Proyecto Desinfectante

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Proyecto Desinfectante-slidepdf.com

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA “DR. FEDERICO RIVERO PALACIO”

PLAN NACIONAL DE FORMACION EN PROCESOS QUÍMICOS TRAYECTO II

MEMORIA DESCRIPTIVA DISEÑO DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE DESINFECTANTES BIODEGRADABLES.

Tutor: Ronald Suarez Autores: Bracho Beatriz CI.: 20.629.274 Conde Maglenys C.I: 19.387.350

Región Capital, Junio del 2011.

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INDICE Pág. Introducción

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CAPÍTULO I. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA SOCIOTECNOLÓGICO. 1.1 Caracterización Histórico-Cultural.

7

1.2 Caracterización Ético- Política.

9

1.3 Caracterización Socio-Económica

11

CAPÍTULO II. CARACTERIZACIÓN TÉCNICA 2.1 Descripción Técnica del Proceso 2.2 Diagramas de Flujo. 2.3 Balance de Materia y/o Balance de Energía 2.3.1 Modelo de cálculo 2.4 Listado de equipos 2.5 Dimensionamiento de Equipos 2.6 Hoja de Especificaciones Técnicas 2.7 Identificación de puntos de medición y control de variables de proceso

CAPITULO III. CARACTERIZACIÓN AMBIENTAL Bibliografía Anexos http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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INTRODUCCIÓN La historia del desarrollo humano está asociada, en gran medida, al estado sanitario de los distintos grupos que han habitado este planeta. En ocasiones, pestes y plagas, muchas veces han afectado a países o regiones enteras. Dentro de este marco la limpieza y la desinfección, han constituido los elementos primarios y más eficaces para romper la cadena epidemiológica de la infección y de los organismos patógenos, por lo que el uso de los productos químicos como los desinfectantes, que combaten o contrarrestan las bacterias, se hacen necesarios. Los desinfectantes tienen propiedades germicidas y bactericidas, es decir, que eliminan microorganismos patógenos; actúan sobre ellos rompiendo sus paredes, desactivándolos, inhibiendo su metabolismo y alterando su multiplicación. Deben su acción a los ingredientes activos que contienen, gran cantidad de las sustancias utilizadas en desinfección tienen características altamente tóxicas, la mayoría están constituidos por

amonio cuaternario,

compuestos fenólicos, alquiltoxilatos y otros compuestos que han sido reconocidos como agentes contaminantes. La presencia de estos agentes en los ríos y embalses, provoca gran contaminación de las aguas, y su poder contaminante se manifiesta en los vegetales acuáticos inhibiendo el proceso de la fotosíntesis, originando la muerte de la flora y la fauna acuáticas. Actualmente, la acumulación de residuos, que en su mayoría son insolubles, en los mares y ríos de todo el mundo, se ha convertido en una amenaza para la supervivencia de las especies animales y vegetales que en ellos habitan. Es por esta razón, que surge la necesidad de crear nuevos productos que sean biodegradables, es decir, que las sustancias implicadas puedan descomponerse en elementos químicos naturales por la acción de agentes biológicos, como el sol, el agua, las bacterias, las plantas o los animales, para dar respuesta a la problemática de contaminación del medio ambiente.


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CAPITULO I DESCRIPCIÓN DE LA ALTERNATIVA SOCIO-TECNOLÓGICA. 1.1. Descripción general del proyecto. La desinfección es un proceso que se emplea para destruir o inactivar a los organismos patógenos; El hombre se sirve de la desinfección química, realizada con productos desinfectantes generalmente a base de un componente activo, para matar a los microorganismos y controlar su desarrollo. Se busca que éstos sean lo más tóxicos para los microorganismos pero con efectos mínimos para el hombre, los animales y las plantas. En Venezuela la línea de productos desinfectantes comerciales, en su mayoría, como componente activo suelen contener entre 1 y 3% de sales de amonio cuaternario, compuestos fenólicos y

aquiltoxilatos, los cuales son

identificados como contaminantes, estos porcentajes parecen irrisorios, sin embargo son suficientes para causar daños en el medio ambiente, tomando en cuenta que un producto como este es usado por miles de personas. En este sentido, el problema radica en la inexistencia en el mercado venezolano, productos cuya fórmula química sea completamente ecológica o biodegradable y que sustituya los componentes activos de los desinfectantes regulares, sin alterar su efectividad. Hay múltiples factores causantes del problema planteado, la sociedad venezolana en su mayoría, carece de una conciencia ecológica por tener una información muy limitada de los efectos y secuelas que traen al medio ambiente los compuestos químicos con que las grandes compañías elaboran sus productos. En su defecto, si se conocieran en detalle las consecuencias que ocasionan las sustancias contenidas para la desinfección, así como en muchos otros productos que se utilizan a diario, seguramente el consumo se hiciera de una manera más consciente y racional, pero como no se puede prevenir lo que desconoce, los altos índices de demanda ocasionan una desenfrenada contaminación; Por lo que hallar una nueva formulación ecológica para este tipo de producto, se vuelve una necesidad imperante; una formulación de esta naturaleza que proteja al medio 4/83


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ambiente, contribuya con el desarrollo de la industria Venezolana y a su vez permita crear conciencia sobre los productos que se fabrican y se utilizan en el país. Cuando se habla de la contaminación al medio ambiente producida los componentes activos, es necesario puntualizar los que constituyen principalmente los desinfectantes de uso comercial en Venezuela, como los amonios cuaternarios y los compuestos fenólicos,

para de una manera comparativa evaluar sus

propiedades, los efectos que ocasionan y proponer los compuestos sustitutos de estos componentes activos. Por su parte, los amonios cuaternarios son bactericidas, fungicidas y virucidas, generalmente incoloros o amarillentos que representan una familia de compuestos antimicrobianos, considerados como agentes activos catiónicos potentes en cuanto a su actividad desinfectante, ya que son activos para eliminar bacterias grampositivas y gramnegativas, aunque éstas últimas en menor grado. Su acción bactericida es atribuida a la inactivación de enzimas, desnaturalización de proteínas esenciales y la rotura de la membrana celular. Son fácilmente adsorbidos por las superficies; Esta propiedad ha sido atribuida al hecho de que casi todas las superficies están cargadas negativamente y por lo tanto tienden a la interacción con los iones positivos. Muchas de las aplicaciones de estos productos químicos se basan en esta propiedad de la adsorción superficial; sin embargo, con la interacción en el medio ambiente los amonios cuaternarios, pueden formar espumas, disminuyendo la difusión del oxígeno atmosférico, aumentando la toxicidad de algunos compuestos en el agua y se comportan como tensoactivos, estos al ser arrojados a los lagos y ríos provocan la disminución de la solubilidad del oxígeno disuelto en el agua con lo cual se dificulta la vida acuática, y además

pueden ser tergiversadores

hormonales (alteradores del sistema hormonal). En el caso de los compuestos fenólicos; son compuestos orgánicos en cuyas estructuras moleculares contienen al menos un grupo fenol, un anillo aromático unido a al menos un grupo funcional hidroxilo. Los aril-fenol 5/83


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halogenados o no halogenados tienen una muy buena actividad bactericida, pero su actividad fungicida es muy discreta y su acción virucida es discutida. Son irritantes de la piel y mucosas respiratorias y oculares. Tienen efecto alergénico y fotosensibilizante.

El

TLV-TWA

"ThresholdLimitValue

-

Time

WeightedAverage", o la concentración promedio en tiempo de exposición, establecido para el fenol es de 5 ppm. Las soluciones de concentraciones superiores al 5% se clasifican como tóxicas. El comportamiento de los compuestos fenólicos, contenidos en los desinfectantes con el medio ambiente, se puede definir en el agua, aire y suelo de la siguiente manera: Agua:El fenol es más pesado que el agua y se hunde. Se disuelve lentamente y forma, incluso en dilución, soluciones tóxicas. En Alemania, el fenol se encuadra en el grupo de sustancias clasificadas como "Amenaza para el agua Clase 2" por su considerable toxicidad en este medio. Aire: Los vapores son más pesados que el aire y, expuestos al calor, forman mezclas explosivas. La oxidación del fenol en el aire se acelera por efecto de la luz o de impurezas que actúan como catalizadores. Suelo: Es muy toxico en los suelos, pero debido a la degradación microbiana la acumulación de fenol en el suelo es escasa; sin embargo, el nivel de esta acumulación depende de la presencia de minerales arcillosos. Ahora bien, una vez delimitados las características y los efectos que ocasionan al medio ambiente los componentes de los desinfectantes regulares utilizados en Venezuela, surge como propuesta alternativa sustituir el componente activo, es decir, los compuestos fenólicos, amonios cuaternarios, alquiltoxilatos, glutaraldehído, etc., por el ácido peracético (CH3-COOOH), el cual no existe comercialmente como producto puro, lo que se conoce con este nombre son mezclas en equilibrio de ácido acético, peróxido de hidrógeno y agua.


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Es importante resaltar que el ácido peracético, principal componente activo del desinfectante a realizar, no es producido en el país, por lo que la materia prima requerida sería completamente importada, los principales proveedores son procedentes de México y Estados Unidos; sin embargo paralelo al diseño de la planta para la producción del desinfectante biodegradable, se propone la creación del ácido peracético, mediante el diseño de una planta para su producción, utilizando como materia prima el ácido acético y el peróxido de Hidrogeno, que actualmente no se producen a gran escala en Venezuela, pero se están desarrollando proyectos bajo la dirección de Pequiven, en los que se contempla la creación de una planta productora de acido acético en el complejo petroquímico de Paraguaná, Edo. Falcón, su año de arranque será en el 2013. Para la reacción del ácido peracético, es necesario la presencia de un catalizador de ácido sulfúrico, que de igual manera se encuentra sujeto a los proyectos de nuevos complejos petroquímicos, desarrollados por Pequiven, en este caso se realizará a partir del año 2011, en el complejo petroquímico Navay, Estado Táchira. El desinfectante a crear, en principio se quiere obtener con las siguientes composiciones 5% en ácido Peracético y 95 % en materias inertes, entre ellas el agua, colorantes, aromatizantes, emulsionantes y estabilizantes. Todo ello se realizara mediante un proceso de mezclado. En síntesis, la alternativa tecnológica que se desea llevar a cabo es la sustitución del componente activo de los desinfectantes regulares, por el acido peracético, mediante el diseño de la planta para la producción del desinfectante biodegradable, incluyendo en su producción la elaboración de la materia prima.

1.2. Caracterización histórico-cultural. Desde el punto de vista histórico, el hombre ha empleado la higiene aplicando múltiples procedimientos para la desinfección, los cuales han evolucionado a través del tiempo, pero a ciencia cierta la utilización de productos químicos desinfectantes para destruir los microorganismos patógenos sólo han sido utilizados aproximadamente desde hace 150 años atrás.


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El calor fue uno de los desinfectantes en un primer lugar, seguido por el uso de dióxido de azufre como fumigante. Hacia el 865 d.C, el etanol fue descubierto por el químico Rasís de procedencia iraní. Entre los años 1493-1541, el médico suizo Paracelsus, presenta composiciones de mercurio, plomo, arsénico, cobre, hierro y azufre que desde entonces han sido los más utilizados como desinfectantes en China, la India, Egipto y en Europa. En 1715, se propuso como desinfectantes los derivados de los ácidos, Giovanni Lancisi recomendó el acido acético. Para el año 1774, el químico sueco Carl William Scheele descubre el cloro haciendo reaccionar al mineral pirolusita (dióxido de manganeso, MnO2) con ácido clorhídrico. En 1918, el peróxido de hidrógeno fue reportado por Thenard, y su capacidad para neutralizar los malos olores que fue descubierto por Richardson en 1858. Sería interminable profundizar sobre este tema, ya que sería motivo de otra búsqueda bibliográfica; sin embargo sirve para demostrar la interrelación que existe entre los métodos aportados a través de la historia y las nuevas tecnologías desarrolladas. El problema del uso de los desinfectantes con compuestos capaces de degradar al ambiente, como se ha mencionado proviene desde la era prehistórica y persiste hasta la actualidad. En Venezuela, el problema surge mediante la aparición de las primeras empresas encargadas de la elaboración de productos químicos para la limpieza. Concibiendo una cronología de las primeras empresas privadas implantadas se podría ubicar a mediados de 1930 con la instalación de la industria denominada Fuller, encargada de desarrollar productos para la limpieza, en su formulación la línea de productos principalmente cuentan con el componente activo de Hipoclorito de sodio y amonios cuaternarios. En 1943, se incorpora la compañía Colgate Palmolive, trayendo consigo la línea

de

limpieza

AJAX,

en

cuya

formulación

predomina

el

dodecilbencenosulfonato de sodio (C12H25-C6H4-SO3Na) como componente activo, el cual puede hacer al desinfectante duro, es decir, no biodegradable y8/83


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contaminante persistente; En 1952 aparece la planta de producción de Procter & Gamble en la urbanización la Yaguara, años más tarde llevaría al mercado el Cloro Lavan San con Hipoclorito de sodio como agente desinfectante. De igual manera años posteriores se implantaron la ChemCres (1972), los Productos Opin, C.A. establecida desde 1975 e Invequim(Industria venezolana de Químicos C.A.), (1995), seguido de una gran lista de empresas productoras de agentes químicos que poco a poco se han incorporado al mercado Venezolano. Todas estas industrias se han dedicado a desarrollar, producir, comercializar y distribuir productos en grandes cantidades, sin embargo dentro de esta gama de artículos no se cuenta con uno que sea biodegradable. Una respuesta al problema planteado puede localizarse a nivel tecnológico, sin embargo, en un país de gran diversidad ambiental como Venezuela, la ecología no representa un factor determinante para la sociedad, al momento de usar los productos químicos; los desinfectantes siguen siendo los mismos desde hace ochenta o noventa años, con algunas variaciones sintéticas en su formulación, pero no hay una diferencia que radique positivamente al ambiente.

1.3. Caracterización Ético-Política. Dado que la desinfección representa una barrera muy importante contra las enfermedades y el uso de los desinfectantes se realiza de una manera masiva, para enmarcar la ubicación geográfica del proyecto se consideró el estado Carabobo, en la ciudad de Valencia, por ser sede de las mayores compañías manufactureras transnacionales, contar con las más grandes zonas industriales de la nación y ser la ciudad industrial de Venezuela por excelencia. La ubicación de la planta será específicamente en la Zona Industrial del Sur situada entre la Avenida Henrry Ford y la Avenida Branger, Municipio Los Guayos, Parroquia Rafael Urdaneta, Valencia- Edo. Carabobo. En cuanto la posición geográfica del estado Carabobo se puede resaltar, que limita por el Norte con el mar Caribe, por el Este con el Estado Aragua, por el Sur con los estados Guárico y Cojedes, por el oeste con los estados Yaracuy y http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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Falcón, lo que permite que sus cruces de comunicación hacia la costa, los Llanos, la Región Capital y la Región Centro-Occidental del país, sea un lugar estratégico a lo largo del territorio nacional para la distribución del producto desinfectante biodegradable, así como también para el acceso a las materias primas requeridas para su elaboración, en el caso del desinfectante los principales proveedores de colorantes y aromatizantes químicos, se encuentran en las zonas industriales adyacentes, como la Zona Industrial Terrazas de Castillito (Química Amtex S.A) ; la Zona Industrial La Guacamaya (Química Repuim CA) y (Quinduvensa), en el caso de la producción del componente activo Acido Peracético, la materia prima requerida no se produce actualmente en Venezuela, existen proveedores en Caracas, sin embargo en el caso de ser importados, el principal puerto de nuestro país,Puerto Cabello, se encuentra a solo 54 km de distancia, lo que hace esta ubicación sea céntrica con respecto a las demás regiones, tanto para facilitar la movilización de las materias primas, como para la distribución de la producción del desinfectante una vez terminado, ya que se comunica con el resto del país mediante una red de autopistas. Por otra parte, el presente proyecto está vinculado con el Plan de desarrollo económico y social de la Nación Simón Bolívar (2007-2013), cuyo proceso orientado hacia su construcción se inició a partir del 2 de febrero de 1999, desde entonces Venezuela está pasando por un periodo de transición política que pretende transformar los sistemas sociales y económicos, a un sistema socialista. Se considera que el proyecto es uno de los engranajes que contribuiría a la realización de dicho plan, por estar sujeto dentro sus líneas estratégicas a través de las siguientes directrices: I Nueva Ética Socialista.



Dentro de este marco, es justamente la necesidad de plantear un progreso sustentable basándose en el pensamiento social y desarrollo de la condición humana, lo que hace que este proyecto de índole ecológica tome su auge, y salga del marco impuesto por la búsqueda de la ganancia, para entrar en la perspectiva de una sociedad donde el beneficio personal signifique el beneficio para todos y http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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un progreso donde se anteponga los intereses ambientales de los intereses económicos. De igual manera, el proyecto entra en concordancia con el literal (I.3.3.1.)

“Fomentar el trabajo creador y productivo”; mediante la creación para una planta

productora de un desinfectante biodegradable. II Suprema Felicidad Social.



Propone la refundación de la Nación Venezolana, la cual hunde sus raíces en la fusión de los valores y principios de lo más avanzado de las corrientes humanistas del Socialismo y de la herencia histórica del pensamiento de Simón Bolívar. La principal finalidad de este proyecto es disminuir el impacto ambiental que ocasionan el uso de los desinfectantes regulares, dando paso a un nuevo modelo productivo social, que incluya el equilibrio de las necesidades humanas con el medio ambiente, lo que se encuentra en afinidad con los siguientes literales: Literal (n), el cual contempla: “La implementación de un modelo de

desarrollo que coloque al ser humano en el centro de su atención debe reconciliar su relación con el medio ambiente, impulsando un modelo de producción y de consumo que ponga límites al crecimiento sin postergar los derechos de los pobres”. Literal (o). “La educación ambiental debe permear todos los estratos sociales y todos los niveles educativos”.

Así como en el objetivo II.3.7.1 “Incentivar un modelo de producción y consumo ambientalmente sustentables”. IV Modelo Productivo Socialista:



Una de las líneas que más se compromete con el proyecto, es la número IV. Modelo Productivo Socialista, se pretende desarrollar un nuevo modelo de producción que sea ecológicamente sustentable

e inculque a

la sociedad

venezolana un sentido de pertinencia social que esté en equilibrio con el ambiente, 11/83


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en ella se enfoca y se contemplan textualmente los siguientes objetivos que están vinculados con el proyecto: IV-2.1 Desarrollar el nuevo modelo productivo endógeno como base económica del Socialismo del Siglo XXI y alcanzar un crecimiento sostenido. IV-2.4 Desarrollar la industria básica no energética, la manufactura y los servicios básicos. IV-3.3 Fortalecer los sectores nacionales de manufactura y otros servicios. IV-3.3.4 Promover el aumento de la productividad. IV-3.12 Incrementar la cultura científica. En cuanto a la vinculación con el marco legal venezolano, estas representan las bases sobre las cuales el proyecto va a determinar el alcance y naturaleza de la participación política. A la hora de reflejar nuestro producto en la legalidad, se encuentra sustentado en las siguientes provisiones regulatorias y leyes que rigen el país:

Constitución de la República Bolivariana de Venezuela. Capítulo IX de los derechos ambientales: Artículo 129 - Todas las actividades susceptibles de generar daños a los ecosistemas deben ser previamente acompañadas de estudios de impacto ambiental y socio cultural. Gaceta Oficial de la República de Bolivariana de Venezuela No. 36.860 del 30 de Diciembre de 1999.

Ley orgánica del ambiente: La presente Ley tiene por objeto establecer dentro de la política del desarrollo integral de la Nación los principios rectores para la conservación, defensa y mejoramiento del ambiente en beneficio de la calidad de la vida.


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Artículo 19: Las actividades susceptibles de degradar el ambiente quedan sometidas al control del Ejecutivo Nacional por órgano de las autoridades competentes. Cualquier actividad capaz de degradar el ambiente que sea realizada por alguna industria o en su defecto por algún producto elaborado solo con un fin comercial y lucrativo, se verán en la obligación de permitir la intervención y control de las autoridades, en este caso por la dirección competente del Ejecutivo Nacional.

Ley Penal del Ambiente Artículo 1.- La presente Ley tiene por objeto tipificar como delitos aquellos hechos que violen las disposiciones relativas a la conservación, defensa y mejoramiento del ambiente, y establece las sanciones penales correspondientes. Así mismo, determina las medidas precautelativas, de restitución y de reparación a que haya lugar.

Ley Orgánica de Ciencia, Tecnología e Innovación Esta ley respalda el proyecto específicamente en el Artículo 7, de los Principios bioéticos. “El Ejecutivo Nacional, mediante los organismos competentes, velará por el adecuado cumplimiento de los principios bioéticos y ambientales en el desarrollo de la investigación científica y tecnológica, de conformidad con las disposiciones de carácter nacional y los acuerdos internacionales suscritos por la República”:

Artículo 29. Invención e innovación popular . El Ministerio de Ciencia y Tecnología creará mecanismos de apoyo, promoción y difusión de invenciones e innovaciones populares, propiciando su transformación en procesos, sistemas o productos que generen beneficios a la población o logren un impacto económico o social.

Normas Sobre Evaluación Ambiental De Actividades Susceptibles De Degradar El Ambiente http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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Artículo 1. Estas Normas tienen por objeto establecer los procedimientos conforme a los cuales se realizará la evaluación ambiental de actividades susceptibles de degradar el ambiente. Artículo 2. La evaluación ambiental se cumplirá como parte del proceso de toma de decisiones durante la formulación de políticas, planes, programas y proyectos de desarrollo, a los fines de la incorporación de la variable ambiental en todas sus etapas.

Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos (Decreto 883) Considerando que es deber del Estado la protección de las cuencas hidrográficas, la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y el control de los vertidos o efluentes líquidos susceptibles de degradar el medio acuático y alterar los niveles de calidad exigibles para preservar y mejorar el ambiente. Artículo 1. El presente Decreto establece las normas para el control de la calidad de los cuerpos de agua y de los vertidos líquidos.

1.4. Caracterización Socio-Económica. La economía de mercado Venezolano está orientado a las importaciones, la principal actividad económica de Venezuela es la industria petrolera, desde 1958 hasta nuestros días toda la panorámica económica del país se ha inclinado hacia la renta petrolera, ello significa que todavía se sigue dentro de los esquemas de una economía monoproductora. Sin embargo, se cuenta con extensos recursos que pueden permitir una variada producción y es justamente donde juega un papel muy importante el desarrollo e impulso a las nuevas industrias que sean capaces de crear nuevas fuentes de ingresos económicos. El proyecto planteado se fundamenta en esta idea, promover la industria nacional como fuente económica, permitiendo el despliegue de

nuevas

tendencias, que no se basen únicamente en un sistema monoproductor. 14/83 El


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desinfectante como vía de

producción nacional, fomentará el desarrollo

endógeno, impulsando nuevas tecnologías en el país, el crecimiento empresarial venezolano y crea nuevas fuentes de ingreso y empleo, logrando satisfacer las necesidades de la población. La necesidad de crear este producto está asociada en gran medida a dar una respuesta efectiva y ecológica a la demanda de desinfectantes presentada en Venezuela, para evidenciarlo se presenta en el siguiente cuadro las cifras y costos de las importaciones de desinfectantes en el país desde el año 2005 hasta el año 2010, según el Instituto Nacional de Estadística.

Tabla N°1: Cantidad y costos de las importaciones de desinfectantes en Venezuela. Importación de desinfectante en Venezuela Año

Ton/Año

Costos mil $

2005

611,081

1954,60

2006

1731,335

5483,63

2007 2008

2419,936 2068,108

7941,65 7027,76

2009

1483,932

5670,54

2010

1445,586

5577,49

Fuente: Instituto Nacional de Estadística (INE), código arancelario 38.08. Cabe destacar que la utilización de desinfectantes abarca un campo muy amplio, se extiende desde las industrias alimentarias hasta la vida cotidiana, hay lugares en donde se hace indispensable como es el caso de las instituciones de salud, prácticamente no hay ámbito de la vida social que no lo emplee, por lo que se genera en consecuenciauna gran demanda del uso de desinfectantes químicos, tal y como se expone en el cuadro N°1, donde la cantidad de toneladas importadas son significativas, lo que traduce que la producción nacional no cubre completamente lo que requiere la población venezolana.


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El diseño planteado pretende sustituir como mínimo un 33% de la demanda total de importaciones, para ello se estableció la capacidad de producción de la planta de desinfectante biodegradable tomando como base las cifras de importación para el 2010 (1.445.585,73 Kg/año), lo que representa una producción de 477.043,29 (Kg/año), si se considera operar los 12 meses al año queda una demanda mensual de 39.753,61 Kg, se propone que la planta trabaje de lunes a viernes por lo que la producción diaria quedaría 1987,68 Kg para aproximarlo se trabajara bajo la producción de 2000 Kg; en Venezuela según la Ley Orgánica del Trabajo, capítulo II de la Jornada de Trabajo, articulo 195, establece que la jornada laboral no podrá exceder de ocho (8) horas diarias, ni de cuarenta y cuatro (44) semanales, por lo que para cubrir la demanda de producción diaria se estima la manufactura de 250 Kg/h de desinfectante biodegradable, de esta manera se estaría cubriendo y sustituyendo las importaciones de una manera ecológica parte de la demanda presentada. De igual forma el proyecto plantea la fabricación del componente activo utilizado como materia prima del desinfectante.


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CAPITULO II CARACTERIZACIÓN TÉCNICA 2.1. Descripción técnica del Proceso y diagrama de Flujo. 2.1.1 Producción del Ácido Peracético. El proceso comienza cuando una corriente de Peróxido de Hidrógeno es enviada a un reactor tipo tanque con agitación continua (TAC) R-101, junto a otra corriente de Ácido Acético, a una temperatura de 25 ºC y 1,48 atm de presión, donde en presencia de un catalizador de Ácido Sulfúrico ocurre la siguiente reacción exotérmica:

  →   

A la salida del reactor, se obtiene una corriente liquida de Acido Peracético, Acido Acético, Peróxido de Hidrogeno y agua, a una temperatura 35ºC y 1,48 atm de presión, esta corriente es enviada a una columna de destilación azeotrópica

C-101, donde es puesta en contacto con una corriente de

Metilterbutileter como solvente al 95% de pureza, el cual entra por el tope de columna con la finalidad de separar el agua de los ácidos y romper el azeotropo. La operación de separación se lleva a cabo a una presión al 1,48 atm y temperaturas entre 76 y 133 ºC, obteniendo como residuo una corriente de Ácido Acético, Acido Peracético y Peróxido de Hidrogeno; como corriente de tope se obtiene agua y Metilterbutileter, esta corriente es enviada a un separador bifásico liquido-liquido V-101, con la finalidad de recuperar el solvente. La corriente de agua separada sale fuera del proceso y la corriente de solvente es recirculada a la columna, donde se une con la corriente de solvente puro e ingresa nuevamente al proceso por el tope de la columna. La corriente de residuo en el fondo de la columna C-101, es bombeada desde la P-101, entrando como alimentación a otra torre de separación por destilación C -102, a una temperatura de 136 ºC y presión de 1,77 atm, donde se separa el Acido Acético y el acido Peracético, se obtiene un destilado de composición en Ácido Peracético de 94% y el resto en Agua. El residuo adquirido es Ácido Acético al 97% el cual es recirculado a la primera corriente para ser ingresado nuevamente al proceso por el reactor.


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2.1.2. Producción del Desinfectante. DESINFECTANTE

El proceso comienza cuando una corriente de agua cruda es bombeada desde la P-201 a un filtro de lecho profundo FIL-201, la corriente de agua resultante es enviada a un proceso de intercambio iónico para desmineralizarla, en donde atraviesa dos columnas de resinas en serie, catiónica C-201 A/B y aniónica C-202 A/B, las cuales constan de lechos donde ocurre un intercambio en el cual los iones impuros presentes en el agua son reemplazados por iones que despide la resina. Los iones impuros son retenidos por la resina que debe ser regenerada periódicamente para restaurarla a su forma iónica original, para lo cual se utiliza como solución regenerante en la resina catiónica Ácido Sulfúrico y en la aniónica Hidróxido de Sodio. El agua desmineralizada obtenida de este proceso es enviada a un tanque mezclador M-101 donde se unificala mezcla entre los aditivos y el compuesto activo Ácido Peracético, luego de tener una mezcla totalmente homogénea se obtiene un producto de 5% en Ácido Peracético y 95% en Inertes que están comprendidos por Aromáticos, estabilizantes, Colorante y Agua el cual es enviado a un sistema de envasado y etiquetado para su distribución a los comercios y su expendido. La corriente de emulsionantes es proveniente de un tanque TK-103 que es unificada en un mezclador M-102

junto a una corriente de aromáticos

provenientes de un tanque TK-104, esta unión se debe a que los estabilizantes son los encargado de mantener la uniformidad dentro del producto deseado, la corriente obtenida del M-102 en enviada al mezclador M-101. Por otro lado las corrientes de Estabilizantes y Colorante son provenientes de tanques TK-101 y TK-102 respectivamente, las cuales son enviadas al mezclador M-101 con el fin de consolidar una mezcla homogénea y obtención del producto final. http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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2.2. Diagrama de Flujo del Ácido Peracético.

R-101 Reactor V= 1,71 m3 d= 1,5 m h= 2 m RPM= 150

C-101 Columna de Destilación d= 0,76 m h= 16 m Etapas teóricas= 20

TK-101 Tanque de Almacenamiento

V-103 C-102 Separador de Tres Fases Columna de Destilación V= 3 m3 d= 2,5 m L= 4 m h= 49 m d= 1 m Etapas teóricas= 55 11

12

Peróxido de Hidrógeno

8

Reposición Solvente

Água

10

9

Reposición Ácido Acético

V-101

3

2

E-103

E-101

7 E-105

4 1 Per óxido de Hidrógeno

R-101

6

E-102 C-101

5

P-101

Ácido Peracético E-104 C-102

13 TK-101

Ácido Acético Nombre

Fecha

Dibujado

Bracho Beatriz Conde Maglenys

06/11

Aprobado Aprobado

Ronald Suarez

06/11

Escala Escala S/N S/N

Producción de Ácido Peracético

IUT - RC

B5


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2.2.1 Diagrama de Flujo del Desinfectante Biodegradable.

FIL-201 Filtro de Lecho Profundo

TK-201 Tanque de Almacenamiento V= 0,5m3 d= 0,5m h=3m

C-201 A/B y C-202 A/B Sistema de Intercambio Iónico Vaniónica=16 m3 Vcatiónica= 12 m3

TK-202 Tanque de Almacenamiento V= 1,1m3 d= 1m h=1,5m


TK-204 Tanque de Almacenamiento V= 5,5m3 d= 1m h=3,5m M-202 Mezclador d= 0,5m h=1,5m RPM= 150

M-201 Mezclador d= 1,2m h=2,5m RPM= 150

1 Ácido Peracético

Estabilizantes FIL-201

4

Colorante

Emulsionant es

TK-202

TK-203

TK-201 V-201

TK-204

9

V-202

V-203 V-204

8

7

5

A romáticos

10 11

6

3 V-205 C-201 A/B

M-202

C-202 A/B

12

2 Agua P-201

Ácido Sulfúrico

Desinfectante

Hidróxido De Sodio M-201

Nombre

Fecha

Dibujado


06/11

Aprobado Aprobado

Ronald Suarez

06/11


Producción de desinfectante biodegradable

IUT - RC

B5


20/83

5/27/2018


2.3. Balance de Masa y de Energía parciales y globales. 2.3.1 Tabla N° 2.-Balance de masa de Ácido Peracético Corrientes Condiciones 1

2

3

4

5

6

7

Flujo Másico (Kg/h)

588,9 248

1291 1880 1408 1182

Flujo Molar (Kmol/h)

25

4,5

25

50

25,82 19,17 1,78

Temperatura (ºC)

25

25

25

35,4

135

Presión (atm)

1,48

1,48 1,48

1,48

Fracción de Vapor

0

0

0

Peróxido de Hidrogeno 0,50

-

-

Ácido Acético Agua

0,50

Solvente (MTBE) cido Peracético

8

9

10

11

12

13

132,4 47,36 122.67 524,3 226,3 75.31 1049 0.57

1.5

24,81 6,65

0,93

17,39

139,9 117,6 25

25

64,6

169,3 64,6

130,9

1,48

1,79

1,28

1,97

1.97

1,48

1,77

1,48

1,48

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0,15

0,24

-

-

-

-

-

0.99

-

-

0,80 0,94 0,20 0,04

0,46 0,33

0,65 0,01

0,87 -

0,04 0,01

0,02

0,04 0,01

0,10 0,80

0,01 -

0,04 0,01

0,97 -

-

-

-

-

-

-

-

0,98

0,95

0,09

-

0,94

-

-

-

0,02

0,06

0,10

0,13

0,95

-

-

0,01

-

0,01

0,03

Composiciones


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5/27/2018


2.3.2 Tabla N° 3.- Balance de masa de Desinfectante Biodegradable. Corrientes Condiciones 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Flujo Másico (Kg/h)

12,5

231,75 231,75 231,75 231,75 231,75

0,25

0,5

2,5

2,5

5

250

Flujo Molar(Kmol/h)

0,17

12,86

12,86

12,86

12,86

12,86

0,14

0,04

0,14

0,14

0,23

13,35

Temperatura (ºC)

25

25

25

25

25

25

25

25

25

25

25

25

Presión (atm)

1

1

3,4

****

****

****

1,4

1,4

1,4

1,4

1,2

1,2

Acido Acético

0,048

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,003

Agua

0,004

1

1

1

1

1

-

-

-

-

-

0,927

Acido Peracético

0,948

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,047

Estabilizantes

-

-

-

-

-

1

-

-

-

-

0,001

Colorantes

-

-

-

-

-

-

1

-

-

-

0,002

Aromáticos

-

-

-

-

-

-

-

-

1

0,5

0,01

Emulsionantes

-

-

-

-

-

-

1

-

0,5

0,01

Composiciones


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2.3.1 Balance de energía global producción de Ácido Peracético.

Corriente

Entrada de Flujo Salida de Flujo de Entalpia de Entalpia (KJ/h) (KJ/h)

1

-1749

-

2

-2954

-

7

-

-186,3

8

-136,7

-

10

-

-1996

11

-

-324

13

-

-2153

Subtotal de energía en las corrientes Corriente

-4839,7

-4659,3

Unitarias

Flujo de Energía de Entrada (KJ/h)

Flujo de Energía de Salida (KJ/h)

Qc T-101

-

1357

Qr T-101

1450

-

Wb P-101

0,1049

-

Qc C-102

-

1,02E+04

Qr C-102 Subtotal de energía en las Operaciones Unitarias

1,02E+04

-

1,16E+04

1,16E+04

6800,40

6897,7

Operaciones

Total Energía Requerida


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2.3.3 Modelo de cálculo para balance de materia del ácido peracético.

Balance de Materia para la producción del Ácido Peracético.

7 6

13 C-102

Estableciendo un balance global en el sistema que para este caso sería el mezclador se obtiene lo siguiente:

Balance Global.

  

Para este caso se conoce la corriente de entrada y sus composiciones y se establecieron las composiciones de salida para cada compuesto tanto en la fase de vapor y en la fase líquida, se procedió a plantear un balance parcial para cualquiera de los compuestos involucrados, para este caso fue en ácido Peracético y determinar así los flujos de los productos, para lo cual se utilizaron as siguientes ecuaciones: http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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Balance Parcial en Ácido Peracético.

      

Despejando una de las corrientes se obtiene:

       ( ⁄ )     (   ⁄ )          ⁄ 

Despejando la corriente 13 y sustituyendo la ecuación anterior en el balance:

     ( ⁄ )   ⁄ ( ⁄ )

  ⁄ ⁄   ⁄  ⁄   


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  ⁄

Una vez obtenida la corriente 13 se calcula la corriente 7 mediante el balance global.

     ⁄  ⁄     ⁄


26/83

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2.3.3 Modelo de cálculo para balance de materia de Desinfectante Biodegradable. 7

8

1

6

11

12

M-201

Estableciendo un balance global en el sistema que para este caso sería el mezclador se obtiene lo siguiente:

Balance Global.

    

Dado que se conoce solo la corriente del producto final y sus

composiciones se deben plantear balances parciales por cada compuesto y determinar así el flujo de entrada de cada corriente para lo cual se procedió a utilizar los siguientes balances parciales:

Balance Parcial en Agua corriente 6.

                      


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  ⁄   ⁄ 

  ⁄

Balance Parcial en Colorante corriente 8.

             

              ⁄     ⁄    ⁄


28/83

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Balance Parcial en Estabilizantes corriente 7.

                            ⁄   ⁄       ⁄

Balance Parcial en corriente 11.

                           ⁄       ⁄       ⁄


29/83

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Balance Global.

                ⁄ ( ⁄  ⁄  ⁄  ⁄)

  ⁄


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2.4 Listado de equipos del proceso 2.4.1 Listado de equipos para la producción de Ácido Peracético: Equipos Dimensionados: 

Reactor Continuo con agitador.



Columna de destilación Azeotropica multicomponente.



Separador Bifásico.



Columna de destilación binaria

Equipos Seleccionados 

Bomba Centrifuga.

2.4.2 Listado de equipos para la producción de Desinfectante Biodegradable: Equipos Seleccionados 

Filtro de Lecho profundo



Bomba

Equipos Dimensionados 

Mezclador MD-201



Tanques T-201, T-202, T-203 y T-204



Mezclador MD-202



Columnas de resinas aniónicas y catiónicas


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2.5. Dimensionamiento de equipos. 2.5.1 Dimensionamiento de equipos de la producción de Ácido Peracético. Reactor R-101: Reactor tipo tanque de agitación continua TAC. Para el dimensionamiento del reactor es importante resaltar que la reacción para la producción del Ácido Peracético es de segundo orden y en fase líquida, por lo tanto los cálculos para el tiempo de respuesta quedarían expresados matemáticamente de la siguiente manera:

              

Se obtuvo la constante de velocidad de reacción K a través de una publicación de Zhao et al. En el año (2007). En la cual mediante una experiencia práctica se estimaron las constantes para las diferentes concentraciones y temperaturas siendo la de esta

  

.

Con la siguiente variable se determinó el tiempo de respuesta obteniendo un valor de 0,987 h.

               

Finalmente se procedió a obtener el volumen del reactor continuo el cual fue de 1,71 m3






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Tabla. 5.- Variables del reactor R-101.

K

Τ (h)

V (m )



0,987

1,71

Cao

 

0,007725

16,19

Dentro del diseño del reactor se encuentra inmerso un sistema de agitación, para la determinación del impulsor o tipo de agitador se efectuó el mismo proceso que para el caso los mezcladores, dimensionamiento que se explica más adelante. Se realizo un proceso de preselección con diferentes tipos de agitadores tipo turbina y se calcularon todas sus propiedades: diámetro del impulsor (Da), Numero de Reynolds (NRe), Numero de potencia (Np), Potencia (P), distancia entre el impulsor y fondo del tanque, (E), Longitud del impulsor (L), ancho del impulsor (W), espesor de las placas reflectoras (J), tal y como se exponen a continuación, con el fin de compararlos y elegir en que más se adapte a nuestros requerimientos. .

Tabla. N°6.- Dimensiones del reactor R-101 para Tipo de Rodete

Turbina tres (3) palas inclinadas

Da (m)

NRe(Adim)

NP (Adim)

P (W)

E

L

W

(m)

(m)

(m)

J (m)

0,37

276446

1,0

108

0,37

0,09

0,09

0,113

0,37

276446

6,0

650

0,37

0,09

0,05

0,113

0,37

276446

2,6

282

0,37

0,09

0,02

0,113

0,37

276446

1,2

130

0,37

0,09

0,09

0,113

Turbina seis (6) palas planas verticales Turbina seis (6) palas planas estrechas Turbina de palas planas


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Nota: Las dimensiones antes calculadas son para una altura de h=1,7m, un diámetro de d=1,13m y una Velocidad de agitación de RPM=150. Como puede evidenciarse las características entre las placas varían muy poco entre sí, sin embargo, lo que significo una razón contundente para la selección fue la potencia requerida por cada tipo de impulsor o turbina, siendo la más adecuada para este caso la turbina de tres palas inclinadas dado que estas consumen menos potencia que una de palas verticales. También es importante resaltar que para todos los tipos de rodete se tomo en cuenta los deflectores, los cuales son necesarios para reducir los remolinos y vórtices en el mezclado, es decir, para que se mezcle y no todo gire en una sola dirección.

Columnas de destilación C-101 Y C-102. Para el dimensionamiento básico de las columnas de destilación para el proceso de producción de acido peracético, se utilizo un programa de simulación denominado HYSYS, el cual es un programa interactivo enfocado a la ingeniería de procesos, que permite estimar todos los cálculos asociados con el requerimiento de energía, materia, mecanismos de transportes, entre todas las propiedades de los componentes involucrados en el proceso. Los cálculos fueron realizados bajo en modelo termodinámico UNIQUAC, el cual predice el comportamiento de las fases de las mezclas químicas de multicomponentes como es el caso de la columna C-101. A partir de la simulación del proceso de producción se pudo estimar el número de platos teóricos, la energía requerida por el calderin y los condensadores, la relación de reflujo, los balances de masa y energía de cada proceso, los cuales serán reflejados en las hojas de especificaciones de los equipos. 

Selección del tipo de columna. El requisito fundamental en todos los procesos en los cuales se pretende un

intercambio de materia, es proporcionar grandes áreas de contacto entre las fases, en este caso líquido - gas. Por esta razón, es que el diseño se basará en columnas empacadas o de rellenos, tomando en cuenta que en los años recientes ha http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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aumentado el rango de aplicación de esta tecnología, por sus características de gran capacidad, buena eficiencia, baja caída de presión y disminución de costos. Las principales ventajas que influyeron para seleccionar en el diseño de torres de relleno fueron las siguientes: 

Pérdida de Presión: Pueden operar a menos pérdidas de presión que los otros tipos de columnas y tienen más aplicación en operaciones como destilación al vacío, como es el caso de la planta productora de acido peracético, este componente a temperaturas mayores de 50º C puede ser explosivo, por lo que se necesita para su separación presiones al vacio.



Retención de Líquido: El líquido retenido es menor en columnas empacadas que las de otro tipo. Esto es importante cuando el líquido se deteriora a altas temperaturas.



Sistemas Corrosivos: Por trabajar con ácidos el proceso es corrosivo y las columnas empacadas pueden emplearse utilizando empaques elaborados de cerámica o plásticos.



Espumas: El sistema a separar es espumoso por el peróxido de hidrogeno y los ácidos involucrados, estos pueden ser tratados con mayor facilidad por su relativo bajo grado de agitación del líquido. Las torres empacadas operan con menor burbujeo del gas a través del líquido.



Diámetro de la Columna: Para columnas menores de un metro de

diámetro, factores como bajo costo, hacen usualmente que las columnas empacadas presenten una mejor alternativa.



Relación Líquido - Gas: Las columnas empacadas presentan una mejor alternativa y trabaja con valores altos de L/G. Existen diferentes tipos de rellenos según sea el caso en estudio, para el

dimensionamiento de la columna de destilación azeotropica al vacio C-101 y35/83 la


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columna de destilación al vacio C-102, se preseleccionaron cinco tipos de rellenos de1 y 2 pulgadas, siguiendo los parámetros que se utilizan para su clasificación tales como: dimensiones nominales, superficie especifica por unidad de volumen (a), porosidad o fracción de vacío, (ε), factor de Relleno, ( F), como se representan

en la siguiente tabla:

TABLA N°7.- PRESELECCIÓN Y PROPIEDADES DE LOS DIFERENTES Constante de Tipo de Relleno

Material

Tamaño

Factor de

(mm)

Empaque

Superficie especifica

correlación Porosidad

(m2/m3)

de HTEP de Norton N

Anillos Rasching

Cerámica

25

155

190

0,73

1,13080

Berlsaddles

Cerámica

25

110

249

0.69

1,13080

Intalox Saddles Cerámica

25

98

256

0,77

1,13080

Super Intalox

Cerámica

25

60

207

0.90

1,13080

Telleretes

Plástico

25

40

180

0.87

1,13080

Cerámica

50

65

92

0,74

1,65480

Cerámica

50

45

105

0,72

1,72330

Intalox Saddles Cerámica

50

40

118

0,79

1,72330

Super Intalox

Cerámica

50

30

105

0,81

1,72330

Telleretes

Plástico

50

20

112

0,93

1,65480

Anillos Rasching Berlsaddles

TIPOS DE RELLENOS EN LA COLUMNA C-101 Y C-102. Para la determinación del tipo de relleno en las columnas C-101 y C-102 se calcularon con cada uno los diámetros y alturas que requiere la torre para operar y realizar satisfactoriamente la separación deseada, mediante el método de cálculo propuesto por las correlaciones de Norton. Cabe destacar que estos cálculos se realizaron basados en el punto de operación mas critico de la columna en donde existe la mayor relación de flujo de líquido y gas, se presenta36/83 a


5/27/2018


continuación las propiedades más relevantes de las dos columnas en su punto crítico de operación:

TABLA N°8.- PROPIEDADES DEL PLATO Nº 20, PUNTO CRÍTICO COLUMNA C-101: Caudal

Caudal

Densidad

Densidad

del Gas

del

del Gas

del

del líquido

(Kg/h).

Líquido

(Kg/m3).

líquido

(cp).

(Kg/h). 11609,3 12242,8

Viscosidad Presión Temperatura (atm).

(ºC).

Tensión

Superficial

(dyne/cm)

(Kg/m3). 2,723

968,1

0,2296

1,48

133

22,62

TABLA N° 9.- PROPIEDADES DEL PLATO Nº 55, PUNTO CRÍTICO COLUMNA C-102: Caudal

Caudal

Densidad

Densidad

del Gas

del

del Gas

del

del líquido

(Kg/h).

Líquido (Kg/h).

(Kg/m3).

líquido (Kg/m3).

(cp).

2,785

928,1

0,3298

95928,6 97032,7

Viscosidad Presión Temperatura (atm).

(ºC).

Tensión

Superficial

(dyne/cm) 1,48

130,9

18,73

NOTA: Estas propiedades fueron obtenidas mediante el simulador de procesos HYSYS Procces. 

Calculo del diámetro de la columna. La correlación de Norton sostiene que una vez delimitadas las propiedades

características de los fluidos se procede al cálculo del Factor de Flujo LiquidoVapor que viene dada por la siguiente ecuación:

      


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5/27/2018


Según los criterios de diseño, en las columnas de destilación para todos los tipos de relleno el parámetro de caída de presión es de 40 mm de H 2O /m de empaque, mediante el grafico parámetros de curva de caídas de presión mm de H2O /m de empaque generalizados por las correlaciones de Norton, K4 en función de FLV, (Ref: ChemicalEngineering, Volume-6, COULSON & RICHARDSON'S, Ver Anexo N° 4), teniendo el valor de F LV se determina K4 en el punto de de caída de presión de diseño y en el punto de inundación de la columna, lo que para las dos operaciones de separación utilizadas en el proceso fueron 1,5 y 4,8 respectivamente. Con estos datos se calcula el porcentaje tentativo de inundación en la torre y la velocidad del flujo másico de gas (Kg/m 2.s), que se estima bajo las siguientes ecuaciones:

           

Donde:

K4= Factor de correlación de Norton para el parámetro de caída de presión. ρV= Densidad del gas. ρL= Densidad del liquido.

F p = Factor de empaque. µL= Viscosidad del liquido. A continuación se estable una relación que permite determinar el área superficial tentativa de la torre, mediante las velocidades del flujo y posteriormente el cálculo del diámetro de la columna. http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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   

√   

Una vez obtenido el diámetro de la columna se estandariza para el cálculo del área superficial y % de inundación teórico.

   



       

Generalmente, las torres empacadas deben ser operadas entre 60 y 85% de inundación. Diseños ajustados corren riesgo de tener arrastre excesivo de líquido o una constante inundación. Por otra parte una operación a muy pequeños porcentajes de inundación es indeseable, tanto económicamente como a una reducción en la eficiencia. 

Calculo de la altura de la columna. El cálculo de la altura de la columna en torres empacadas según la

correlación de Norton, solo es aplicable cuando la tensión superficial del líquido es mayor 4 dyne/cm pero menor a 36 dyne/cm y la viscosidad del liquido es mayor a 0,08 cP pero menor a 0,83 Cp. Se busca para cada empaque la constante de correlación de HTEP de Norton (N), (Ref.: RandomPackings and PackedTowerlsStrigle. Ver Anexo N°5) y se aplica la siguiente ecuación:

Donde:

  

n= Constante HTEP de correlación de Norton. σ = Tensión Superficial del liquido.

µ = Viscosidad del liquido.


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En este sentido, para columnas que tienen menos de quince etapas teóricas, se considera que el 20% más del HETP es aceptable, para separaciones que requieren más de quince etapas teóricas se considera el 15% más de HETP. Teniendo los HTEP, que representan la altura de los empaques, se multiplican por los números de platos teóricos requeridos por la separación y se obtiene la altura de la columna. En la columna C-101 se requieren 20 etapas teóricas, mientras en la columna C-102 55 etapas teóricas. A continuación se presenta las tablas de resultados de altura y diámetro para las columnas C-101 y C-102, con diferentes tipos de rellenos, para su posterior selección.

TABLA N°10.- DIÁMETRO DE LA COLUMNA C-101.

Tipo de Relleno

Diámetro de empaque

Diámetro de la columna (m)

Diámetro de % de la columna Dc/d inundación nominal (m)

Anillos Rasching 25 Berlsaddles Intalox Saddles

25 25

1,15

1

46

76,82

1,05

0,914

42

77,39

1,03

0,914

41,2

73,05

Super Intalox

25

0,91

0,762

36,4

82,31

Telleretes

25

0,82

0,762

32,8

67,21

Anillos Rasching Berlsaddles

50

0,93

0,914

18,28

59,49

50

0,85

0,762

15,24

71,82

50

0,82

0,762

15,24

67,20

50

0,76

0,762

15,24

58,2

Intalox Saddles Súper Intalox


40/83

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Telleretes

50

0,69

0,601

12,19

74,25

TABLA N° 11.- ALTURA Y HETP DE LA COLUMNA C-101. Altura de

Tamaño de

HETP de la

Considerando

Considerando

Relleno

columna

Factor 20%

Factor 15%

(mm)

(m)

(m)

(m)

25

0,39

0,46

0,44

8,8

25

0,39

0,46

0,44

8,8

25

0,385

0,46

0,44

8,8

25

0,385

0,46

0,44

8,8

25

0,385

0,46

0,44

8,8

Rasching

50

0,65

0,78

0,74

14,8

Berlsaddles

50

0,69

0,83

0,80

16

50

0,69

0,83

0,80

16

50

0,69

0,83

0,80

16

50

0,65

0,78

0,74

14,8

Tipo de Relleno

la columna (m)

Anillos Rasching Berlsaddles Intalox Saddles Super Intalox

Telleretes Anillos

Intalox Saddles Super Intalox


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Telleretes

TABLA N°12.- DIÁMETRO DE LA COLUMNA C-102. Diámetro

Diámetro de

Diámetro de la

Tipo de

del

la columna

columna

Relleno

Empaque

(m)

estandarizado

(mm)

% de Dc/d inundación

(m)

Anillos Rasching

25

3,36

3,04

134,4

72,31

Berlsaddles

25

3,08

2,74

123,2

74,82

Saddles

25

3,00

2,74

120

70,62

Super Intalox

25

2,65

2,28

106

77,88

Telleretes

25

2,39

1,98

95,6

84,66

Rasching

50

2,70

2,59

51,8

63,11

Berlsaddles

50

2,47

2,43

48,76

59,28

Intalox Saddles

50

2,39

2,28

45,72

63,59

Super Intalox

50

2,23

2,134

42,67

63,22

Intalox

Anillos


42/83

5/27/2018


Telleretes

50

2,017

1,828

36,56

70,26

TABLA N°13.- ALTURA Y HETP DE LA COLUMNA C-102: Tipo de

Diámetro

HETP

Considerando Considerando

Altura

Relleno

del

de la

Factor 20%

Factor 15%

de la

empaque

columna

(m)

(m)

columna

(mm)

(m)

Rasching

25

0,431

0,52

0,50

27,5

Berlsaddles

25

0,431

0,52

0,50

27,5

25

0,431

0,52

0,50

27,5

Intalox

25

0,431

0,52

0,50

27,5

Telleretes

25

0,431

0,52

0,50

27,5

Anillos Rasching

50

0,73

0,87

0,84

46,2

50

0,77

0,93

0,89

48,95

50

0,77

0,93

0,89

48,9543/83

(m)

Anillos

Intalox Saddles Super

Cerámica Berlsaddles Intalox Saddles


5/27/2018


Super Intalox

50

0,77

0,93

0,89

48,95

Telleretes

50

0,73

0,87

0,84

46,2



Selección del relleno de la columna. Luego de calcular los diámetros y alturas correspondientes a los diferentes

tipos de rellenos, para la selección se tomo en cuenta los parámetros y criterios de diseño para optar por el que más se ajuste a los valores establecidos. La velocidad Óptima económica suele corresponder a la parte más baja de la zona de carga, siendo del orden del 50% de la velocidad de inundación. En la práctica industrial, para los tipos de relleno más conocidos, el porcentaje de inundación recomendado es el siguiente: Anillos Rasching

60% - 80%

Monturas Berl

65% - 80%

Monturas Intalox

65% - 85%

Telleretes

75% - 100%

Para evitar las canalizaciones o caminos preferenciales debe escogerse un diámetro de columna y de relleno en los siguientes rangos: Para Anillos Rasching

D/d > 30

Para Anillos Pall

D/d > 15

Para Monturas

D/d > 10

Según los criterios de diseño, en la columna C-101 el relleno seleccionado fue los IntaloxSadles de 50 mm, por tener 67% en porcentaje de inundación y según la correlación de Lobo podría operar cerca del 70% del flujo de inundación, por poseer la relación Dc/d que mas se ajusta a los parámetros de diseño, ser 44/83 de


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material resistente a la corrosión, y químicamente inerte a los fluidos con los que se ha de operar, tener una gran superficie humedecida por unidad de volumen de 118 m2/m3, lo que genera en consecuencia un área interfacial potencial grande para el contacto de las fases, tener el mejor volumen de vacio con respecto a los demás rellenos que se encuentran entre los rangos de diseño, lo que permite fluir cantidades razonables de las fases sin que existan caídas serias de presión. Con la selección de Intalox Saddles de 50mm como relleno, las dimensiones de la columna tendrían 0,762m de diámetro, una altura de empaque de 0,80 m y una altura total de 20m. En el caso de la columna C-102, las relaciones de Dc/d, en todos los casos se alejan de los criterios de diseño, sin embargo los porcentajes de inundación están entre los rangos establecidos, siguiendo este criterio los rellenos tentativos son los IntaloxSaddles y Súper Intalox de 50 mm, por lo tanto será la superficie especifica y la fracción de vacio, quien define cual es el mejor relleno para esta columna. La fracción de vacio es mayor para los Súper Intalox de 50mm, lo que indica que es el relleno que permitirá fluir grandes cantidades de fluido sin que existan caídas de presión considerables en la columna, por lo tanto es el relleno seleccionado para la operación, quedando de esta manera la columna dimensionada de la manera siguiente: diámetro estandarizado: 2,134 m, altura del relleno: 0,89m y la altura de la columna total: 48.95 m. 

Caída de presión en la columna:

Como se menciono anteriormente, en las columnas de destilación para todos los tipos de rellenos el parámetro de caída de presión es de 40 mm de H 2O /m de empaque, según los criterios de diseño. El cálculo de la caída de presión tiene que ver con este criterio y al altura total de la columna, quedando expresado de la siguiente manera: http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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             

Separador bifásico liquido-liquido. V-101. La separación de las mezclas de líquidos constituye una de las operaciones importantes en los procesos químicos. Este diseño empírico ha probado ser satisfactorio en muchas separaciones de fases. Primeramente se debe estimar el tiempo de retención del líquido, para este caso de un separador bifásico el tiempo de retención estimado es de 20 minutos para que ocurra la separación. Según GPSA Gas Processors Supliers Assocition Engineering data book 12th ed. A continuación se hace una relación directa con los flujos volumétricos del líquido pesado y el líquido ligero, se divide entre el tiempo de retención para obtener el volumen que ocupa cada uno de los líquidos en el tanque. Quedando en una expresión matemática de la siguiente manera:

             La sumatoria del volumen del líquido ligero y el líquido pesado, da como resultado el volumen del líquido total, el cual representa solo el 75% del volumen del tanque. Los

criterios

de

diseño

para

los

separadores

(“SizingLiquid -

LiquidPhaseSeparatorsEmprically”, ChemicalEngineering, 8 de julio de 1974,

Copryright (1974), McGraw-Hill), establece la siguiente relación:

  

Se asume un diámetro de tanque y se despeja la longitud. Para este caso se utilizo un diámetro de 1m y la relación igual a 4.


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Por otra parte es importante considerar las alturas que representa cada líquido en el tanque, esto se realiza mediante el área de un sector circular, mediante la siguiente ecuación:

   

Donde: A= Área superficial y se obtiene por la siguiente ecuación:

r = radio del tanque.

       

a = Altura que representa cada liquido. Estimando esto se obtienen ya, las dimensiones básicas del tanque separador volumen, altura diámetro y longitud, cuyos resultados se presentan en la siguiente tabla:

TABLA N°14.- DIMENSIONES DEL SEPARADOR BIFASICO V-101 Tiempo

Volumen

Volumen

Volumen

Volumen

Diámetr

Longitu

de

del

del

Total

del

o

d (m)

Retenció

Líquido

Líquido

(m3)

Tanque

(m)

n (min)

Ligero.

Pesado

(m3)

(m3)

0,270

1,622

20

(m3)

1,892


2,523

1

4

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2.5.1 Dimensionamiento de equipos de la producción de Desinfectante Biodegradable. Mezcladores M-201 Y M-202. El éxito de muchas operaciones industriales depende de la eficaz agitación y mezcla de fluidos, en el proceso de producción de desinfectantes esta operación es esencial para la calidad del producto final, ya que se unifican todos los componentes encargados de la desinfección. Es importante resaltar que las proporciones del tanque varían bastante dependiendo de la naturaleza del problema de agitación, sin embargo, para determinar la capacidad y dimensión de los tanques mezcladores M-201 y M-202, se realizó una relación directa con los flujos volumétricos establecidos de producción al día de desinfectante biodegradable; Esta relación representa un 75% de la capacidad del tanque por lo que se tiene que calcular el volumen del tanque total, aumentando el volumen resultante de la relación un 25%, para de esta forma obtener la capacidad total del tanque. Los líquidos se agitan con más frecuencia en tanques de forma cilíndrica, provista de un eje vertical y con fondo redondeado, con el fin de eliminar los rincones escarpados o regiones en las que no penetrarían las corrientes de fluido, es por ello que para determinar la altura correspondiente del mezclador se iguala el volumen del tanque a la geometría de un cilindro, mediante la siguiente ecuación:

    

  

Donde: h = altura d = diámetro http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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Nota: Se asumió un diámetro de 1,2 m, el cual arrojo como resultado una altura de 2,4 m para el tanque M-201. El tipo de flujo y la calidad de mezcla que se produce en un tanque agitado, depende de las características del fluido, de las proporciones del tanque, de las placas deflectoras, del agitador y del tipo de rodete.

Para la determinación del diámetro del impulsor o rodete, se aplica la relación, (Ref: Operaciones unitarias en ingeniería química de Warren McCabe),

  

Consiguiendo un diámetro del rodete de 0,36 m. A través de las siguientes relaciones se determinó el ancho de las placas y su longitud, al igual que la distancia de ubicación del impulsor con respecto al fondo del tanque y el espesor de los deflectores, las cuales son proporciones típicas y estándar de los tanques.

     

   

     

Donde: Da: Es el diámetro del rodete. Dt: es el diámetro del tanque H: es la altura del líquido J: es el espesor del deflector E: es la distancia del rodete con el fondo del tanque http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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W: ancho del rodete L: Longitud del rodete Los valores alcanzados para las proporciones se encuentran reportados en las siguientes tablas al igual que todas las dimensiones y valores obtenidos.

Tabla N°15.- Dimensiones del mezclador M-201 Tipo de Rodete

Da

NRe(Adim)

(m) Turbina tres (3)

NP

P (W)

(Adim)

E

L (m) W (m)

J (m)

(m)

0,36

406940

1,0

95

0,36

0,09

0,072

0,13

0,36

406940

6,0

567

0,36

0,09

0,09

0,12

0,36

406940

2,5

236

0,36

0,09

0,045

0,12

0,36

406940

1,2

113

0,36

0,09

0,045

0,12

palas inclinadas Turbina seis (6) placas planas verticales Turbina seis (6) placas planas estrechas Turbina de placas planas

Nota: Las dimensiones antes calculadas son para una altura de h = 2,4m, un diámetro de d = 1,2m y una velocidad de agitación de rpm=150


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Tabla. N°16.- Dimensiones del mezclador M-202 Tipo de Rodete Turbina tres (3) palas inclinadas

Da

NRe(Adi

NP

P (W)

E (m)

L (m) W (m)

J

(m)

m)

(Adim)

0,15

56250

1,0

1

0,15

0,038

0,03

0,04

0,15

56250

6,0

7

0,15

0,038

0,038

0,05

0,15

56250

2,7

3

0,15

0,038

0,019

0,05

0,15

56250

1,3

2

0,15

0,038

0,019

0,05

(m)

Turbina seis (6) placas planas verticales Turbina seis (6) placas planas estrechas Turbina de placas planas

Nota: Las dimensiones antes calculadas son para una altura de h=1,02m, un diámetro de d=0,5m y una Velocidad de agitación de RPM=150

Una vez calculadas las relaciones, se determinó el número de Reynolds el cual es importante ya que caracteriza el movimiento de un fluido el cual se relaciona con la densidad, viscosidad, velocidad y diámetro en una expresión adimensional, el cual para este caso resultó ser de flujo turbulento ya que sobrepaso el valor de los 4000 al obtener un valor de 406940y 56250, esto también dado a que el fluido se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos. El número de Reynolds viene expresado por la siguiente ecuación:

  http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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Donde: n = Velocidad de agitación Da2 Diámetro del impulsor



Ρ = Densidad del Fluido

µ = Viscosidad del Fluido A través del número de Reynolds se obtuvo el número de Potencia el cual es un factor importante en el diseño de un tanque agitado el cual se determina en función de la viscosidad, la densidad del líquido, la velocidad del giro, la gravedad específica y de las medidas importantes del recipiente y del rodete. Este número se obtuvo a través del gráfico N P =f( NR ) (ver anexo 1 y 2) que contiene unas curvas predeterminadas para impulsores de seis (6) palas planas con datos a su vez de cuatro (4) placas deflectoras, estos valores obtenidos se encuentran en el rango de 1,0 y 6,0. Una vez determinado el NP se despeja de dicha ecuación la Potencia comunicada al fluido que no es más que la energía necesaria para agitar el fluido y producir la mezcla homogénea, determinando así el suministro requerido para llevar a cabo la operación. Esto se determinó mediante la siguiente ecuación:

    

   

En donde: P = Potencia gc = gravedad específica


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Da = Diámetro del impulsor Ρ = Densidad del Fluido

Obteniendo diversas potencias para los distintos impulsores mayores a 94W para el mezclador M-201 y 1W para el M-202, por lo cual se selecciono el rodete de tres palas instalado centralmente en un tanque con barras deflectoras inclinadas. Ya que las hélices y las turbinas con placas inclinadas presentan un consumo de potencia considerablemente menor que una turbina con placas verticales.


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Tanques de almacenamiento TK-201, TK-202, TK-203 Y TK-204. Para el dimensionamiento de tanques de almacenamiento en la planta de producción de desinfectantes biodegradables, se realizó una relación directa con los flujos volumétricos que requieren de cada compuesto, se aproximó la cantidad requerida al día y se proyectó a los cinco días de jornada laboral, de manera de que las provisiones sean recargadas semanalmente. Tomando en cuenta que la relación planteada, solo representa el 75% del volumen, se calcula el volumen total agregándole el porcentaje restante. La mayoría de los tanques de almacenamiento son en forma cilíndrica, por lo que las estimaciones realizadas se basaron en la geometría de un cilindro, quedando expresada matemáticamente de la siguiente manera:

 

Asumiendo un diámetro de 1 m para los tanques de colorantes TK- 202, emulsionantes TK-203, aromáticos TK-204, y en el caso del tanque de estabilizante TK-201 se asumió un diámetro de 0,5m. La ecuación utilizada para el dimensionamiento de los tanques quedaría:

 

Donde: V= Volumen del tanque r = Radio. h = Altura del tanque. Los resultados las dimensiones son reportadas en la siguiente tabla:


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Tabla 16.- Dimensionamiento de los tanques de almacenamiento Flujo

Flujo

Volumen

Tanque de volumétrico Volumétrico del liquido Almacenamiento Temporal (L/d) (L) (L/d)

Volumen del Tanque Total

Diámetro (m)

Altura (m)

(L)

Estabilizante

2

80

400

500

0,5

2,72

Colorantes

4

160

800

1100

1

1,36

Aromáticos

20

800

4000

5300

1

3,02

Emulsionantes

20

800

4000

5300

1

3,02


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Intercambiador iónico. El intercambio iónico es un proceso rápido y reversible en el cual los iones impuros presentes en el agua se intercambian por otro ion de igual signo que se encuentra unido a una partícula sólida inmóvil denominada resina. Los iones impuros son tomados por la resina que debe ser regenerada periódicamente para restaurarla a su forma iónica original. En el diseño planteado se trabaja con dos tipos de resinas: intercambio de cationes e intercambio de aniones. Para la planta productora de desinfectantes biodegradables, se quiere acondicionar la corriente de agua que entra en el mezclador, en promedio se requiere como fuga iónica 5 mg/ L como CaCO3. Los rangos de dureza del agua se encuentran entre 150 – 400 mg/L como CaCO3, se asume para efectos del diseño que la corriente de agua cruda que entra a las resinas de intercambio iónico está en una concentración de 300 mg/L como CaCO3. En base a esto, se calcula el Δ de concentración que debe absorber la

resina para desmineralizar el agua cruda, según los rangos especificados anteriormente este Δ es igual a 295 mg/L como CaCO3.

Mediante la siguiente

relación se obtienen los equivalentes requeridos para la purificación:

 

Donde: m: masa Pe: Peso equivalente de CaCO 3. Una vez obtenidos los equivalentes se multiplica por el caudal volumétrico de agua que se demanda en el tanque mezclador, para estimar los equivalentes requeridos en el flujo de agua que pasara por las resinas de intercambio iónico, y se asume que el tiempo de retención en las resinas será de 1 hora.


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ΔEq/L *Qv* t retención. =

# Equivalente.

Donde: ΔEq/L:

Qv= Caudal Volumétrico t = Tiempo de retención Con el número equivalente se establece el volumen de la resina mediante una relación con la capacidad útil de cada resina en particular.

Resina catiónica. Es importante resaltar que las resinas del intercambio de cationes emiten iones Hidrógeno (H+) u otros iones como intercambio por cationes impuros presentes en el agua. Por otra parte, la capacidad útil de una resina típica catiónica es de 1,12 eq/L, esto es con respecto a la cantidad de dureza que retiene en relación al volumen de resina. Quedando expresado matemáticamente de la siguiente manera:

 ⁄

Resina Aniónica. La Resina de intercambio de Aniones desprende iones de hidróxido (OH) u otros iones de cargas negativas en intercambio por los iones impuros que están presentes en el agua. Su capacidad útil típica es de 0,8 eq/L, esto es con respecto a la cantidad de dureza que retiene en relación al volumen de resina. Quedando expresado matemáticamente de la siguiente manera:

 ⁄


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Estimados los volúmenes de resinas, el dimensionamiento de la columna de resinas se realiza de igual manera para cualquier tipo, mediante un criterio de diseño de recipientes, el cual consiste en la siguiente relación:

  

Asumiendo un diámetro de A continuación se presenta una tabla resumen del dimensionamiento básico de las columnas de intercambio iónico:

Tabla 17.- Dimensión de las resinas de intercambio iónico Resina Tipo Volumen Capacidad útil Diámetro Catiónica

Amberlite

(L)

(eq/l)

11,4

1,12

16

0,80

(m)

Altura (m)

xx Aniónica


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2.5.1. Hojas de especificaciones de equipos de producción de Ácido Peracético. REACTOR R-101. Características Reacción:

  →   

Tipo de reactor: Catalizador: Tanque con agitación continúa Ácido Sulfúrico TAC. 0.2500 mol/L Tiempo de Retención (h): 0,987 Diámetro: 1,13 m

RPM: 150

Altura: 1,7 m

Volumen: 1,71 m

Observaciones: La reacción ocurre bajo temperatura y presión atmosférica, los coeficientes estequiometricos son 1 a 1. La reacción es exotérmica y ocurre en la presencia de un catalizador de acido sulfúrico con una conversión del 10%.

COLUMNA DE DESTILACIÓN AZEOTROPICAC-101. Características de la Columna. Numero de Etapas teóricas: 20

Etapa de Alimentación: 10

Relación de Reflujo: 5

Caída de Presión (Psi): 1 Temperatura (ºC):

Tipo de Condensador: Total Energía en el Calderin (KW):

Energía en el condensador (KW):

1450 1357 Tipo de Relleno: Material de relleno: Altura de relleno (m): Intalox Saddles Cerámica 0,80 Diámetro de la columna (m): Altura de la columna (m): 0,762 16 C-101 Observaciones: En esta columna ocurre una destilación multicomponente azeotropica, entre agua, peróxido de hidrogeno, acido acético y acido peracético. El agua forma azeotropo con los ácidos, por lo cual se introduce por el tope de la columna una corriente de solvente MTBE, soluble con el agua para romper el azeotropo y permitir la separación. En esta sección solo se separa el agua de los ácidos.59/83 http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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SEPARADOR BIFASICO. V-101 Características.

V-101

Liquido Ligero: MTBE Liquido pesado: (Metilterbitileter) Agua Volumen del Volumen del Volumen del líquido Tanque (m3): liquido Ligero pesado (m3): 2,52 (m3): 1,62 0,270 Presión (atm): 1,48 Temperatura (ºC): 76,12 Tiempo de Retención (min): 20 Diámetro (m): 1

Longitud (m): 4

Observaciones: En el separador Bifásico se recupera solvente MTBE para ser recirculado a la columna C-101, a como también se descompone todo el peróxido de Hidrogen y sale en forma de vapor por medio de una válvula de Purga.

BOMBA CENTRIFUGA. P-101 Características P-101

Flujo (Kg/h): Presión (atm): Temperatura (ºC): 1402 Potencia: ¼ Altura de Bombeo: RPM: 1750 HP 3m Observaciones:


Eficiencia: 20%

Material:

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COLUMNA DE DESTILACIÓN C-102. Características de la Columna. Numero de Etapas teóricas: 55

Etapa de Alimentación: 30

Relación de Reflujo: 7

Caída de Presión (Psi): 1,5 Tipo de Condensador: Total Temperatura (ºC): (117,6 - 130,9) Energía en el Calderin (KW): Energía en el condensador (KW): 1,019e+004 1,020e+004 Tipo de Relleno: Material de relleno: Altura de relleno: Súper Intalox Cerámica 0,89 C-102

Diámetro de la columna: Altura de la columna: 2,134 48,9 Observaciones: En esta columna se separa el ácido peracético del ácido acético, para obtener una composición de 94% en ácido acético como producto final por el fondo de la columna, por el tope se obtiene ácido acético al 97% el cual es recirculado para el reactor R101. Es una destilación binaria.


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2.5.2. Hojas de especificaciones de equipos de producción de Desinfectante Biodegradable. Mezclador MD-201. Características. Flujo másico: 2000 Kg/d Diámetro: 1,2 m

Flujo Molar: 111 Kgmol/h

Altura: 2,4m

Volumen: 2,7 m

Tipo de Agitador: Turbina tres palas inclinadas

Potencia: 94, 5 W

MD-201

Observaciones: En este equipo ocurre la homogenización

Material:

de todas las sustancias para la obtención del desinfectante.

Plástico.

Bomba centrifuga P-201. Características Flujo:231,75 Kg/h P-201

Presión: 2 atm

Temperatura: 25 ºC

Potencia: 2 HP Altura de Bombeo: 15 m RPM: 3450 Observaciones:


Eficiencia: 30 %

Material:

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Filtro de lecho profundo FIL-201

Características FIL-201

Flujo: 231,75 Kg/h

Presión: 1 atm

Temperatura: 25 ºC

Profundidad total del lecho: 2 m Espesor arena: 1,80 m

Espesor grava: 0,50 m

Tamaño efectivo: 1,0 mm

Observaciones: Equipo encargado de la

Material:

Intercambio Iónico. Características. Flujo másico: Kg/h Diámetro: m

Flujo Molar: Kgmol/h Altura: m

Volumen: m

C-201 Y C-202 A/B

Observaciones: En este equipo ocurre la

Material:

homogenización de los aromáticos y emulsionantes.

Plástico


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Mezclador MD-202. Características. Flujo másico: 40 Kg/d Diámetro: 0,5 m

Flujo Molar: 2,13 Kgmol/h

Altura: 1,02 m

Volumen: 0,2 m

Tipo de Agitador: Turbina tres palas inclinadas

Potencia: 1.2 W

MD-202

Observaciones: En este equipo ocurre la

Material:

homogenización de los aromáticos y emulsionantes.

Plástico

Tanque TK-201 Características. Estabilizantes

Flujo volumétrico: 0,00025 m /h Altura: 2,72 m Volumen: 0,5 m Diámetro: 0,5 m

Material:

TK-201

Observaciones:

Tanque TK-202 Características. Colorante

Flujo volumétrico: 0,0005 m /h TK-202

Diámetro: 1 m

Altura: 1,36 m Volumen: 1,1 m

Material:

Observaciones: http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-desinfectante

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Tanque TK-203 Características. Emulsionantes

3


Diámetro: 1 m

3


Material:

Observaciones:

Tanque TK-204 Características. Aromáticos


Diámetro: 1 m


Material:

Observaciones:


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2.6. Identificación de puntos de medición y control de variables de proceso.

Variables y Parámetros para la producción de Ácido Peracético. Equipo Reactor R-101 Columna C-101

Columna C-102

Separador V-101

Variable Variable Parámetros independiente Dependiente Tiempo (h) Temperatura (ºC) Temperatura Tiempo (h) (ºC) Flujo (Kg/h) Dimensiones Nivel del Líq Tiempo (h)

Tiempo (h)

Presión Temperatura (ºC) Flujo (Kg/h) Dimensiones Nivel del Líq Presión Flujo (Kg/h) Dimensiones

Variables y Parámetros para la producción de Desinfectante Biodegradable.

Equipo

Variable Variable Parámetros independiente Dependiente Tiempo (h) Número de Delta de Columna equivalentes Concentración C-201 A/B Tiempo (h) Número de Delta de Columna C-202 A/B Mezclador M-201

Tiempo (h)

Mezclador M-202

Tiempo (h)

Tanque TK-201, 202, 203 y 204

Tiempo (h)

equivalentes Velocidad de Concentración Dimensiones rotación (RPM) Velocidad de Dimensiones rotación (RPM) Flujo (Kg/h)


Dimensiones

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2.6.1. Puntos de medición y control de variables de proceso para ácido Peracético.

R-101 Reactor V= 1,71 m3 d= 1,5 m h= 2 m RPM= 150

C-101 Columna de Destilación d= 0,76 m h= 16 m Etapas teóricas= 20

TK-101 Tanque de Almacenamiento

V-103 C-102 Separador de Tres Fases Columna de Destilación V= 3 m3 d= 2,5 m L= 4 m h= 49 m d= 1 m Etapas teóricas= 55 11

12

Peróxido de Hidrógeno

8

Reposición Solvente

L Água

9

Reposición Ácido Acético

2

F

3

P

V-101

T

P E-103

E-101

F

F

F

F

T

1 Per óxido de Hidrógeno

10

4

7

P

T E-105

T F

L

R-101

L 6

E-102 C-101

5

P-101

P

Ácido Peracético E-104 C-102

13 TK-101

Ácido Acético Nombre

Fecha

Dibujado


06/11

Aprobado Aprobado

Ronald Suarez

06/11


Producción de Ácido Peracético

IUT - RC

B5


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2.6.2. Puntos de medición y control de variables de proceso para desinfectante biodegradable. FIL-201 Filtro de Lecho Profundo

TK-201 Tanque de Almacenamiento V= 0,5m3 d= 0,5m h=3m

C-201 A/B y C-202 A/B Sistema de Intercambio Iónico Vaniónica=16 m3 Vcatiónica= 12 m3



TK-204 Tanque de Almacenamiento V= 5,5m3 d= 1m h=3,5m M-202 Mezclador d= 0,5m h=1,5m RPM= 150

M-201 Mezclador d= 1,2m h=2,5m RPM= 150

1

Ácido Peracético

F Estabilizantes

Colorante

Emulsionantes

Aromáticos F

FIL-201

4

TK-201

TK-202

V-201

TK-203

TK-204

9

V-202

V-204

7

8

F

10 F

5

F

V-203

S

11

6

3 M-202

V-205

F C-201 A/B

C-202 A/B

P 2

S

Agua P-201

Ácido Sulfúrico

12

Hidróxido De Sodio

Desinfectante M-201

Nombre

Fecha

Dibujado


06/11

Aprobado Aprobado

Ronald Suarez

06/11


Producción de desinfectante biodegradable

IUT - RC

B5


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CAPÍTULO III CARACTERIZACIÓN AMBIENTAL Las sustancias implicadas en el proceso de producción, están orientadas tanto a reducir como a evitar la contaminación, modificando el proceso y el producto para causar el menor impacto ambiental posible. El tipo de producción que se maneja en este proyecto, es denominada también producción limpia, la cual opera una estrategia ambiental preventiva que resulta de una combinación de la conservación de las materias primas, y la sustitución de las sustancias toxicas y peligrosas, tal es el caso de las sales de amonios cuaternarios y los compuestos fenólicos, además se pretende reducir el impacto ambiental a lo largo del proceso de producción, desde la obtención hasta el residuo final. Este tipo de producción insiste en el crecimiento e innovación de productos que sean ecológicamente sostenibles e incorpora la dimensión ambiental, tanto en el diseño como en la prestación de los mismos. Es por todas estas razones que el producto a elaborar logra un balance medioambiental, los principales componentes del desinfectante planteado no causan ningún efecto negativo que perjudique al ambiente, los agentes involucrados son totalmente biodegradables. El Ácido Peracético, se descompone en oxígeno, agua y ácido acético. Esta última sustancia es fácilmente metabolizada por la mayor parte de los organismos vivos.

El peróxido de hidrógeno también es una materia biodegradable que al llegar al agua se separa quedando, liberando una molécula de oxígeno. De la misma manera, en el diseño de la planta de producción de ácido peracético como materia prima del desinfectante, todas las corrientes son recirculadas


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al sistema, la corriente que sale de la columna C-102 de ácido acético es recirculada al reactor R-101 para que reaccione nuevamente. La corriente de tope de salida de la columna de destilación azeotrópica C-101, es enviada a un separador bifásico liquido-liquido, para recuperar y recircular el solvente MTBE a la columna, la otra corriente que sale del separador sale del proceso, sin embargo, dentro del decreto 883, no se han establecidos los límites permisibles de MTBE, por lo que se tomaron los valores de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos que se encuentran señalados entre 20 y 40 mg/l para lo que resulto al compararlo con la concentración de MTBE presente en la corriente de agua fuera de los límites establecidos por lo que dicha corriente debe ser tratada para poder ser descargadas a los efluentes, a continuación se muestra una tabla resumen:

Componente

Composición másica en efluente de descarga

Agua con MTBE

0,094

Límites Permisibles (mg/L) según la EPA (Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos 20 - 40

Posible sistema de tratamiento

Por otra parte, es importante resaltar los límites permisibles de cada sustancia involucrada, la afectación al ser humano y al ambiente, las cuales se presentan a continuación: Para la producción de ácido peracético como materia prima:

Peróxido de Hidrogeno. Valores límites de exposición: TLV® (ACGIH – USA) 2004 TWA = 1 ppm TWA = 1,4 mg/m3


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Toxicidad aguda: • Vía oral, LD50, rata, 805 mg/kg (Peróxido de hidrógeno 70%). • Vía dérmica, LD50, conejo, > 2000 mg/kg (Peróxido de hidrógeno 70%). • Inhalación, LC50, 4 horas, rata, 2000 mg/m³ (Peróxido de hidrógeno). • Inhalación, LC0, 1 hora, ratón, 2170 mg/m³ (Peróxido de hidrógeno.

Irritación: • Conejo, lesiones graves (ojos) (Peróxido de hidrógeno 70%). • Conejo, corrosivo (piel) 3 minutos (Peróxido de hidrógeno 70%). • Ratón, irritación respiratoria (RD50), 665 mg/m³ (Peróxido de hidrógeno).

Sensibilización: Cobaya, no sensibilizante (piel). Toxicidad crónica: • In vitro, sin activación metabólica, efecto mutágeno. • In vivo, no hay efecto mutágeno. • Vía oral, tras exposición prolongada, ratón. Órgano diana: duodeno, efecto

cancerígeno. • Vía dérmica, tras exposición prolongada, rata, no hay efecto cancerígeno. • Vía oral, tras exposición prolongada, rata, no hay efecto cancerígeno. • Vía oral, tras exposición prolongada, rata/ratón. Órgano diana: Sistema gastro-

intestinal, efecto observado. • Inhalación, tras exposición repetida, perro, 7 ppm, efecto irritante.

Apreciación toxicológica: • Efecto tóxico ligado principalmente a las propiedades corrosivas del producto. • Efecto cancerígeno en el animal no demostrado en el hombre.

Efectos para la salud • Corrosivo para las mucosas, los ojos y la piel.


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• La gravedad de las lesiones, el pronóstico de la intoxicación dependen directamente

de la concentración y de la duración de exposición.

Inhalación • Irritación de la nariz y de la garganta. • Tos y respiración difícil. • Riesgo de edema pulmonar. • Náuseas y vómitos. • En caso de exposiciones repetidas o prolongadas: riesgo de dolores de garga nta, de

sangrado de la nariz, de bronquitis crónica.

Contacto con los ojos • Irritación intensa, lagrimeo, enrojecimiento de los ojos e hinchazón de los párpados. • Riesgo de lesiones graves o permanentes en el ojo. • Riesgo de pérdida de visión.

Contacto con la piel • Irritación dolorosa, enrojecimiento e hinchazón de la piel • Riesgo de quemaduras profundas.

Ingestión • Cara pálida y cianosis. • Irritación intensa, quemaduras, riesgo de perforación digestiva con estado de chock. • Espuma buco-nasal abundante, con riesgo de ahogo. • Riesgo de edema de garganta con ahogo. • Hinchazón del estómago, eructos. • Náuseas y vómitos sangrantes. • Tos y respiración dificultosa. • Riesgo de bronco-neumonía química, de edema pulmonar.


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Ácido Acético. Es un compuesto químico de aspecto líquido incoloro con olor a acre, el cual tiene las siguientes consecuencias en los seres humanos: Los límites de exposición del Ácido Acético: TLV: 10 ppm; 25 mg/m3 (como TWA); 15 ppm; 37 mg/m3 (como STEL) Inhalación: Dolor de garganta.



Tos.



Jadeo y dificultad respiratoria.



Piel Enrojecimiento, dolor.





Graves quemaduras cutáneas.

En los ojos: Dolor, enrojecimiento, visión borrosa, quemaduras profundas graves Y en el grave caso ingestión: Dolor de garganta, sensación de quemazón del tracto digestivo, dolor abdominal, vómitos y diarrea. En cuestión del ambiente las descargas de ácido acético al aire urbano contribuyen a la formación de smog, a través de la creación de ozono. Cabe destacar que esta sustancia es moderadamente ácida,

reacciona

violentamente con oxidantes tales como trióxido de cromo y permanganato potásico. Al igual que reacciona violentamente con bases fuertes y ataca muchos metales formando gas combustible (Hidrógeno). Por lo que debe tenerse precaución al momento de su uso, manipulación y almacenamiento.


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Para la producción del desinfectante los compuestos involucrados son los siguientes:

Ácido Peracético: LIMITES DE EXPOSICION TLV no establecido. MAK: categoría 3B (DFG 2002). Toxicidad aguda: Ingestión: LD50 (rata) = 1175 mg / kg de solución PAA Inhalación: CL50 (rata) solución PAA = 590 mg / m 3 Contacto con la piel: DL50 (rata) = 12.000 mg / kg de solución PAA Efectos locales:

Inhalación: Severamente irritante para las vías respiratorias y puede causar inflamación y edema pulmonar.Los síntomas son tos, mareos o dolor de garganta. Mayor concentración puede tener efectos letales.

Ingestión: La ingestión causa ardor necrosis de las membranas mucosas de la boca, el esófago y el estómago. Rápida liberación de oxígeno puede provocar distensión gástrica y el sangrado puede ocasionar graves daños al estómago. Riesgo de lesiones fatales si la ingestión es sustancial y el tratamiento médico se retrasa.

Contacto con la piel: El contacto breve con la piel provoca la quema general, con decoloración de la zona afectada y el eritema, formación de ampollas y la necrosis puede ocurrir. Corrosiva para la piel (conejo).

Contacto con los ojos: Contacto con los ojos puede producir lesiones en la córnea y daños irreversibles. Severamente irritante para los ojos (conejo).


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Los efectos específicos: Sensibilización: No a la sensibilización de la piel (cobayas) Mutagenicidad: In vitro: Resultado positivo en el test de Ames (Salmonella typhimurium). En vivo: No hay efectos significativos en los ratones (prueba micronuclear).

Carcinogenicidad: No es carcinógeno en la piel (ratón 0,2 a 2,0% PAA). PAA no está listado como carcinógeno por la IARC, NTP u OSHA. Efectos sobre la reproducción en las pruebas de disminución de la reproducción en ratas (dosis de 0.2-1 g / kg).

Metil Terbutil Eter (MTBE) Este es un líquido inflamable de olor característico desagradable. Es un producto residual, con escasa potencialidad para su degradación natural, es altamente volátil y soluble en agua. Las consecuencias presentadas en los seres humanos al ser expuestos a esta sustancia son las expuestas a continuación:

Inhalación: Los vapores del Metil-Terbutil-Eter causan irritación del tracto respiratorio en la parte superior con tos, disnea, dolor de cabeza, mareos e irritación del tracto respiratorio. Congestión, salivación, deshidratación suave, bronquitis, neumonitis química y/o edema pulmonar y efectos sobre el sistema nervioso central.

Contacto con ojos y piel: El contacto con los ojos puede causar ceguera y daños en los tejidos. El contacto con la piel puede causar irritacióny dermatitis.

Ingestión: causa Dolor abdominal, malestares gastrointestinales, náuseas, vómitos, tos, somnolencia, dolor de cabeza, jadeo, debilidad.


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Los límites de exposición del MTBE están clasificados según el criterio de cada país: Reino unido: VLA-TWA: 25ppmTWA; 92mg/m3TWAReino Unido, VLA-STEL: 75ppmSTEL; 275mg/m3STEL Bélgica: TWA: 40VLEppm;146 mg/m3VLE Alemania: 50ppmTWA; 180mg/m3TWA Malasia: 40ppmTWA; 144mg/m3TWA Países

Bajos:

100ppmSTEL,

360mg/m3STELPaíses

Bajos:

50ppmMAC;

180mg/m3MAC Rusia: 100mg/m3 TWA(vapor) España: 40ppmVLA-ED; 147mg/m3VLA-ED

La tartracina (Amarillo nº5) La tartracina es un colorante sintético azoico de tono verde-amarillo, derivado del alquitrán de carbón, soluble en agua. Es utilizado muy comúnmente alrededor del mundo, por formar parte de los colorantes sintéticos más baratos. Esta sustancia es usada como colorante en la manufactura de alimentos: helados, dulces, mermeladas, vitaminas, cosméticos, jabones, desinfectantes y otros productos. Puede ser combinada con azul brillante o verde brillante para obtener colorantes de diferentes tonos de verde.

Ingestión: Es el responsable de causar reacciones alérgicas y de intolerancia más fuertes, sobre todo en personas asmáticas o con intolerancia a la aspirina, los síntomas pueden aparecer tanto por ingestión como por exposición cutánea.

Inhalación: Causa ardor en las mucosas. Contacto con la piel y ojos: Ardor, picazón, irritación, daños en la cornea.


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Aceite Esencial Aceite Esencial: son mezclas de varias sustancias químicas biosintetizadas por las plantas, que dan el aroma característico a algunas flores, árboles, frutos, hierbas, especias, semillas y a ciertos extractos de origen animal. Se trata de productos químicos intensamente aromáticos, no grasos, volátiles por naturaleza (se evaporan rápidamente) y livianos (poco densos). Son insolubles en agua. Se denominan con el mismo nombre de la planta de origen: aceite esencial de lavanda, aceite esencial de limón, etc. Son muy concentrados, por lo que sólo se necesitan pequeñas cantidades para lograr el efecto deseado (del orden de los miligramos).

En caso de ingestión: produce irritación de las mucosas bucales, ardor en la garganta, dolor abdominal. Contacto con los ojos y piel: Ardor en los ojos, quemaduras y alergias en el área afectada.

Las normas de seguridad aplicable para ambos procesos ya que se manejan ácidos y sustancias corrosivas, son el uso de guantes, batas o bragas, lentes, botas y zapatos cerrados, equipos de protección respiratoria, el no comer ni consumir bebidas en el área de trabajo y no fumar, son unas de las medidas de seguridad para prevenir los accidentes.


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BIBLIOGRAFÍA McCabe, W. (1991) Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Mc Graw

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Hill Coulson. J. (1981) Ingeniería química operaciones básicas. Tomo II. España: Reverté Operaciones de transferencia de masa Robert E. Treybal. II edición.

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Técnicas de diseño para el dimensionamiento de torres empacadas (design

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Fichas Internacionales de Seguridad Química (2011) Ácido Peracético

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http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FI SQ/Ficheros/1001a1100/nspn1031.pdf (Consulta: Junio 2011) Fichas Internacionales de Seguridad Química (2011) Ácido Acético

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Fichas Internacionales de Seguridad Química (2011) Peróxido de Hidrógeno

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Lenntech (2011) Historia de la desinfección del agua Documento en línea

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Habana

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Cuba

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(Consulta:

Junio

2011)

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ANEXOS. Gráfico 1. Número de Potencia en función del Número de Reynolds, para turbina de seis palas, con placas deflectoras verticales.

Gráfico 2. Número de Potencia en función del Número de Reynolds, para turbina de seis palas, la curva A con placas deflectoras las restantes sin ellas.


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Grafico N°3.- Parámetros de curva de caídas de presión mm de H 2O /m de empaque generalizados por las correlaciones de Norton, K4 en función de F LV.

Ref. : : Chemical Engineering, Volume-6 , COULSON & RICHARDSON'S


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Gráfico N°4.- Constante de correlación de HTEP de Norton (N).

Ref: Random Packings and Packed Towers ---- Strigle


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Anexo 5.- Diagrama de equilibrio Acido acético- Acido peracético. 1

Diagrama de equilibro acido peractico-Acido Acetico.

0,9

0,8

0,7 Curva de Equilibrio 0,6

Series2 xd

0,5

xw ZM

0,4

Lineal (Curva de Equilibrio)

q

Polinómica (Series2)

0,3

0,2

0,1

0

X0

0,2

Z

0,4

0,6


0,8

X

1

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Proyecto Desinfectante

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