1.0 PRINCIPIOS TEÓRICOS El alcohol etílico o Etanol, es el componente activo esencial de las bebidas alcohólicas. Puede obtenerse debido a la hidratación del etileno. El alcohol etílico; no sólo es el producto químico orgánico sintético más antiguo empleado por el hombre, sino también uno de los más importantes, sus usos más comunes son industriales, domésticos y medicinales. En la industria se emplea mucho el alcohol etílico como disolvente para lacas, barnices, perfumes y condimentos; como medio para reacciones químicas, y para recristalizaciones. Además, es una materia prima importante para síntesis, su obtención puede darse de dos maneras fundamentalmente: preparamos alcohol etílico por hidratación del etileno o bien por fermentación de melazas (a veces de almidón). El alcohol etílico es el alcohol de las bebidas “alcohólicas”, medicinalmente, el alcohol etílico se clasifica como hipnótico (que produce sueño); es menos tóxico que otros alcoholes. Excepto para bebidas alcohólicas, prácticamente todo el alcohol etílico que se consume es una mezcla de 95% de alcohol y 5% de agua, conocida simplemente como alcohol de 95%. Cualquiera que sea su método de preparación, primero se obtiene alcohol etílico mezclado con agua, y luego se concentra esta mezcla por destilación fraccionada. La tendencia de la producción a nivel mundial describe un comportamiento ascendente, lo cual supone una demanda de mercado, cabe pensar que dicho comportamiento podría atribuirse a la necesidad internacional de sustituir los combustibles tradicionales debido a las sucesivas crisis que se experimentan en este campo, del mismo modo, el consumo mundial de bebidas alcohólicas está en crecimiento. Todo parece indicar que la demanda seguirá aumentando en los próximos años. El mercado del alcohol puede subdividirse en tres, de acuerdo a sus destinos fundamentales como: combustible, uso industrial y bebidas. El uso como combustible representa el 61% de la producción mundial, ya sea para mezclar o reemplazar petróleo y derivados, alrededor del 23% se destina a la industria procesadora (cosméticos, farmacéutica, química, entre otras), y el 16% restante se destina a la industria de bebidas. La producción de alcohol destinada al uso como combustible, por lo general se encuentra subsidiada por el impacto positivo del uso del Etanol carburante sobre el medio.
2.0 DETALLES DEL PROCESO OBJETIVO: etileno. MÉTODO:
Producir 30.000 toneladas / año de etanol a partir de Hidratación de etileno
La alimentación de etileno es del 99% de pureza, con un 1,0% de impurezas etano que no reacciona, el etileno es disponible de un oleoducto en 5000 KPa y 25 °C, se mezcla con una corriente de reciclado en caliente y posteriormente se mezcla con agua de alimentación de calderas (muy puro) que ya ha sido bombeado a 5000 KPa a 90 ° C. La alimentación del reactor es calentada, reacciona adiabáticamente y produce una mezcla en equilibrio de etanol, el etileno y el agua, es posteriormente enfriada. El flujo enfriado pasa a través de una válvula de estrangulación para reducir la presión a 500 KPa. En el Flash se separa la fase vapor de la fase líquida, se considera que el etileno y el etano se encuentran en la fase vapor y que el etanol y el agua en la fase líquida. De la fase vapor se recicla pues presenta cantidad importante de etileno y otra parte es purgada para evitar la acumulación de inerte. La mezcla de etanol y agua se destila para producir mayor porcentaje molar de etanol además se obtiene un flujo de aguas residuales que deben ser enviados a tratamiento de residuos.
2.1
REACCIÓN QUÍMICA
La mayoría del etanol fabricado se genera mediante un proceso de fermentación, sin embargo una pequeña cantidad se fabrica a través de la hidratación del etileno. La reacción que se produce en el reactor es reversible. En el rango de temperatura de funcionamiento normal, no hay reacciones secundarias.
C 2 H 4 H 2 O ↔ C 2 H 5 OH Esta es una reacción de equilibrio, y la conversión de equilibrio (X etileno se obtiene mediante la solución de
eq)
de
2 ( KP +1) X eq −[( KP +1)( N +1)] X eq + KPN = 0
donde P es la presión en atm, el N es la relación de número de moles de agua / moles de etileno en la alimentación del reactor, y 47215 (kJ/kmol) K = 1.27825 ×10 −7 exp RT(K) En el reactor, se obtiene el 90% de la conversión de equilibrio.
2.2
DIAGRAMA DEL PROCESO ( SIMULADOR CHEMCAD)
C-201 divider
16 15
14
mixer 1
1 3
9 2
mixer 2 4
E-201 5 11
R-201
10
6 12
E-202
7
8 valve
2.3
DETALLES DE EQUIPOS
Intercambiador de calor (E-201) La alimentación del reactor, se calienta a T> 200 ° C por medio de vapor de alta presión. En nuestro caso se utilizó una temperatura de salida igual a 227ºC para garantizar que los componentes se encuentren en estado vapor. Reactor (R-201) Se trata de un reactor adiabático, esencialmente es una gran pipa llena de catalizador. El equilibrio de conversión se puede calcular sobre la base de una selección de la presión de funcionamiento y la temperatura de salida por lo tanto la conversión en el reactor es del 90% en el equilibrio, considerando para ello al reactivo limitante al etileno. El reactor puede operar a cualquier presión entre 10 – 40atm, en nuestro caso se trabaja a 10atm y a una temperatura por encima de 200°C, de forma que no hay líquido presente. El calor para el proceso proviene del vapor y del calor de la reacción exotérmica, si estuviera en el estado estacionario el calor tendría que ser extraído del reactor para mantener la temperatura constante. Este detalle no es considerado en este proyecto. Intercambiador de calor (E-202) Este intercambiador de calor se enfría y se condensa parcialmente el efluente del reactor hasta una temperatura de 50 ° C. La válvula posterior reduce la presión a 500 kPa. La temperatura y la presión pueden ser optimizadas. Compresor (C-201) El compresor aumenta la presión de la corriente de reciclaje a la presión de las corrientes de alimentación, de 500 a 5000 kPa. El compresor se puede suponer que se adiabática. En ese caso, la potencia del compresor W s (Kw) puede calcularse como P 0.286 out (kmol/s) W s (kW) = 12 ,500 m − 1 Pin Dónde (kmol / s) es el caudal molar total de Flujo 15. El costo de la electricidad para hacer funcionar el compresor es un costo útil. El compresor aumenta la temperatura de la corriente se comprime según 0.286
Tout Pout = Tin Pin donde T es la temperatura absoluta. Tiene una eficiencia del 70%. Recipiente (V-201) Esta recipiente (Flash) permite que el vapor y el líquido producido en la E202 se separe. Las salidas de vapor en la corriente arriba y las salidas de líquido en el flujo de fondo. El Flujo 9 contiene casi todo el etano y etileno del Flujo 8 y el Flujo 10 agua y etanol. Columna de destilación (T-201)
Esta columna se ejecuta en 500 KPa, donde ocurre la separación de etanol de la mezcla de ambos. Se utiliza una columna scds, que cuenta con 35 bandejas, además se considera que el Flujo 10 entra a la altura de la bandeja 18, por otro lado la temperatura de salida de fondo es de aproximadamente 130ºC y la razón de reflujo en el condensador es de 0.9. Intercambiador de calor (E-203) En este intercambiador de calor, el contenido de la parte superior de la T201 son condensados de vapor saturado de líquido saturado a la presión de la columna. Se obtiene etanol en agua en mayor porcentaje que del Flujo 10, esto debido a que se condensa a su temperatura de punto de rocío a la presión de la columna. Hay un costo por la cantidad de agua de refrigeración necesaria, esto es un costo de servicios públicos. El agua de refrigeración dejando E-203 debe ser siempre a una temperatura menor que la de la corriente de ser condensado, de preferencia al menos 10 ° C menor. Intercambiador de calor (E-204) En este intercambiador de calor, la parte de los contenidos de la corriente que sale del fondo del T-201 y entrar en E-204 se vaporizan y regresó a la columna. Hay un costo por la cantidad de vapor de agua necesaria para suministrar energía para vaporizar el flujo de fondo, esto es un costo de servicios públicos. La temperatura del vapor debe ser siempre superior a la temperatura de la corriente que se vaporiza, de preferencia al menos 10 ° C más alta.
2.4
DETALLES DE FLUJOS
Flujo 1:
Etileno a 25 ° C y 5000 kPa, contiene 1% en peso de etano impureza, se considera como inerte.
Flujo 2:
alimentación de calderas de agua a 90 ° C y 5000 kPa agua muy pura.
Flujo 4:
La relación agua / alimentación de etileno se puede ajustar desde 1:1 a 5:1, en nuestro caso se trabaja con la relación de 1:1 entre el Flujo 1 y el Flujo 2, sin embargo al realizar el reciclado aumente la proporción de etileno en el Flujo 4.
Flujo 5:
La temperatura se incrementa pues pasa por un intercambiador de calor (calentador), sale a una temperatura mayor de 200ºC para asegurarnos que los componentes se encuentran en estado vapor antes de entrar al reactor, la presión se mantiene.
Flujo 6: reactor.
Sale a la misma temperatura, presión y composición que en el
Flujo 7:
El flujo se enfría hasta la temperatura hasta 50ºC, pues pasa por un intercambiador de calor (enfriador).
Flujo 8: reductora.
La presión se reduce a 500kPa, pues se pasa por una válvula
Flujo 9:
En su mayoría se encuentra etileno y etano solamente.
Flujo 10:
Presenta en mayor parte etanol y agua.
Flujo 11:
30.000 toneladas / año de etanol en esta corriente, considerando que un año es de 330 días se obtiene un flujo de salida de 3750kg/h.
Flujo 12:
Flujo de aguas residuales, temperatura aproximada de salida 130ºC hay un costo para el tratamiento de orgánicos.
Flujo 14:
Purga de combustible de gas para horno, para nuestro caso base se considera 90% de reciclaje el 10% de purga.
Flujo 15:
Reciclado del Flujo 9, con alto contenido de etileno, la presión se encuentra 500kPa.
Flujo 16:
Sale del compresor con una presión de 5000kPa igual a la presión de los flujos de alimentación.
3.0 RESULTADOS 3.1
BALANCE DE MATERIA
CHEMCAD 6.1.3 Job Name: PRODUCCIÓN DE ETHANOL Overall Mass Balance Ethylene Water Ethane Ethanol
kmol/h Input 83.494 131.335 0.787 0.000
Total
215.616
3.2
Date: 01/24/2010
Time: 20:46:07
kg/h Input 2342.340 2366.000 23.660 0.000
Output 26.225 878.641 23.663 3803.569
4732.000
4732.098
Output 0.935 48.773 0.787 82.562 133.057
REPORTE DE FLUJOS
CHEMCAD 6.1.3 Job Name: PRODUCCIÓN DE ETHANOL Stream No. Stream Name Temp C Pres kPa Enth kJ/h Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h Ethylene Water Ethane
Date: 01/24/2010
1 2 ethylene boiler water 25.0000* 90.0000* 5000.0001* 5000.0001* 3.7291E+006 -3.6878E+007 1.0000 0.00000 84.2808 131.3350 2366.0000 2366.0000 6.7588 2.3660 1889.04 2943.70 2342.3401 0.0000 23.6600
0.0000 2366.0000 0.0000
Time: 03:29:57 3
4
86.4872 5000.0001 3.5729E+006 1.0000 100.2729 2836.0004 8.0478 2247.48
86.9891 5000.0001 -3.3305E+007 0.43449 231.6079 5202.0011 10.4138 5191.18
2573.4709 3.3539 236.2179
2573.4709 2369.3541 236.2179
Ethanol Stream No. Stream Name Temp C Pres kPa Enth kJ/h Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h Ethylene Water Ethane Ethanol Stream No. Stream Name Temp C Pres kPa Enth kJ/h Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h Ethylene Water Ethane Ethanol Stream No. Stream Name Temp C Pres kPa Enth kJ/h Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h Ethylene Water Ethane Ethanol
3.3
0.0000
0.0000
22.9577
22.9577
5
6
7
8
227.0000* 440.5320 5000.0001* 3986.7502 -2.7583E+007 -2.7583E+007 0.91518 1.0000 231.6079 149.0490 5202.0011 5202.0981 10.4138 7.0855 5191.18 3340.73
50.0000 3986.7502 -3.6915E+007 0.11398 149.0490 5202.0981 7.0855 3340.73
44.3224 500.0000 -3.6915E+007 0.11922 149.0490 5202.0981 7.0855 3340.73
2573.4709 2369.3541 236.2179 22.9577
257.3559 881.9949 236.2210 3826.5261
257.3559 881.9949 236.2210 3826.5261
257.3559 881.9949 236.2210 3826.5261
9
10
11
44.3224 500.0000 -3.5094E+005 1.0000 17.7690 522.2227 1.4322 398.27
44.3224 500.0000 -3.6564E+007 0.00000 131.2800 4679.8755 5.6533 2942.46
32.3544 500.0000 -2.5949E+007 0.00000 93.2312 3750.0661 4.6208 2089.65
12 waste water 130.0000 500.0000 -1.0438E+007 0.00000 38.0489 929.8092 1.0325 852.81
256.8121 3.7266 236.1755 25.5085
0.5438 878.2683 0.0455 3801.0177
0.5438 349.7352 0.0455 3399.7415
0.0000 528.5332 0.0000 401.2760
14 fuel gas pur 44.3224 500.0000 -35094. 1.0000 1.7769 52.2223 0.1432 39.83
15
16
44.3224 500.0000 -3.1585E+005 1.0000 15.9921 470.0004 1.2890 358.44
310.3443 5000.0001 -1.5628E+005 1.0000 15.9921 470.0004 1.2890 358.44
25.6812 0.3727 23.6176 2.5509
231.1309 3.3539 212.5580 22.9577
231.1309 3.3539 212.5580 22.9577
REPORTE DE EQUIPOS
CHEMCAD 6.1.3 Job Name: PRODUCCIÓN DE ETHANOL HEAT EXCHANGER SUMMARY Equip. No. Name Stream T Out C Calc Ht Duty kJ/h LMTD Corr Factor Stream P out kPa
Date: 01/24/2010 2 E-201 227.0000 5.7226e+006 1.0000 5000.0000
Time: 20:55:21
EQUILIBRIUM REACTOR SUMMARY Equip. No. Name Thermal mode Pressure Drop kPa Temperature C Reaction phase No of Reactions Temp Units Press Units Calc IG Ht of Rxn Reaction no. Base component Frac.conversion
1 R-201 1 1013.2500 440.5191 3 1 3 5 -3.7493e+006 (kJ/h) 1 1 0.9000
HEAT EXCHANGER SUMMARY Equip. No. Name Stream T Out C Calc Ht Duty kJ/h LMTD Corr Factor Stream P out kPa
3 E-202 50.0000 -9.3320e+006 1.0000 3986.7502
VALVE SUMMARY Equip. No. Name Pressure out
kPa
4 valve 500.0000
FLASH SUMMARY Equip. No. Name Type K Values: Ethylene Water Ethane Ethanol
5 vessel 1 3488.859 0.031 38386.941 0.050
SCDS RIGOROUS DISTILLATION SUMMARY Equip. No. Name No. of stages feed stage Condenser mode Condenser spec Reboiler mode Reboiler spec. Est. dist. rate Est. reflux rate Est. T top C Est. T bottom C Est. T 2 C Top pressure kPa Calc Cond duty kJ/h Calc Reblr duty kJ/h Initial flag Calc Reflux mole Calc Reflux ratio Calc Reflux mass kg/h
6 T-201 35 18 1 0.9000 3 130.0000 68.0722 (kmol/h) 61.2650 (kmol/h) 32.5720 130.0000 125.3333 500.0000 -8.3587e+006 8.5360e+006 6 83.9081 (kmol/h) 0.9000 3375.0610
COMPRESSOR SUMMARY Equip. No. Name Pressure out kPa Type of Compressor Efficiency Actual power kW Theoretical power kW Calc Pout kPa Calc. mass flowrate
7 C-201 5000.0000 1 0.7000 44.3225 31.0257 5000.0000 470 (kg/h)
4.0 ANÁLISIS ECONÓMICO El coste de equipo Los gastos de equipo para la planta de etanol se indican a continuación. Cada costo es de una pieza del equipo, incluyendo la instalación. Equipo
Costo de Instalación en miles dólares
de
Torre, T-201
500
Del reactor, por unidad
500
Recipiente, V-201
100
Cualquier intercambiador de calor
100
Cualquier bomba
40
Cualquier compresor
[ W] )0.8 0.0189 (W s
Utilidad de los costes De baja presión de vapor (618 kPa, saturado, costo o crédito) $ 7.78/GJ Media presión de vapor (1135 kPa, saturado, costo o crédito) $ 8.22/GJ De alta presión de vapor (4237 kPa, saturado, costo o crédito) $ 9.83/GJ Gas natural o gas combustible (446 kPa, 25 C)
un costo de
$ 6.00/GJ
crédito de
$ 5.00/GJ
Electricidad
$ 0.06/kWh
De alimentación de calderas de agua (a 549 kPa, 90 C) $2.45/1000Kg (Hay un costo para el agua de alimentación de calderas sólo si el vapor producido entre corrientes de proceso. Si, por otra parte, el vapor producido posteriormente se condensa, se puede convertir en vapor de nuevo. En ese caso, no hay ningún costo neto para agua de alimentación de calderas.) De agua de enfriamiento disponible en 516 kPa y 30 C, presión de retorno 308 kPa
$0.354/GJ
temperature temperatura de retorno no debe ser mayor de 15 C por encima de la temperatura de entrada El agua refrigerada disponible en 516 kPa y 5 C, presión de retorno 308 kPa temperatura de retorno no debe ser superior a 15 C Refrigerante de baja temperatura $7.89/GJ disponibles a -20 ° C Refrigerante de muy baja temperatura $13.11/GJ disponibles a -50 ° C Proceso (Dezionizado) de agua $0.067/1000Kg disponible en la presión deseada y 30 ° C Tratamiento de Aguas Residuales $56/1000m3 basado en el volumen total de tratamiento Costos de material en bruto / Valor del Producto
Materia prima o productos
precio
de etileno
0.77/kg
de agua de alimentación de calderas
0.00245/kg
"En bruto" de etanol
0.97/kg
$4.43/GJ
Requerimiento de producción Equipo
Costo de Instalación
m$ Torre, T-201
500
Del reactor, por unidad
500
Recipiente, V-201
100
Intercambiador de calor
400
Compresor
0.44
A) Activo fijo: m$ Equipo de producción
1500.44
Laboratorio
30.00
Terreno (1000m2)
70.00
Construcciones civiles
50.00 ____________ Sub- Total
1650.44
B) Capital de Trabajo m$ Materia prima
16 053.51
Mano de obra
71.82
Gastos generales de manufactura
59.00
Gastos de administración
60.00 ______________
Sub-Total
Requerimiento total de Capital
16 244.33
m$
17 895.00
Materias Primas e Insumos: Consumo/kg etanol
Precio unitario($)
Costo/Kg etanol producido ($)
Costo anual (m$)
Etileno
0.63
0.77
0.4858
14 574.00
Agua para calderas
0.63
0.0024
0.00151
45.30
Combustible
0.035GJ
6.00
0.21
789.62
Electricidad
0.05 Kw-h
0.06
0.003
90.00
Agua enfriamiento
8.36 GJ
0.354
2.96
23.68
Vapor de agua
8.53 GJ
7.78
66.36
530.91
Sub – Total (m$)
16053.51
Mano de Obra Directa Se toman 14 meses al año: 11 meses trabajados + 1 vacaciones + 2 aguinaldos
cantidad
Costo unitario mensual ($)
Costo total anual (m$)
Calificado
2
200
5.6
Semi-calificado
3
150
6.3
No calificado
4
120
6.72
Sub – Total
18.62
Mano de obra Indirecta Cantidad
Costo unitario mensual ($)
Costo total anual (m$)
Superintendente
01
1000
14.00
Supervisores
02
700
19.60
Laboratoristas
01
500
7.00
Admi. Y oficina
03
300
12.6
Sub – Total (m$)
53.2
COSTO TOTAL DE PRODUCCION (30 000 TM/año) $/ unidad de etanol producida Materia prima e insumos
Costo anual (m$) 16053.51
Destilación
$0.47/lb-mol
778.99
Enfriamiento en el reactor
$0.03/lb-mol
49.72
Reciclaje compresor
$0.03(Δ P en atm) / lb-mol
2204.40
Tratamiento aguas residuales basado volumen total de tratamiento
$56/1000m3
0.46
SUB- TOTAL COSTOS VARIABLES
19087.00
$ costo/TM etanol producido
Costo total anual (m$)
Mano de obra directa
0.532
18.62
Mano de obra indirecta
1.52
53.2
Otros costos
$0.30/galon producido etanol
2929.46
Sub – Total COSTOS FIJOS
3001.28
En resumen:
COSTO DE VENTAS TOTAL
22088.00 m$
GASTOS ADMINISTRATIVOS
60.00 m$
COSTO TOTAL DE PRODUCCION
22 148.00 m$
INGRESOS:
Etanol en bruto al 90%
Precio unitario ($)
Precio total (m$)
$0.97/Kg
29100.00
PRECIO DE VENTAS TOTALES (m$)
29100.00
UTILIDAD M$ ANUAL VENTAS
29100.00
COSTO TOTAL DE PRODUCCION
22 148.00
UTILIDAD (m$)
6 952.00
Antes de impuestos.
PROYECTO DE INVERSION
CUADRO 1.Capacidad Instalada: 30 000 TM/Año Dia/año: 330 dias Horas/Año: 8000 horas
CUADRO 2.-
Pro forma de Ventas y Producción
Horizonte de Análisis 10 años
Año
Capacidad
Exterior
Local
Total
Ventas
(%)
(70%)
(30%)
TM/año
m($)
1
60
12600
5400
18000
17 460
2
75
15750
6750
22500
21825
3
80
16800
7200
24000
23280
4
90
18900
8100
27000
26190
5/10
90
18900
8100
27000
26190
Para un precio de Venta = $0.97/Kg = $970/TM
CUADRO 3.- Plan de Inversión y Financiero
Concepto
Inversión Total
Aporte Propio
Crédito
m$
m$
m$
Inversión Fija
1650
990
660
Capital de Trabajo
16 234
-------
16 234
Intereses Pre-Operativo
67.50
67.50
-------
Total
17 951.5
1 057.5
16 894
Para el Interés Pre-Operativo asumimos un crédito de $ 500,000.00 y que al comienzo comenzamos con 250,000.00 con un interés del 9%. - Costos Directos
Planta Procesa Fluidos
-
% del costo de equipo adquirido
Costo (m$)
Equipo Adquirido
100
19 087
Instalación Equipo Adquirido
47
8970.
Instrumentación y Controles (Instalados)
18
3435
Cañerías y Tuberías (Instaladas)
66
12597
Instalaciones Eléctricas (Colocada)
11
2099
Obras Civiles (Incluyendo Servicios)
18
3435
Mejoras de Terreno
5
954
Instalaciones de Servicios (Montadas)
70
13 361
Terreno (Si es necesario Adquirirlo)
6
1145
Costo Directo Total de la Planta
346
66 041
33
6298
41
7826
Total de Costos Directos e Indirectos de la Planta
420
80 165
Honorarios del Contratista
15
2863
Eventuales
40
7635
Inversión de Capital Fijo
475
90663
Capital del Trabajo
80
15 270
Inversión Total de Capital
555
105 933
- Costos Indirectos Ingeniería y Supervisión Gastos de Construcción
CUADRO 4.- Estructura Costo Variable Unitario
Consumo/kg etanol
Precio unitario($)
Costo/Kg etanol producido ($)
Etileno
0.63
0.77
0.4858
Agua para calderas
0.63
0.0024
0.00151
Combustible
0.035GJ
6.00
0.21
Electricidad
0.05 Kw-h
0.06
0.003
Agua enfriamiento
8.36 GJ
0.354
2.96
Vapor de agua
8.53 GJ
7.78
66.36
Costos Ventas [5% Pv)
0.049 CVU =
70.00 $/Kg de etanol
Pv= $0.97/Kg =$970/TM
COSTO VARIABLe UNITARIO DE MANUFACTURA= 69.95$/Kg Costo variable unitario de ventas= 0.049 $/KG
CUADRO 5.- Costos Fijos Operativos (m $)
Concepto
Mensual
N°
M$ Anual
a) Planilla
1577
22 088
14 meses
b) Otros Gastos
380
c) Depreciacion d) Amortización
412.5
Intangible
21
Total de Costos Fijos Operativos (1 – 5 Años)
22 902
Total de Costos Fijos Operativos (Últimos 5 años)
22 881
Total de Costos Fijos (Desembolsables)
22 468
Otros Gastos Costo
Anual
(m$) Depreciación
10% (Inversión Capital Fijo)
165 Impuestos
3% (Inversión Capital Fijo)
49.5
Seguros
1% (Inversión Capital Fijo)
16.5
Alquileres
9% (Inversión Capital Fijo)
148.5 379.5
Depreciación Edificios
5%
Maquinarias y Equipos Gastos, Instalación Mantenimiento 10%
82.5 10%
165 165
Y Montaje 412.5
Amortización Intangible Gastos Pre-Operativos
40
20%
8
Intereses Pre-Operativos
68
20%
13 21m $
CUADRO 6.- Capital de Trabajo Estructural Base Operación: 2 meses
Inversión Fija = 500000 = 83000 6 n = 6 Semestres a partir del 5°
Producción 1er Año
30 000 x 0,60 = 18 000 TM/Año
Para 2 meses de operación 18 000 x 2 = 3273TM 11
Para un costo variable unitario (CVU) = 70.00 $/Kg de etanol = 229 110 m$/TM
=>
Necesidad de Fondos -
Para cubrir costos variables
-
Para cubrir costo fijo efectivo
m$ 229110 x 12 =
22 468
2=
m$ 2749320
m$ 3744.67
12
____________ M$
2753065
CUADRO 7.- Crédito
Semestre
Capital Adeudo
Interés
Principal
Servicio Deuda
0
250
1
500
23
23
2
500
45
45
3
800
45
45
4
800
45
45
5
417
45
83
128
6
334
37
83
120
7
251
30
83
113
8
168
22
83
105
9
83
15
83
98
10
0
7
85
92
CUADRO 8.- Crédito Capital del Trabajo
Monto: I: Pagos:
16 234 m $ 18% Liq. Semestralmente 6 Semestres incluyen 2 Semestres
Periodo de gracia
Desembolso:
Etapa de Inicio de Operaciones
CUADRO 9.- Calculo Punto de Equilibrio
Base para el 1er Año de Operaciones
Concepto
Nc =
22 902 = 78.70 TM/Año
2910 – 0.07
Uso de la Capacidad Instalada = 78.70 x 100 = 53,15% 30000
CUADRO 10.- Estructura del Costo Total de Producción
COSTO TOTAL DE PRODUCCION (30 000 TM/año)
$/ unidad de etanol producida Materia prima e insumos
Costo anual (m$) 16053.51
Destilación
$0.47/lb-mol
778.99
Enfriamiento en el reactor
$0.03/lb-mol
49.72
Reciclaje compresor
$0.03(Δ P en atm) / lb-mol
2204.40
Tratamiento aguas residuales basado volumen total de tratamiento
$56/1000m3
SUB- TOTAL COSTOS VARIABLES
0.46
19087.00
$ costo/TM etanol producido
Costo total anual (m$)
Mano de obra directa
0.532
18.62
Mano de obra indirecta
1.52
53.2
Otros costos
$0.30/galon producido etanol
2929.46
Sub – Total COSTOS FIJOS
3001.28
En resumen:
COSTO DE VENTAS TOTAL
22088.00 m$
GASTOS ADMINISTRATIVOS
60.00 m$
COSTO TOTAL DE PRODUCCION
22 148.00 m$
INGRESOS:
Etanol en bruto al 90%
Precio unitario ($)
Precio total (m$)
$0.97/Kg
29100.00
PRECIO DE VENTAS TOTALES (m$)
29100.00
CUADRO 10.- Estructura del Costo Total de Producción
1. Costo de Manufactura Costo Variable
69.95 m$/Kg
Costos Fijos
1270 m$/Kg
2. Gastos Administrativos Costos Variables Costos Fijos
0 1589
3. Gastos de Ventas Costos Variables Costos Fijos
4. Gastos Financieros (1er Año) Costo Total de Producción
10 236 ---
8983.05 22 148.00 m$
CUADRO 11 UTILIDAD
M$ ANUAL VENTAS
29100.00
COSTO TOTAL DE PRODUCCION
22 148.00
UTILIDAD (m$)
6 952.00
Impuesto a la renta (30%)
2085.6
UTILIDAD NETA (m$)
4866.4
5.0 DISCUSIÓN DE RESULTADOS El objetivo principal es producir 30000tn/año de etanol, pero considerando que en un año es de 330 días el flujo molar de etanol sería de 3750kg/h, si se observa de los resultados obtenidos en el (ítem 3.2), se obtiene en el Flujo 11 un valor igual a 3750.0661kg/h de etanol al 90% en peso y al 80%molar.
Para poder obtener el producto deseado se debe tener en cuenta ciertos criterios que permiten reducir al mínimo los costos operativos y maximizar los beneficios. Se tiene flexibilidad en el proceso pues las condiciones termodinámicas se pueden variar según el objetivo fijado, por ejemplo la presión del reactor se puede variar de 10-a-40 atm, se utilizó una presión de 10atm pero si se incrementara esta favorecería a una reacción directa obteniendo por lo tanto mayor etanol, además la temperatura antes de ingresar al reactor debe ser mayor de 200ºC para asegurarnos que los componentes se encuentren en estado vapor, en nuestro caso se ingresó a 227ºC; la relación inicial de etileno y vapor de agua está de 1:1 pero al realizar el reciclado este varía aumentando el porcentaje de etileno; la relación reciclaje-purga puede ser cambiado del utilizado 9:1 a uno mayor considerando que la purga es para que la impureza (etano) no se acumule en el reactor interfiriendo con la reacción, además la purga se vende como combustible pero no por ello se debe exceder es su flujo. Como uno de los objetivos es disminuir los costos se debe considerar que el aumento de la presión del reactor aumenta los costos de compresión para el reciclaje. Si la temperatura es excesivamente mayor a 200ºC al momento de ingresar al reactor esto implicaría mayores costos de enfriamiento de los efluentes incrementando también los costos de la destilación. El aumento del reciclaje reduce la cantidad de etileno perdido pero aumenta los costos de la compresión. Respecto al equipo utilizado se opto por aquellos que poseen mayor rendimiento, por ejemplo en el caso de la columna de destilación se utilizó una scds también se debe considerar la cantidad de bandejas de la columna considerando que ha mayor cantidad de bandejas hay una mejor destilación, pero incrementa el costo. Si el producto obtenido no satisface el objetivo se puede recurrir al uso de otra columna de destilación, inclusive se puede optar por otro tipo de columna.
6.0 CONCLUSIONES
-
Para obtener una mayor cantidad del producto deseado, las variables termodinámicas se pueden variar obteniendo mejores resultados.
-
Para favorecer la reacción se debe ingresar los componentes en vapor para ello se incrementa la temperatura, esta no debe ser excesiva pues aumentaría los costos en vapor de agua que se usa en el intercambiador de calor, de forma similar en el caso del refrigerante.
-
Las presiones de trabajo deben ser tomadas, no sólo para favorecer la reacción sino también con respecto al uso del compresor.
-
La relación entre las corrientes de alimentación varía pues se cuenta con el flujo de reciclaje aumentando así el reactivo limitante (etileno) y disminuyendo costos de alimentación.
-
La función de la purga no es solo de mantener un porcentaje mínimo de inertes además ésta se vende como combustible.
-
La eficiencia del destilado se incrementa con el uso adecuado de la columna además de la cantidad de bandejas utilizadas.
-
Las decisiones tomadas en el proceso deben reducir al mínimo los costos operativos y maximizar los beneficios.
