.0889 #ies

'oeficiente de e!cu!a en !a cora+a hio∗ +e "

(

+e∗? =0,36∗ 7

) ( 0,55

) ( ) 1

C#∗ 7 3 7 ∗ ∗ " 7#

0,14

(

)

lb

0.0889 #ie ∗38168.24

)

0,55

(

+e∗? 7

(

!T= lbm 0.5454 ∗0.022∗2.42 1 C#∗ 7 3 lbm, ; #ie∗h = " !T= 0.051 h#ie,;

0,55

=

2

∗h

(

)

( )

#ie lbm 0.022∗2.42 #ie∗h

=436.66

)

1 3

=0.8313

0,14

7 7#

=1

hio =75

!T= 2

h #ie , ;

C7lculos en los tubos-gases org7nicos (corriente !r8a) hi∗ +e "

(

+e∗? =0,027∗ 7

) (

)( )

0,8

1

C#∗ 7 3 7 ∗ ∗ " 7#

0,14

Yrea esecfica de !a tu*era de 1 _ 1, /T? di =1.4 #ulg =0.1167 #ies

as =0.01069 #ie

aT =

2

as∗¿ tubos 0.01069∗91 = =0.4864 #ie2 2 ¿ #asos lb h

42012

?=

0.4864 #ie

= 86372.90 2

lb 2

#ie ∗h

(

)

0,55

(

+e∗? 7

(

!T= lbm 0.5698 ∗0.02561∗2.42 1 C#∗ 7 3 lbm,; #ie∗h = " !T= 0.0444 h∗ #ie , ;

0,55

2

#ie ∗h lbm 0.02561∗2.42 #ie ∗h

=

(

)

( ) 7 7#

)

0.1167 #ie∗ 86372.9

lb

0,14

=1

!T=

hi =140.43

2

h #ie , ; !T= 2

∗1.4

h #ie , ;

ho =140.43

=131.07

1.5

C7lculo del coe!iciente limpio = c =

75∗131.07 !T= = 47.70 2 75 + 131.07 h #ie , ;

C7lculo del !actor de obstruccin

9d =

1

= +

−

1

= c

=

1 36.13

2

9d =0.0067

h #ie , ; !T=

−

1 47.7

!T= 2 h #ie , ;

=14752.9701

)

1 3

=0.9266

E! cu#! sa!e ma%or a! Rd re7uerido 0

0.0016

!tu 1t ℉ h F or !o tanto
nuestro intercam*iadorF es adecuadoF sin em*ar-o de*emos va!idar!o con !as cadas de

resión en e! tu*o % !a cora+aF !as cua!es no de*en ser sueriores a Calculo de la ca8da de presin en la cora4a "ara !a cada de resión en !a cora+a 1 ∗? s∗ +s∗( & + 1 ) 4 0= 2 gc∗ 5∗ +e∗A s 2

2

#ie ℜ=63133.44 =del gra1ico 29 del Kern1 =0.002 =0.216 2 #ulg

?s=38168.24

lb 2

#ie h

5 ≅ 5 H 2 O=0.0354 lbm / #ie

3

+s=23.25 #ulg =1.9375 #ie +e =0.0889 #ies

A s= 1

& + 1=

12 =6.19 23.25 12

Reem!a+ando !os va!ores

10

lb1 #ulg

2

.

lb1 ∗1 #ie2 2 #ie =9.99 #si 4 0=1438.5 2 144 #lg

C7lculo de la ca8da de presin en los tubos: 2

1 ∗? s∗ )∗n 4 ;a= 2∗ gc∗ 5∗ +i∗A s 2

#ie ℜ=162592.0584= del gra1icodel Kern 1 =0.00012 =0.01728 2 #ulg +i=1.4 #ulg = 0,1167 #ie

?=86372.90

lb 2

#ie h

)=12 #ies n =2 #asos

gc =32,2

lbm #ie 2

lb1 s

= 4.178

5= 0.0354 lbm / #ie

lbm #ie lb1 h

2

3

A s= 1

Reem!a+ando tenemos lb1 2

4 ;a=745.38

∗1 #ie2

#ie =5.17 #si 2 144 #lg

'ada de resión de*ida a !os asos de tu*o

4 ;l =

v

2

2∗ g

=

?=38168.24

gc =32,2

?tubo 5 tubo 2∗g

lb 2

#ie h

lbm #ie 2

lb1 s

= 4.178

5= 0.04266 lbm / #ie

lbm #ie lb1 h

2

3

Reem!a+ando 4 ;l =4915.27 #ies

lb1 2

4 0l =4 ;l∗ 5 =209.69

∗1 #ie2

#ie =1.46 #si 2 144 #lg

"or !o tanto !a cada tota! en e! tu*o ser# 4 ;t =4 0l + 4 ;a =6.63

Conclusiones De*ido a 7ue !as cadas de resión de nuestro intercam*iadorF tanto en U/$ como en '$RA;A se encuentran *ajo e! ran-o ermitido 0V1 siF se considera como adecuado e! dise6o estudiadoF siendo sus caractersticas m#s imortantes !as si-uientes

Caracterstica Di#metro nomina! Z!-[ Di#metro Interno Z!-[ :on-itud de u*o Zies[ 'ada de "resión Zsi[ Materia! de construcción

/u;o 1.5 1.4 . Acero

Cora
(actor de o*strucción =mero de asos =mero de tu*os

.1 2 1

.& 1 1

.1.3. om;a de a&ua 11,6 De*ido a 7ue e! a!cance de este ro%ecto no a*arca !as tu*erasF se dise6ar# esta *om*a en *ase a! unto de succión % de descar-a. Caracter8sticas operacionales:

A)E /em!eratura Densidad 'iscosidad Ca"or es!ecfico #resión "ujo m*sico

Corriente de

Corriente de

succión H18 : &.&1 ,31. .3,)3 1.))2, , 21,&

descar&aH18a : &.)2 ,32.2 .3,) 1.))2, 2)4 21,&

' S-m3 c" SJS-9' "a S-<

>alance de energ8a mec7nica E! tra*ajo or unidad de masa se eGtrae de! *a!ance de ener-a mec#nica de! sistemaF re!acionado con !a eGresión

(

B = g∗( 6 2− 6 1 ) +

02 01 d2

−

d1

)

+

1 2∗∝

∗( v22 −v 21 ) + ∑ ;

Dónde T tra*ajo or unidad de masa 0JS- - ace!eración de !a -ravedad ., ms 2 ❑

v 2  v 1  ve!ocidades fina! e inicia! 0ms

d2 % d1 densidades de descar-a % succión resectivamente ∝

K1F ara rH-imen tur*u!ento 0Re`21

∑ ;

Hrdidas de ener-a mec#nica de*idas a fricción

De este *a!ance no consideramos !a ener-a otencia!F cinHticaF ni !as erdidas or fricción en tramo recto ni en accesorios % 7ueda

B =

02 0 1 d2

−

d1

274000 =

& 2

m Kg 832.2 3 m

8000

& 2

m 319.63 D − = Kg Kg 831.9 3 m

C7lculo de la carga total " (m) Es !a diferencia entre !a car-a de asiración e imu!siónF es decirF !a 7ue tiene 7ue suministrar !a *om*a. @u eGresión es h=

B (m) g

Kg∗m∗m 319.63 2 B s ∗"g h = = g m 9.8 2 s

=32.62 m

C7lculo de la potencia total (?) :a ener-a en forma de otencia 7ue !a *om*a de*e ceder a! f!uido se ca!cu!a como ´ 0=B ∗m

Dónde

() D s

TF es e! tra*ajo or unidad de masa 0JS- m ´  es e! cauda! m#sico 0S-s

"F es !a otencia 0Js "ero esta otencia es !a teóricaF dado 7ue no toda !a ener-a 7ue suministra !a *om*a es catada or e! f!uido. Una arte se disia or !o 7ue tenemos 7ue a!icar a este va!or una corrección. Esta corrección es e! factor de rendimientoF 7ue cada *om*a tiene asi-nado en función de marca % mode!o % ar#metros como e! cauda!F !a car-aF etc. "ara este caso a!icaremos un factor de rendimiento de! )5L un va!or est#ndar. 0teórico 0real = 

:a ener-a en forma de otencia 7ue !a *om*a de*e ceder a! f!uido se ca!cu!a como Kg ∗1 h 319.63 D h 0=B ∗m ´= ∗2186 =194.09 B Kg 3600 s

0teórico 194.09 B 0real = = =258.78 B =0.347 H0 0.75 

C7lculo de la Carga Neta de @uccin

&0'H =

0a − 0 v 5

−

:a resión de eti!*enceno

h 1a g F a− gC 5

0v =0.1432

[ ] Kg1 cm

2

0 a− 0v 5

=10.65

[

Kg1 − m Kg

[

]

[

]

g Kg1 − m F a =0.70 g C Kg

h1a 5

&0'H = 9.3281

.2.

[

Kg1 −m Kg

=0.6219

Kg1 − m Kg

]

]

Kona de reacción

@e usar# e! roceso !anteado or !a emresa :ummus U"$ @MARF 7ue consiste en e! uso de dos reactores de !ec
:.2.1 Reactor de ec9o Em!acado R11, :as corrientes Z3[ % Z2&[ de eti!*enceno % vaor de a-ua so*reca!entado son me+c!adas a una resión de 2F)4 *ar ara in-resar a! reactor R921 a una temeratura de 5,3.2 Q' en e! 7ue se !!eva a ca*o !as si-uientes reacciones 1.

C 6 H 5−C 2 H 5 ↔C 6 H 5−C 2 H 3 + H 2

2.

C 6 H 5−C 2 H 5 →C 6 H 6+ C 2 H 4

3.

C 6 H 5−C 2 H 5 + H 2 →C 6 H 5 −C H 3 + C H 4

4.

1 C H + H 2 O→CO + 2 H 2 2 2 4

5.

C H 4 + H 2 O→CO + 3 H 2

&.

CO + H 2 O → C O2 + H 2

odas !as reacciones se asumen 7ue son cata!ticas. @o!o !a reacción rincia! 01 es reversi*!e. @in em*ar-o ara fines de c#!cu!oF só!o se tomar#n en cuenta !as 3 rimeras reacciones. E! reactor oera en condiciones adia*#ticasF de*ido a 7ue !a reacción rincia! 1 es endotHrmica. :a reacción es cata!i+ada or 1 tL ?a2$3F2 tL (e2$3F 1 m !atinoF % a!mina . :as roiedades de! cata!i+ador son ∅=0.445

3

5cat =2146 Kgcat / mcat

5as condiciones de alimentacin al Reactor

#resión ? 23.5 #a /em!eratura ? :22.8 =C :os efectos difusiona!es son desreciados de*ido a! incremento de !a suerficie de contacto de !as incrustaciones de cata!i+ador en e! soorte inerte. E! rocedimiento ara !a derivación de !as ecuaciones de dise6oF tiene como *ase !as si-uientes consideraciones  :a comosición % f!ujos de a!imentación a! reformador se asumen en estado esta*!e.  (!ujo isón a travHs de! reformador.  :a disersión aGia! es desrecia*!eF !o 7ue
 :as asti!!as cata!ticas son isotHrmicas Epresiones de Aelocidad De acuerdo a !a revisión *i*!io-r#ficaF !a reacción de se tienen !as si-uientes reacciones rincia!es 1.

C 6 H 5−C 2 H 5 ↔C 6 H 5−C 2 H 3 + H 2

2.

C 6 H 5−C 2 H 5 →C 6 H 6+ C 2 H 4

3.

C 6 H 5−C 2 H 5 + H 2 →C 6 H 5 −C H 3 + C H 4

De acuerdo a !a revisión *i*!io-r#fica revisada se esco-ieron !as eGresiones !anteadas or ermann1)F !as cua!es inc!u%en !as ener-as de activación % !os factores reeGonencia!es en !as eGresiones de ve!ocidad r E!1 =−7.91-2

[(

( ) ]

# estire # H 2 − 21874 cal / mol mol E! # E!− $p gcat s "0a K # cal 1.987 ∗T mol K

)

Dónde ln ( K )=  +

! + + Cln (T ) + T T

Buedando ln ( K )=−5.476 −

1.3414 2.37-3 + 3.152ln ( T )− T T

ec 11

"ero ara faci!itar !a reso!uciónF !a referencia 1) convierte !a ve!ocidad de reacción en *ase a! vo!umen de! reactor 7uedando como

m

3

¯ gas h ¿ $p

1.

[(

( ) ]

# estire # H 2 # E! − K #

−91320 D / mol 8.314

D ∗T mol K

) Ec1

"mol E! r E!1 =−7.2177

¿

m gas 3 h ¯¿ $p

2.

[(

−208000 D / mol

)

D 8.314 ∗T molK

r E! 2=−9.9247

m3gas h ¯¿ $p

3.

[(

]

( # E! ) Ec2

"mol E!

¿

−91500 D / mol

)

D 8.314 ∗T mol K

]

( # E! # H 2 ) Ec3

"mol E ! r E! 3=−8.2097

¿

En !as re!aciones dadas arri*aF se de*e em!ear !as resiones arcia!es en *ares % !a temeratura en S. 'a*e reca!car 7ue !as eGresiones dadas arri*a só!o son a!ica*!es ara un !ecalance de masa En este caso no se uede
=∑ 9i

Dónde ; i = ;lu2o molar del com#onente i  ex#resadoen

Kmol h

3

( reactor =volumen del reactor ex#resadoen m

9i= ex#resionesde velocidad enlas $ue se veinvolucrada la es#eciei

Es!ecie Eti!*enceno

a"ance de masa d ; E! (

Estireno

=−r E! 1−r E! 2−r E! 3

d ; Est (

idró-eno

=r E! 1

d ; H 2 (

=r E! 1−r E! 3

NLmero de ecuación 4 5 :

/enceno

d ; ! =r E! 2 (

8

Eti!eno

d ; Etileno

0

(

o!ueno

d ; tol (

Metano

=r E! 3

d ; met (

=r E! 2

=r E! 3

 1,

>alance de energ8a "ara e! *a!ance de ener-aF se considera 7ue se oera en condiciones adia*#ticasF or !o tanto no es necesario encontrar e! coeficiente de transferencia de ca!orF us#ndose !a ecuación de dise6o de un f!ujo istón adia*#tico r E! 1 (−4r H ) E! 1+ r E! 2 (−4r H ) E! 2+ r E! 2 (−4r H ) E! 2 dT = ( ; E! C# E! + ; Est C# Est + ; H 2 C# H 2+ ; ! C#! + ; Etileno C# Etileno + ; tol C#tol + ; met C#met + ; h 2 O ; H 2 O

ec12 'a*e reca!car 7ue es mu% imortante introducir e! f!ujo de a-uaF or7ue aun7ue sea inerteF es uno de !os comonentes ma%oritarios.

Calor de Reaccin E! ca!or de reacción vara de acuerdo a !a temeratura se-n 4 r H i =ai + bi∗T

'u%os coeficientes son roios ara cada reactor % est#n dados en !a si-uiente ta*!a

Reacción

ai

;i

1

2,,43

91.

2

252

1.

3

12)2

3.15

Donde 4 r H i est# dado en Sca! Smo!F %  se maneja en S. Calor Espec8!ico "ara un comonente e! ca!or esecfico viene dado or !a si-uiente corre!ación o!inomia! 2

3

4

C#i=C#  + C# ! T +C#C T + C# + T + C# E T

Estos son ca!cu!ados de ReidF "rausnit+ % @
Es!ecie

A



C

D

#eso .

Eti";encen

91.24

1.&,E91

91.14E94

3.1)E9,

&-mo"6 1&.2

o Estireno >idró&eno enceno Eti"eno /o"ueno etano A&ua

9&.)4) &.4,3 9,.11 . 95.,1) 4.5, 3.224E\1

1.4)1E91 2.215E93 1.133E91 3.)4E92 1.224E91 1.245E92 1.24E93

9.&E95 93.2,E9& 9).2&E95 91.1E95 9&.&5E95 2.,&E9& 1.55E95

2.3)3E9, 1.,2&E9 1.)3E9, 4.12E9 1.1)3E9, 92.)3E9 93.5&E9

14.2 2 ),.114 2,.54 2.141 1&.43 1,

Donde ' est# dado en Sca!Smo! S.

Ca8da de presin :a ecuación de Er-un es satisfactoriamente em!eada en !ec
( )( )( )

d0 −?G ( 1 −❑b ) 150 G ( 1 −❑b) G 7 T 0o ; T 1.75 = + G ? G d6 5G gc G ❑b3 G + # + # T o 0 ; ¿

Dónde ?  8e!ocidad m#sica or #rea transversa! ZS-m29<[   Densidad de !a me+c!a -aseosa ZS-m3[ b  8iscosidad de !a me+c!a -aseosa ZS-m9s[ φ*

 "orosidad de! !ec
D  Di#metro de artcu!a cata!tica. Fo  emeratura % temeratura a !a entrada de! reformador rimario. "F"o  "resión % resión a !a entrada de! reformador rimario. (F(o  (!ujo mo!ar % f!ujo mo!ar a !a entrada de! reformador rimario "ara e! c#!cu!o de ?F se considerar# un di#metro de! reactor i-ua! a 1.5 m.

MH&-m29

 H&-m3

O Hc! ;

?=

4∗1.9064 2

@ ∗1.95

=6382.10

5o∗T o 0.7873∗895.85 5= = T T

.3 .445

D! Hm

3e93

/o H

,5.,5

#oH;ar

2.35

/o Hmo"-9

)).2

Reem!a+amos todos !os datos de !a anterior ta*!a % o*tenemos !a ecuación 13 RE@5UCIBN @e de*en reso!ver conjuntamente !as ecuaciones diferencia!es 4F 5F &F )F ,F F 1F 12 % 13F introduciendo en e!!as !as ecuaciones com!ementarias 11F adem#s de !as eGresiones de caacidad ca!orfica % enta!as de reacción 7ue son deendientes de !a temeratura. Estas ecuaciones se resue!ven or e! simu!ador P@P@F tomando en cuenta !as si-uientes condiciones inicia!es

Ecuación

Condición inicia"

4

Kmol ; E!o =56.83 h

5

; Esto= 0.0041

&

; H 2 o=722.27

)

Kmol ; !o=0 h

,

; Etileno o=0



; tol o=0

1

; met o= 0

12

T o=895.85 K

Kmol h Kmol h

Kmol h

Kmol h Kmol h

13

0o=2.395 ¯¿

Adem#s se considerar# un di#metro de reactor i-ua! a 1.5 m. :os resu!tados dados or e! ro-rama son !os si-uientes •

8ariación de! f!ujo mo!ar tota! a !o !ar-o de! reactor

•

8ariación de !a temeratura % resión a !o !ar-o de! reactor

?rafica de !a temeratura

•

(!ujos mo!ares de !os comuestos a !o !ar-o de! reactor

?r#fica

:.2.2 Reactor de ec9o Em!acado R12, "ara e! se-undo reactor se usar# !as mismas consideraciones tomadas ara !a reso!ución de! reactor R912F considerando otras condiciones inicia!es ara !as ecuaciones diferencia!esF !as cua!es son tomadas de !as sa!idas de! reactor R9120ara !os f!ujos mo!ares de cada comonente % de! intercam*iador de ca!or E9112 0ara !a resión % temeratura de entradaF siendo estas

Ecuación

Condición inicia"

4 5

Kmol ; Esto= 24.08 h

&

Kmol ; H 2 o=722.27 h

)

; !o=0.3262

,

Kmol ; Etilenoo =0.3262 h



; tolo=1.3574

1

; met o=1.2485

12

T o=879.85 K

13

0o=1.87 ¯¿

am*iHn se maneja un di#metro de reactor de 1.5 m. :os resu!tados dados or e! ro-rama son !os si-uientes •

Kmol h

; E!o=31.18

8ariación de! f!ujo mo!ar tota! a !o !ar-o de! reactor

Kmol h

Kmol h Kmol h

•

8ariación de !a temeratura % resión a !o !ar-o de! reactor

?rafica de !a temeratura

•

(!ujos mo!ares de !os comuestos a !o !ar-o de! reactor

?r#fica

CNC5U@IBN :os dos reactores 7ue ser#n em!eados en e! resente ro%ecto tendr#n !as mismas dimensionesF ermitiHndonos o*tener un mejor rendimiento. @us caractersticas ser#n !as si-uientes

Di*metrom6

1.5

on&itudm6

1.

asa de

4.14

cata"i
214&

cata"i
.445

.3.

K+NA DE #%RIICACIQN

.3.1. Air Coo"er M3,1 :os intercam*iadores de ca!or air9coo!er son mu% raramenteF si a!-una ve+F dise6ados or !a coma6a usuariaF %a 7ue !os mejores dise6os fina!es son rearados or !os fa*ricantes esecia!i+ados en este nico dise6o re7uiriendo de datos esecia!es Una ve+ 7ue se !a reacción se da*a a ca*oF era necesario 7ue !a corriente de sa!ida de! reactor sea enfriadaF or !o 7ue se decidió introducir en nuestro "(D de! simu!ador P@P@F un cooler F e! cua! necesita*a una otencia enorme ara su funcionamientoF or !o 7ue se decidió tra*ajar con un e7uio muc
9 'uando se dan fu-as de f!uidos de! rocesoF es oco ro*a*!e 7ue afecte a! venti!ador o a! motor. 9 En !a orientación de!
#R+#IEDAD >umedad /em!eratura HC #resión Hatm

Aire 1 L 25 .)&50'**a

Resultados simulador

:os datos o*tenidos a travHs de! simu!ador son

Donde se uede areciar !as caractersticas ótimas de !a arte mec#nica as como de !a arte de transferencia de ca!or ara e! roceso !anteado. :as caractersticas mec#nicas ótimas se-n e! simu!ador son

Adem#s de !as caractersticas dimensiona!es de! e7uio

De esta forma se o*tienen !as dimensiones adecuadasF distri*ución % caractersticas mec#nicas de! Air 'oo!er adecuado ara e! roceso.

.3.2. )e!arador trif*sico >3,2

"ara e! c#!cu!o de! #rea de! searador trif#sico usaremos e! mHtodo rouesto or !a referencia Z1&[F !a cua! tam*iHn nos indica 7ue es m#s conveniente usar un searador
)istema

)istema In&"s

/em!eratura de

internaciona" 4 '

14 (

o!eración #resión de

12).& S"a

1,.51 si

o!eración Mravedad

1.1

1.1

es!ecfica de" a&ua 'iscosidad de

.53& c

.53& c

"uido or&*nico Mravedad

.,)2

.,)2

&.552 m3<

,).4,, *d

es!ecfica de "uido or&*nico "ujo vo"umtrico de" "uido or&*nico

C7lculo del di7metro del separador @e usar# !a ecuación ¿

B cl =C

(

' hl − '¿ 7

)

∗0.785∗ +v 2

Dónde B cl =1lu2o volumtrico dellí$uido orgInico enb#d ' hl = gravedad es#ecí1icadel agua ' ¿ =gravedad es#ecí1icadel lí$uido orgInico 7= viscosidad del lí$uidoorgInico en c#

+v = diImetro del se#arador en #ies

En !a ecuación se considera un di#metro de artcu!a de! a-ua de 2 micronesF % se-n ¿ !a ta*!a 12.3 de !a referencia 1&F C =1100 .

Reem!a+ando !os va!ores tenemos +v =2.11 #ies= 0.643 m

C7lculo del volumen del separador @e-n !a referencia 1&F ara !o-rar una *uena searación de! !7uido or-#nicoF se de*e manejar un tiemo de residencia entre 5 a 1 minutosF or !o tanto se manejar# un va!or medio J res=

volumen caudal 3

min∗1 h m ∗20.05 =1.67 m3 volumen =5 h 60 min

C7lculo la altura del separador

v =@

+v 4

2

∗ H v

Reem!a+ando va!ores H v =5.13 m

Conclusiones :as caractersticas de este searador trif#sico ser#n

ar&o m6

5.13

Di*metro m6 /iem!o de

.&43

resisdencia min6

5 min

()*)* Torre de destil$i+n D,*1-

anto !a torre de desti!ación D931F como !a D9311F de*en tra*ajar a resiones reducidasF de*ido a !a tendencia de! estireno a o!imeri+arseF or !o tantoF se de*er# oerar en condiciones eGtremasF !as cua!es fueron determinadas or !a emresa :ummus @MAR. Es imortante reca!car 7ue !a torre de*er# contar con ema7ue en !u-ar de !atosF ero este ema7ue de*e ser ordenadoN de modo 7ue se -aranti+a una menor cada de resión roia de !os ema7ues esta e7ue6a cada de resión minimi+ar# !a diferencia de temeraturas a !o !ar-o de !a co!umnaF or !o tanto e! re*oi!er no necesitara demasiada temeraturaF reviniendo de manera crucia! !a o!imeri+ación de! estireno roducido. Condiciones de operacin @e-n !o 7ue se desea o*tener % se-n :ummusF tenemos

Corriente

A!imentación Desti!ado

Com!uestos

racción mo"ar

E9*enceno Estireno o!ueno /enceno o!ueno

.3&4, .5,45 .4, .,2 .,11

(ondos

/enceno E9/enceno Estireno

.1)) .3,35 .&145

Adem#s "resión de oeración

2&.&& Sa

emeratura de! condensador 5 ' emeratura de! re*oi!er

) '

emeratura de a!imentación

4 '

C7lculo del n
[ ] xi

x r

= i∗ & min

d

[ ] xi

x r

b

Donde x i x r

K !a ra+ón entre !a concentración de cua!7uier comonente i resecto !a

concentración de un comonente de referencia rF % !os sufijos d % * indican e! desti!ado 0d % e! residuo 0*. & min  i

K nmero mnimo de etaas a ref!ujo tota!F inc!u%endo !a ca!dera.

K vo!ati!idad re!ativa romedio de! comonente i con resecto a! comonente de

referencia. De*ido a 7ue se trata de un roceso iterativoF se rea!i+ó e! rocedimiento en una
& min =12.88 3 13 eta#asteoricas

"ara !as condiciones de !a a!imentación se em!earan 25 !atos o etaas. C7lculo del re!lu;o m8nimo 6 el relu;o de operacin "ara ta! roceso se usó !a ecuación de Underood  i xid

∑  −L = 9

min

+1

i

Dónde  i

K vo!ati!idad re!ativa romedio de! comonente i con resecto a! comonente de

referenciaF 7ue -enera!mente es e! comonente m#s esado. 9min

x id

K Ra+ón de ref!ujo mnima K!a concentración de! comonente i en e! desti!ado a ref!ujo mnimo

L es !a ra+ cuadrada de !a ecuación  i x i1

∑  −L =1− $ i

Donde x i1 K !a concentración de! comonente i en !a a!imentación % 7 deende de !a condición de! a!imento. Reso!viendo de manera iterativa estas ecuaciones se o*tuvo 9min =9.463

"ara nuestra oeración se fijó 9=12

5ocali4acin del punto de alimentacin @e usó !a ecuación emrica de Sir*ride

[ ]

[( )( )( ) ]

& r ! x 1 HK x b)K lo% =0.206 lo% & s + x 1 )K x bHK

2

Dónde & r

K nmero de etaas or encima de !a a!imentaciónF inc!u%endo cua!7uier

condensador arcia!. & s

K nmero de etaas or de*ajo de !a a!imentaciónF inc!u%endo !a ca!dera

x 1 %HK

Kconcentración de! comonente c!ave esado en !a a!imentación

x 1 )K K concentración de! comonente c!ave !i-ero en !a a!imentación x d%)K

K concentración de! comonente c!ave esado en e! roducto de ca*e+a

x b%HK

K concentración de! comonente c!ave !i-ero en e! roducto de ie

Rea!i+ando e! c#!cu!o se o*tuvo "!ato de a!imentación 1 =i7metro 6 longitud de la columna 'on !os datos o*tenidos en !as anteriores secciones se udo o*tener +columna= 2.04 m

"ara e! c#!cu!o de !a a!tura consideraremos

/i!o de em!aue "a!! rin/er! @add!e  Inta!oG sad!e

/amao de" em!aue mm 25 3, 5 25

>E/#B m .49.5 .&9.)5 .)591 .49.5

3, 5 25 a 5

Rasc
.&9.)5 .)591 1

@e-n !a referencia 1,F !a a!tura de !a co!umna ser# e! nmero de etaas or !a a!tura de! re!!eno esco-idoF en nuestro casoF ani!!os "a! H columna= 25∗0.4 =10 m

Conclusiones :as caractersticas de esta co!umna de desti!ación mu!tif#sica

ar&o m6

1

Di*metro m6 Numero de eta!as

2.4 25

teóricas Ref"ujo

12

.3.4 /orre de desti"ación D32, Esta co!umna oera de manera arecida a !a anteriorF a continuación se deta!!a Corriente A!imentación Desti!ado (ondos

Com!uestos

racción mo"ar

E9*enceno Estireno E9/enceno Estireno o!ueno E9/enceno Estireno

.3,35 .&145 .4& .2 .52 .1 .

Adem#s "resión de oeración

, Sa

emeratura de! condensador &.&1 ' emeratura de! re*oi!er

&.1 '

emeratura de a!imentación

) '

Conclusiones :as caractersticas de esta co!umna de desti!ación mu!tif#sica

ar&o m6

21.&

Di*metro m6 Numero de eta!as

2.4 54

teóricas Ref"ujo

15

am*iHn se em!ear# ani!!os "a! ara e! re!!eno de esta co!umna.

1, An*"isis de" #ro$ecto 1,.1 An*"isis económico de" #ro$ecto :a ma%ora de !os ro%ectos de dise6o de in-eniera 7umica se !!evan a ca*o ara roorcionar información a artir de !a cua! estimaciones de costes de! caita! % de oeración se ueden
1

Capacidad de produccin de la planta

"ara estimar !a roducción se tomaron en cuenta !os si-uientes criterios •

:a situación actua! de demanda de! roducto en e! mercado naciona!

•

Una ro%ección de demanda vs. roducción en 5 a6os

•

Disoni*i!idad de materia rima

AsF se
Reactivo

#ure
#recio H7us-/on

Eti";enceno Cata"i
.5

551.15

1

5

)uministro

%nidad

#recio H7us-%nidad

Ener&a E"ctrica A&ua !ara "avado

ST<

.23

M3

WDe o+o

odo e! an#!isis economico se uede ver deta!!ado en e! aHndice 0an7lisis econmico de la planta de produccin de estireno2%

1,.2 Determinación de costos de Inversión :a determinación de !os costos de e7uios se rea!i+a se-n e! mHtodo de Mut9rie resentado en !a recoi!ación de Dimne4 023 so*re an#!isis de costos de inversión as como con !a estimación or medio de simu!adoresF ara a7ue!!os e7uios 7ue no se
C mda= C md +( C 1ob −C b )

P C modulo =1.15 x C mda

Donde 'módu!o nos indica e! costo rea! de! e7uio en !a actua!idad % ' mda modu!o corre-ido en *ase a! módu!o desnudo. Costos economicos air cooler -G+1 :os costos de! Air coo!er son ca!cu!ados con !a *ase de datos resente en e! simu!ador. @e toma en cuenta todas !as caractersticas mec#nicas % dimensiona!es de! e7uioF adem#s de! materia! a usarse % su distri*ución. :os costos estimados son

=eterminacin del costo del separador bi!7sico H-G+&

En !a determinación de! costo de! searador se usa !a
A travHs de estas ecuaciones % a !os deta!!es de! searador tenemos

De esta forma se determinan !as caractersticas de! searadorF as como su costo % dimensiones. 'a*e resa!tar 7ue a! tratarse de una
"ara determinar e! costo de !a torre de a*sorción se !o considera como un reciiente de a!macenaje de caractersticas esecia!es. @e-n Dimne4 tenemos

De! Aartado .2.4. o*tenemos !as caractersticas

de

nuestro

desti!ador D K 2.4 m  K 1 m De !a -r#fica encontramos un costo *ase Costobase =10000 M us

De !a otra -r#fica se determina ; # =2.5

; m =1.00

De esta forma se determina 7ue e! costo de! torre de desti!ación sin ajuste Costo =Costo!ase x ; # x ; m

Costo'in2ustar =10000∗2.5∗1.00=25000 M us

$*teniendo e! va!or =orma!i+ado suoniendo un factor de módu!o de i-ua! a 1 Costo =25000 x 1=25000 M us

E! va!or rea! de! e7uio se determina or

Costo9eal =25000 + ( 25000 −10000 )= 40000 M us

"ara e! ema7ue e! recio or metro cu*ico de "a! rin- meta! 0forma ordenada de una u!-adaF es de 5Ous. E! vo!umen de !a co!umna de desti!ación ser# de 32.&, m 3. Costodel em#a$ue=metros cubicos∗ costo #or m

3

=32.68∗500 =16342.56

[ ] M us m

3

@umando !os va!ores ara
'orri-iendo e! va!or ara e! a6o en curso e introduciendo un mar-en de! 15L ara contin-encias C osto9ealTotalctual +− 310=56342.56 x 3.47 x 1.15 =224835.06 M us

.orre de destilacin =-G&+ "ara determinar e! costo de! desti!ador se !o considera como un reciiente de a!macenaje de caractersticas esecia!es. @e-n Dimne4 tenemos

De! Aartado .2.5 o*tenemos !as caractersticas de nuestro desti!ador D K 2.4 m  K 21.& m De !a -r#fica encontramos un costo *ase Costobase =15000 M us


; m =1.00

De esta forma se determina 7ue e! costo de !a co!umna de desti!ación sin ajuste Costo =Costo!ase x ; # x ; m



E! va!or rea! de! e7uio se determina or Costo9eal =37500 + ( 37500 −15000 )=60000 M us

"ara e! ema7ue e! recio or metro cu*ico de "a! rin- meta! 0forma ordenada de una u!-adaF es de 5Ous. E! vo!umen de !a co!umna de desti!ación ser# de &,.,3 m 3. Costodel em#a$ue=metros cubicos∗ costo #or m

3

=68.83∗500 =34417.44

[ ] M us m

3

@umando !os va!ores ara
'orri-iendo e! va!or ara e! a6o en curso e introduciendo un mar-en de! 15L ara contin-encias C osto9ealTotalctual +− 310=94417.44 x 3.47 x 1.15= 376772.80 M us

>omba centr8!uga 5-G+G

@e determina e! costo de !a *om*a centrfu-a de i-ua! forma 7ue en !os casos anteriores

De acuerdo a! *a!ance de masaF 'K2.1513 0 m&  7ue es i-ua! a hr

.45 -m.

/om*a centrfu-a 'ar-a K .45 -m "resiónK3,.5 si

@iendo ' K 3&4.)) -m. si De !a -r#fica encontramos un costo *ase Costobase =300 M us

De !a -r#fica suerior se determina ; o =¿

1

; m =1.93

De esta forma se determina 7ue e! costo de !a *om*a sin ajuste Costo =Costo!ase x ; o x ; m

Costo'in2ustar =300∗1∗1.93=579 M us


E! va!or rea! de! e7uio se determina or Costo9eal =579 + ( 579 −300 )=858 M us

'orri-iendo e! va!or ara e! a6o en curso e introduciendo un mar-en de! 15L ara contin-encias

C osto9ealctual =858 x 3.47 x 1.15 =3423.85 M us

Intercambiador de Calor E-11&

"ara e! c#!cu!o de! costo de! intercam*iador de ca!orF 'ou!son nos !antea n

C e= a + b '

Dónde C e

Kcoste de! e7uio ad7uirido

aF *K constantes de costes de !a referencia 1, @K ar#metro de tama6oF ara e! intercam*iador en m 2 de #rea de intercam*io @e-n !a ta*!a de !a referenciaF de tu*o % cora+a a =24000 b =46

n =1.2

@K42,.&1 ies2K3.,2 m2 Entonces C e= 27827.84 M us

'omo !a referencia usa va!ores de! a6o 21F no se considera necesaria nin-una corrección % C osto9ealctual =27827.84 M us Reactor de 5ec"o Empacado R-11+ 6 R-1&+ "ara determinar e! costo de! reactor se !o considera como un reciiente de a!macenaje de caractersticas esecia!es. @e-n Dimne4 (J) tenemos

De i-ua! forma 7ue e! intercam*iador de ca!or E9111 rocedemos a ca!cu!ar !as diferentes varia*!es económicas ara este tio de e7uios De! Aartado .2 $*tenemos !as caractersticas de nuestro reactor D

K 1.5 m



K1m De !a -r#fica encontramos un costo *ase

Costobase =700 M us


; m =2.25

De esta forma se determina 7ue e! costo de! reactor sin ajuste Costo =Costo!ase x ; # x ; m



E! va!or rea! de! e7uio se determina or Costo9eal =1575 + ( 1575 −700 )= 2450 M us

'orri-iendo e! va!or ara e! a6o en curso e introduciendo un mar-en de! 15L ara contin-encias

C osto9ealctual =2450 x 3.47 x 1.15 =9776.73 M us

1,.3 Determinación de #ar*metros Económicos .IR 6 A9N

"ara !a determinación de! 8A= se uti!i+a e! mHtodo de ro-resión anua! sim!eF % ara e! IR tam*iHnF este c#!cu!o se uede o*servar a m#s deta!!e en e! aHndice 0an7lisis econmico de la planta de produccin de estireno2* tam*iHn se consideró e! in-reso or ventas de! to!ueno % e! *enceno ero resumiendo odemos decir ara e! ro%ecto sin financiamiento (& =3685562,1 M us

TN9 =17.26

$*servamos 7ue se trata de un ro%ecto via*!eF sin em*ar-o ara ase-urarnos !a esta*i!idad de !a !antaF se decidió ad7uirir un e7ue6o crHditoF resu!tando (& =6184889,3 M us

TN9 =20.77

@iendo mucene!icioKCosto 6 Recuperacin de Capital :a re!ación /eneficio 'osto es 1F3& % !a recueración de caita! se da en e! se-undo a6oF todo esto tam*iHn se ve deta!!ado en e! aHndice 0an7lisis econmico de la planta de produccin de estireno2% 8iendo todo estoF se uede conc!uir 7ue es un ne-ocio *astante renta*!eF %a 7ue es !o 7ue !os indicadores nos dicen.

1,.4 #ro&rama de Inversión Dentro !a im!ementación de! ro%ecto =iseLo de una Planta u8mica para la produccin de estireno se tiene un !an de ejecución de! ro%ecto teniendo en cuenta !as condiciones !e-a!es % civi!es ertinentes a !a Re*!ica de /o!ivia. A continuación se muestra !as etaas ara !a ejecución de! ro%ecto Estireno dentro !os ar#metros anteriormente mencionados

estin de Financiamiento :a -estión de financiamiento se rea!i+a con !a co!a*oración % articiación de !os socios invo!ucrados en e! ro%ecto. As mismo se retende *uscar e! financiamiento de otras emresas afines o consorcios rivados 7ue deseen invertir en !a resente rouesta.

"ara esto se recurre a !a rea!i+ación de un !an de -estión con !os socios9accionistasF en e! 7ue se estiu!ar# todas !as inversiones % caita! 7ue cada uno de e!!os invertir# en e! ro%ecto. :as cantidades de inversión 7uedan fijadas de acuerdo a! an#!isis económico en e! aHndice de eva!uación financiera con a%uda de !as
2000000 M us con crdito

( #rstamo anual % al 10 de intersanual % con cuotas de #agoanuales) @i se o*serva e! A=E^$ 1F se uede ercatar 7ue no es necesario crHditoF de*ido a 7ue e! ro%ecto es via*!e or s mismoF sin em*ar-o e! crHdito se rea!i+a ara oder su*sanar cua!7uier imrevistoF adem#s 7ue se de*e recordar 7ue e! resente an#!isis es sim!emente una aroGimación % or !o tanto resenta un mar-en de error. estin legal

Durante !a etaa de ?estión :e-a!F se retende
@e esta*!ece !a constitución de! tio sociedad comercial como Sociedad 5nónimaF or !o 7ue se rea!i+a todo e! acto forma! escrito corresondiente frente a! notario de (e "*!ica ara su osterior re-istro en e! servicio de Imuestos =aciona!es % en (unde Emresa @anta 'ru+. :a u*!icación !cita en un diario de circu!ación naciona! junto con !a o*tención de !a !icencia de funcionamiento son !os asos a revios antes de !a -estión roia de! ro%ecto. A continuación se o*tiene e! re-istro de !a coma6a en !a A(" 0Administradora de (ondo de "ensiones % e! corresondiente re-istró en e! ministerio de tra*ajo. De esta manera se rene % va!ida todos !os re7uisitosF con un !a+o de tiemo tr#mites de aroGimadamente  das.

estin del pro6ecto

:a fase de ?estión de! "ro%ecto se a*oca rincia!mente a !a desi-nación de !os e7uiosF estructura de !a !anta % su or-ani+ación. :os e7uios son desi-nados % estudiados en un tiemo aroGimado de 2 mesesF en esta etaa se o*tiene e! rimer dise6o % estimación de !os e7uios 7ue se usan en e! roceso montados se-n !os re7uerimientos de! mismo. "ara esto se contar# con e! ersona! adecuado en cuestión de dimensionamientos. :a comraF imortaciónF uesta en uertoF uesta en aduana e insta!ación de !os mismos 7ueda sujeta a !as disosiciones !e-a!es vi-entes en e! territorio naciona!F tanto en materia !e-a! como en tiemos de oeración % -estión. De !a misma manera se rea!i+a toda !a estructura de in-eniera % or-ani+aciona! de! ro%ecto durante un esacio aroGimado de 2 meses.

Construccin de obras civiles

En !o 7ue resecta a !a construcción de !as o*ras civi!es de !a "!antaF se rea!i+an !as coti+aciones ertinentes a! casoF con consentimiento de !os socios9accionistas % si-uiendo e! estudio de Ubicacin 6 empla4amiento con un romedio de estudio de 4 semanas. :as o*ras civi!es una ve+ ad7uirido e! terreno se !!evan a ca*o en aroGimadamente 11 mesesF en !os cua!es e! contratista determina % rea!i+a todas !as coti+aciones de! materia! de construcciónF as como !a contratación de! ersona! adecuado 0in-enierosF ar7uitectosF a!*a6i!es % oerarios % !a construcción de !a o*ra -ruesa % fina de !a "!anta.

Instalacin 6 monta;e "osterior a !a conc!usión de !as o*ras civi!esF su entre-a resectiva % !a verificación de !a misma se rosi-uen con !a insta!ación % montaje de !os e7uiosF sistemas % accesorios ertenecientes a! roceso. @e verifica tanto !a or-ani+ación esacia! de !a industria as como !os rie-os osi*!es % !as fa!!as 7ue uedan eGistir durante e! roceso. E! tiemo de insta!ación % montaje 7ueda sujeto a !os tiemos en 7ue se cum!en tanto !as o*ras civi!es como !a imortacióncomra de e7uios.

Contratacin de personal 6 capacitacin De acuerdo a !a sección ,.5. se rea!i+a tanto !a receción de '8Xs como !a contratación directa de! ersona! de tra*ajo. E! ersona! de*e cum!ir con todas !as normas !e-a!es eGi-idas tanto or !a emresa como or !a -estión *!ica naciona!F de esta formaF de acuerdo a! -rado de caacitaciónF esecia!idad % rama tHcnica de !os ostu!antes se determina su disosición en !as diferentes #reas de! roceso 0in-enieraF -estión de ca!idadF comercia!i+ación % otros.

1,.i;"io&rafa 01 :id*acF A. @t%rene 
A"=DI'E 1 9n7lisis Econmico de la Planta de Produccin de Estireno A"=DI'E 2 =iagrama de la planta A"=DI'E 3 .ablas resumen del balance de masa 6 energ8a

G
M<2.2: M#c'a%o #(i'=#$c#$o M<2.6: M#c'a%o #ac(ios E<222: Ca'%#a %# a;o ;o co*=)s(iJ$ E<226: Ca'#$(a%o %# 'a *#c'a a$(#s %# #$(a a s) s#g)$%a #(a;a %# #acciJ$ E<22/: a;oia%o %# #(i'=#$c#$o L<22.: Bo*=a %# ag)a

%# %# %#

E<22/: Coi#$(# %# #$#g!a a)>i'ia Di'ia ;aa #=oi'# Di'ia Di'ia ;aa #=oi'# D
R<62.: R#ac(o ca(a'!(ico %# '#cho #*;aca%o+ R<66.: R#ac(o ca(a'!(ico %# '#cho #*;aca%o+

/a!ance de Masa

%#

BALANCE DE MASA Númer odecor ri ent e ompone nt e[ kg/h]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

14

16

17

C

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

H

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

N2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

O2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

S

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

CO2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

SO2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Bence no

3868. 8 7

6033. 3 5

6035. 3 5

6035. 35

3310. 24

3310. 24

2211. 31

2211. 31

34. 85

24176. 4 7

-

Es t i r e no

-

0. 4271

0. 4271

0. 4271

2508. 01

2508. 01

3457. 81

3457. 81

37. 03 1

3420. 78

-

Tol ue no

-

10. 037 8

10. 037 8

10. 0378

125. 07

125. 07

220. 50

220. 50

9. 10

211. 40

-

Be nc e no

-

-

-

-

25. 47

25. 47

40. 79

40. 79

4. 78

36. 02

-

36. 02

-

Hi dr óg eno

-

-

-

-

46. 02

46. 02

62. 32

62. 32

62. 32

-

-

-

-

Et i l e no

-

-

-

-

9. 15

9. 15

14. 65

14. 65

14. 65

-

-

-

-

Me t ano

-

-

-

-

20. 0288

20. 0288

36. 64

36. 64

36. 64

-

-

-

-

H2O

-

-

-

13011. 8 4 19055. 7 9

13011. 8 4 19055. 7 9

13011. 8 4 19055. 7 9

-

6043. 9 4

13011. 8 4 19055. 7 9

-

6043. 9 4

13011. 8 4 19055. 7 9

TOTAL

3868. 8 7

12973. 0 4 236. 7 12973. 0 5846. 10 1 4 37. 96

-

BALANCE DE MASA Númer odecor ri ent e Compone nt e [ kg/h]

19

21

22

23

24

25

26

C

-

-

-

701. 78

-

-

-

H

-

-

-

79. 86

-

-

-

N2

-

-

-

4. 84

9321. 76

O2

-

-

-

13. 71

S

-

-

-

CO2

-

-

SO2

-

EBe nce no

9321. 7 6

-

265. 28

265. 28

-

5. 65

-

-

-

-

-

2573. 12

-

-

-

7. 92

7. 92

-

-

-

-

-

-

-

-

Es t i r e no

-

-

-

-

-

-

-

Tol ueno

-

-

-

-

-

-

-

2573. 1 2

-

Bence no

-

-

-

-

-

-

Hi dr óge no

-

-

-

-

-

-

-

Et i l e no

-

-

-

-

-

-

-

Me t ano

-

-

-

-

-

-

-

13011. 8 4 13011. 8 4

13011. 8 4 13011. 8 4

13011. 8 4 13011. 8 4

-

890. 82

890. 82

806. 64

449. 36

H2O TOTAL

2176. 1 2175. 7 2 6 3420. 7 0. 4 3 7 201. 5 5 0. 35

13011. 8 4 13011. 8 449. 36 4

238. 5 2

5606. 7 4

2186. 0 5

0 34

34

Diseño de una planta química para la producción de estireno

Recommend Documents