PLANTA DE PRODUCCION DE PROPILENGLICOL APARTIR DE LA HIDROLISIS DEL OXIDO DE PROPILENO
1. RE RESU SUME MEN N EJ EJEC ECUT UTIV IVO O
El presente proyecto es una alternativa para realizar una buena inversión ya que este proyecto presenta una alta rentabilidad como se observara mas adelante. La planta procesadora de propile propilenglico nglicoll esta basada en la tecnología de hidrolisis del oxido de propileno, el cual es obtenido del propeno un derivado del petróleo. De acuerdo a los estudios estudios realizados realizados en el mercado mercado de la región, se ve por convenient conveniente e la producc pro ducción ión de est este e val valor or agre agregad gado, o, pro produc duciend iendo o lo nec necesa esario rio para aba abaste stecer cer el mer mercad cado o regional. Tambin se observo las distintas aplicaciones que posee el producto, siendo este muy variable el mer mercad cado o o!e o!erta rtarle rle se amp amplia lia a dis distin tintos tos hori horizon zontes tes ya sea sean n ind indust ustria riales les,, !ar !armac macuti uticos, cos, alimenticios, etc. " la vez se analizo las materias primas necesarias necesar ias para realizar la producción tanto un an#lisis de distintos precios como su accesibilidad, tambin la localización ideal para implementar dicho proyecto, viendo la existencia de servicios b#sicos ya instalados, reduciendo así el capital de inversión. 2. ANT NTEC ECED EDEN ENTE TES S
Los glicoles est#n compuestos de molculas que contienen dos grupos $%& en #tomos de carbono adyacente. En general, las molculas que contienen dos grupos $%&, se denominan dialcoholes o dioles. Dos de los glicoles importantes comercialmente son el etilenglicol y el propilengli propil englicol. col. El etile etilenglico nglicoll y el propil propilenglic englicol ol son los componentes principales principales de la soluci solución ón anticongelante que se coloca en los radiadores de los motores. "mbos compuestos son solutos que aumentan el punto de ebullición y disminuyen el punto de conge co ngela laci ción ón de dell ag agua ua'' pr previ evien enen en la !o !orm rmac ació ión n de hi hiel elo o en el in invi vier erno no y di dism smin inuy uyen en la vaporización en el verano. El etilenglicol y el propilenglicol son excelentes solutos para esta
!unción puesto que ambos tienen altos puntos de ebullición y son muy solubles en agua.
El propilenglicol tambin se emplea en la industria !armacutica y alimenticia con distintas utilidades, utili dades, al ser consumido, consumido, vemos que el metabolismo metabolismo lo trans!orma trans!orma normal normalmente mente en #cido pir(vico esencial en el metabolismo celular. 3. INTR INTROD ODUC UCCI CION ON
El propilenglicol es un compuesto org#nico )un diol alcohol*, usualmente insípido, inodoro, e incoloro líquido aceitoso claro, higroscópico y miscible con agua, acetona, y cloro!ormo. +e manu!actura por hidratación del óxido de propileno. Este producto es muy requerido en distintas ramas de producción, tanto en la de alimentos como en la industria !armacutica, lo que lo hace un producto !actible para su producción. 4. JU JUST STIF IFIC ICA ACI CION ON
or m#s de cinco dcadas el propilenglicol ha adquirido una gran reputación en la industria química mundial con un gran n(mero de consumidores y aplicaciones, ya sea como agente emulsi!icante, humectante, o como solvente, por sólo nombrar algunas de sus !unciones m#s comunes.
-racias al conunto de sus propiedades, el propilenglicol cumple con un gran n(mero de roles en di!erentes ambientes, lo cual culmina con una amplia variedad de consumidores y su uso en m(ltiples procesos para la !abricación de diversos productos industriales de uso com(n.
En alimentos y bebidas, en la alimentación animal, o en aplicaciones !armacuticas y cosmticas, el propilenglicol /+0E )grado !armacutico*, es empleado en di!erentes procesos. "lgunos usos comunes del propilenglicol en la industria son1 para mantener por m#s tiempo los productos de panadería, para disolver los saborizantes en las bebidas, como conservador de alimentos para animales, para emulsionar productos aceitosos con acuosos en cremas, sprays y líquidos, o como excipiente de ingredientes activos en medicinas.
!unción puesto que ambos tienen altos puntos de ebullición y son muy solubles en agua.
El propilenglicol tambin se emplea en la industria !armacutica y alimenticia con distintas utilidades, utili dades, al ser consumido, consumido, vemos que el metabolismo metabolismo lo trans!orma trans!orma normal normalmente mente en #cido pir(vico esencial en el metabolismo celular. 3. INTR INTROD ODUC UCCI CION ON
El propilenglicol es un compuesto org#nico )un diol alcohol*, usualmente insípido, inodoro, e incoloro líquido aceitoso claro, higroscópico y miscible con agua, acetona, y cloro!ormo. +e manu!actura por hidratación del óxido de propileno. Este producto es muy requerido en distintas ramas de producción, tanto en la de alimentos como en la industria !armacutica, lo que lo hace un producto !actible para su producción. 4. JU JUST STIF IFIC ICA ACI CION ON
or m#s de cinco dcadas el propilenglicol ha adquirido una gran reputación en la industria química mundial con un gran n(mero de consumidores y aplicaciones, ya sea como agente emulsi!icante, humectante, o como solvente, por sólo nombrar algunas de sus !unciones m#s comunes.
-racias al conunto de sus propiedades, el propilenglicol cumple con un gran n(mero de roles en di!erentes ambientes, lo cual culmina con una amplia variedad de consumidores y su uso en m(ltiples procesos para la !abricación de diversos productos industriales de uso com(n.
En alimentos y bebidas, en la alimentación animal, o en aplicaciones !armacuticas y cosmticas, el propilenglicol /+0E )grado !armacutico*, es empleado en di!erentes procesos. "lgunos usos comunes del propilenglicol en la industria son1 para mantener por m#s tiempo los productos de panadería, para disolver los saborizantes en las bebidas, como conservador de alimentos para animales, para emulsionar productos aceitosos con acuosos en cremas, sprays y líquidos, o como excipiente de ingredientes activos en medicinas.
En la industria, el propilenglicol tambin es empleado como intermediario para hacer otras sustancias químicas, como resinas de polisteres insaturadas las cuales son usadas en productos de ba2o y cocina, en la !abricación de tuberías y palas, etc. Es tambin usado para manu!acturar pl#sticos, resinas, pinturas y recubrimientos, ugando un papel importante como ingrediente para !ormular !luidos para trans!erencia de calor.
5.- ESTUDIO DE MERCADO
En 3olivia actualmente no hay su!icientes su!icientes proveedores de propilenglicol, tanto para propósitos industriales y mucho menos para propósitos !armacuticos y alimenticios. En nuestros días, es en este ramo industrial donde se encuentra la mayor demanda del producto debido a que solo las empresas transnacionales lo producen en países como 3rasil. Es así como los productores 3olivianos se ven en la necesidad de importar este producto a costos muy elevados.
or lo cual la lanta de producción continua de glicoles, tendr# como !unción producir el propilenglicol su!iciente para abastecer la demanda de esta sustancia como producto intermediario en gran parte del país, ya sea en su grado industrial o en su grado !armacutico )/+0E*, a partir de la hidratación del oxido de propileno. En a2os recientes, el precio del crudo y los derivados del mismo han alcanzado niveles record en todo el mundo. "lgunos de los motivos m#s importantes son1 !alta de producción, reducción en el n(mero de yacimientos petroleros, guerras, incremento del precio de los insumos, etc. En 3olivia, la producción nacional de productos químicos ha su!rido un considerable retroceso, pasando de producciones mayores a las 45 millones de toneladas al a2o a apenas superiores a 67
millones
de
toneladas
al
a2o,
en
una
dcada.
+in embargo, el retroceso no se ha debido a la baa demanda de este tipo de insumos sino a la competitividad cada vez menor de las empresas nacionales por la clara dependencia que tienen a la importación de su materia prima, lo cual resulta en una dependencia cada vez mayor a la importación
de
insumos
internacionales
para
poder
operar.
Entre los insumos de mayor demanda nacional podemos encontrar los derivados de etileno, especí!icamente el mercado de glicoles, mismos que se han visto a!ectados por la !alta de producción de las materias primas )etileno, óxido de etileno y óxido de propileno*, resultando en un
d!icit
4.1.
de
448
mil
toneladas
de
glicoles.
DESCRIPCION DEL PRODUCTO
El propilenglicol )nombre sistem#tico1 propano96,49diol* es un compuesto org#nico )un alcohol, m#s
precisamente un diol*
incoloro,
insípido
e
inodoro. Es
un
líquido
aceitoso
claro, higroscópico y miscible con agua ,acetona, y cloro!ormo. +e obtiene por hidratación del oxido de propileno. T"3L" DE :%;ED"DE+ DEL :%;LE<-L;=%L
Propilenglicol
Nomb! "#"$!m%$#&o
propano96,49diol
O$o" 'omb!"
propilenglicol, aditivo alimentario E9 6745
F(m)*+ ,)m#&+
=>&?%4
M+"+ mo*!&)*+
@A,5B g0mol
D!'"#+
6,5>A g0cm>
P)'$o ! /)"#('
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P)'$o ! !b)**#&#('
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5,>8 0m9 )75F &4% G B5 C=*
P#'&#+*!" +*#&+&#o'!"
El propilenglicol presenta una gran cantidad de usos y aplicaciones, como se presenta en la siguiente lista1
=omo humectante en productos !armacuticos, cosmtica, alimentos y tabaco.
=omo lubricante íntimo genital )Hlubricante personalH*.
=omo agente saborizante en angostura )bebida* y en %range amargo de "ngostura.
=omo solvente para coloración de alimentos y saborización.
=omo humectante aditivo alimentario, rotulado como n(mero E6745.
=omo carrier en aceite de !ragancia.
=omo anticongelante de alimentos.
En m#quina de humo para hacer humo arti!icial para entrenamiento de bomberos y producciones teatrales.
En desin!ectantes de manos, lociones antibacterianas, y solución salina.
=omo ingrediente en muchos productos cosmticos, inclusive Iipes para bebs, espuma de ba2o, y champ(es.
=omo ingrediente primario de la HpinturaH dentro de los paintball.
=omo ingrediente de base en aeronaves !luidi!icante y en ciertos anticongelantes de vehículos.
En criónica.
=omo !luido hidr#ulico para m#quinas.
ara regular la humedad en los cigarros humectante.
=omo agente preservante en trampas, usados para capturar coleópteros =arabidae)insectos de suelo*.
=omo parte de la !ormulación de caloportadores para energía solar trmica )"=+*
En la industria cer#mica se utiliza como vehículo serigr#!ico, adicion#ndolo a las pastas serigr#!icas utilizadas en la decoración de baldosas. Esto por su propiedad reológica de cambiar su viscosidad con el es!uerzo eercido, es decir cuando un es!uerzo es aplicada a la suspensión preparada con polientilenglicol la viscosidad de la misma disminuye, una vez el es!uerzo es retirado la suspensión recupera su viscosidad )se incrementa nuevamente* lo que es necesario durante la aplicación serigr#!ica. +u punto de ebullición hace !#cil que sea eliminado durante el proceso de horneado cer#mico.
=omo re!rigerante en motores de bombas sumergibles.
=ada mL de solución de Diazepam )7 mg* contiene 5.8 mL de propilenglicol, 5.6 mL de alcohol, 5.567 mL de alcohol bencílico y benzoato de sodio0#cido benzoico en agua para inyección, austado a un p& de A,49A,B.
S!)#+ $o#&#+
La "dministración de "limentos y Jedicamentos estadounidense )KD"* ha determinado que el propilenglicol es Hgeneralmente considerado como seguroH )-:"+, siglas en ingls* para uso en alimentación, cosmtica, y medicinas. =omo el etilenglicol, el propilenoglicol a!ecta la
química de la sustancia a la que se agrega por el incremento de la acidez. El propilenoglicol se metaboliza en #cido l#ctico, que ocurre naturalmente en los m(sculos eercitados, mientras que el etilenglicol lo hace a #cido ox#lico, que es tóxico. 4.2.
A'%*#"#" ! !m+'+ o/!$+
Los productos de mayor consumo en esta rama est#n compuestos principalmente por dos grupos1
PRODUCCION DE PG 195 190 185 180
MIL [TON/AÑO] 175 170 165 160 2005
2006
2007
2008
2009
2010
AÑO
-licol
etílico
y
glicoles
propílicos y glicerina' stos se encuentran en una proporción aproximada de 6.7 a 6 a largo plazo. "2o
roductos
-licoles
etílicos
Mmil
-licoles
Ton0a2oN propílicos
455A
6@?.>
6@6.@
455@
6A>.4
[email protected]
455?
6A8.4
6B5.5
455B
6A?.6
6@@.?
Dada la complea situación del mercado algunas potencias internacionales y empresas de renombre se han visto !orzadas a alearse de las tecnologías convencionales para la producción de estos productos a mtodos alternativos obteniendo resultados positivos. /n claro eemplo de esta Omigración de tecnologíasP es =hina que, en 455@, impulsada por el gran boom económico, un incremento considerable en el poder adquisitivo de su población, así como la demanda de productos cuya !abricación requiere de glicoles, ha invertido en la construcción de una planta de producción de glicoles a partir de az(cares con una capacidad anual de 455,555 toneladas anuales con ganancias proyectadas de 455 millones de dólares americanos
al
a2o.
La producción de glicoles es un mercado internacional de 6? mil millones de dólares que, se explicó anteriormente, tiene un gran d!icit en 3olivia. El costo de venta para los productos de esta índole ha ido incrementando, situ#ndose muy por encima de los costos de la materia prima. roducción de propilenglicol a partir de la hidrogenólisis de glicerol. +e trata de un proceso reciente desarrollado en el 4558 por la /niversidad de Jissouri en =olumbia, E/. El proceso comienza con glicerol crudo, como materia prima, obtenido principalmente como un subproducto de la elaboración de biodiesel. El glicerol se lleva a un tratamiento para eliminar las
impurezas y el exceso de agua que posea, para posteriormente pasar por cambiadores de calor para brindarle una temperatura requerida en el reactor. El reactor puede trabaar con catalizadores met#licos de
contin(a
de
propilenglicol
a
partir
de
propileno.
Esta tecnología !ue desarrollada en "lemania )455A* por la división de investigaciones de 3"+K y consiste en un proceso sencillo pero ine!iciente para producir propilenglicol en sus grados industrial y !armacutico. La principal materia prima )propileno* se lleva a un proceso donde se hace reaccionar con peróxido de hidrógeno sobre un catalizador de titanio soportado en zeolita )+i%8*. De este proceso se derivan tres productos1 oxigeno, propileno sin reaccionar y óxido de propileno, que es el producto m#s importante para el proceso. El óxido de propileno se lleva a una reacción de hidrólisis con un exceso de agua, del cual se !orman los productos1 propilenglicol )-*, dipropilenglicol )D-*, y tripropilenglicol )T-*, en las proporciones 655, 65, 6, respectivamente. Existe otra alternativa que consiste el puri!icar el óxido de propileno para obtener un grado industrial, la cual ser# analizada posteriormente. En la (ltima operación se lleva a cabo la separación de los productos -, D- para su venta, y una adicional para para obtener el grado !armacutico de alta pureza. En cuanto a materias primas, se encontró que hay los proveedores necesarios para distribuir tanto el propileno como el peróxido de hidrógeno de manera continua, al igual que son rentables en 3olivia ya que
es
signi!icativamente bao dado que el propileno es un derivado de la industria petrolera y gasí!era.
4.3.
COSTO DEL PRODUCTO
El costo de producción en el mercado mundial actual es de ?8.A? QuQ por 6Rg de propilenglicol por lo cual nuestros costos de producción unitaria debe ser 47F menor al costo mundial como re!erencia, “este punto será analizado con mayor detalle en costos de producción” .
4.4.
CAPACIDAD DE PLANTA
El tama2o de planta es alrededor de 65>?@5?5 Rg de propilenglicol anuales. En este caso se tomara el 4>.7F de esta cantidad para el dise2o del reactor. +uponiendo que la planta trabaar# >55 días al a2o, con > turnos diarios, entonces la producción por hora es1 688> Rg de propilenglicol. 5. MATERIAS PRIMAS E INSUMOS 5.1.
C*+"#/#&+&#(' ! *+" m+$!#+" #m+"
=omo materias primas a usar para la producción de propilenglicol son1 A)+
El agua es un insumo importante ya que es un reactivo en el proceso de obtención del propilenglicol, adem#s es empleado para en!riar y calentar ciertas corrientes en el proceso.
O#o ! o#*!'o
El oxido de propileno es uno de los productos obtenidos del propeno el cual se obtiene de la termólisis del petróleo. +e separa de los dem#s productos como el etileno por destilación a baa temperatura. L)6
La luz es un insumo sumamente importante para la operación de bombas y distintas maquinarias de la planta de producción. 5.2. A)+
Co"$o" ! #'")mo"
El costo del agua potable esta en !unción al costo de luz ya que proviene de pozo, la cantidad de agua no presenta un costo, solo el pre tratamiento a realizar para su incorporación al proceso. O#o ! o#*!'o
El costo actual del oxido de propileno es de 85Q/Q el m> por lo cual resulta muy !actible la trans!ormación de este. L)6
La luz tri!#sica necesaria para la operación de las maquinarias representa un costo signi!icante en los costos de producción general, llegando a costar 5.7>Q/Q por I.
5.3.
F)!'$!" ! *+ m+$!#+ #m+
A)+
La !uente de donde se obtendr# ser# de un pozo escavado en cercanías de la planta de producción.
O#o ! o#*!'o
se obtendr# de la una planta procesadora de propileno el cual tiene como uno de los productos b#sicos el oxido propileno adem#s de esto existe inters para implementar una nueva planta de la empresa alemana L/:-;, el cual planea invertir en un emprendimiento para la obtención de oxido de ropileno a partir de Jetanol, con una inversión aproximada de 6855 millones de dólares y donde SK3 )re!undado* deber# ser socio del consorcio que se !orme para tal e!ecto y pueda intervenir en este negocio con por lo menos el 45F del paquete accionario . 7. U8ICACION 9 EMPLA:AMIENTO
La localización de la planta productora de glicoles es una de las partes m#s importantes de la planeación. Lo primero que se decidió !ue ubicar a los posibles productores de la materia prima que se requiere para llevar a cabo el proceso y ver que !uera !actible colocarla cerca de stos para reducir costos de transporte. /na vez visto su localización se procedió a buscar terrenos en venta cerca de stos mismos, considerando que no existieran problemas en la instalación de la planta. +e eligen tres terrenos candidatos, esto es para poder hacer un an#lisis detallado de los !actores y así poder compararlos entre ellos para tomar la meor decisión sobre la ubicación de la planta. La planta de producción continua de glicoles estar# situada en el departamento de +anta =ruz en el arque ;ndustrial. La decisión est# basada, adem#s de los !actores para la localización de una planta, en que es la (nica planta productora en ese lugar, Tiene acceso a la carretera con mayor !luo de transporte y de mayor importancia en 3olivia. +e puede servir al A?F del país, alcanzando un radio aproximado de >75 Rm y con posibilidad de alcanzar m#s territorio. "dem#s de que cuenta con cercanía de transporte, zonas comerciales y residenciales y disponibilidad de transporte p(blico. ara la localización de la planta existen diversos !actores que van a in!luir en la decisión, estos son1 +uministro de materias primas La mayoría de las empresas proveedoras se encuentran instaladas en los alrededores del parque industrial, ya sea en la ciudad de +anta =ruz y oblaciones cercanas. "spectos "mbientales. Est# ubicado en una zona industrial, por lo que no se tienen problemas con destruir h#bitats o alg(n ecosistema. /bicación de los mercados. +u ubicación est# en una zona estratgica de mercados, porque est# en la región mas productiva del país. or lo que muchas empresas de diversas #reas de la ingeniería ser#n nuestras vecinas.
resencia local de los principales constructores y desarrolladores del país. Transporte. /bicada en el departamento mas desarrollado industrialmente del país, con acceso directo a la carretera bioce#nica, carretera con mayor !luo de transporte. Kactores clim#ticos y meteorológicos. El tipo de clima en esa región es h(medo y c#lido, con lluvias en verano. En invierno es !resco. Disponibilidad de energía y de agua. Todos los terrenos que se encuentran en el parque industrial ya cuentan con los servicios b#sicos de energía, de agua y alcantarillado. +e cuenta con una estación sub9elctrica de A5 J", lo que signi!ica que el abasto en este rubro esta de alguna manera asegurado. Disponibilidad de mano de obra. La población de la ciudad de +anta =ruz representó el 45.AF de la población total en 3olivia en el 4565. =uenta con una población total de habitantes de 6, ?4@,B>@ de acuerdo con el censo de población y vivienda 4565. La población en edad para trabaar es de 6, 4AB,B>6. La población económicamente inactiva es de 764,6>B y la población económicamente activa es de @74,>85, los que est#n ocupados suman un total de @66,?47 personas y los desocupados 85,767 personas. La mano de obra es de bao costo, con menos rotación de personal. +er# necesaria la capacitación del personal, que vaya a integrarse en la lanta de glicoles =aracterísticas del terreno. "ctividad sísmica seg(n los datos recuperados, la sismicidad en el #rea es baa. L%="L;U"=;V< DE L" L"
% Peso en el grupo 35 5 20 10 5
Rio Grande 5 5 5
Parque Industrial 5 5 5 3
Naranjal 5 3 5
Disponibilidad de energía Disponibilidad de agua Disponibilidad de mano de obra =aracterísticas del terreno "spectos comunitarios "specto Legal y
K"=T%:E+ +uministro de materias primas "spectos de tipo ambiental /bicación de los mercados Transportación Kactores clim#ticos y meteorológicos Disponibilidad de energía Disponibilidad de agua Disponibilidad de mano de obra =aracterísticas del terreno "spectos comunitarios "specto Legal y
7 1 5 1 1 3 3
5 5 3 5 5
5 5 5 5 5 5
3 3 2 2 5
100
58
60
48
% Peso en el grupo 35 5 20 10 5 7 1 5 1 1 3 3
Rio Grande 5 5 5 5 5 3 5 5
Parque industrial 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
100
58
63
De acuerdo a los resultados obtenidos los lugares para instalar la planta son :io -rande y arque ;ndustrial. ara poder determinar cu#l de estos dos, se realiza el mismo rocedimiento que se hizo anteriormente pero sólo con los dos m#s altos. El resultado !ue1 El lugar ideal para la planta es el arque ;ndustrial en La ciudad de +anta =ruz localizada a los 6@C87W6BHde latitud sur y A>C?W68H de longitud oeste, a 45 m al sud9 sudoeste de la =iudad de +anta =ruz. ;. INGENIERIA DEL PROCESO
;.1.
8+*+'&! ! m+"+
El balance de masa realizado es para una producción de 6@>? g0h de propilenglicol para lo cual se utilizara los siguientes !luos.
Kluo 6)alimentación del agua* K&4% X 755 g0h Kluo 4)alimentación del agua al reactor* K&4%X 755 Rg0h
;.1.
8+*+'&! ! m+"+
El balance de masa realizado es para una producción de 6@>? g0h de propilenglicol para lo cual se utilizara los siguientes !luos.
Kluo 6)alimentación del agua* K&4% X 755 g0h Kluo 4)alimentación del agua al reactor* K&4%X 755 Rg0h Kluo >)entrada de oxido de propileno* Los siguientes datos de la pureza !ueron obtenidos de los proveedores de la región. %xido de propilenoX?5F de pureza "guaX45F 500
Kg H 2 O 1KmolH 2 O 1KmolOP 58, 08 Kg OP 100 Kg Sol * * * * h 18Kg H 2O 1KmolH 2 O 1KmolOP 80 Kg OP
=
Sa que la reacción del proceso a ver es 6 a 6 entonces1 KsolX 456A,AA g0h F H 2 O
=
2016,66* 0, 2 = 403,332
Kg H 2 O h
Kg OP F OP = 2016, 66*0,8 = 1613.328 h
2016, 66
Kg Sol h
Kluo 8)alimentación al reactor* KsolX 456A,AA g0h F H 2 O
=
2016,66* 0, 2 = 403,332
Kg H 2 O h
Kg OP F OP = 2016,66 *0,8 = 1613.328 h
Kluo 7 )salida del reactor* +e determinara de acuerdo a la siguiente reacción y cintica.
La reacción bao consideración es de primer orden en la concentración de %, y aparente de orden cero en exceso de agua con la velocidad de reacción especí!ica
γ = KC Aα C Bβ β γ = KC Hα 2 O C OP
α = 0 β = 1
γ = KC OP
El proceso tiene una limitación importante operativa que es la temperatura de la mezcla, esta no debe exceder los 6>5 CK debido a que % tiene un punto de ebullición bao.
Debido a este límite se operara el reactor a >5C= para evitar perdidas de %. −75362 KJ
− E
K
=
Ae RT
K
12
= 16,96*10
e
Kmol KJ 8,314 *303° K Kmol*° K
K = 1,73 3alance de masa para el reactor N a 0
−
Nj
X A
=
N A 0 − N A N A 0
N A0 * X A
+ VR j =
0
→
N A0
−
NA
=
N A 0 * X A
= V γ
+uponiendo vXconstante
NA0* XA = V γ C A0 * v0 * X A
=V
* K * CA
C A0 * v0 * X A
=V
* K * C A0 * (1 − X A )
X A
=
X A
=
X A
:emplazando
XA = 0,83
=
K *τ (1 − X A ) K *τ
1 + K *τ K 0 * e
− E
1 + K 0 * e
R*T
− E
*τ
R*T
*τ
KgOP
F OP = 2016, 66*0,8 = 1613.328
N A
=
N A0 *(1 − X A )
N A
=
27.78(1 − 0,83)
N A
=
4,72
N A
=
4, 72
F propilenglicol
KmolOP h
Kmol OP h =
27.78
=
=
1KmolOP 58.08KgOP
= 27.78
Kmol OP
h
Kmol H 2O h
274.14
Kmol OP h
h
*
Kg Op
h 83Kmol OPconv 1 Kmol Pr opilenglicol 76, 09 Kg propilenglicol * * * 100 KmolOP 1KmolOPconv 1Kmol Pr opilenglicol
= 1754.43
Kg propilenglicol h
Kluo A )entrada al destilador* Debido a que no hay trans!ormaciones en las concentraciones se asume que los !luos m#sicos de la corriente @ son iguales a la corriente A. Kluo @ )!ondo del destilador* +e espera tener una alta concentración del propilenglicol ya que este se aloara en el !ondo de la torre de destilación, adem#s que no puede existir presencia de residuos de oxido de propileno ya que si existiese podría presentar consecuencias debido a los e!ectos que este causa. Kracción molar del propilenglicolX 6 Fpropilenglicol = 77.69
Kmol propilenglicol h
*
100 Kmol fono 100 Kmol propilenglicol
*
76, 09 Kg propilenglicol 1Kmol fono
= 5912
Kg propilenglicol h
Kluo ? )retorno del hervidor* Este !luo es el retorno de los vapores del hervidor lo cual incrementara la !racción en el producto !inal.
100 Kmol fono 76, 09 Kg propilenglicol Kmol propilenglicol * * Fpropilenglicol = 58.71 100 Kmol propilenglicol 1Kmol fono h
=
4467
Kg propilenglicol h
Kluo B Debido a que no se su!re cambios en el !luo m#sico este es igual al !luo ?. Kracción molar del propilenglicolX 6 Fpropilenglicol = 77.69
Kmol propilenglicol h
*
100 Kmol fono 100 Kmol propilenglicol
*
76, 09 Kg propilenglicol 1Kmol fono
= 5912
Kg propilenglicol h
Kluo 65 Sa que posee un un re!luo en el hervidor el porcentae de propilenglicol presente se incrementa. Kracción molar del propilenglicolX 5,BB Kracción molar del "guaX5,56 Fpropilenglicol = 18.98
F H 2 O
=
4, 72
Kmol H 2 O h
Kmol propilenglicol h
*0, 01 = 0, 0472
*
99 Kmol fono 100 Kmol propilenglicol
Kmol H 2 O h
*
76, 09 Kg propilenglicol 1Kmol fono
*18 = 0,8496
= 1441, 78
Kg propilenglicol h
Kg H 2 O h
Kluo 66 Debido a que no se su!re cambios en el !luo m#sico este es igual al !luo 65. Kracción molar del propilenglicolX 5,BB Kracción molar del "guaX5,56 Fpropilenglicol = 19,13
Kmol propilenglicol h
*
99 Kmol fono 100 Kmol propilenglicol
*
76, 09 Kg propilenglicol 1Kmol fono
= 1441, 78
Kg propilenglicol h
F H 2 O
=
4, 72
Kmol H 2 O h
*0, 01 = 0, 0472
Kmol H 2 O h
*18 = 0,8496
Kg H 2 O h
Kluo 64 Debido a que no se su!re cambios en el !luo m#sico este es igual al !luo 66. Kracción molar del propilenglicolX 5,BB Kracción molar del "guaX5,56 Fpropilenglicol = 19,13
F H 2 O
=
4, 72
Kmol H 2 O h
Kmol propilenglicol h
*0, 01 = 0, 0472
*
99 Kmol fono 100 Kmol propilenglicol
Kmol H 2 O h
*
76, 09 Kg propilenglicol
*18 = 0,8496
1Kmol fono
= 1441, 78
Kg propilenglicol h
Kg H 2 O h
Kluo 6> Sa que es la salida del tanque de almacenamiento este se descargara cada ?hrs presentara las siguientes características. Kracción molar del propilenglicolX 5,BB Kracción molar del "guaX5,56 Fpropilenglicol F H 2O
=
4, 72
= 19,14
Kmol H 2O
Kmol propilenglicol h
*0, 01 = 0, 0472
*
99 Kmol fono 100 Kmol propilenglicol
Kmol H 2O
h !g F"o"al = 1442.65 *8h = 11541,2 Kg h
h
*18
*
76, 09 Kg propilenglicol
= 0,8 496
1Kmol fono Kg H 2O h
= 1441, 8
Kg propilenglicol h
*8 h = 11534, 4 Kg propilenglicol
*8h = 6, 79 Kg H 2O
Kluo 68 =orresponde a la parte superior de la torre de destilación donde se encuentra la mayor parte del agua residual de la reacción Fag#a = 5.9
Kmol H 2 O h
*
18Kg H 2 O 1Kmol H 2O
= 106.2
Kg H 2 O h
Kmol propilenglicol Kg propilenglicol * 76 = 1596 F propilenglicol = 21 h h
F"o"al = 1702.2
Kg h
Kluo 67 mol0h 4.B@ 5 65.78 6>.76
g0h 7>.8A 5 ?56 ?78
Este es el re!luo a la torre que corresponde al 75F del !luo 68 Fag#a
=
2.97
Kmol H 2 O 18Kg H 2 O * h h
F propilenglicol = 10.54*
F"o"al = 854
76 Kg propilenglicol h
= 53.46
= 801
Kg H 2 O h
Kg propilenglicol h
Kg h
Kluo 6A Es el !luo de vapores que salen del condensador KtX5
Fag#a
=
2.97
Kmol H 2 O 18Kg H 2 O * h h
F propilenglicol = 10.54*
F"o"al = 854
76 Kg propilenglicol h
= 53.46
= 801
Kg H 2 O h
Kg propilenglicol h
Kg h
Kluo 6? )alimentación al tanque de almacenamiento* Este !luo no presenta ning(n cambio en la composición m#sica del !luo por lo tanto se repite los mismos valores del !luo 6@ Fag#a
F OP =
=
70, 56
Kg H 2O h
274,14 KgOP 2
h
= 137,07
F propilenglicol = 1737, 08* 0, 001 =
F"o"al = 334.43
Fpro 2 =
Kg h
= 167, 215
334.43 Kg 2
h
58,56 Kg H 2 O
*0, 83 =
2
=
h
29, 28
Kg H 2 O h
KgOP h
1,73 Kg propilenglicol 2
h
= 0,87
Kg propilenglicol h
Kg
= 167, 21
h Kg h
Kluo 6B Fag#a = 70, 56
Kg H 2 O h
* 0,83 =
58,56 Kg H 2 O 2
h
=
29, 28
Kg H 2 O h
*8h = 234, 24 Kg H 2 O
FOP =
274,14 KgOP 2
F propilenglicol
h
= 137, 07
= 1737, 08* 0, 001 =
F"o"al = 334.43
Kg h
= 167, 215
KgOP h
*8h = 1096, 56 KgOP
1,73 Kg propilenglicol 2 Kg h
h
= 0,87
Kg propilenglicol h
*8 h = 6,96 Kg propilenglicol
*8h = 1337, 72Kg
T+b*+ !")m!' !* b+*+'&! ! m+"+
6 4 > 8 7 A mol0 mol0 mol0 mol0 mol0 g0h g0h g0h g0h mol0h g0h g h h h h h 4@,@? 755 4@,@? 755 44,8 85>,> 44,8 85>,> 8,@4 ?8,BA 8,@4 ?8, &4% 5 5 5 5 4@,@@ 6A6> 4@,@@ 6A6> 8,@4 4@8,6 8,@4 4@8 % 5 5 5 5 5 5 5 5 4>,57 6@78 4>,57 6@ ropilenglicol total 4@,@? 755 4@,@? 755 75,6@ 456@ 75,6@ 456@ >4,8B 4668 >4,8B 466 @ ? B mol0h g0h mol0 g0h mol0 g0h
65 66 64 mol0h g0h mol0h g0h mol0h g0h
&4% % ropilenglico l total
5 5
5 5
h 5 5
h 5 5
5 5
5 5
5,58@4 5,?8 5,58@4 5,?7 5,58@4 5 5 5 5 5
5,?7 5
@@.AB
7B64 7?.@6 88A@ @@.AB
7B64
6?,B8
6884
6?,B8
6884
6?,B8
6884
@@.AB
7B64 7?.@6 88A@ @@.AB
7B64
6?,B?
688>
6?,B?
688>
6?,B?
688>
6> mol &4%
5,>@?
% 5 ropilenglico 676,A l total
674
68 67 6A 6@ 6? mol0 mol0 mol0 g g0h g0h mol0h g0h mol0h g0h g0h h h h 65A. 7>.8 7>.8 A,@B 7.B87 4.B@ 5 5 4.B@ 6,B7 >7,4A 4 A A 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 667>8, 46.5@ 67BA 65.78 ?56 5 5 65.78 ?56 5,667 4,5@ 8 7 66786,
[email protected] 6@54 6>.76 ?78 5 5 6>.76 ?78 8,847 6@8,8 4
8+*+'&! ! !'!+
Kluo 6 T = 25°C Cp = 1 Kcal/Kg°C µ = 0,001 Pa- ∆ H 1=mCp ( T −T ref )
∆ H 1=500 × 1 × ( 25 −25 ) ∆ H 1=0
Kluo 4 Debido a que el !luido a transportar es un líquido el incremento de la presión no in!luye a la temperatura. T = 25°C Cp = 1 Kcal/Kg°C µ = 0,001 Pa-
∆ H 2= mCp ( T −T ref ) ∆ H 2=500 × 1 × ( 25 −25 ) ∆ H 2=0
Kluo > T = 25°C Cp = 111 K!/K"#l°C µ = 0,38 cp ∆ H 3= mCp ( T −T ref )
∆ H 3=50,17 × 111 × ( 25 −25 ) ∆ H 3= 0
Kluo 8 Debido a que el !luido a transportar es un líquido el incremento de la presión no in!luye a la temperatura. T = 25°C Cp = 111 K!/K"#l°C µ = 0,38 cp ∆ H 4 =mCp ( T −T ref )
∆ H 4 =50,17 × 111 × ( 25−25 ) ∆ H 4 =0
Kluo 7 T = 30°C Cp = 203,7 K!/K"#l°C µ = 17,53 cp ∆ H 5= mCp ( T −T ref )
∆ H 5=32,49 × 203 × ( 30−25 ) ∆ H 5=33091,065 KJ
Kluo A
Debido a que el !luido a transportar es un líquido el incremento de la presión no in!luye a la temperatura. T = 30°C Cp = 203,7 K!/K"#l°C µ = 17,53 cp ∆ H 5= mCp ( T −T ref )
∆ H 5=32,49 × 203 × ( 30−25 ) ∆ H 5=33091,065 KJ
Kluo @ $=19, 93 Cp = 245 K!/K"#l°C µ = 0,55 cp 1741000
¿ mCp
( T −T ref )
174100=19,93 × 111 × ( T −25 )
TX65>,@C= TX6B4,>965>,@X??,AC= ∆ H 5= mCp ( T −T ref ) ∆ H 5=19,93 × 245 × ( 192,3 −25 ) ∆ H 5=310549.2 KJ
Kluo ? $=19, 93 Cp = 275 K!/K"#l°C µ = 34,56 cp 1741000
¿ mCp
174100 =19,93 × 111 × ( T −25 )
TX7AC=
( T −T ref )
TX??,AY7AX688,AC= ∆ H 5= mCp ( T −T ref ) ∆ H 5=19,93 × 245 × ( 144,6 −25 ) ∆ H 5=583988,86 KJ
Kluo B Debido a que el !luido a transportar es un líquido el incremento de la presión no in!luye a la temperatura. $=19, 93 Cp = 245 K!/K"#l°C µ = 0,55 cp 1741000
¿ mCp
( T −T ref )
174100=19,93 × 111 × ( T −25 )
TX65>,@C= TX6B4,>965>,@X??,AC= ∆ H 5= mCp ( T −T ref ) ∆ H 5=19,93 × 245 × ( 192,3 −25 ) ∆ H 5=310549.2 KJ
Kluo 65 $=18,98 Cp = 275 K!/K"#l°C µ = 34,56 cp
1741000
¿ mCp
( T −T ref )
174100=18,98 × 275 × (T − 25 )
TXA4.88C= TX??,AYA4,88X676,58C= ∆ H 5= mCp ( T −T ref ) ∆ H 5=18,98 × 275 × ( 151,04 − 25 ) ∆ H 5=658344,23 KJ
Kluo 66 0 = m * cp(T 0 − T ) + $A(Ta − T )
$=18,98 Cp = 225,2 K!/K"#l°C µ = 8,12 cp 0 = m * cp(T 0 − T ) + $A(Ta − T ) 0 = m * cp(T 0 − T ) + $A(Ta − T ) 0 = 18,98*225,2*(148 − T ) +10370(20 − T ) T
= 57,36°C
∆ H 5= mCp ( T −T ref ) ∆ H 5=18,98 × 225,2 × ( 57,36 −25 ) ∆ H 5=138316,22 KJ
Kluo 64
0 = m * cp(T 0 − T ) + $A(Ta − T )
$=18,98 Cp = 225,2 K!/K"#l°C µ = 8,12 cp 0 = m * cp(T 0 − T ) + $A(Ta − T )
0 = m * cp(T 0 − T ) + $A(Ta − T ) 0 = 18, 98 * 225, 2 * (148 − T ) +1 0370(20 − T ) T
=
57,36°C
∆ H 5= mCp ( T −T ref ) ∆ H 5=18,98 × 225,2 × ( 57,36 −25 ) ∆ H 5=138316,22 KJ
Kluo 6> Sa que el !luo 6> es la corriente de salida del tanque de almacenamiento la temperatura no es continua. Kluo 68 $=8,86 Cp = 225,2 K!/K"#l°C µ = 0,008 cp
TX678C= ∆ H 6= mCp ( T −T ref ) ∆ H 6= 8,86 × 39,67 × ( 154 −25 ) ∆ H 6=¿
45340, 43 K!
%l&'# 15 $=4,425 Cp = 120,7 K!/K"#l°C µ = 0,9cp
TX658,?C= ∆ H 6= mCp ( T −T ref ) ∆ H 6= 4,425 × 120,7 × ( T −25 ) ∆ H 6= 42193,7
K!
Kluo 6A $=0 Cp = 225,2 K!/K"#l°C µ = 0,008 cp
TX658,?C= ∆ H 6= mCp ( T −T ref ) ∆ H 6= 0 × 120,7 × ( T −25 ) ∆ H 6= 0
K!
Kluo 6@ $=4,425 Cp = 120,7 K!/K"#l°C µ = 0,9 cp
TX658, ?C= ∆ H 6= mCp ( T −T ref ) ∆ H 6= 4,425 × 120,7 × ( T −25 ) ∆ H 6= 42193,7
K!
Kluo 6? $=4,425 Cp = 225,2 K!/K"#l°C µ = 0,008 cp
TX658, ?C= ∆ H 6= mCp ( T −T ref ) ∆ H 6= 4,425 × 120,7 × ( T −25 ) ∆ H 6= 42193,7
K!
Kluo 6B Sa que el !luo 6B es la corriente de salida del tanque de almacenamiento la temperatura no es continua. T+b*+ !")m!'
6 temperatura C= 47 =p. )Z0mol C=* @7,@ iscosidad )cp.* 6 "&)Z* 5
4 47 @7,@ 6 5
> 47 666 5,>? 5
8 7 A @ ? B 47 >5 >5 ??,A 688,A ??,A 666 45>,@ 45>,@ 487 4@7 487 5,>? 6@,7> 6@,7> 44,8 >8,7A 44,8 5 >>5B6 >>5B6 >6578B,> 7?>B?B >6578B
65 66 64 68 67 6A temperatura C= 676,8 7@,>A 7@,>A 678 658,? 658,? =p. )Z0mol C=* 4@7 447,4 447,4 >B,A 645 447,4 iscosidad )cp.* >8,7A ?,64 ?,64 5,8 5,B 5,55? "&)Z* A7?>88 6>?>6A 6>?>6A 87>85 846B8 5
6@ 658,? 645,@ 5,B 846B>,@
6? 658,? 645,@ 5,B 846B8
S#m)*+&#(' !' H9S9S
+e realizo la simulación en el simulador de procesos &S+S+ para comprar y veri!icar los resultados obtenidos en los balances de masa y energía, anteriormente descritos. Los resultados de la simulación pueden variar en los resultados pero no en grandes magnitudes esto debido al paquete de !luidos empleado para la simulación.
