DISEÑO Y SELECCION DE TECNOLOGIA PARA LA PRODUCCION DE ACETATO DE METILO

INDUSTRIA DE LOS PROCESOS QUÍMICOS ORGÁNICOS




PRESENTACION

En nuestro país la industria química en la de fabricación de pinturas ha crecido considerablemente, con sus tecnologías y procedimientos trabajan con diversas sustancias químicas todas ellas de suma importancia para un adecuado proceso productivo, entre dichas sustancias químicas se encuentra nuestro objeto de investigación en el presente trabajo, acetato de metilo, el cual como se sabe es un disolvente volátil, por eso se utiliza en las pinturas de secado rápido y para la fabricación de adhesivos de celuloide, a menudo en soluciones de laca para disminuir la viscosidad. Puede ser utilizado en perfumería y en la fabricación de tintes; en el presente trabajo se observara todo el procedimiento que se requiere para el diseño de una planta de acetato de metilo en el Perú . Se analizara los diferentes tipos de procesos con los cuales podemos obtener el acetato de etilo, diseñar sus equipos y conocer las condiciones de operación favorables para su producción haciendo una investigación, estudios de mercado, cálculos en ingeniería , que nos permitan realizar este proyecto, haciéndolo viable, y rentable .Teniendo en cuenta la tendencia cada vez mayor de la industria química hacia los nuevos procesos que se deben cumplir requisitos tales como generación de casi cero residuos químicos, menos energía, y los usos adecuados de los productos químicos en diversos productos y aplicaciones. En muchos casos la terminación de las reacciones químicas está limitada por el equilibrio entre la alimentación y el producto. Entonces, el proceso debe incluir la separación de esta mezcla en equilibrio y el reciclado de los reactivos. Los pasos fundamentales del proceso de traer los materiales juntos, haciendo que reaccione, y separando después los productos a partir de reactivos son comunes a muchos procesos.

1 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


ÍNDICE

I.

INTRODUCCION INTRODUCCION............................................................................................................... ............................................................................................................... 4

1.1

Objetivo General ................................................................. ............................................................................................................ ........................................... 5

1.2

Objetivo Especifico ............................................................. ......................................................................................................... ............................................ 5

1.2

Justificacion ................................................................................................................... 5

II.CREACIÓN, ORGANIZACIÓN, PLANIFICACIÓN, PROGRAMACIÓN Y CONTROL DEL PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCION DE METILO .................................................................. .................................................................................................. ................................ 6 2.1. Creación del proyecto de Instalación de una Planta ........................................................ 6 2.2. Organización del proyecto de una planta......................................................................... planta......................................................................... 11 2.1.2.Organigrama de la ingenieria del Proyecto Pr oyecto ................................................................... ................................................................... 12 2.3. Planificación................................................................... ........................................................................................................................ ..................................................... 13 2.4. Programacion para la Instalacion de una Planta ............................................................ 14 2.5. Evaluación y Control del Proyecto de Instalación Instalación ......................................................... 15 III. INGENIERIA DE PROCESOS ........................................................................................ ........................................................................................ 16 3.1. Desarrollo del proceso............................................................. ........................................................................................................ ........................................... 18 3.1.2. Insumos y Especificaciones.............................................................. ............................................................................................. ............................... 19 3.1.2 Diseño del Producto ......................................................................................................... 21 3.1.3 Investigacion y descripcion de la tecnologia ...................Error! Bookmark not defined.22 3.1.4 Analisis y selección de la tecnologia ............................................................ ............................................................................... ................... .25 3.2 Desarrollo de la tecnología seleccionada seleccionada ..................................................................... ......................................................................... .... 25 3.2.1 Descripción del proceso ................................................................................................... 25 3.3 Diseño del proceso de la tecnología seleccionada ............................................................. ............................................................. 46 3.4 Localización de la Planta ..................................................................... .................................................................................................... ............................... 28 IV. TAMAÑO DE PLANTA .................................................................................................... .................................................................................................... 42 4.1 Tamaño de planta Máximo........................................... Máximo................................................................................................. ...................................................... 43 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

2


4.2 Tamaño de Planta Intermedio ......................................................................................... 45 4.3 Tamaño de planta mínimo .................................................................................................. 47 4.4 Tamaño de planta optimo ................................................................................................... 60 4.5 Balance de materia .............................................................................................................. 63 4.5.1 Diagrama de bloques........................................................................................................ 65 4.5.2 Diagrama de flujo codificado .......................................................................................... 66 4.5.4 Plan Maestro ..................................................................................................................... 67 4.6. Diseño de equipos principales ........................................................................................... 68 4.6.1. Tanque de Dilución ......................................................................................................... 68 4.6.2 Reactor .............................................................................................................................. 75 4.7 Diseño de equipos de uso genérico .................................................................................... 80 a) Bombas................................................................................................................................... 81 a) Filtro ....................................................................................................................................... 82 4.8 Disposición de planta .......................................................................................................... 83 V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 149 5.1 Conclusiones ...................................................................................................................... 149 5.2 Recomendaciones .............................................................................................................. 150 VI BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 151 VII ANEXO ............................................................................................................................. 152



I.

INTRODUCCIÓN

Los acetatos de alcoholes son compuestos frecuentemente utilizados como disolventes en las industrias de fabricación de pinturas, tintas, colas, adhesivos, perfumes, así como, agente de extracción y materia prima de síntesis orgánica. El método convencional para la producción de acetato de metilo consiste en hacer ingresar a un reactor catalítico generalmente con catalizador de ácido sulfúrico diluido, a metanol y ácido acético a una temperatura adecuada de aproximadamente 50 ºC para luego separar al producto del agua mediante extracción o por destilación. Un proceso de esterificación convencional que pueden ser utilizados para la producción de acetato de metilo comprende la adición de una mezcla de alimentación que comprende el exceso de metanol y ácido acético a una esterificación con ácido acético acuoso y un catalizador ácido fuerte en condiciones de reflujo. Una mezcla de acetato de metilo, el agua y la reacción de metanol en exceso se toma aérea como un producto destilado. Un producto típico de éster de destilado obtenido por el uso de un alimento relación 2:1 molar de metanol: ácido acético en teoría debería incluir acetato de metilo 59,9%. Proceso Eastman Kodak para la producción de acetato de metilo de alta pureza a partir de metanol y ácido acético glacial en el que las funciones acético ácido acético, tanto como reactivo y como un agente de extracción. El proceso consiste en contracorriente que fluye alrededor de cantidades estequiométricas de ácido acético y el metanol a través de una columna de destilación reactiva solo en presencia de un catalizador ácido El procedimiento comprende además la eliminación continua de acetato de metilo de alta comprende además la eliminación de intermediarios punto de ebullición, como el propionato de metilo, metil-butirato, acetato de isopropilo, y sus mezclas, a partir de una corriente de vapor sidedraw. En este trabajo que se realiza para el curso de Ingeniería de los procesos Orgánicos se propone a la destilación reactiva como un método eficaz para la obtención del acetato de metilo. 4 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


DISEÑO DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCION DE ACETATO DE METILO OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Diseñar una planta para la producción de Acetato de Metilo

1.2 Objetivos Específicos 

Planificar el proceso para diseñar una planta para la producción de Acetato de Metilo.



Determinar la factibilidad termodinámica - económica del proyecto.



Determinar el tamaño para la planta de producción de Acetato de Metilo en el Perú.



Diseñar los equipos que se requieran para la implementación del proyecto.

1.3 Justificación Esta investigación servirá para diseñar correctamente una planta para la producción de Acetato de Metilo. Y a su vez determinar la viabilidad del proyecto para la instalación de la planta. Este proyecto servirá como referencia para proyectos futuros de investigación, beneficioso no solo para la industria de solventes.



II.

CREACIÓN, ORGANIZACIÓN, PLANIFICACIÓN, PROGRAMACIÓN Y CONTROL DEL PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCION DE ACETATO DE METILO.

CREACIÓN DEL PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCION DE ACETATO DE METILO. IDEA BASICA Acetato de metilo se utiliza como producto intermedio en la fabricación de una variedad de poliésteres tales como base de la película fotográfica, acetato de celulosa, plásticos celulósicos y acetato de Estron. Los procesos convencionales antes 1980 se utiliza múltiples reactores con un gran exceso de uno de los reactantes para lograr una alta conversión del éster. Sharma y Mahajani (2003) han discutido en detalle el proceso para la fabricación de metilo En nuestro país como en el resto del mundo, el acetato de metilo tiene gran aplicación como un disolvente en adhesivos, sistemas de pintura, agentes cosméticos y productos de limpieza. En todos estos factores radica la importancia de la creación del proyecto de instalación de una planta para su producción.

VER ANEXO 1:

Área Geográfica del Mercado.- nuestro mercado será LIMA inicialmente, en la capital se concentra la mayor demanda de ACETATO DE METILO y de otros productos, clientes para nuestra industria. El producto está dirigido principalmente a las. Industrias de tintas adeshivos asi como fabricación Una cantidad adicional de la sustancia se utiliza como producto intermedio en la fabricación de productos fitosanitarios, los edulcorantes y vitaminas.

Análisis de la Oferta.- La oferta es de un bien o servicio por parte de un producto a un precio establecido en un tiempo determinado. 6 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


El estudio de la oferta conlleva a determinar conclusiones acerca de los ofertantes existentes en el mercado y que para nuevo proyecto son considerados como la competencia. La oferta se determina por la capacidad instalada de los importadores y comercializadores presentes en el mercado, cabe mencionar que en nuestro país aun no existe ninguna planta de producción de acetato de metilo

Análisis de la Demanda.- El análisis de la demanda tiene como propósito fundamental obtener un estimado de aquellos volúmenes de producto que sean demandados en el futuro en este rubro se deben tomar los siguientes puntos: Identificación y localización de los consumidores. Serie histórica de la demanda: para estimar la serie histórica de la demanda se acude al consumo aparente. Cuyo cálculo se puede realizar usando la siguiente ecuación.

C=P+M-X Dónde: P=Producción nacional M= Importaciones X= Exportaciones VALOR

2.2.- ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ACETATO DE METILO. Para la organización del proyecto de instalación de una planta industrial de producción de Acetato de Metilo.se realizaran en base a una secuencia de actividades que será en forma serial o paralela que nos permitirá un orden en la realización de proyecto en el menor tiempo posible. Las decisiones principales a largo plazo del proyecto de instalación de una planta industrial se relacionan con el diseño del mismo y, a su vez, estas condicionarán las decisiones relacionadas con las operaciones corrientes del sistema o a corto plazo. Las decisiones a largo plazo son las siguientes.

Estudio de Mercado: La empresa, a través de su función de planificación, debe conocer su entorno competitivo y, en consecuencia, su mercado y la demanda que lo caracteriza, de forma FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

7


que pueda determinar si existen oportunidades o necesidades sin cubrir. Si ello es así se deberá estudiar la viabilidad teórica del nuevo producto.

B. Evaluación del proceso: Aquí realizaremos la investigación, análisis y selección de la tecnología.

Selección de la Tecnología: La empresa debe decidir, después de haber hecho un análisis de aspecto técnico y económico según la factibilidad del producto, en términos de costos y de los beneficios esperados, cuál será el proceso tecnológico a emplear, dentro de las alternativas conocidas y las propias características del producto. En este tipo de decisión se establecerán la procedencia y disponibilidad de la materia primaria como el costo de la materia prima).las clases de bienes de equipo e instalaciones técnicas que se precisan.

C. Programación del proyecto: Aquí determinaremos el tiempo en el cual va a realizarse el proyecto que puede ser de manera secuencial en cada actividad y en algunos casos las actividades se realizaran en forma paralela para optimizar el tiempo.

D. Contrato de diseño y construcción: Se buscara a los ingenieros y personas altamente calificadas para la realización de los planos y diagramas que servirá para la construcción de los equipos y de la planta.

E. Diseño del proceso: Se realizara la secuencia del proceso con el cual se desarrollará los planos y los diferentes tipos de diagramas como son el diagrama de flujo, el diagrama de bloque, el diagrama de distribución, etc.

F. Diseño detallado: Se desarrollara la elaboración de los planos para la construcción de equipos involucra también obras para su instalación en cual involucra aspectos del sistema, mecanismos detallados del equipo, estructura, instalación eléctrica, ubicación de los equipos, etc. 8 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


G. Adquisición de equipos y materiales: Esta área se encargara de la compra de los materiales a usar para la construcción de los equipos principales y la compra de los equipos de uso genérico como son las bombas y los diferentes materiales para el funcionamiento de la planta.

H. Construcción: Aquí se realizará la construcción de la planta haciendo uso de los planos y la maqueta hecha a escala.

I. Puesta en marcha: La puesta en marcha será inicialmente con agua con el objetivo de comprobar que los equipos estén funcionado correctamente y luego realizaremos una corrida con un porcentaje menor de la producción optima haciendo uso de varias corridas para comprobar que nuestro producto obtenido cumple con las Normas de calidad establecido, para luego empiece el funcionamiento de la planta. ESTUDIO DE MERCADO

EVALUACION DEL PROCESO

PROGRAMACION DEL PROYECTO

CONTRATO DE DISEÑO Y CONSTRUCCION

DISEÑO DEL PROCESO

DISEÑO DETALLADO

ADQUISICION DE LOS MATERIALES Y EQUIPOS DE USO GENERICO

CONSTRUCCIÓN DE LOS EQUIPOS PRINCIPALES

CONSTRUCCION DE LA PLANTA

PUESTA EN MARCHA



2.2.1 ORGANIGRAMA DE LA INGENIERÍA DEL PROYECTO

El organigrama es la representación gráfica de las secuencias de las actividades que serán realizadas durante el desarrollo del proyecto de instalación de la planta industrial de conservación del materia prima los cuales implican responsabilidades que tendrán que realizarse en un tiempo determinado, además de indicar la interacción de estos. A continuación se presenta el organigrama del proyecto de instalación de una planta industrial a escala: Inversionista (s)

Gerencia de Proyecto

Estudio de Prefactibilidad y Factibilidad

Estudio de mercado

Evaluación del proceso (planta piloto)

Ingeniería del proceso

Desarrollo del proceso, analizar y seleccionar la tecnología

Diseñar el proceso de la tecnología seleccionada

Elaborar los diagramas de procesos bloque, flujo y banderas

Evaluación y optimización económica

Diseño detallado de ingeniería

Diseño de equipos principales y de uso genérico en forma

Instrumentación cableado y automatización de c/u de los equipos

Diseño de la estructura y ubicación de los equipos.

Adquisición de materiales para la construcción de los equipos y maquinarias

Montaje de los equipos en la planta industrial

Construcción de los equipos principales y maquinarias

Panel de control e instalación eléctrico de los equipos en la planta.

Adquisición de equipos de uso genérico.

Inspección

Operación

Datos e información del proceso

Puesta en marcha



2.3. PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE ACETATO DE METILO 2.3 PLANIFICACION DEL PROYECTO DE UNA PLANTA INDUSTRIAL

En esta etapa planificaremos el proyecto, los medios para alcanzar el diseño y la instalación de una planta para la producción de acetato de metilo. ACTIVIDADES Estudio de Mercado

A

Selección de la tecnología

B

Tamaño de Planta

C

Control de producción

D

Diseño de Proceso

E

Localización y distribución en planta

F

Construcción de los equipos

G

Adquisición de equipos de uso genérico

H

Construcción de planta

I

Adquisición de insumos o materiales

J

primas Puesta en marcha

K



2.4 PROGRAMACIÓN PARA LA INSTALACIÓN DE LA PLANTA DE PRODUCCION DE ACETATO DE METILO. Consiste en idear y coordinar las acciones para la realización de la instalación de la planta industrial en función de las acciones programadas en un tiempo determinado.

DURACIÓN – TIEMPO EN MESES ACTIVIDADES i. i. i. . . i. i. i. . . i.

Estudio de Mercado Selección de la tecnología Tamaño de Planta Control de producción Diseño de Proceso Localización y distribución en planta Construcción de los equipos Adquisición de equipos de uso genérico Construcción de planta Adquisición de insumos o materiales primas

1

2

X X

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

X

X

X X X X X

16

17

18

X X X X X X X X X X X X X

X X

Puesta en marcha

X X X

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


2.5 EVALUACIÓN Y CONTROL DEL PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCION DE ACETATO DE METILO.

DURACION

Tiempo esperado (te) (meses)

ACTIVIDADES

t0 tm tp

Estudio de mercado.

1

2

3

2

Diseño del proceso

2

3

5

3

Diseño detallado de ingeniería

3

4

5

4

Adquisición de equipos y materiales de construcción

2

3

4

3

Construcción

2

3

5

3

Puesta en Marcha

1

2

3

2

FUENTE: Elaboración propia

Para el tiempo de duración se calcula mediante:

t e



t 0



4t m



t p

6

Donde: te: tiempo esperado to: tiempo más optimista

tm: tiempo más probable tp: tiempo pesimista



III.

INGENIERIA DE PROCESOS

“DISEÑO DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCION DE ACETATO DE

METILO” DESARROLLO DEL PROCESO 3.1.1 ESTUDIO DE LA MATERIA PRIMA DE METANOL INFORMACION SOBRE EL PRODUCTO Nombre del producto METANOL (CH3OH) Nombre comercial/sinónimos Alcohol metílico, hidrato de metilo, metanol, hydróxido de metilo, El Metanol está disponible comercialmente en varios grados de pureza: Grado C es el alcohol de madera usado. Grado A es el metanol usado como solvente. Grado AA es el más puro usado en aplicaciones químicas. Las principales impurezas que se pueden encontrar en el Metanol corresponden a sustancias como acetona, acetaldehído, ácido acético y agua.

DISPONIBILIDAD DE LA MATERIA PRIMA El abasto suficiente en cantidad y calidad de materias primas es un elemento vital en el desarrollo exitoso del proyecto, de ahí que es conveniente tener una relación de todos los proveedores de materia prima e insumos y se deberá registrar su capacidad para suministrar a la empresa de los mismos, así mismo es necesario contar con las cotizaciones de los precios. 14 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


ACETATO DE METILO Acetato de metilo es un compuesto importante que se usa industrialmente en los procesos petroquímicos, en particular como una alimentación para la producción de ácido acético anhídrido y / o ácido acético. Acetato de metilo también se puede utilizar para la producción de diacetato de etilideno, un precursor de acetato de vinilo y acetato de polivinilo. Acetato de metilo se utiliza como producto intermedio en la fabricación de una variedad de poliésteres tales como base de la película fotográfica, acetato de celulosa, plásticos celulósicos y acetato de Estron. Los procesos convencionales antes se utiliza múltiples reactores con un gran exceso de uno de los reactantes para lograr una alta conversión del éster. Sharma y Mahajani (2003) han discutido en detalle el proceso para la fabricación de acetato de metilo por destilación reactiva. El proceso desarrollado por Eastman Kodak,es el trabajo base para los utilizados hoy en dia

Producción Histórica Según los datos estadísticos obtenidos por el Ministerio de producción.(Sunat aduanet) 1

2003

1319001,901

2 3

2004

1198997,11

2005

1490337,41

4

2006

1311273,36



5 6 8

2007

1413034,93

2008

1154862,87

2009

1382600,92

9

2010

1541874,18

año

nº

demanda esperad de importación

16

2012

1455.75952

17

2013

1466.86544

18

2014

1474.91757

19

2015

1486.16965

20

2016

1326.11864

21

2017

1336.23553

22

2018

1487.36861

23

2019

1498.71567

24

2020

1719.84806

25

2021

1455.75952

nº

año

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

demanda esperada de importación Tm/año 1455.75952 1466.86544 1474.91757 1486.16965 1326.11864 1336.23553 1487.36861 1498.71567 1719.84806 1455.75952

r promedio

0.0144444

R= alfa(Ind. Quimica)

1.0144444

alfa

α=

40% de la demanda

r

582.3038068 586.7461752

1%

589.9670296

1%

594.4678608

1%

530.447454

1%

534.4942132

1%

594.9474432

1%

599.4862696

1%

687.9392228

5%

582.3038068

1%

0.6 16

Como:



0.844439849

=

0.84447141 11.79

n=

valor aproximado

error

3.16E-05

N=

10

Tamaño de planta= Tamaño de planta=

689.57 689574.05

TM/año Kg/año

3.1.2 DISEÑO DEL PRODUCTO

Usos -

Producción de tintas de impresión para la industria gráfica.

-

Producción de thinners y solvente de pinturas en industria de pinturas.

-

En la industria textil, para la preparación de tejidos de lana para teñido. En procesos de limpieza y para la elaboración de textiles aprestados.

-

En la industria alimenticia, en productos de confitería, bebidas, dulces.

-

En esencias artificiales de frutas. En la extracción de cafeína a partir del café.

-

Remoción de sustancias resinosas en la industria del caucho.

-

En la elaboración de cueros artificiales y para revestir y decorar artículos de cuero.

-

Ingrediente de preparaciones cosméticas (perfumes, esmaltes, tónicos capilares) y farmacéuticas.

-

Solvente para la elaboración de varios compuestos explosivos.

-

Reactivo para la manufactura de pigmentos.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS HOJA DE DATOS DE SSGURIDAD MSDSMETILO ACETATO 17

DESCRIPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


Sinónimos: Acetato de Metilo - Metil Acetato - Acido Acético, Metil Ester – Metil Etanoato

Formula Química: C3H6O2 Concentración: 98% Peso molecular: 74.08 Grupo Químico: Compuesto Orgánico. Número CAS: 79-20-9Número NU: 1231Código Winkler: ME-1063

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS Estado Físico: Líquido. Apariencia: Incoloro a amarillo. Olor: Olor a fruta - Umbral del olor: 180 ppm. pH : No reportado. Temperatura de Ebullición: 56.3°C Temperatura de Fusión: -98.1°C Densidad (Agua1): 0.934 kg/L a 20°C Presión de Vapor: 173 mmHg a 20°C Densidad de Vapor (Aire1) : 2.55 Solubilidad: Solubilidad apreciable en Agua (32 g por 100 ml de Agua a 20°C). IDENTIFICACION DE RIESGOS Riesgo Principal: Inflamable Riesgos Secundarios: Irritante - Nocivo y Reactivo leves Código Winkler:

Rótulo de Transporte: Clase: 3 Grupo: II RIESGOS PARA LA SALUD EFECTOS DE SOBREEXPOSICION Inhalación: Irritaciones en la nariz y el tracto respiratorio (500 a 10000 ppm). FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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Efecto narcótico. Depresión del sistema nervioso central. Dolor de cabeza, somnolencia y vértigos. Palpitación. Pecho apretado. Dificultad respiratoria.

Contacto con La Piel: Moderadamente irritante. Contacto con los Ojos: Irritaciones. Ingestión: Nocivo leve. Dolor abdominal. Afecta al sistema nervioso central. Náuseas.Acidosis.(DL50 (oral - rata): > 5000 mg/kg.).

Otros Efectos Cancerígeno: No hay evidencias. Mutageno: En estudio. Teratogeno: No hay evidencias. Otros Efectos: Irritaciones en la piel y ojos. Dermatitis en la piel expuesta. Afecta al sistema nervioso central.

RIESGO DE INCENDIO Condición de Inflamabilidad: Inflamable en grado severo. Temperatura de Inflamación: -16°C Temperatura de Autoignición : 454°C Limites de Inflamabilidad: 3.1% - 16.0% Productos de Combustión: Monóxido de Carbono y Dióxido de Carbono. Medios de Extinción: Utilización de extintores de Polvo Químico Seco, Espuma Química y/o Anhídrido Carbónico. Aplicación de Agua sólo en forma de neblina.

RIESGO DE REACTIVIDAD Estabilidad Química: Normalmente estable. Incompatibilidades: Agentes Oxidantes fuertes .Alcalis. Acidos Peligro de Polimerización: No ocurre. Productos Peligrosos en Descomposición: Monóxido de Carbono y Dióxido de Carbono.

Condiciones a Evitar: Calor. Llamas y otras fuentes de ignición. CONTROL DE EXPOSICION Medidas de Control: Trabajar en un lugar con buena ventilación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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Utilizar cabinas o campanas de laboratorio de extracción forzada. Sistema eléctrico y de alumbrado a prueba de explosión. Aplicar procedimientos de trabajo seguro. Capacitar respecto a los riesgos químicos y su prevención. Contar con ficha de seguridad química del producto y conocer su contenido. Mantener los envases con sus respectivas etiquetas. Respetar prohibiciones de no fumar, comer y beber bebidas en el lugar de trabajo. No pipetear con la boca. Usar propipeta. Utilizar elementos de protección personal asignados.

Límite Permisible Ponderado: 485 ppm - 160 mg/m3 (Decreto Nº594 - Ministerio de Salud)

Limite Permisible temporal: 757 ppm - 250 mg/m3 (Decreto Nº594 - Ministerio de Salud)

Otros límites: No reportados. EQUIPOS DE PROTECCION PERSONAL Ropa de Trabajo: En general, uso de indumentaria de trabajo resistente a químicos. Protección Respiratoria: Aplicación de protección respiratoria en caso de sobrepasarse alguno de los límites permisibles normados. Debe ser específica para vapores orgánicos.

Guantes de Protección: Utilización de guantes de características impermeables y que no sean atacados por el químico.

Lentes Protectores: Uso de lentes de seguridad resistentes contra salpicaduras y proyecciones de la sustancia química.

Calzado de seguridad: En general, utilizar calzado cerrado, no absorbente, con resistencia química y de planta baja.

MEDIDAS DE PRIMEROS AUXILIOS EN CASO DE: Inhalación: Trasladar a la persona donde exista aire fresco. En caso de paro respiratorio, emplear método de reanimación cardiopulmonar. Si respira dificultosamente se debe suministrar Oxígeno. Conseguir asistencia médica de inmediato. 20 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


Contacto con la piel: Lavar con abundante Agua, a lo menos por 10 minutos. Utilizar una ducha de emergencia en caso de ser necesario. Sacarse la ropa contaminada y luego lavarla o desecharla. Recurrir a una asistencia médica si persiste la irritación.

Contacto con los Ojos: Lavarse con abundante Agua en un lavadero de ojos, entre 10 y 15 minutos como mínimo, separando los párpados. De mantenerse el daño, derivar a una asistencia médica.

Ingestión: Lavar la boca con bastante Agua.Dar a beber Agua.No inducir al vómito. Enviar a un centro de atención médica de inmediato.

ALMACENAMIENTO Precauciones Especiales: Almacenar separadamente de condiciones y productos incompatibles, Sistema eléctrico y de alumbrado a prueba de explosión. Proteger contra el daño físico. Mantener los envases cerrados y debidamente etiquetados

MEDIDAS PARA EL CONTROL DE DERRAMES O FUGAS PROCEDIMIENTO Contener el derrame o fuga. Ventilar y aislar el área crítica. Utilizar elementos de protección personal - Nivel de protección B o C. Contar con algún medio de extinción de incendios. Absorber utilizando un material o producto inerte. 3.2. INVESTIGACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE TECNOLOGÍAS

3.2.1.- SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA Varios procesos de fabricación de acetato de metilo 1) Fischer Esterificación Ácido acético reacciona con metanol para dar acetato de metilo. El metanol ácido acético  Metil agua Acetato CH3COOH + CH3OH  CH3COOCH3 + H2O



2) Por reacción de anhídridos de ácidos con alcoholes: Anhídrido acético reacciona con metanol para dar acetato de metilo. El metanol anhídrido acético  ácido acético Acetato de metilo. CH3COOCOCH3 CH3OH  CH3COOCH3 CH3COOH 3) Por reacción de anhídridos de ácidos con alcoholes: Cloruro de acetilo reacciona con metanol para dar acetato de metilo. La piridina se utiliza para eliminar el HCl formado. El metanol cloruro de acetilo  acetato de metilo de ácido clorhídrico. CH3COCl CH3OH  CH3COCH3 HCl 4) Mediante la reacción de sales de carboxilato y haluros de alquilo: Carboxilato de sodio reacciona con el cloruro de metilo para dar acetato de metilo. Cloruro de Sodio carboxilato de metilo  acetato de metilo Cloruro de Sodio. CH3COONa CH3Cl  CH3COOCH3 NaCl 5) por transesterificación (esterificación): Etanoato de etilo reacciona con metanol para dar acetato de metilo. Ethyl etanoato Metanol Etanol  acetato Metilo. CH3COOC2H5 CH3OH  CH3COOCH3 C2H5OH 6) Por reacción de un ácido carboxílico con diazometano: Ácido acético reacciona con diazometano para dar el diazometano. Diazometano ácido etanoico  Metil nitrógeno etanoato. CH3COOH CH2NH2  CH3COOCH3 N2 “En Este Trabajo Se Dara El Énfasis A Las Tecnología Posibles A Desarrollarse Según Recursos Propios Del País Y Tecnología A Desarrollar” FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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INVESTIGACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE TECNOLOGÍAS Tecnología A: Proceso Convencional El método convencional para la producción de acetato de metilo consiste en hacer ingresar a un reactor catalítico generalmente con catalizador de ácido sulfúrico diluido, a metanol y ácido acético a una temperatura adecuada de aproximadamente 50 ºC para luego separar al producto del agua mediante extracción o por destilación. Un producto típico de éster destilado obtenido por el uso de una alimentación de relación molar 2:1 de metanol: ácido acético teóricamente debería comprender 59.9w/acetato de metilo w, 26% w/w de metanol y agua 14,5% w/w. Convencionalmente purificación de un destilado de éster bruto se efectúa en un proceso de varias etapas que típicamente incorpora hidroseleccion (para la eliminación del metanol) y secado azeotrópico (por eliminación de agua). Los pasos adicionales de destilación se requieren para recuperar metanol a partir del producto de base hidroseleccion y acetato de metilo a partir de la fase de agua decantador / agente de arrastre para el reciclado. El proceso para la producción de acetato de metilo que comprende la reacción de proceso en un recipiente de reacción de esterificación metanol a temperatura elevada con ácido acético en presencia de un catalizador de esterificación para formar un producto que comprende acetato de metilo y agua, en una primera columna de destilación destilación a partir del producto en presencia de un agente de arrastre que es poco soluble en agua y que forma un azeótropo de punto de ebullición mínimo con el mismo una fracción de cabeza que comprende acetato de metilo, agente de arrastre y agua, separar el agua del acetato de metilo y arrastrador y, posteriormente, en una segunda columna de destilación separa el acetato de metilo como una fracción de cabeza de agente de arrastre por destilación. El agente de arrastre puede ser adecuadamente al recipiente de reacción de esterificación o a la primera columna de destilación o a ambos. El proceso puede ser operado discontinuo o continuo, preferiblemente continuamente. .



El acetato de metilo recuperado puede ser purificado adicionalmente si se desea por hidroselection (para la eliminación del metanol) y secado azeotrópico (para la eliminación del agua) y / o por adsorción selectiva utilizando un tamiz molecular y / o por reacción 'con anhídrido acético.Con respecto a los reactivos, es indiferente que el metanol y ácido acético contener agua. La reacción de esterificación del ácido acético con metanol sobre catalizador H2SO4, puede escribirse como:

  ⇔   Trabajo Aproximación a Síntesis Proceso de acetato Metilo Removes Methanol and Water

Solvent-Enhanced Distillative Separation

Methyl Acetate

ACIDO ACETICO CATALIZADOR METANOL

Equilibrium Reaction Task

Distillative Separation Task

Methyl AcetateWater Azeo Methanol

Methanol Water Acetic Acid

(Removes Acetic Acid)

Distillative Separation

Water

Water Acetic Acid

Reciclar para Acetic Acid



OBTENCIÓN DE ACETATO DE METILO POR DESTILACIÓN REACTIVA La destilación reactiva se lleva a cabo en una columna de reacción a contracorriente. La reacción ocurre en la zona media de la columna o sección de reacción, en una serie de etapas de evaporación a contracorriente. En la zona superior, el agua es extraída con ácido acético en la zona de destilación extractiva en la que se ubica la alimentación de ácido acético. El ácido acético y el acetato de metilo son separados por encima de la alimentación de ácido acético, en la sección de rectificación. En la sección de agotamiento el metanol es despojado del agua .Dentro del marco conceptual y teórico se encuentran las diferentes bondades que la destilación reactiva presenta en lo referente a la eliminación de algunas limitaciones impuestas en los procesos convencionales, tales como restricciones de pureza y limitaciones del equilibrio químico. En algunas ocasiones es necesaria la ayuda de un solvente para poder obtener las indicaciones de pureza establecidas, cuando esto es indispensable es común nombrarlos como procesos de destilación reactiva extractiva. Dentro de los procesos que reportan tal comportamiento esta la producción de acetato por destilación reactiva, entre los que se encuentran la producción de acetato de metilo que es producido por la reacción entre el ácido acético y el metanol, utilizando un catalizador acido, la mezcla reaccionante presenta la formación de azeótropo entre el acetato de metilo-Agua y acetato de metilo-metanol. El ácido acético es utilizado como agente extractivo y como reactivo. Las etapas de análisis y diseño de un sistema reactivo para determinar la viabilidad operacional con el fin de realizar un proceso por destilación reactiva re activa se muestran a continuación: 1. Estudio de la compatibilidad de los componentes de reacción y separación. La reacción debe darse en la fase líquida, líquida, para cumplir con las condiciones mínimas de de la operación de destilación. 2. Las condiciones de temperatura y presión óptimas de la reacción deben ser compatibles con las condiciones de alta actividad del catalizador. 26 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


3. Análisis de la influencia del componente de separación sobre la reacción. Termodinámica topológica y análisis de la estática. 4. Trayectoria de operación. Diagrama de flujo simplificado. 5. Modelamiento matemático .6. Simulación. 7. Experimentación física. Es aplicable a mezclas altamente no ideales, como azeotrópicas y con solubilidad limitada. El método ha sido utilizado satisfactoriamente en el diseño de muchos procesos industriales.

Ventajas de la destilación reactiva Una de las principales ventajas de los procesos realizados por destilación reactiva es la eliminación de equipos para la recuperación de productos y para la recirculación de reactivos no convertidos, lo que lleva a la disminución en la inversión de capital y en costos de operación. Como un ejemplo espectacular se tiene el caso de producción de acetato de metilo en donde se sustituye un reactor y un tren de nueve torres de destilación por una única columna de destilación reactiva, alcanzando el 100% de conversión de los reactivos Otra de las bondades que ofrece esta tecnología es que es considerada como ambientalmente amigable o ―tecnología limpia‖, porque su implementación genera un

menor impacto ambiental en comparación con los procesos convencionales, como ha sido mostrado por nuestro grupo en el caso de producción de acetato de n-butilo n-butil o . Entre los procesos simultáneos reacción-separación la destilación reactiva es la tecnología que más ha sido investigada debido a las ventajas que ofrece, principalmente en las reacciones reversibles. Significativa reducción de catalizador para el mismo grado de conversión, los menores tiempos de residencia, la conversión de los reactantes casi al 100% que junto con el aumento en la selectividad generan una alta productividad en esta tecnología. 27 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


Desde el punto de vista de ingeniería de reacción, el proceso de configuración puede ser clasificado como un reactor de lecho de dos fases en contracorriente fijo catalítico. Por lo general, una mezcla de reacción parcialmente convertida, cerca del equilibrio químico, abandona la sección de reactor de lecho fijo y entra en la columna de RD en la zona de fraccionamiento para garantizar la separación de los productos a partir de componentes de materia prima. Los componentes fraccionados sin convertir la materia prima entra en la sección catalítica en la columna para obtener conversión total. La zona de relleno de catalizador se instala en la parte superior o inferior media de la columna, con normalidad secciones de destilación por encima y por debajo Doble alimentación ya que el ácido acético como una corriente de alimentación separada, actúa como un agente de arrastre y ayuda a separar el agua eficazmente. La utilidad de destilación reactiva en hidrocraqueo (Sharma y Mahajani, 2003). La columna de destilación reactiva Eastman tiene corrientes de alimentación de reactantes metanol y ácido acético. El metanol es más volátil que el ácido acético y se alimenta en el menor parte de la columna. El ácido acético más pesado se alimenta en la parte superior de la columna. Como el encendedor metanol funciona camino hasta la columna, entra en contacto con el ácido acético más pesado que se viene abajo la columna. Los dos reaccionan para formar acetato de metilo y agua. metilo acetato es el componente más volátil en el sistema, por lo que entra en la corriente de vapor que fluye hacia arriba de la columna. Esto mantiene la concentración de acetato de metilo bajo en el líquido fase en la que la reacción reversible que está ocurriendo. Así, la reacción es conducida hacia la lado del producto y una alta conversión se logra a pesar de la constante de equilibrio modesto. Jeff Siirola informa que esta columna solo reactivo sustituyó a un convencional proceso que consume 5 veces más energía y cuyo capital de inversión fue de 5 veces que el reactivo de columna.2 El acetato de metilo columna de destilación reactiva se ha convertido el premio ejemplo de la aplicación de la destilación reactiva. es atractivo en aquellos sistemas en ciertas condiciones de equilibrio químico y la fase existe. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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En destilación reactiva, debemos ser capaces de eliminar los productos de los reactantes por destilación. Esto implica que los productos deben ser más ligeros y / o más pesado que los reactivos. En términos de las volatilidades relativas de los cuatro componentes, un caso ideal es cuando un producto es el más ligero y el otro producto es el más pesado, con los reactivos siendo los componentes de punto de ebullición intermedio. A+B — > C+D

   

Figura 1,1 Ideal columna de destilación reactiva.



Bandeja Reactiva.

Plato no reactivo.

2 ecuaciones para la zona de enriquecimiento y agotamiento.

Plato reactivo. En el caso de que el plato de alimentación coincida con la zona de reacción:

El signo de r j dependerá si es producto o reactivo, la rapidez de la reacción depende de la Tª y de la composición del liquido. -Balances de energía. En el plato reactivo -Balances de energía. En el plato reactivo

Siendo V el volumen de liquido que hay en el plato.

D producto pesado de todos los componentes más ligeros, por lo que una parte inferior que se produce es producto bastante puro D. El caudal de reflujo y la entrada de calor del rehervidor se pueden manipular para mantener estas purezas de producto.



El caso específico numérico tiene 30 bandejas en total, que consiste en 10 bandejas 10 bandejas strippers, reactivos, y 10 bandejas de rectificación. Las bandejas se numeran desde la parte inferior. Tenga en cuenta que las concentraciones de los reactantes en el pico de sus respectivas bandejas de alimentación (bandeja 11 para una bandeja, 20 para B). Las purezas de los dos productos son ambos 95% en moles, con B la impureza principal en el fondo y una impureza de la mayor en el destilado. Uno de los parámetros de diseño más importantes para la destilación reactiva es la presión de la columna. Los efectos de presión son mucho más pronunciadas en la destilación reactiva que en la destilación convencional. En la destilación normal, la presión de la columna se selecciona de modo que la separación se hace (volatilidades relativas superior) más fácil. En la mayoría de los sistemas de este corresponde a baja presión. Sin embargo, la presión baja implica una baja temperatura de reflujo de tambor y el refrigerante de baja temperatura. La presión de la columna típica está configurada para dar una temperatura de reflujo de tambor suficientemente alta (49 8C, 120 8F) para poder utilizar el agua de refrigeración en el condensador barato y no requieren el uso de refrigeración mucho más caro. En la destilación reactiva, las temperaturas en la columna de afectar tanto a la fase de equilibrio y cinética química (Fig. 1,4). A baja temperatura que da alta volatilidad relativa puede

Base perfiles de composición de casos (95% pureza).



Perfil de temperatura. dar pequeñas velocidades de reacción específicas que requieren holdups líquidos muy grandes (o cantidades de catalizador) para alcanzar la conversión requerida. En contraste, una temperatura elevada puede dar una constante de equilibrio químico muy pequeño (por exotérmicas reacciones reversibles), que hace que sea más difícil de conducir la reacción para producir productos. Las altas temperaturas también pueden promover reacciones secundarias indeseables. Por lo tanto, la selección de la presión óptima en una columna de destilación reactiva es muy importante. Destilación reactiva también es diferente de destilación convencional en que hay dos composiciones de producto de reacción y especificaciones de conversión. Los grados de libertad de diseño de muchos en una columna de destilación reactiva debe ajustarse para cumplir con estas especificaciones, mientras que la optimización de una función objetivo, tales como coste anual total (TAC). Grados de libertad incluyen la presión, atraco bandeja de reactivo, el número de bandejas de reactivos, la ubicación de corrientes de alimentación de reactantes, número de bandejas de extracción, el número de bandejas de rectificación, relación de reflujo, y la entrada de calor del rehervidor.

Temperatura Desajuste La limitación principal es que no debe haber una falta de coincidencia en las temperaturas que se favorables para la reacción y las temperaturas que son favorables para la separación. porque reacción y separación se realizan ambas en un solo recipiente en esencialmente una única presión, las temperaturas a lo largo de la columna se fija mediante composiciones bandeja. Tanto las reacciones y equilibrio vapor-líquido ver las mismas temperaturas. Contrasta esto con lo que puede hacerse en un diagrama de flujo de unidades múltiples convencional. Los reactores puede ser operado a sus presiones y temperaturas óptimas que son seleccionados para ser la más favorables para su cinética química dada. Las columnas de destilación se puede operar a sus presiones óptimas y las temperaturas que FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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se han seleccionado para ser el más favorables para sus propiedades de equilibrio vaporlíquido.

Volatilidades desfavorables La segunda limitación importante para la aplicación de destilación reactiva es que la relación volatilidades de los componentes debe ser tal que los reactivos pueden estar contenidos en la columna y los productos se puede quitar fácilmente de la parte superior y / o desde la parte inferior. Por ejemplo, supongamos que se desea para producir ácido acético y metanol a partir de metil acetato y agua (la inversa del proceso de acetato de metilo). Ahora el metil reactante acetato es el más ligero, y sería muy difícil de mantener en la zona reactiva y no tiene mucha escapar de ella en el destilado con el metanol que se produce. Este proceso no sería adecuado para la destilación reactiva

Bajas tasas de reacción Otra limitación para la destilación reactiva es la necesidad de que las velocidades de reacción razonablemente grandes específicas. Si las reacciones son muy lentas, los atracos bandeja y número de bandejas de reactivos sería demasiado grande para ser económicamente proporcionado en una columna de destilación.

Otras Restricciones Destilación reactiva se limita a la fase líquida reacciones porque hay muy poco holdup en la fase de vapor. Los calores de reacción deben ser modestos para prevenir grandes cambios en vapor y líquido a través de la zona reactiva. Una reacción muy exotérmica completamente podría secar las bandejas. Modelo para la destilación reactiva Los siguientes supuestos se hacen durante la formulación del modelo de proceso de destilación catalítica. La Figura muestra diagrama esquemático de una unidad de destilación catalítica. · El vapor y el líquido están en equilibrio en cada etapa con calor insignificante de la mezcla de líquido y vapor mixtures. · Las reacciones tienen lugar sólo en la fase líquida, cada etapa en la sección de reacción puede ser considerada como un perfectamente mixto reactor de tanque agitado (CSTR). · La columna está operando bajo condiciones adiabáticas. 33 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


· La retención de vapor se supone que es despreciable.

DISEÑO DE DESTILACIÓN REACTIVA

Columna de destilación reactiva tiene un gran número de variables de diseño. Las siguientes especificaciones y suposiciones se hacen para reducir el número de diseño variables de optimización en los ámbitos económico en estado estacionario diseño: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

El objetivo del diseño es obtener 95% de conversión para fijos caudales de alimentación fresca de 12,6 mol / s según literatura . La pureza del producto de la corriente de destilado es xD, C = 0,95. La impureza producto de la corriente de fondo es xB, D = 0,95. Los dos puntos de alimentación están en los dos extremos de la zona reactiva. Los holdups en las bandejas de reactivos son 1000 mol. Los números de agotamiento y rectificación de bandejas se supone que es igual (NS = NR) porque las volatilidades relativas entre los componentes que se separan en los dos secciones son las mismas. En la sección de rectificación de la separación es entre C y A, donde la volatilidad relativa es αC / αA = 2, en la sección de agotamiento de la separación es entre B y D, donde la volatilidad relat iva es αB / αD = 2.

Sobre la base de estas especificaciones y supuestos simplificadores, hay tres diseño Variables de optimización: 1. Columna presión P 2. Número de bandejas NRX reactiva 3. Número de separación (extracción / rectificador) bandejas (o NR) Los puntos 2 y 3 en la lista de especificaciones se pueden cambiar durante el estudio para investigar los efectos de la calidad del producto y la conversión de los económicamente óptimo estado estacionario diseño. Sin embargo, esto no afecta a la estructura general del procedimiento de diseño. El procedimiento comprende además la eliminación continua de acetato de metilo de alta pureza a partir de la parte superior de la columna y que continuamente elimina el agua de la parte inferior de la columna. 34 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


SIMULACIÓN DE LA DESTILACIÓN REACTIVA USAN ASPEN PLUS B.1 COLUMNA REACTIVA CON UNA CORRIENTE DE ALIMENTO: F = 0.28 Kmol/h MOH= 0.177 AcH= 0.071 MAc= 0.429 W= 0.323

F = 0.389Kmol/h MOH= 0.001 F = 1 Kmol/h

AcH= 0.000 MAc= 0.001

T = 90ºC

P = 1atm

W= 0.998

MOH= 0.51 AcH= 0.49

F = 0.389Kmol/h MOH= 0.001 AcH= 0.000 MAc= 0.001 W= 0.998

B.2.COLUMNA REACTIVA CON DOS CORRIENTES DE ALIMENTO: F = 0.260 Kmol/h MOH= 0.177 AcH= 0.071 MAc= 0.429 W= 0.323

F = 0.51 Kmol/h T = 90ºC

P = 1atm MOH= 1

F = 0.409Kmol/h MOH= 0.011 F = 0.49 Kmol/h

AcH= 0.041 MAc= 0.003

T = 90ºC

P = 1atm

W= 0.945

AcH= 1

F = 0.331Kmol/h MOH= 0.00 AcH= 0.026 MAc= 0.974

B.3 COLUMNA REACTIVA CON PRE-REACTOR:



F = 0.255 Kmol/h MOH= 0.15 AcH= 0.047 MAc= 0.508 W= 0.295

F = 0.414Kmol/h MOH= 0.006 F = 1Kmol/h T = 90ºC

P = 1atm AcH= 0.49 MOH= 0.51

F = 1Kmol/h

AcH= 0.018

T = 90ºC

MAc= 0.002

P = 1atm

W= 0.974

MOH= 0.130656 AcH= 0.110656 MAc= 0.379344 W= 0.379344

F = 0.331Kmol/h MOH= 0.00 AcH= 0.009 MAc= 0.990

TECNOLOGÍA C DISEÑO DE UN PROCESO ACETATO DE METILO USANDO CARBONILACIÓN DE ÉTER DIMETÍLICO

Un proceso para la fabricación de acetato de metilo por carbonilación de dimetil éter o carbonato de dimetilo con monóxido de carbono bajo condiciones sustancialmente anhidras en presencia de un metal B grupo cargado catalizador de mordenita preparado por intercambio iónico mordenita con al menos un grupo IB metal, la intercambio iónico mordenita que tiene una relación molar del metal del Grupo IB a aluminio total presente en la mordenita en el intervalo de 5 a 50% en moles.

DME síntesis de acetato Metilo Esta reacción se lleva a cabo a una temperatura mínima de 225 º C y presión atmosférica. Además, hace uso de un catalizador relativamente nueva que es multifuncional, que contiene tanto ácido y la actividad de carbonilación. Finalmente, una ruta alternativa para el acetato de metilo, sería muy valioso para la industria química. El acetato de metilo puede estar además carbonilado de anhídrido acético, que puede convertirse en ácido acético, un producto químico altamente valiosa para la producción de otros productos petroquímicos. Acetato de metilo también pueden ser convertidos a diacetato de etilideno (EDA), un precursor de acetato de vinilo y acetato de polivinilo. La reacción de carbonilación de DME se muestra a continuación: FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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CH3OCH3 + CO --------->CH3C(O)OCH3

El proceso industrial más ampliamente usado para la producción de ácido acético es la carbonilación de metanol, En este tipo de proceso, se hace reaccionar metanol con monóxido de carbono o una contiene monóxido de carbono gas en la presencia de una rodio o iridio catalizador que contiene, en la presencia adicional de un halógeno (generalmente yodo)-que contiene el promotor. Aunque ampliamente utilizado, no obstante estos procesos requieren el uso de costosos aleaciones resistentes a la corrosión debido a la presencia de yoduro y el resultado en la producción de bajos niveles de yodo que contiene subproductos que son difíciles de eliminar del ácido acético por destilación convencional. Algunos sistemas no basados en halogenuros de catalizadores han sido investigados para esta reacción, pero ninguno ha sido comercializado, principalmente debido a problemas con la duración del catalizador y la selectividad. El dimetil éter puede ser fácilmente producido a partir de gas de síntesis, y el coste de su producción puede ser menor que la de metanol. Un resumen de las pruebas descritas anteriormente se presentan a continuación en la

Red de carbonilación, hidratación, deshidratación, y de metanol a hidrocarburos químicas. Presentamos aquí estables y altamente selectivo (> 99%) haluro libres de catalizadores basados en zeolitas para la carbonilación de acetato de metilo DME a bajas temperaturas (423-463 K). reacciones. Carbonilación DME implica la formación de grupos metilo, que reforma después de la reacción con CO a generar especies acetilo y reacciones de DME con acetil especies para dar acetato de metilo; estas etapas de propagación evitar la formación de grupos de metilo por la reacción inicial directa de 37 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


DME con H +, lo que provoca un período de inducción durante el primeras etapas de reacción (véase la información de apoyo). Carbonilación DME procede a aproximadamente 423 - 463 K con 99% de selectividad para el acetato de metilo; temperaturas más altas favor homologación y reacciones de oligomerización que hidrocarburos de forma. La Figura 1 muestra que la tasa de metilo La exposición de metilo saturadas de muestras que Él llevó a un retorno inmediato a estado estable después de las tasas de DME-CO mezclas fueron reintroducidos. Precursores de acetato de metilo formar lentamente durante el contacto de grupos metilo con CO, pero no se puede desorber sin metilación por DME para formar metil acetato y un nuevo compuesto intermedio de metilo. El número de CH3-CO complejos, medida desde la acetato de metilo en exceso formado como las reacciones DME-CO enfoque de estado estacionario, aumentó con el tiempo de exposición al CO. EL acuerdo razonable entre el estado estacionario y transitorio indica que las tasas de la reacción de CO con la Metil saturadas sitios es el único paso cinéticamente relevante en DME reacciones de carbonilación, las diferencias restantes pueden reflejar una reactividad no uniforme de los grupos metilo o un diferente concentración de CO activado cerca de tales grupos metilo, que haría que sólo algunas especies de metilo para formar metil acetato, mientras que el estado de equilibrio las tasas en las superficies saturadas reflejar las tasas de carbonilación de los grupos metilo más reactivos en su lugar. la transferencia de cadena en la secuencia implica la iniciación a través de la reacción de DME con H + para formar enlaces de hidrógeno DME [ec. (2)] y los grupos metilo [Ecs. (3) y (4)] en los pasos

que conducen a un período de inducción durante DME-CO reacciones (ver la información de apoyo). CO y el agua se adsorben competitivamente en los sitios responsables de la unión de CO [Ecs. (5) y (6)], y los pasos de propagación de las FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

38


ecuaciones [. (6) - (8)] dominar en ausencia de agua. La superficie del catalizador se satura con metilo intermedios estables que reaccionan con CO en el paso cinéticamente relevante para formar productos intermedios adsorbidos acetilo

[Ec. (7)]. Acetato de metilo y forma subsiguiente metilo especies por las reacciones de las

especies

de

acetilo

con

DME

[ec.

(8)].

En resumen, zeolitas ácidas catalizar la carbonilación de acetato de metilo DME a bajas temperaturas (423-463 K) con alta selectividad y estabilidad del catalizador. DME reacciona con los protones para formar Brønsted metil-saturados superficies, que reaccionan con CO para formar fracciones de acetilo. Estas especies forman acetato de metilo por reacción con DME, que también restaura los grupos metilo inicialmente formadas por reacción directa de DME con H + durante el período de inducción. Carbonilación DME conserva condiciones anhidras, como se produce la conversión y evita la inhibición de las vías de carbonilación por H2O, un proceso que conduce a tasas de carbonilación muchos menores cuando se usa metanol como reactivo. Los estudios cinéticos y espectroscópicos están en curso para hacer frente a la naturaleza de los sitios de unión de CO responsables de estas reacciones y el requisito aparente de los centros de unión tanto de Brønsted y CO en la catálisis de carbonilación DME. Las productividades actuales están por debajo de los objetivos comerciales previstos, pero no aumentan linealmente con la presión de CO.



proceso para la carbonilación continua reactor de circuito cerrado

Este tipo de reactor es adecuado para gas - líquido del sistema y se puede utilizar para l, carbonilación, cloración, etoxilación, hidrogenación, Nitrilation, oxidación, etc fosgenación El reactor de bucle Buss ha sido utilizado con éxito para la hidrogenación, la aminación y sulfonación.

1. ANALISIS Y EVALUACION DE LA TECNOLOGIA METODO

DE

CLAIFICACION

Y

PONDERACION CALIFICACION PUNTAJE PONDERACION EXCELENTE

9 - 10

90 - 100

BEUNO

6 -

8

60 - 80

REGULAR

3 -

5

30 - 50

DEFICIENTE

1 - 2

10 - 20

ANALISIS COMPRATIVO DE LA DISPONILBILIDAD DE LA MATERIA PRIMA Para realizar este análisis consideraremos la procedencia de la materia prima si es materia prima nacional o importada 40 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


Para esto procedemos de la siguiente manera: ANALISIS COMPRATIVO DE LA DISPONILBILIDAD DE LA MATERIA

PRIMA materia prima METANOL H2SO4 H2O ZEOLITA amberlyst15 MORDENITA/ZEOLITA ACIDO ACETICO BUTANOL

calidad qp qp qp comercial comercial qp

procedencia costo $/Kg importado 1,5 nacional 1 nacional 0,3 importado ----importado ----importado l 0.99 3.5

INVESTIGACIÓN DE LA MATERIA PRIMA MATERIA PRIMA

CALIFICACION PUNTAJE PONDERACION

METANOL

8

17

136

H2SO4

9

19

171

H2O

7

15

105

ZEOLITA

8

17

136

MORDENITA/ZEOLITA 8

17

136

ACIDO ACETICO

5

15

75

BUTANOL

9

19

171

MATERIA PRIMA O INSUMOS

tecnología tecnología B A 171 METANOL 105 H2SO4 84 84 H2O 136 136 ZEOLITA 136 136 MORDENITA/ZEOLITA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

41


ACIDO ACETICO BUTANOL METANOL

75 171 171 1014

EQUIPOS Tanques de almacenamiento Reactor Catalítico Recalentador Destilador

75 171 171 602

10

10

10 8 8

10 10 10

Condensador

9

9

Deflagmador

9

10

Tanque de Mezcla Promedio equipos VAPOR DE AGUA AGUA ENERGIA ELECTRICA TOTAL

10 9 8 10 9 44

10 10 9 10 9 46

los MATERIALES que se utilizan en la tecnología C son muy caros y difíciles de adquirir , sin mencionar la asesoría técnica y otros por lo tanto aunque la tecnología mas apropiada será la tecnología B por ser determínate este factor .

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA COMPLEJIDAD DE LOS EQUIPOS Tecnología A Se realiza en un reactor CSTR

para obtener el acetato de metilo ,equipos de destilación y

cámara de hidrosleccion para tratar el azeótropo formado en la reacción .

Tecnología B Obvia el paso del su cámara de hidrosleccion asi como el stripping o lo abarata los costos además de poder aprovechara el calor de reacción en una sola unidad.

puntaje equipos que se usan tecnología A

1014

65%

tecnología B

602

38%

Aspecto Económico



CUADRO DE ASPECTO ECONOMICO TECNOLOGIA A TECNOLOGIA B COSTO TOTAL DE LA TECNOLOGIA (costo total del producto)($/kg). ASPECTO TECNICO EQUIPOS EFICIENCIA

70 10 55%

80 9 95%

Después de haber observado los cuadros tanto del aspecto técnico como económico. Concluimos que la tecnología B, es la más indicada. Como podemos observar la mayoría de diversos costos que se presentan en la instalación de una planta industrial representan un porcentaje del costo total del producto, razón por el cual se tomo el máximo valor del rango con el cual utilizando la comparación con una planta de producción de acetato determinaremos la inversión de capital fijo (ICF) para finalmente determinar el costo total del producto.

3.2. DESARROLLO DE LA TECNOLOGIA SELECCIONADA 3.2.1 DESCRIPCION DEL PROCESO

En el proceso de este método, el ácido acético se usa como reactivo y como un agente de extracción para romper el azeótropo que se forman en el sistema. Este método proporciona un tiempo de residencia que es suficiente para obtener el acetato de metilo de alta pureza con una alta conversión de los reactivos. Además, un esquema de control que permite el logro de la pureza de destilado de alta y baja pérdida de reactivo. Por lo tanto, este método permite la realización de conversiones de alto reactivo en un solo reactor / columna de destilación y supera el Problema de la formación del azeótropo durante la producción de acetato de metilo a partir de metanol y ácido acético al proporcionar un método para romper los azeótropos en el sistema. La reacción de esterificación se lleva a cabo favorablemente en fase liquida en el rango de temperaturas y presión inferior a la atmosférica, para evitar la destrucción del catalizador (Giessler et al. 1999).



La gran complejidad que presenta este sistema reaccionante, se evidencia por la existencia de seis azeótropos, de los cuales tres son heterogéneos (ELLV) y los restantes son homogéneos (ELV). La simulación del equilibrio de fases (ELV y ELLV) se hizo teniendo en cuenta la desviación de la idealidad que presenta el ácido acético en la fase de vapor, mediante el modelo propuesto por Hayden & O Connell para la fase de vapor (Hayden & ’

O’Connell, 1975), y la fase líquida fue modelada con NRTL (Renon & Prausnitz, Prausnitz , 1968).

La constante de equilibrio químico usada en este trabajo es la reportada por Janowsky et al. (1997).

   Como el objetivo primordial es obtener el metilacetato puro sin utilizar varias torres para su posterior separación, se debe trabajar en la región de destilación que tiene como producto de colas el metilacetato. Las regiones de destilación son divididas por una separar matriz de primer grado (de origen termodinámico semejante al azeótropo) que imposibilita el paso de las curvas de residuo, además de las líneas de balance de masa de una región a otra. Igualmente, el estado estable analizado (destilado formulado) con un ligero exceso de metanol/ácido acético se encuentra en esta región, cumpliendo así con todas las restricciones impuestas por el AE.



Las principales consideraciones del método son:



Los flujos de líquido y vapor en la columna son infinitos.



La capacidad de la reacción en la columna es bastante grande para llevarse a cabo a una conversión dada, además de estar localizada la zona de reacción en alguna parte de la columna.



La columna se encuentra en estado estable y el número de etapas teóricas es definido.



La reacción considerada es de equilibrio y reversible.

 Los reactivos son almacenados en un tanque diferente cada uno a una temperatura de 25°C, es importante saber que ambos, metanol y ácido acético, están concentrados para escoger el material de los tanques, de dichos tanques cada reactivo es subido por una tubería de 1.5 plg tamaño nominal por medio de dos bombas, una para cada uno, para ser introducidos a los respectivos inter cambiadores de calor para su acondicionamiento antes de ingresar al reactor. Toda la tubería utilizada es de acero de 1.5 plg tamaño nominal. Como el reactor trabaja isotérmicamente la corriente de salida contiene los dos reactivos y además acetato de metilo y agua, se encuentra a 323.15K, y de allí es conducida a una bomba que la eleva hasta una altura necesaria para alcanzar la etapa de alimentación de la torre de destilación cuyo producto principales acetato de metilo de alta pureza. El proceso incluye la esterificación de ácido acético (CH3COOH) con metanol (CH3OH) , el cual es complicado debido a las limitaciones equilibrio de la reacción, la dificultad de la separación de ácido acético y agua, y la presencia de azeótropos , ambos entre metil acetato y metanol, y entre metil acetato y agua. La constante de equilibrio termodinámica para esta reacción es de orden 26.2, y los efluentes del reactor contienen una gran cantidad de los cuatro componentes. El proceso convencional usa uno o más reactores en fase líquida con un un exceso de uno de los reactantes (CH3COOH) a fin de lograr una alta conversión del otro reactante (CH3OH). FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

45


Agreda y Partin inventaron un proceso alternativo que incluye reacción química y separación en un mismo recipiente. La alta pureza de acetato de metilo se produce sin pasos adicionales de purificación y sin corrientes de reactantes no convertidos a recuperar. Este proceso proporciona un método de conducir el equilibrio a conversiones altas sin que sea necesario un gran exceso de uno de los reactivos. Esto se logra al permitir que la mezcla de la reacción en fase líquida se evapore en acetato de metilo lo que aumenta la conversión. Las alimentaciones a la columna se equilibran estequiométricamente. El reactante liviano metanol es alimentado por la parte inferior y el pesado ácido acético es alimentado por la parte superior, proporcionando así un buen contacto entre los reactantes. El ácido acético se utiliza tanto como reactante y como agente de extracción para romper los azeótropos entre metil acetato y metanol, y entre metil acetato acetat o y agua. El tiempo mínimo de residencia depende de la concentración del catalizador y del número de etapas. Ágreda y Partin obtuvieron un tiempo de residencia de 2.4h para una velocidad de alimentación del catalizador de aproximadamente 1 kg de ácido sulfúrico por cada 100 kg de ácido acético. Este tiempo de residencia es suficiente para obtener una alta conversión de los reactantes (99%). El flujo de los reactantes ingresa en contracorriente a través de la columna reactiva, reaccionando simultáneamente y evaporándose en cada etapa. La eliminación del acetato de metilo en lugar de los otros componentes aumenta la amplitud de reacciones alcanzados en cada etapa. La figura muestra un esquema esquema de una una columna de destilación reactiva, donde donde hay cuatro zonas en la columna que garantizan alta conversión. Ellos son: una sección de agotamiento de metanol – agua, una sección de destilación reactiva, una sección de destilación extractiva y una zona de rectificación de metil acetato/ ácido acético. 46 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


El ácido acético es separado del metil acetato en la parte superior de la columna (Zona I). En la Zona II, la alimentación de ácido acético extrae agua del metil acetato. La reacción toma lugar en el medio de la columna (Zona III) por debajo de la alimentación del catalizador ácido sulfúrico. Como se forma acetato de metilo, se produce un azeótropo de ebullición mínimo con metanol. El azeótropo es el más ligero de la caldera en la mezcla y se produce desde la parte superior de la zona reactiva.



Datos a tener en cuenta: CORRIENTE DE ENTRADA AL REACTOR Presión(bar)

1

Temperatura(°C)

50

Flujo molar del metanol(Kmol/h) 50 Flujo

molar

del

ácido

acético(Kmol/h)

55

COLUMNA DE DESTILACI N Número de platos

25

Reflujo

2.2

Flujo

molar

destilado(Kmol/h) Presión(bar)

del

45 1

Observación: La alimentación entra en el plato 12 (Zona Reactiva).



DISEÑO DE EQUIPO CRÍTICO TOMANDO LA ZONA DE REACCIÓN COMO UN REACTOR CATALÍTICO DE TANQUE AGITADO CON UNA MEZCLA EQUIMOLAR DE ENTRADA LOS DATOS TOMADOS DE LA LITERATURA.

EN EL REACTOR: La reacción de esterificación del ácido acético con metanol sobre catalizador H 2SO4, puede escribirse como:

  ⇔   BALANCE DE MATERIA: Partiendo de la ecuación general de conservación de cantidad de materia, para fluidos incompresibles:

Coordenadas cilíndricas:

                                 Donde:

                      

Y además sabiendo que:

 

Reemplazando en la ecuación principal tenemos:



Sabiendo que la concentración del reactante solo varía con respecto al tiempo debido a la reacción que se origina en el reactor, y no con respecto a la velocidad angular, podemos deducir que:

       



Con lo cual finalmente obtenemos que la ecuación general se reduzca a lo siguiente:

Cuya velocidad de reacción



 

es una Reacción Reversible:

    

…(α)

Donde:

             

… ( Anexo 1)

… ( Anexo 1)

           

Hallando la constante de equilibrio ( T=50°C:

) y la constante de reacción

para una


50


  Tabla del flujo molar en la entrada y salida del reactor:

     

Entrada (Kmol) 50 55 0 0

   

Salida (Kmol)

                             

Con el valor obtenido de la

, se determina la conversión en el equilibrio (x AE)

Donde:

Reemplazando los valores:

     

Hallando la conversión de A en el equilibrio( x AE) haciendo uso del pograma Polymath:





t

X

t

X

0 0.0312022 0.0464546 0.066345 0.0827356 0.0920009 0.112889 0.124597 0.136597 0.160597 0.172597 0.184597 0.196597 0.220597 0.232597

0 0.5234839 0.6222682 0.7016277 0.7440787 0.7623326 0.7932817 0.8061594 0.8169511 0.8331549 0.8392535 0.8443465 0.848615 0.8552285 0.8577836

0.616597 0.640597 0.652597 0.664597 0.676597 0.700597 0.712597 0.724597 0.736597 0.760597 0.772597 0.784597 0.796597 0.820597 0.832597

0.8722045 0.8722297 0.8722396 0.8722481 0.8722554 0.8722669 0.8722715 0.8722754 0.8722787 0.872284 0.8722861 0.8722878 0.8722893 0.8722918 0.8722927 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

53


0.244597 0.256597 0.280597 0.292597 0.304597 0.316597 0.340597 0.352597 0.364597 0.376597 0.400597 0.412597 0.424597 0.436597 0.460597 0.472597 0.484597 0.496597 0.520597 0.532597 0.544597 0.556597 0.580597 0.592597 0.604597

0.8599459 0.8617786 0.8646554 0.8657793 0.8667358 0.8675505 0.8688367 0.8693417 0.8697725 0.8701403 0.8707224 0.8709515 0.8711471 0.8713143 0.8715792 0.8716836 0.8717727 0.871849 0.8719698 0.8720175 0.8720582 0.872093 0.8721482 0.87217 0.8721886

0.844597 0.856597 0.880597 0.892597 0.904597 0.916597 0.940597 0.952597 0.964597 0.976597 1.000597 1.012597 1.024597 1.036597 1.060597 1.072597 1.084597 1.096597 1.120597 1.132597 1.144597 1.156597 1.180597 1.192597 1.204597

0.8722935 0.8722942 0.8722953 0.8722958 0.8722961 0.8722964 0.8722969 0.8722971 0.8722973 0.8722975 0.8722977 0.8722978 0.8722979 0.8722979 0.872298 0.8722981 0.8722981 0.8722981 0.8722982 0.8722982 0.8722982 0.8722982 0.8722983 0.8722983

0.8722983

Se comprueba con el programa Polymath que la conversión en el equilibrio es:

 





Se asume que la converión de A es el 98% de la conversión del equilibrio:

                                                 

 Así pues se determina la velocidad de reacción

:

              Con el valor de



    

se determina los flujos de salida:

                               FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

55


  Haciendo una tabla de los flujos de entrada, reaccionan y de salida:

COMPONENTE

ENTRADA(Kmol) 50 55 0 0

      

      









SALIDA(Kmol) 7.2573 12.2573 42.7427 42.7427

BALANCE DE ENERGÍA

COMPONENTE



REACCIÓN(Kmol) -42.7427 -42.7427 +42.7427 +42.7427

ENTRADA(Kmol) 50 55 0 0

SALIDA(Kmol) 6.385 11.385 43.615 43.615

Hf(KJ/mol) -238.660 -484.500 -442.000 -285.830

           ∫        ∫           ∫          ∫                      

De la ecuación general de conservación de energía:

                              

Siendo un reactor de tanque agitado y mezclado perfecto en 56

sistema estacionario. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA




Haciendo la componente angular y la componente axial prácticamente despreciable por motivos prácticos apoyado en la experimentación.

 

:

               

El sistema en cuestión opera en forma isotérmica y de mezclado perfecto por lo tanto la variación de la Entalpía se hace cero.



La ecuación de conservación de energía quedaría de la siguiente manera:



Luego despejando tendríamos lo siguiente:

REACTOR Entrada mole-flow(kmol/h) mass-flow(kg/h) Enthalpy (cal/sec)

Salida

105

105

4904.9988

4904.9988

-2594868.4

-2594868.4

EN EL DESTILADOR:

COLUMNA DE DESTILACIÓN Entrada Salida mole-flow(kmol/h) 105 105 mass-flow(kg/h) 4904.9988 4904.9988 Enthalpy (cal/sec) -2594868.4 -2552346.8 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

57


TEMPERATURE HEAT DUTY distillate rate reflux rate

323.15

K

-348512.77 cal/sec 45

kmol/h

99

kmol/h

Composición en cada etapa de destilación: Etapa METANOL 1 0.09665775 2 0.06437569 3 0.04872755 4 0.04171118 5 0.03876846 6 0.03769671 7 0.03750524 8 0.03776476 9 0.03832328 10 0.03917967 11 0.04048854 12 0.04279374 13 0.04281286 14 0.04284137 15 0.04288379 16 0.04294522 17 0.04303243 18 0.04315574 19 0.04332848 20 0.04356784 21 0.04391138 22 0.04441156 23 0.04515277 24 0.04643361 25 0.05156906

ACETATO

ACETICO

AGUA

0.84790834

6.42E-14

0.0554339

0.86791403

8.50E-13

0.06771028

0.8759246

7.78E-12

0.07534784

0.87776671

6.83E-11

0.0805221

0.87655299

5.97E-10

0.08467854

0.87366807

5.24E-09

0.08863521

0.86959809

4.65E-08

0.09289662

0.86433791

4.16E-07

0.0978969

0.85748936

3.78E-06

0.10418357

0.84808643

3.50E-05

0.1126989

0.8337208

0.00033307

0.12545758

0.80547158

0.00330631

0.14842836

0.8054604

0.00330616

0.14842057

0.8054426

0.00330603

0.14840999

0.80541317

0.00330589

0.14839715

0.80536517

0.00330575

0.14838385

0.80529577

0.00330558

0.14836621

0.80519553

0.00330541

0.14834332

0.80506316

0.00330521

0.14830314

0.80492798

0.0033045

0.14819967

0.80472625

0.00330315

0.14805922

0.80437544

0.00330201

0.14791098

0.80351156

0.00332641

0.14800924

0.79801793

0.0039987

0.15154975

0.71494409

0.02017469

0.21331215

Stage

Temperature K

Pressure atm

Heatduty cal/sec

Liquid flow kmol/hr

Vapor flow kmol/hr

1

328.482833

0.98692327

-329788.18

99

0

2

328.829683

0.98692327

0

97.2981743

144

3

328.999882

0.98692327

0

96.1797195

142.298174

4

329.081048

0.98692327

0

95.3567662

141.17972

5

329.122425

0.98692327

0

94.6028061

140.356766

6

329.148168

0.98692327

0

93.7901815

139.602806


58


7

329.170357

0.98692327

0

92.9247419

138.790182

8

329.196758

0.98692327

0

91.8957697

137.924742

9

329.236308

0.98692327

0

90.6039917

136.89577

10

329.31171

0.98692327

0

88.8070478

135.603992

11

329.540956

0.98692327

0

86.0355562

133.807048

12

330.963411

0.98692327

0

195.709262

131.035556

13

330.963079

0.98692327

0

195.712926

135.709262

14

330.962791

0.98692327

0

195.71506

135.712926

15

330.962512

0.98692327

0

195.718764

135.71506

16

330.962373

0.98692327

0

195.724022

135.718764

17

330.962254

0.98692327

0

195.731512

135.724022

18

330.962225

0.98692327

0

195.743344

135.731512

19

330.962074

0.98692327

0

195.760106

135.743344

20

330.960167

0.98692327

0

195.777494

135.760106

21

330.957102

0.98692327

0

195.807167

135.777494

22

330.954399

0.98692327

0

195.847442

135.807167

23

330.969125

0.98692327

0

195.711477

135.847442

24

331.323345

0.98692327

0

193.034727

135.711477

25

340.099584

0.98692327

378663.427

60

133.034727

PRES

TEMP

VAPOR

LIQUID

(atm)

(K)

Y (METANOL)

Y (AGUA)

X(METANOL)

X(AGUA)

1

368.9312

0.1627596

0.8372404

0.025

0.975

1

365.6846

0.2749928

0.7250072

0.05

0.95

1

363.0918

0.3576166

0.6423834

0.075

0.925

1

360.9573

0.421395

0.578605

0.1

0.9

1

359.1581

0.4724412

0.5275588

0.125

0.875

1

357.6123

0.5144918

0.4855082

0.15

0.85

1

356.2627

0.5499619

0.4500381

0.175

0.825

1

355.0682

0.5804836

0.4195164

0.2

0.8

1

353.9982

0.6071998

0.3928002

0.225

0.775

1

353.0295

0.630935

0.369065

0.25

0.75

1

352.1441

0.6522994

0.3477006

0.275

0.725

1

351.328

0.6717538

0.3282462

0.3

0.7

1

350.5699

0.6896529

0.3103471

0.325

0.675

1

349.8607

0.706274

0.293726

0.35

0.65

1

349.1931

0.7218369

0.2781631

0.375

0.625


59

INDUSTRIA DE LOS PROCESOS QUÍMICOS ORGÁNICOS 1

348.561

0.736518

0.263482

0.4

0.6

1

347.9594

0.7504602

0.2495398

0.425

0.575

1

347.3841

0.7637807

0.2362193

0.45

0.55

1

346.8317

0.7765761

0.2234239

0.475

0.525

1

346.2991

0.7889268

0.2110732

0.5

0.5

1

345.784

0.8009002

0.1990998

0.525

0.475

1

345.2842

0.812553

0.187447

0.55

0.45

1

344.7979

0.8239332

0.1760668

0.575

0.425

1

344.3237

0.8350817

0.1649183

0.6

0.4

1

343.8601

0.8460334

0.1539666

0.625

0.375

1

343.406

0.8568182

0.1431818

0.65

0.35

1

342.9605

0.8674619

0.1325381

0.675

0.325

1

342.5228

0.8779866

0.1220134

0.7

0.3

1

342.092

0.8884116

0.1115884

0.725

0.275

1

341.6677

0.8987535

0.1012465

0.75

0.25

1

341.2492

0.9090266

0.0909733

0.775

0.225

1

340.8336

0.9192575

0.0807425

0.8

0.2

1

340.4262

0.9294238

0.0705762

0.825

0.175

1

340.0234

0.9395551

0.0604448

0.85

0.15

1

339.6249

0.9496599

0.0503401

0.875

0.125

1

339.2304

0.959745

0.040255

0.9

0.1

1

338.8397

0.9698166

0.0301833

0.925

0.075

1

338.4525

0.9798801

0.0201199

0.95

0.05

1

338.0687

0.9899399

0.01006

0.975

0.025

1

337.6848

1

0

1

0

DISEÑO DEL EQUIPO CRÍTICO

REACTOR CATALÍTICO TANQUE AGITADO ( CSTR):

COMPONENTE

       

COMPONENTE

ENTRADA(Kmol)

X (Composición entrada)

Masa(Kg)

50 55

0.47619048 0.52380952

1600 3300

C1

C2

C3

C4

2.288 1.4486

0.2685 0.25892

512.64 591.95

0.2453 0.2529


60


Donde:

ρi : densidad del componente

  [ ]

i

C1, C2, C3 y C4: constantes de correlación T: temperatura (K) Reemplazando:

COMPONENTE

 

ρ (Kg/m3) 763.867 1015.22

Calculando el flujo de entrada en el reactor:

   ̇ -

…(α )

    

Cálculo de la densidad en la mezcla:

        ̇̇ ̇  ̇ ̇ 

Reemplazando:

-

Cálculo del flujo másico en la mezcla:

Entonces, reemplazando en… ( α ) 61 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


          

                                            

Ecuación de diseño en un reactor CSTR:

Se cumple en un Estado estacionario:

Se sabe que:

Entonces: Dividiendo entre

Se sabe que:

:

: Tiempo espacial

Luego:

Hallando τ:

 

                                   

      

 





Hallando Volumen del Reactor:

                      √   √     

Hallando Diámetro del Reactor:



Hallando Altura del Reactor:

3.4.- LOCALIZACION DE LA PLANTA DETERMINACION DE LA UBICACIÓN Para nuestro estudio tomamos en cuenta el departamento de Lima, porque fue la base de nuestro estudio de mercado, también por razones de comercialización, disponibilidad de materia prima, insumos quimicos, envases básicos, además el mayor mercado de consumo del producto final se encuentra en esta región. La ubicación del sitio será realiza con las variables locacionales.

ESTUDIO DE LOS FACTORES DE LOCALIZACION De acuerdo a metodologías seguidas por diversos tipos de proyectos de pre factibilidad e incluso de factibilidad, se han identificado factores de localización, de los cuales se analizara en detalle asignándole una calificación de tipo subjetivo, como se muestra en el siguiente cuadro. Mapa de Ubicación del zinc (materia prima Principal)

PUNTAJE

CALIFICACION FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

63


90-100 70-80 50-60 30-40 10-20

Excelente Muy buena Buena Regular Inadecuada

A cada Puntaje ya calificado se le asigna un factor de importancia, tomando como base referencias a estudios locacionales de industrias muy semejantes, los cuales se señalan en siguiente cuadro Los factores de localización son los siguientes, el cual se describe a continuación: Materias Primas: El proceso de seleccionado para la elaboración DEL PRODUCTO , requiere como insumo principal metanol al AA . Mano de Obra: Todo proceso requiere de personal calificado, tanto como técnicos y supervisores. En Lima existe gran diversidad de personal calificado para la mano de obra indirecta, y obreros para la mano de obra directa. Para el presente Proyecto se requiere Obreros calificados, en esta localidad hay mano de obra barata. Energía: La ciudad de Lima, es una zona que tiene varias centrales eléctricas, y/o centrales termoeléctricas, los cuales están en el sistema interconectado de de electricidad, generando grandes cantidades de Kilowatts de Potencia., siendo esta una ventaja para el proyecto.

Agua: En La ciudad de Lima (Puente Piedra), los suministros de agua son suficientes, con la nueva obra que se está realizando en la planta de tratamiento de agua potable de Huachipa, el cual la mayor parte de esta agua esta destinado a los consumidores del cono norte de Lima.



Infraestructura Del Transporte Terrestre: La Ciudad de Ica, lugar de donde se va a traer

la materia prima principal, esta interconectada con la ciudad de Lima, mediante la vía de comunicación terrestre de la panamericana Sur, el cual es una vía rápida y asfaltada, que favorece en gran medida al Proyecto. Terreno: En el distrito de Puente Piedra, el terreno estará ubicado cerca a la panamericana norte. Se estima que en esta localidad aun hay terrenos con costos módicos, que favorecen la viabilidad del Proyecto. Mercado: De acuerdo a lo mencionado anteriormente, los consumidores del mercado se encuentran en la localidad e Lima, en los alrededores de la futura Planta. Razón por la cual el producto puede ser transportado con mucha facilidad y en menor tiempo posible, de igual manera para su comercialización.

CUADRO DE ESTUDIO DE LOCALIZACION

Factores de Localización

Localidad Lima

Chorrillos

Santa Anita

Puente Piedra

Mercado

X

55

40

40

Materia Prima

X

-

-

-

Energia

X

70

70

70

A gua

X

20

60

80

Mano de Obra

X

40

60

50

Transporte

X

80

80

80

Terreno

X

60

50

80

Medio Ambiente

X

80

70

80

Facilidades de construcción

X

40

50

70

445

480

550

Puntaje

El seleccionado según el cuadro del estudio de localización nos remite al Distrito de Puente Piedra. 65 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


IV.

TAMAÑO DE PLANTA DISPOSICION DE LA PLANTA PARA LA PRODUCCION DE ACETATO DE METILO

Nuestra planta de producción industrial en el cual el área de proceso, área administrativa, área de servicios, auxiliares, están ubicados de tal manera que las operaciones sean seguras, satisfactoriamente y eficazmente y económicamente, con el logro de su objetivos para el cual fue proyectada. Principios básicos Los principios básicos para la distribución de una planta óptima son:

i.

Integración de conjunto: debe de existir una buena disposición de parte de los hombres, materiales, las maquinarias, actividades auxiliares para poder llevar a cabo la planta en proceso.

ii.

Mínima distancia recorrida: distribución de los equipos

iii.

Flujo o circulación de materiales

iv.

Espacio tridimensional

v.

Seguridad y satisfacción

vi.

Flexibilidad: se pueden registrar cambios de los equipos en las maquetas

vii.

Algunos de los puntos a ser estimados en la elaboración de un plano son:

viii.

Topografía: preparación del terreno.

ix.

Tubería para servicios: elevada y enterrada.

x.

Drenajes de fluidos

xi.

Vientos remanentes

xii.

Invenciones de los equipos

xiii.

Tuberías de aleación de acero ө

xiv.

Condiciones de suelo: estudio topográfico(1)

xv.

Tráfico interno y en las vecindades de la planta (zonificación)

xvi.

Seguridad en todos los aspectos considerando todas las condiciones de operación.

Métodos de cálculos del área de las superficies de distribución del área del proceso 66 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


Según P.F. GUERCHET, crea un método de cálculo para cada elemento a distribuir un área igual a las tres superficies finales. Así:

i.

    Superficie estática

Se considera como aquella área ocupada realmente el equipo a instalarse (área verdadera)

ii.

Superficie de gravitación

Se calcula considerando aquellas superficies utilizadas alrededor de los puestos de trabajo por el obrero y por el material acopiado alrededor de las operaciones en curso.

  

Las superficies se obtienen para cada elemento multiplicando la superficie estática por el número de lados, a partir de los cuales la maquina debe ser utilizada. iii.

Superficie evolutiva

Es aquella área que se debe reserva entre los puestos de trabajo para los desplazamientos del personal y así como del material y de los productos.

 ( )

Usando esta expresión se calcula el área total que ocuparía la planta de tal forma que facilite el almacenamiento de carga/descarga de materiales, consumo de material que para mayor desenvolvimiento en el proceso industrial

Las áreas que pueden ocupar una planta industrial son: iv.

Planta de descarga/almacenamiento de materia prima

v.

Administración

vi.

Comercialización

vii.

Servicios Higiénicos

viii.

Caseta de control

ix.

Área de circulación y aéreas verdes



x.

Área de producción

xi.

Área de expansión (área de futura ampliación)

xii.

Laboratorios



4.8.1.- DISTRIBUCIÓN DE PLANTA PLANO DE PLAN MAESTRO DE LA PLANTA DE DITIONITO DE ZINC

CANALETA DE DRENAJE TÓPICO ALMACEN Y PESADO DE MATERIA PRIMA TAMIZADO

MOLIENDA

REACTOR

MEZCLADOR TALLER MECANICO

INGRESO DE MATERIA PRIMA Y EQUIPOS

INGRESO DE PERSONAL REFRIGERACION

VIGILANCIA

AREA ADMINISTRATIVA Y GERENCIA

FILTRACION

EVAPORACION

SECADO

ENVASADO O S S I O L P º A 2 R L A E P D

A S R E E T L N A E I C B S E M A

POZO DE AGUA TRATAMIENTO

DEPOSITO DEDESECHOS PAREDDE 2METROS

CASA FUERZA CALDERO ESCALERA LA 2º PISO

ALMACEN DE PRODUCTO TERMINADO

PRIMER PISO

ALMACENINSUMOS

TRANSPORTE VEHICULAR

SALIDADE PRODUCTO

VESTUARIO

BAÑO DEMUJERES

BAÑO DEHOMBRES

DEPOSITO DE COMBUSTIBLES

2º PISO LABORATORIO OFICINADEPERSONAL

COMEDOR

GRIFO DE COMBUSTIBLE



V.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1.- CONCLUSIONES. 

El acetato de metilo se obtiene en mayor proporción en el tope de la columna de destilación, esto fue comprobado con la simulación del proceso en APEN PLUS, siendo el flujo molar de acetato de metilo igual a 39.0561 Kmol/h.



De acuerdo a los cálculos de diseño, el volumen del reactor es: 20.1732m 3, su diámetro: 2.8582m y su altura: 3.1440m.



De acuerdo con los resultados obtenidos, se comprueba que la mejor tecnología es aquella que incluye un pre reactor y la columna reactiva.



La configuración más conveniente desde el punto de vista energético y de condiciones de pureza del producto, es la del esquema con pre-reactor, es decir un pre- reactor y columna de destilación.



Se utilizaron las ecuaciones de NRTL para correlacionar los datos de los sistemas binarios ayudados del simulador ASPEN PLUS 2006.



La simulación de las configuraciones se hizo con el modelo riguroso RADFRAC del simulador comercial Aspen Plus 2006, considerando modelo de equilibrio (equilibrio de fases y químico en cada etapa)



Cada plato reactivo se puede simular aun reactor cstr para poder determinar el diseño de la zona catalítica


70


VI.- BIBLIOGRAFÍA 2. SUNAT: Operaciones Aduaneras 3. Diseño de Equipos - CUADERNO DE DISEÑO DE PLANTAS, Ing. Leonaado Machaca 4. SIRI Junta y Sodiurr Consultores e Ingenieros "hidrosulfito ", Industnes seleccionadas químicos rentables 5. Wiley & Sons, 2 ª ed., Pp 349-356 (1972). 6. Gory, BT, la dispersión del fluido de mezcla y de gas en Agitatec 7. McGraw-Hill, Nueva York, pp 417-518 (1991). Bayat, M. "Cinética de la reacción de suspensión de hidrosulfito de zinc",

Páginas web de referencia: http://es.scribd.com/doc/86420600/Produccion-de-acetato-de-metilo

Libros de referencia: QUIMICA ORGÁNICA Morrison Y Boyd 2° Edición

Other References Bagno, Alessandro et al.; "Superacid-Catalyzed Carbonylation of Methane, Methyl Halides, Methyl Alcohol, and Dimethyl Ether to Methyl Acetate and Acetic Acid"; 1990 J. Org. Chem., vol. 55, pp. 4284-4289. cited by other . Ellis, Brian et al.; "Heterogeneous Catalysts for the Direct, Halide-free Carbonylation of Methanol"; 1996, 11th International FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

71


Congress on Catalysis, pp. 771-779. cited by other .Fujimoto, Kaoru et al.; "Vapor Phase Carbonylation of Methanol with Solid Acid Catalysts"; 1984, Chemistry Letters, pp.2047-2050. cited by other . Sardesai, Abhay et al.; "Synthesis of Methyl Acetate from Dimethyl Ether Using Group VIII Metal Salts of Phosphotungstic Acid"; 2002, Energy Sources, vol. 24, pp. 301-317. cited by other . Volkova, G.G. et al.; "Heterogeneous catalysts for halide-free carbonylation of dimethyl ether"; 2002, Catalysis Letters, vol. 80,No. 3-4, pp. 175-179. cited by other . Volkova, G.G. et al.; "Solid superacids for halide-free carbonylation of dimethyl ether to methyl acetate"; 2004, Elsevier B.V., 6 pages. cited by other . Wegman, Richard W.; "Vapour Phase Carbonylation of Methanol or Dimethyl Ether with Metal-ion Exchanged Heteropoly Acid Catalysts"; 1994, J. Chem. Soc., Chem. Commun., pp. 947-948. cited by other .


72


ANEXOS

4.1.-TAMAÑO DE PLANTA-MERCADO (TAMAÑO DE PLANTA MAXIMO) DEMANDA APARENTE DE PRODUCCION DE ACETATO DE METILO Como podemos observar los datos escogidos son de la demanda de producción de néctar, hallamos la demanda aparente del siguiente modo: Demanda aparente o insatisfecha=producción + Importación- Exportación

GRAFICA DE LA DEMANDA APARENTE 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0

2

4

6

8

10

12

MODELOS ECONOMETRICOS:

Modelo Lineal


73


400 350 300 250 Series1

200

Linear (Series1)

150 100

y = 12.083x + 79.759 R² = 0.1788

50 0 0

2

4

6

8

10

12

Modelo potencial

Modelo exponencial


74


Modelo Logarítmico

Modelo cuadrático


75


modelo Hiperbolico Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

AÑO 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

TM 35,53 23,04 88,29 175,63 246,95 336,83 141,14 76,05 221,49 145,19 184,72

X=X 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Y=1/Y 0,02814523 0,04340278 0,01132631 0,00569379 0,0040494 0,00296886 0,00708516 0,01314924 0,00451488 0,00688753 0,0054136


76


TAMAÑO DE PLANTA – MERCADO (TAMAÑO MAXIMO) De acuerdo con los gráficos mostrados y el índice de correlación expuestos en cada uno de ellos se observo que el modelo que se ajusta a todos los datos de la demanda aparente, escogimos el modelo potencial ya que proporciona un mayor índice de correlación, con lo cual estaríamos tomando la demanda intermedia para la proyección.


77


Ecuación Potencial: Proyección de la demanda:



TAMAÑO DE PLANTA EN FUNCIÓN AL MERCADO Tamaño de Planta en Función del Mercado T:



          ̅ ̅  ∑       ̅      ̅      

: Demanda inicial de referencia

Tasa de crecimiento :

Coeficiente de Industria Alimentaria :

Tasa de crecimiento promedio

:

Para los datos dados:

Como:

Tamaño de Planta en Función del Mercado o tamaño de planta máximo:


78


        

Se pretende tomar el 40% de toda la demanda

Gráfica de la demanda proyectada:

DEMANDA PROYECTADA 250 200 150 DEMANDA PROYECTADA

100 50 0 0

2

4

6

8

10

12

4.2.-TAMAÑO DE PLANTA-CAPACIDAD INVERSION

TAMAÑO DE PLANTA CAPACIDAD DE INVERSION: Tenemos la referencia de planta:

ZHUSHAN TIANXIN QUÍMICA MÉDICA CO, LTD Capacidad de la planta: 1800 TM / año de plantas y maquinaria: 177 Lakhs FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

79


El capital de trabajo: - T.C.I: 510 Lakhs Regreso: 40.00% El punto de equilibrio: N / A

(Un Lac / Lakh / Lakhs es equivalente a cien mil (100.000) RUPIAS) T.C.I es Inversión de Capital Total Fuente(s): http://es.coinmill.com/INR_USD.html#INR La Inversión de esta planta en india es $1342105,26 dólares americanos Detalles de la Referencia de Planta: T1=18000 TM/año I1=1342105,26 USD

SOCIOS

INVERSION

A

5000

B

4500

TOTAL INVERSIONISTAS

9500

PRESTAMOS DEL BANCO

10000

PRESTAMOS GARANTIA

20000

AUTOVALUO 2 CASAS

30000

TOTAL INVERSION

$ 79000

I2= 78000 CÁLCULO DE INVERSION DE CAPITAL FIJO: I 2(método escalamiento) α = 0.6

            FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

80


T2= 160.32 TM /año

4.3.-TAMAÑO DE PLANTA-MINIMO

Para hallar el tamaño de planta mínimo se usara los datos de tamaño de planta mercado, en este caso determinaremos los costos fijo, costos variables, costo total y el ingreso por ventas; las graficas de estos costos con la demanda proyectada nos permitirá determinar el tamaño de planta mínimo que no es otra cosa que el tamaño de planta en el cual no existen pérdidas y ganancias. Gráficamente se podrá hallar con el balance de materia obtendremos la cantidad de materia prima a utilizar para cada valor de dicha demanda que al multiplicar por el precio de materia prima se obtendrá los costos variables, Para ello contamos con los siguientes datos. Inversión de capital fijo

342146 $

Precio materia prima

0.3 $/Kg

Precio producto

0.82 $/Kg

Realizamos los cálculos siguientes:

Determinación del ICF: Si para una inversión Ix se requiere un tamaño de planta T x Se tiene que:

T 1

 



=

TM/año

TAMAÑO DE PLANTA MERCADO


81


   COSTO TOTAL DE PRODUCCION COSTO TOTAL DE PRODUCCION COSTO TOTAL DE PRODUCCION COSTOS GENERALES

= COSTOS DE FABRICACION +

COSTO TOTAL DE PRODUCCION

= $

226077

COSTOS DE FABRICACION = COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCION + COSTOS FIJOS + COSTOS GENERALES DE PLANTA COSTOS DE FAB. =

172743

COSTOS GENERALES = COSTOS DE ADMINISTRACION + COSTOS DE DISTRIBUCION Y COMERCIALIZACION + COSTOS DE INVESTIGACION COSTOS GENERALES =

53333

COSTOS DE FABRICACION = 0,6 COSTO TOTAL DEL PRODUCTO COSTOS DE FABRICACION =

160000

COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCION = MATERIA PRIMA + MANO DE OBRA COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCION =

14145 2

MATERIA PRIMA = 30% COSTO TOTAL DEL PRODUCTO


82


COSTO TOTAL DEL PRODUCTO =

$

266667

MANO DE OBRA = 0,15 % COSTO TOTAL DEL PRODUCTO MANO DE OBRA = $

40000,0

COSTO TOTAL MANO DE OBRA = SUPERV. + SERV.AUX. + MANT. + SUMIST. + COST. LAB. + COST.REGAL.

61452

MANO DE OBRA = SUPERV.= 12,5 % MO

SUPERV.= $

SERV.AUX.= 15 % COSTO TOTAL DEL PRODUCTO 5000

SERV.AUX. =

40000

MANT. = 6% INVERSION DEL CAPITAL FIJO

SUMINIST= 1% INVERSION DEL CAPITAL FIJO

MANT. =

SUMINIST = 350,3322 5

2101,993 5

COST.LAB.=15% MANO DE OBRA

COST.REGAL. = 3% COSTO TOTAL DEL PRODUCTO

COST.LAB.=

COST.REGA 8000 L. =

6000

INVERSION DE CAPITAL FIJO DETERMINADO DE LA REFERENCIA DE PLANTA (I 2): $

41166.26

COSTO DE MATERIA PRIMA: $

80000

METANOL COMERCIAL

105099,6 75

COSTOS FIJOS = DEPRECIACION + IMPUESTO LOCAL + SEGUROS + FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

83


ALQUILERES COSTOS FIJOS = $

4624

DEPRECIACION = 10% INVERSION DE CAPITAL FIJO DEPRECIACION = $

3503,3225

IMPUESTO LOCAL = 2,5 % INVERSION DE CAPITAL FIJO IMPUESTO LOCAL =

875,83062 5

SEGUROS= 0,7% INVERSION DE CAPITAL FIJO SEGUROS=

245

ALQUILERES= 9% EDIFICIOS ALQUILADOS*

LOCAL PROPIO

COSTOS GENERALES DE PLANTA = 72,5%MANO DE OBRA Ó 10% COSTO TOTAL DEL PRODUCTO COSTOS GENERALES DE PLANTA =

29000, 0

26666,66 67

COSTOS GENERALES = 27 % MANO DE OBRA + 8% INVERSION DE CAPITAL FIJO Ó 4% COSTO TOTAL DE PRODUCTO COSTOS GENERALES =

53333,333 33

COSTOS DE ADMINISTRACION = 4 % DEL COSTO TOTAL DE PRODUCTO COSTOS DE ADMINISTRACION = $

10666, 7

COSTO DE DISTRIBUCION Y COMERCIALIZACION= 11% COSTO TOTAL DEL PRODUCTO


84


COSTO DE DISTRIBUCION Y COMERCIALIZACION=

29333,3

COSTO DE INVESTIGACION= 5% DEL COSTO TOTAL DEL PRODUCTO COSTO DE INVESTIGACION = $

13333, 3

COSTO DE MATERIA PRIMA: $

11762

COSTO TOTAL DEL PRODUCTO =

$

266667

MANO DE OBRA =

$

40000

costos fijos ($) tamaño de planta mercado

4624

Determinación del costo variable: Para determinar los costos variables se tomo la demanda proyectada del tamaño de planta mercado, se realizo el balance de materia respectivo para determinar las cantidades exactas de materia prima como es el dióxido de azufre ,el bisulfito de sodio , hidróxido de zinc , agua,. Posteriormente se multiplico estas cantidades por el precio en $/Kg de cada una de las materias primas además de los envases y etiquetas utilizadas


85


para la elaboración del producto determinado así el costo variable en cada año proyectado.

DETERMINACION DEL COSTO VARIABLE

Demanda proyectada del tamaño de planta mercado

Nº

AÑO

Demanda proyectada TM

12

2012

33,684

13

2013

58,355291

14

2014

80,4795222

15

2015

101,096663

16

2016

120,661044

17

2017

139,425423

18

2018

157,549629

19

2019

175,143248

20

2020

192,285759

21

2021

209,037238

AÑO 2012 ETAPA: ALMACENAMIENTO DE MATERIA PRIMA 1 CANTIDAD POR AÑO zinc

60.802,281 kg


86


ETAPA: reacción AGUA DE proceso dióxido de azufre Zinc bisulfito

222.519 kg 608 litros 1.216 kg

ETAPA: filtrado agua de lavado

121.605 kg

ETAPA: secado agua de servicio

76.002,851 kg

ETAPA: ENVASADO Producto

Materia prima

41346 kg

precio unitario ($)

cantidad

Costo total

zinc(Kg)

2

60.802

91.203

dióxido de azufre r (kg)

2

608

1.094

agua(Lt)

0,89

222.519

244.771

agua(Lt) servicio

0,56

121.605

68.099

1,7

608

486

VALDES (unid)

2

1.654

2.150

Etiquetas. (unid)

0,45

1.654

744

promotor (ZnO ZnOH bisulfito de Zinc)

COSTO VARIABLE (CV)

40.855

COSTO VARIABLE UNITARIO (CVU)

0,9881

PARA LOS 10AÑOS SIGUIENTES CN LA DEMANDA PROYECTADA TENIENDO EN CUANTA EL PRECION DE ZINC VALOR FOB

CUADRO DE RESUMEN: FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

87


año 33684 58355,291 80479,5222 101096,663 120661,044 139425,423 157549,629 175143,248 192285,759 209037,238 demanda proy 0 33684 58355,291 80479,5222 101096,663 120661,044 139425,423 157549,629 175143,248 192285,759 209037,238

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022

año

Demanda CF ($) CV ($) proyectada (kg) 33684 4624,00 58355,291 4624 80479,5222 4624 101096,663 4624 120661,044 4624 139425,423 4624 157549,629 4624 175143,248 4624 192285,759 4624 209037,238 4624 CT ($)

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022

0 45.479 75.402 102.236 127.243 150.972 173.731 195.714 217.053 237.845 258.162

Precio de venta $ 0 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85

40.855 70.778 97.612 122.619 146.348 169.107 191.090 212.429 233.221 253.538

Ingreso por ventas CF ($) ($) 0 49852 86366 119110 149623 178578 206350 233173 259212 284583 309375

1,2129 1,2129 1,2129 1,2129 1,2129 1,2129 1,2129 1,2129 1,2129 1,2129

4.624 4.624 4.624 4.624 4.624 4.624 4.624 4.624 4.624 4.624 4.624

GRÁFICA DEL PUNTO DE EQUILIBRIO


88


Encontrando las dos ecuaciones que más se ajusten a la grafica e igualándolas obtenemos el punto de equilibrio:

Qmím

30,25 TM/año

Qmím

30250 Kg/año

4.4.-TAMAÑO DE PLANTA OPTIMO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

89


T.P. MERCADO

51.30

Tamaño de planta =

TN/AÑO KG/AÑO

T.P. MATERIA PRIMA Zn y otros

11052,67

TN/año

110526700

Kg/año

T.P. PUNTO DE EQUILIBRIO Qmím

30,25

TM/año

30250

Kg/año

Determinaremos la inversión para cada tamaño de planta: Si para una inversión Ix se requiere un tamaño de planta T x Se tiene que:

 

TAMAÑO DE PLANTA MERCADO

T 1



=

TM/año

    TAMAÑO DE PLANTA – MATERIA PRIMA

 

TAMAÑO PUNTO DE EQUILIBRIO


90


 

Hacemos de igual forma para los tres tamaños de planta:

INVERSION MAXIMA ($) MATERIA PRIMA

1001620,91

INVERSION ($) mercado

35033,2225

INVERSION MINIMA ($)

29044.125$

TAMAÑO DE PLANTA MERCADO Tamaño 40.133 de planta (TN): 2012 2013 0 1 año Inversion -35.033 ($) 33.684 Demand a Proyecta da (ton) 32106,40 Capacida d de planta (ton) 1,85 Precio proyecta do $/kg 59396,84 Ingreso por ventas ($) 4624,00 Costos Fijos ($) 40.855 Costos variables ($) 45.479 Costo total ($) 1,21 CVU ($ / Kg )

2014 2

2015 3

2016 4

2017 5

2018 6

58.355

80.480

101.097

120.66 1

139.42 5

34113,05 36119,7 0

38126,35 40133, 00

40133, 00

1,85

1,85

1,85

1,85

1,85

63109,14 25

66821,4 45

70533,74 75

74246, 05

74246, 05

4624,00

4624,00

4624,00

70.778

97.612

122.619

4624,0 0 146.34 8

4624,0 0 169.10 7

75.402

102.236

127.243

1,21

1,21

1,21

533980 6 1,21

557756 6 1,21


91


Utilidad unitaria Utilidad Total

-35.033 15831,47 17109,93 18388,4 0 -2.092 16.297 19.201,5 33

TAMA O DE PLANTA mínimo Tamaño de 30,250. 00 planta (TN): 2012 2013 2014 0 1 2 año -29.044 Inversión ($) 33.684 58.355 Demanda Proyectada (ton) 24200,0 25712,5 Capacidad 0 0 de planta (ton) 1,85 1,85 Precio proyectado $/kg 44770 47568,1 Ingreso 25 por ventas ($) 4624,00 4624,00 Costos Fijos ($) 40.855 70.778 Costos variables ($) 45.479 75.402 Costo total ($) 1,21 1,21 CVU ($ / Kg ) -29.044 10794,1 11757,8 Utilidad 8 2 unitaria -6.492 Utilidad 18.249,8 Total

19666,87 20945, 33 35.964 56.909

20945, 33 77.854

2015 3

2016 4

2017 5

2018 6

80.480

101.097

120.661

139.425

27225, 00

28737,5 0

30250,0 0

30250,0 0

1,85

1,85

1,85

1,85

50366, 25

53164,3 75

55962,5

55962,5

4624,0 0 97.612

4624,00

4624,00

4624,00

122.619

146.348

169.107

102.23 6 1,21

127.243 5339806 5577566 1,21

1,21

1,21

12721, 13685,0 14648,7 14648,7 45 9 3 3 6.229 19.915 34.563 49.212 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

92


18

CUADRO DE RESUMEN:

Utilidad Total Max Utilidad Total Equil

Utilidad Total Tamaño de planta $/año TM/año -19.201,533 30.250 -18.249,818

TAMAÑO DE PLANTA CON MAYOR UTILIDAD TOTAL

40.133

COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN

El costo total de Producción se obtiene de la suma de los costos de fabricación con los costos Generales. Esto se realizara para ambas tecnologías.

Tabla de Costo Total de Producción COSTOS DE FABRICACION COSTOS DIRECTOS

Alrededor de 60% CTP

DE PRODUCCION

Materia prima

10-50% CTP

Mano de obra de operación

10-20% CTP

Supervisión de operación, supervisión

10-25 % costo de mano de

directa y tareas de oficina

obra

(para la pequeñas industrias se considera como gastos fijos) Servicios auxiliares y potencia

10-20 % CTP

(para industrias pequeñas y medianas se considera como costos fijos) Mantenimiento y reparación 10-20 % CTP

COSTOS FIJOS ( incluye

los

2-10 % ICF

costos

de

depreciación ) Depreciación

10% ICF

Impuesto locales, propiedad de inmuebles

1-4 % ICF

Seguros

0.4-1 % ICF

Alquileres

8-10 % del valor del terreno de los edificios alquilados.


93

DISEÑO Y SELECCION DE TECNOLOGIA PARA LA PRODUCCION DE ACETATO DE METILO

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