Tesis Expo

PROYECTO DE TESIS INDICE I. GENERALIDADES ««««««««««««««««««««««««.ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 1. TÍTULO ......................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 2. PERSONAL INVESTIGADOR ...................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 2.1. AUTOR................................................... ..................................................... Error! Bookmark not defined. 2.2. ASESOR ................................................ .................................................. Error! Bookmark not defined. 3. TIPO DE INVESTIGACIÓN ........................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 4. REGIMEN DE INVESTIGACION 5.

LOCALIDAD E INSTITUCIÓN DONDE SE EJECUTARÁ EL PROYECTO ... 1 6. DEPARTAMENTO Y SECCIÓN A LA QUE PERTENECE ««««««««.1 7. DURACIÓN DEL PROYECTO...................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 8. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES...««««««««««««««««...2

II. PLAN DE INVESTIGACIÓN «««««««««««««««««««««3 1. INTRODUCCION ««««««««««««««««««««««««««3 2.

......................................................................... ...................................... ............... 5 MARCO TEÓRICO .................................................. 2.2 DEFINICIONES .................................. ............................................................ ................................................... ............................... ...... 5 2.3 PROCESOS DE PRODUCCION DEL ETANOL ......................................... ......................................... 6 2.4 PRINCIPALES VENTAJAS EN LA UTILIZACION DE TAMICES MOLECULARES EN LA OBTENCION DEL ALCOHOL ANHIDRO«««««9 2.5 PRODUCTIVIDAD ESPERADA SEGÚN LAS MATERIAS PRIMAS UTILIZADAS ................................................ ................................................... ... Error! Bookmark not defined .1

2. ANTECEDENTES Y TES Y JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ...........................16 3. DEFINICIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .. 17 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 3.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .................................................. ...................................................... .... 17 .......................................................................... ........................ 17 4. HIPÓTESIS DE TRABAJO .................................................. ........................................................................... .............................................. ..................... 17 5. OBJETIVOS .................................................. .................................................................... .................. 18 6. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN .................................................. ............................................................................. .............................. ... 18 6.1 Material de Estudio..................................................

6.2 NG.

Métodos y Técnicas ................................................ ........................................................................... .............................. ... 18

MANUEL FLORES BARBARAN

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PROYECTO DE TESIS 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................ 18 UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA PROYECTO DE TESIS

I.

GENERALIDADES

1.

Titulo

Diseño de una planta para la obtención de alcohol anhidro a través de tamices moleculares a partir de etanol en Casa Grande - la libertad. 2.

Personal investigador 2.1 Autores

Oscar Aredo Rubio Consuelo Avila Quezada 2.2

Asesor ING. Walter Moreno Eustaquio Profesor de la facultad de ingeniería química

3.

Tipo de investigación 3.1 De acuerdo con los objetivos: aplicada 3.2 De acuerdo a la técnica de contrastación: teórico-experimental

4.

Régimen de investigación : libre

5.

Localidad e institución donde se ejecutará el proyecto: Casa Grande ± La Libertad

6. NG.

Departamento y sección a la que pertenece


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PROYECTO DE TESIS

7.

Departamento :

Ingeniería Química

Sección

Operaciones Unitarias

:

Duración del proyecto 1 año

8.

Cronograma de actividades Recopilación de información bibliográfica

02 meses

Elaboración y selección de instrumentos

03 meses

Recolección de datos

02 meses

II.

Análisis de resultados

03 meses

Redacción del informe

02 meses

TOTAL

12 meses

PLAN DE INVESTIGACION

1. INTRODUCCION Actualmente el biocombustible más importante es el etanol, producto 100% renovable obtenido a partir de cultivos bioenergéticos y biomasa. El etanol carburante es utilizado para oxigenar la gasolina, permitiendo una mejor oxidación de los hidrocarburos y reduciendo las emisiones de monóxido de carbono, compuestos aromáticos y compuestos orgánicos volátiles a la atmósfera (1). El uso de alcohol etílico como combustible no genera una emisión neta de CO2 sobre el ambiente debido a que el CO2 producido en los motores durante la

NG.


3

PROYECTO DE TESIS combustión y durante el proceso de obtención del etanol, es nuevamente fijado por la biomasa mediante el proceso de fotosíntesis.

El proceso de obtención de etanol a partir de caña de azúcar comprende la extracción del jugo de caña (rico en azúcares) y su acondicionamiento para hacerlo más asimilable por las levaduras durante la fermentación. Del caldo resultante de la fermentación debe separarse la biomasa, para dar paso a la concentración del etanol mediante diferentes operaciones unitarias y a su posterior deshidratación, forma en que es utilizado como aditivo oxigenante.

SEPARACION SEPARACION

FERMENTACION

DESTILACION AL VACIO DE EFLUENTES DESTILACION AZEOTROPICA

TRATAMIENTO DE NTO TRATAMIE UENTES EFL LAGUNAS DE TRATAMIENTO

F. SIMPLE DESTILACION EXTRACCION Y CLARIFICACION

F. CON MEMBRANA F. CON PERVAPORACION

NG.


TAMICES MOLECULARES

FILTROS POR GOTEO UASB

DESTILACION SALINA

CONCENTRACION E INCINERACION

EXTRACCION CON FLUIDOS SUPERCRITICOS

EXTRACCION Y CLARIFICACION

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PROYECTO DE TESIS Fig.N° 1. Esquema para la producción de etanol carburante a partir de caña de azúcar.

2.

MARCO TEORICO 2.1 DEFINICIONES

Alcohol combustible: este término se refiere al alcohol etílico para uso



exclusivo de equipos o vehículos motorizados (2). Las combinaciones del EA (etanol anhidro), como aditivo para la gasolina, reciben los siguientes nombres: a. E5: Mezcla de la gasolina sin plomo tetraetílico (PTE) con 5% de EA, b. Gasohol (E10): Mezcla que contiene 90% de gasolina sin PTE y 10% de EA y c. Alconafta (E15): Mezcla que contiene 85% de gasolina sin PTE y 15% de EA. En este trabajo, el alcohol etílico deshidratado es considerado como el EA y también es el usado como aditivo para la gasolina (alcohol combustible). 

tamiz molecular: Los tamices moleculares son materiales granulares rígidos de forma esférica o cilíndrica elaborados a partir de aluminosilicatos de potasio. La adsorción de agua empleando tamices moleculares ha sido la tecnología que más se ha desarrollado en los últimos años en la industria del alcohol carburante para deshidratar el etanol y que ha venido reemplazando a la destilación azeotrópica.

NG.


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PROYECTO DE TESIS

2.2

PROCESO DE PRODUCCION DEL ETANOL

El etanol rectificado (95° GL) es precalentado en un intercambiador, que utiliza como fluido de calentamiento, etanol anhidro vaporizado (obtenido por el fondo del tamiz), luego de ser sometido a este precalentamiento pasa a un tanque flash donde se vaporiza con ayuda de vapor a baja presión (20 psig), para luego ingresar a un segundo intercambiador donde se sobrecalienta haciendo uso de vapor de presión media (55 psig), para finalmente hacer su ingreso por la parte superior a los tamices, aquí las moléculas de agua quedan adheridas, mientras que el etanol atraviesa el tamiz y sale por el fondo, con una composición de 99.9°GL, adoptando así el nombre de etanol anhidro. Los tamices trabajan en forma cíclica y alternada, es decir mientras uno deshidrata, el otro regenera, durando pocos minutos el cambio de funcionalidad. La regeneración tiene como finalidad remover el agua que queda adherida en los tamices, para esto se utiliza una fracción del etanol anhidro obtenido por el fondo del tamiz (que esta deshidratando), este etanol anhidro ingresa por la base del tamiz y sale por el tope del mismo arrastrando consigo el agua que estuvo adherida, para esta operación hacemos uso de un alto vacio el que facilita el ascenso de los vapores alcohólicos que salen por la parte superior arrastrando el agua, esta mezcla rica en agua es condensada y posteriormente precalentada en otro intercambiador que también utiliza el producto va porizado como medio de

NG.


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PROYECTO DE TESIS calentamiento, finalmente es enviada a una columna de regeneración provista de un reboiler (que también utiliza el producto vaporizado como medio calefactor), aquí en la columna se concentra hasta alcanzar la composición de etanol rectificado para luego retornar al vaporizador, mientras que el agua es eliminada por los fondos con una concentración inferior a 500ppp de etanol. Por su parte el etanol anhidro obtenido se condensa y enfría a lo largo de su trayectoria, para finalmente ser almacenado.

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO PRODUCTIVO DE ETANOL ANHIDRO.

NG.


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PROYECTO DE TESIS Fig. N°2. Etapas en la producción de etanol anhidro.

Figura N° 3. Etapa De Deshidratación Con Tamices Moleculares Capacidad: 300 000 L/d. Eficiencia de deshidratación: 99.5 %. NG.


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PROYECTO DE TESIS

2.3

PRINCIPALES VENTAJAS EN LA UTILIZACION DE TAMICES

MOLECULARES EN LA OBTENCION DEL ALCOHOL ANHIDRO. Ambientales



El etanol, al ser un oxigenante de las gasolinas, mejora su octanaje de manera considerable, lo que contribuye a la reducción de la contaminación y a reducir los gases causantes del efecto invernadero. Al ser un aditivo oxigenante, el etanol también remplaza a aditivos nocivos para la salud humana, como el plomo y el MTBE, los cuales han causado el incrementado de porcentaje de personas afectadas por cáncer (MTBE) y la disminución de capacidades mentales, especialmente en niños (plomo).

NG.


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PROYECTO DE TESIS Fig. N°3, Ciclo del carbono y el impacto ambiental Energéticas Al ser renovable y producido localmente, el etanol permite



disminuir la dependencia del petróleo, lo que mejora la seguridad energetica de nuestro país, esto es aun más importante para los para nuestro país debido a que no somos potencia en producción de petróleo.

Tabla N°1 balance energético caña de azúcar. PRODUCCION DE ETANOL TIENE LOS SIGUIENTES INDICADORES Energia producida

567.900kcal/t de caña de azucar

Energía utilizada

50.7002 kcal/t de caña de azucar

Energía producida/energia utilizada

11.2 (3)

UNA

PLANTA DE 300KL/DIA RESULTA EN:

Generación total

16.414 kW

Consumos propios

6.414 kW

Exportación a la red

10.000kW



Económicas

Aumenta el valor de productos agrícolas de los que procede (caña de azúcar) mejorando así los ingresos de los habitantes rurales y, por ende, elevando su nivel de vida. El etanol actúa como un anticongelante en los motores, mejorando el arranque del motor en frio y previniendo el congelamiento. El octanaje del etanol puro es de 113 y se quema mejor a altas compresiones que la gasolina, por lo que da más poder a los motores. NG.


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PROYECTO DE TESIS

Fig.N° 4. Evaluación agroindustrial a partir de una destilería de etanol 2.4 PRODUCTIVIDAD ESPERADA SEGÚN

LAS MATERIAS PRIMAS

UTILIZADAS 

Análisis de la demanda

Demanda actual en el mercado interno . Teniendo como punto de partida la ley 28054 ³Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles´, que nos dice que a partir de este se tendrá que utilizar Gasohol como combustible (92% gasolina y 7.8% de etanol anhidro), se

NG.


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PROYECTO DE TESIS presenta la proyección de la demanda de etanol anhidro en el Perú, tal como lo muestra la tabla 2.

Tabla. N°2. Proyección de la demanda de etanol anhidro en litros.

Fuente: Petroperú, presentación sobre Biocombustibles en el Seminario µ¶Desarrollo de cultivos alternativos¶¶, 2007.

Atendiendo al cuadro anterior, se tiene que este 2010 se tendrá una demanda de 85.4 millones de litros lo que equivale a 234 000 L/d y si bien es cierto es una demanda inferior a la oferta que se tendría con los 300 000L/d. que ofrece el proyecto, existe un gran mercado externo insatisfecho.

NG.


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PROYECTO DE TESIS También es oportuno mencionar que la demanda interna irá creciendo paulatinamente en la medida que vaya aumentando el porcentaje de mezcla del etanol anhidro en la gasolina, ya que la tendencia es sustituir totalmente el parque automotor como lo ha hecho el país vecino de Brasil.

Demanda actual en el mercado interno . La demanda de etanol carburante viene creciendo aceleradamente en los últimos años, según estudios, en este año (2010) se tiene déficit ya que la demanda es 101,000 millones de litros ante una oferta esperada de 88,000 millones de litros, esta situación se deberá tomar en cuenta por parte de COAZUCAR ya que supone un gran mercado insatisfecho. 

Análisis de la oferta .

Oferta actual en el mercado interno . La oferta de alcohol anhidro, esta recién en crecimiento, teniendo como único productor a la Destilería Caña Brava, ubicada en Piura perteneciente al grupo Romero, con una producción actual de 300 000 L/día.

Oferta actual en el mercado externo . A nivel mundial EE.UU y Brasil aparecen como los principales productores de etanol, seguidos por la China.

Tabla N° 3. Principales productores del etanol

NG.


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PROYECTO DE TESIS

Proyección de la demanda: Demanda potencial interna . Refiriéndonos a la tabla N°2, se tiene que la demanda tiene un leve decaimiento, debido básicamente a la paulatina inserción de combustibles fósiles gaseosos (GLP y GNL, etc.). Demanda potencial externa.

Tabla N°4: Proyección de la demanda de etanol anhidro (millones de galones).

NG.


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PROYECTO DE TESIS Fuente: Maximixe, 2007.

Proyección de la oferta: Proyección de la oferta potencial interna . Actualmente existen una serie de empresas que están apostando por el etanol, tal Como lo muestra la tabla 5.

Tabla N°5. Empresas a nivel nacional que están invirtiendo en Etanol. EMPRESA

CULTIVO

ZONA

HECTÁREAS

INVERSIÓN (MILL $)

Caña de Grupo Romero

Piura (valle de 7000

40,0

10600

32,0

Lambayeque

90000

90,0

La Libertad

30000

Lambayeque

30000

Azúcar

Chira)

Caña de

Piura (valle de

Maple Etanol Azúcar

Chira)

Caña de Cayaltí Azúcar Casagrande y

Caña de

Cartavio

Azúcar

Tumám

Sorgo Dulce

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PROYECTO DE TESIS Caña de Grupo Manuelita

La Libertad

34000

Azúcar Fuente:( Gestión, El Comercio, Correo.)

Proyección de la oferta potencial externa: Para el 2015 se producirán 162,000 millones de litros de etanol en el mundo, lo que significa un crecimiento de 191% si se compara con la producción.

3.

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION DEL PROBLEMA El calentamiento global y agotamiento progresivo del petróleo, insta a buscar

nuevas fuentes de energía, en este contexto y buscando ampliar la sostenibilidad de los sistemas energéticos, las fuentes renovables de energía vienen incrementando su participación en el suministro de combustibles, en particular mediante la introducción del etanol en mezclas con la gasolina. Por su parte Perú ostenta el record mundial en rendimiento de tonelada de caña por hectárea, también cuenta con potencial en sembríos como la caña de azúcar, canola, higuerilla, sorgo, camote, entre otros, así mismo potencial hidroeléctrico, solar y de biomasa. Por último se tiene la ley 28054 ³Ley de promoción del mercado de biocombustibles´ (4) que promueve dicho mercado y nos dice que a partir del 01

NG.


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PROYECTO DE TESIS de Enero del 2010 el Gasohol será de uso obligatorio en todo el país y reemplazara a todas las gasolinas motor. Dentro de este contexto las mezclas de etanol anhidro y gasolina pueden ser utilizadas como combustibles disminuyendo así la contaminación ambiental y mejorando el índice de octano de las gasolinas. Así también, el etanol anhidro se utiliza ampliamente en la industria química; como materia prima en la síntesis de esteres, éteres y como solvente en la producción de pinturas, cosméticos, aerosoles, perfumería, medicina y alimentos entre otros. Por lo que se cree conveniente la instalación de la planta de etanol anhidro.

4. DEFINICIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3.1 ¿Se

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

puede producir alcohol anhidro a través de tamices moleculares a partir

de etanol, en casa grande la libertad?

5. HIPOTESIS DEL TRABAJO

Si se puede producir alcohol anhidro a través de tamices moleculares a partir de etanol, en Casa Grande- La Libertad, con la finalidad de mitigar la contaminación ambiental.

6. OBJETIVOS 6.1 objetivo general 

Obtener alcohol anhidro a través de tamices moleculares para mitigar la polución ambiental.

6.2 objetivos específicos NG.


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PROYECTO DE TESIS 

Hacer un estudio de mercado.



Hacer un estudio económico de rentabilidad de la planta.



Evaluación de los equipos de proceso de operación para la producción de alcohol anhidro.



Escoger un programa de simulación adecuado, para el diseño del proceso.

7. DISEÑO DE INVESTIGACION 7.1 Materiales de estudio 7.2 Métodos y técnicas

8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. CASANOVA J. (2008). Red temática: Utilización de Combustibles Alternativos en Motores Térmicos. Módulo 1. Universidad Nacional de ingenieria:Lima. 2. INDECOPI. (2005).

Alcohol

etílico, Norma

Técnica

Peruana

211.020:2003: Bebidas alcohólicas. Lima, Perú. Págs.: 6-8. 3. Net Emissions for the Sugar Cane to Ethanol Cycle C&T Brasil. Comparado con el maíz, es 8,3 veces superior. 4. Congreso de la República,´Ley de promoción del mercado de biocombustibles´, Ley N° 28054, Lima-Perú, 2008.

NG.


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