Índice 1. Marco Teórico y Análisis de Mercado ................................................................. .................................................................3 1.1. Información básica del producto ................................................. ....................................................................... ......................4 1.2. Estudio de Mercado .................................................. ............................................................................ ....................................... .............7 1.2.1. Mercado Internacional ..................................................... .............................................................................. .............................. .....7 1.2.2. Mercado Nacional .................................................. ............................................................................ ....................................... .............9 1.3. Métodos de obtención .................................................... ............................................................................. ................................ .......10 1.4. Programa del proyecto ....................................................... ................................................................................ ............................ ... 12 1.5. Diagrama de flujo ................................................................... ........................................................................................... ........................13 1.6. Condiciones de operación .......................................... ................................................................... .................................... ...........13 1.7. Propiedades físicas ............................................................... ........................................................................................ .........................14 2. Memorias de Cálculo................................................ ......................................................................... ......................................... ................16 2.1. Reactor......................................................... ................................................................................... .................................................. ........................16 2.1.1. Volumen ................................................ .......................................................................... .................................................... ............................ .. 16 2.1.2. Dimensionamiento.................................................. ............................................................................ ..................................... ...........20 2.1.3. Costo del reactor .................................................... .............................................................................. ..................................... ...........23 2.1.4. Resumen de corrientes ........................................................................ ............................................................................... .......23 2.1.5. Calor de reacción .................................................................... ........................................................................................ ....................25 2.1.6. Chaqueta de enfriamiento, e nfriamiento, diseño y costo cost o ............................................... .................................................. ... 27 2.1.7. Sistema S istema de agitación, diseño y costo co sto ................................................... .......................................................... .......28 2.2. Equipos de proceso .......................... ................................................... ................................................... ..................................... ...........30 2.2.1. Tanque de almacenamiento a lmacenamiento de p-xileno, diseño y costo ............................. .............................30 2.2.2. Tanque de almacenamiento de ácido acético, diseño y costo .................... 32 2.2.3. Tanque mezclador, diseño y costo ................................................... .............................................................. ...........34 2.2.4. Cristalizador, diseño y costo................................................ ........................................................................ ........................38 2.2.5. Tanques Tanque s de almacenamiento a lmacenamiento de agua ........................................................ ........................................................42 Página 1
2.2.6. Filtro, diseño y costo.................................................... costo............................................................................. ................................ .......43 2.2.7. Secador, diseño y costo ...................................................... .............................................................................. ........................43 2.2.8. Torre To rre de d e enfriamiento, enf riamiento, diseño y costo co sto ...................................................... ......................................................... ... 44 2.2.9. Bombas, potencia y costo ......................................................................... ........................................................................... ..44 2.2.10. Silo de almacenamiento de producto pr oducto terminado termi nado ....................................... .......................................46 2.3. Resumen de equipos............................ equipos..................................................... ................................................... ................................. .......49 2.4 Diagramas P&I .................................................................... ............................................................................................. ............................ ... 50 3. Análisis Económico .................................................. ........................................................................... ......................................... ................53 3.1. Inversión................................................................ ......................................................................................... ......................................... ................53 3.2. Costos de producción ........................... ..................................................... ................................................... ................................ .......54 3.2.1. Servicios Auxiliares anuales ............................... ........................................................ ......................................... ................54 3.2.2. Materias primas .............................................. ....................................................................... ............................................. ....................55 3.2.3. Sueldos ................................................. ........................................................................... .................................................... ............................ .. 55 3.2.4. Costo total de producción anual .................................. ........................................................... ................................ .......56 3.3. Análisis del Valor Presente Neto .................................... ............................................................. ................................ .......56 4. Conclusiones ............................................................ ..................................................................................... ......................................... ................ 56 5. Bibliografía .................................................. ............................................................................ .................................................... ............................ .. 57
Página 2
2.2.6. Filtro, diseño y costo.................................................... costo............................................................................. ................................ .......43 2.2.7. Secador, diseño y costo ...................................................... .............................................................................. ........................43 2.2.8. Torre To rre de d e enfriamiento, enf riamiento, diseño y costo co sto ...................................................... ......................................................... ... 44 2.2.9. Bombas, potencia y costo ......................................................................... ........................................................................... ..44 2.2.10. Silo de almacenamiento de producto pr oducto terminado termi nado ....................................... .......................................46 2.3. Resumen de equipos............................ equipos..................................................... ................................................... ................................. .......49 2.4 Diagramas P&I .................................................................... ............................................................................................. ............................ ... 50 3. Análisis Económico .................................................. ........................................................................... ......................................... ................53 3.1. Inversión................................................................ ......................................................................................... ......................................... ................53 3.2. Costos de producción ........................... ..................................................... ................................................... ................................ .......54 3.2.1. Servicios Auxiliares anuales ............................... ........................................................ ......................................... ................54 3.2.2. Materias primas .............................................. ....................................................................... ............................................. ....................55 3.2.3. Sueldos ................................................. ........................................................................... .................................................... ............................ .. 55 3.2.4. Costo total de producción anual .................................. ........................................................... ................................ .......56 3.3. Análisis del Valor Presente Neto .................................... ............................................................. ................................ .......56 4. Conclusiones ............................................................ ..................................................................................... ......................................... ................ 56 5. Bibliografía .................................................. ............................................................................ .................................................... ............................ .. 57
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Parte I. Marco Teórico y Análisis de Mercado
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1.1. Información básica del producto Producto a elaborar El ácido Tereftálico es un ácido di carboxílico aromático cuya fórmula molecular es C8H6O4 y de estructura:
Constantes físicas del ácido Tereftálico LÍQUIDO Punto de Congelación, °C
427
Punto triple, °C
427 SÓLIDO
Calor de sublimación, KJ/mol
142
Punto de sublimación, °C
404
Calor espécífico, J/kg °K
1202
Densidad a 25 °C, g/L
1510
Calor de combustión, KJ/mol
3223
Calor de formación a 25 °C, KJ/mol
-816
Éste es de gran utilización comercial, puesto que, al ser co-polimerizado con otros compuestos, forma una gran variedad de polímeros de gran demanda. Éste producto, también llamado TPA por sus siglas en ingles (Terephtalic Acid) ha sido sintetizado mediante diferentes procesos a lo largo del tiempo, siendo el más utilizado en la actualidad, menos riesgoso y más rentable, la oxidación de p-Xileno. Página 4
Ficha de Seguridad del Ácido Tereftálico
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Datos Importantes
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Aplicaciones Como se mencionó, el TPA es un compuesto muy utilizado en la industria de los polímeros siendo sus aplicaciones más relevantes las siguientes:
Fibras de poliéster (Dacrón).
Fabricación de resinas.
Fabricación de envases (PET).
Como materia prima para productos utilizados en la industria de pigmentos, pinturas, y una gran cantidad de plastificantes.
1.2. Estudio de mercado 1.2.1. Mercado Mundial Actualmente la demanda mundial de ácido
Tereftálico es de
aproximadamente 12 millones de toneladas anuales.
Distribución mundial de fabricantes de ácido Tereftálico Argentina
1 Japón
4
Brasil
2 Taiwán
2
Estados Unidos
2 Alemania
1
México
1 Bélgica
1
China
1 España
1
Corea del Sur
1 Inglaterra
1
India
1 Turquía
1
Distribución a nivel mundial de los fabricantes de ácido Tereftálico.
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En la siguiente lista aparecen todos los productores de PTA que hay a nivel mundial
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1.2.2. Mercado Nacional El único productor de ácido Tereftálico en México es PETROCEL, S.A.; empresa perteneciente al Grupo Alfa. Uno de los consorcios más grandes a nivel nacional que tiene como principales negocios la fabricación de ácido Tereftálico, dimetiltereftalato, glicoles, fibras, poliéster, poliestireno, etc. El mercado del ácido Tereftálico es muy variable, debido entre otros factores a costos y el arranque de nuevas plantas. Actualmente en PETROCEL, S.A. la utilización de la capacidad instalada es aproximadamente del 60%. Esta situación puede atribuirse en gran parte al problema económico de México. El ácido Tereftálico usualmente es vendido bajo contratos a largo plazo PETROCEL, S.A. del total de su producción exporta el 70% y el 30% restante es para satisfacer la demanda en el mercado nacional, la cual se cubre al 100% ya que México no importa ácido Tereftálico.
Utilización de la capacidad instalada del ácido Tereftálico en PETROCEL Miles de Toneladas Capacidad instalada
Producción
1989 1992 1995 1989 Ácido Tereftálico
290
370
370
Utiliación de la capacidad
1992 1995
272.6 325.9
222
1989 94.00%
1992
1995
88.10% 60.00%
A pesar de contar con una empresa productora de TPA en esta región, la planta que se está diseñando será ubicada en el corredor industrial de Cd. Altamira, Tam. Las razones son las siguientes: ubicación cercana al puerto industrial de Altamira, facilidad de transporte, abastecimiento de materias primas, oferta de trabajo y porque la planta compensaría aun más la demanda de mercado de TPA en la región, entre otras. Página 9
Debido al volumen de producción que tienen otras compañías, se ha decidió diseñar esta planta para una capacidad de 30,000 toneladas al año, suficientes para satisfacer la demanda de nuestro producto a nivel nacional como objetivo inmediato y proveer de materia a mercados internacionales en un futuro.
Consumidores Los principales consumidores de ácido Tereftálico son las industrias químicas donde se fabrican fibras sintéticas, plásticos y fibras de poliéster. Tomando como ejemplo a Petrocel, S .A. sus principales clientes a nivel nacional son: 1. Nylon de México, S.A. 2. Fibras Químicas, S.A. 3. Fibras Sintéticas, S.A. de C.V.
1.3. Métodos de Obtención El polímero fue fabricado a escala comercial por primera vez en Inglaterra por Imperial Chemical Industries en 1949, y en EUA por Dupont en 1953. Ambas compañías utilizaron p-xileno que probablemente era convertido en ácido Tereftálico por un proceso originalmente desarrollado por ICI de oxidación con ácido nítrico diluido.
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Tecnologías disponibles para la producción de ácido Tereftálico TECNOLOGÍA MATERIAS PRIMAS PROCESO PRESIÓN TEMP Bergwerksver160-180 Band tolueno, formaldehido, 1) Clorometilación 20 atm °C HCl, Ca(OH)2, HNO3, 2) Saponificación metanol (para DMT) 3) Oxidación de HNO3 4) Esterificación ( para DMT) Ac. Benzoico, ac. 400-430 Raecke (Henkel) Ftálico, 1) Transposición a 10-15 atm °C y otros ácidos carboxílicos tereftalatos por las sales Sales alcalimetálicas (KCO2) 2) Reactor con precipitación 3) Centrifugación y recuperación ácido benzoico, KOH, 1) Producción De UBE LTD CO2, Benzoato 30 kg/cm2 400 °C CO, ácido fórmico, NH3, de Potasio 2) Conversión a H2SO4, Ca(OH)2 tereftalatos de Potasio 3) Dilución y separación del catalizador 4)Recuperación y secado THE LUMMUS p-xileno,aire,vapor, CO. CO2, 1) Prod. de tereftalonitrilo 2) Hidrólisis a tereftalato amoniaco de monoamonio 3) Descomposición térmica a TPA EASTMAN KODAK Aire, p-xileno, activador 1)Oxidación de p-xileno Bajas a Moderadas (acetaldehído), ácido 2)Separado por filtración Moderadas acético 3)Secado TORAY INDUSTRIES
DYNAMIT NOBEL
p-xileno, acetaldehído, vapor, aire, metanol, (para esterificación a DMT) p-xileno, metanol, aire, agua
400-700 kPa
1) Oxidación por aire en fase líquida 2) Lavado con ácido acético 3) Esterificación (para DMT) 1) Oxidación y 400-700 esterificación kPa 2) Hidrólisis y separación de TPA 3) Cristalización
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140-170 °C
140-170 °C
CATALIZADOR lecho fluidizado
Cd(Benzoato o Zn)
No reportado
Lecho fluidizado
Cobalto para oxidación y no reportado para esterificación homogéneo
Cobalto (homogéneo )
p-xileno, aire, ac. Acético
TEIJIN
MARUZEN OIL
AMOCO
UNI HULS
HUELS AG
p-xileno, ac. Acético, aire agua
p-xileno, solvente (al parecer ac. Acético), aire
Metanol, aire, p-xileno, ac. Acético.
DMT, agua
1) Oxidación de p-xileno 2) Purificación 3) Recuperación
Bajas a moderadas
1) Oxidación de p-xileno Moderada 2) Cristalización y separación del licor madre 3) Lavado y secado 1500-3000 1) Oxidación de p-xileno kPa 2) Centrifgado., lavado y secado 3) Purificación del licor madre 1) Oxidación de p-xileno a Moderada TPA 2) Producción de DMT 3) Purificación de DMT 1) Hidrólisis de DMT a TPA 2) Purificación de TPA
Bajas a Cobalto moderadas Moderada
Homogéneo
175-230 °C
Co, Mn
Moderada
Homogéneo
250-280 °C
No es necesario
1.4. Programa del proyecto Realizado en el software Project. Teniendo un total de 17 semanas para realizar la programación de actividades para concluir el proyecto.
Fecha de inicio: 7 de febrero Fecha de finalización: 1 de Junio
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1.5. Diagrama de flujo
1.6. Condiciones de Operación En la tabla que se muestra enseguida se resumen las condiciones elegidas de entre las sugeridas por la bibliografía para la reacción de oxidación del p-xileno con aire:
Condiciones de operación a manejar 200 °C Temperatura 20 bar Presión Conversión 0.95 1.5 hrs Tiempo de Residencia Primer orden Modelo cinético Tipo de reactor CSTR Tipo de Reacción Oxidación Tipo de Reacción Exotérmica Página 13
1.7. Propiedades Físicas En la siguiente tabla se hace un resumen de las principales propiedades físicas de las sustancias involucradas en el proceso (se omiten las del agua por ser más comunes).
Parámetro Unidades MW omega TB TC PC VC ZC densidad
°F °F Psi ft^3/lbmol lb/ft3 kg/m3
O2
P-XILENO
31.9988 0.0222 -297.3316 -181.4260 731.4253 1.1758 0.288 1.0146 16.2531
106.1674 0.3218 281.0480 649.4900 509.2275 6.0550 0.259 42.7896 685.4235
Página 14
C. C. TEREFTÁLICO ACÉTICO 166.1332 60.0526 1.0591 0.4665 1037.9300 244.2200 1543.7300 605.8400 572.8991 839.1883 6.7918 2.8785 0.181 0.211 94.4038 50.6461 1512.2038 811.2730
Parte II. Memorias de Cálculo
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2.1. Reactor 2.1.1. Volumen Producción anual A partir de la producción anual determinaremos los flujos de reactivo necesarios para la operación y definiremos los modelos para el diseño del reactor.
*Considerando el número de horas laborales. Para determinar la constante de velocidad de reacción se realizará el diseño suponiendo que la reacción se lleva a cabo en un reactor Batch con la finalidad de determinar su valor para posteriormente aplicar la ecuación de diseño para un reactor CSTR.
Ecuación de diseño para una reactor Batch
Balance Estequiométrico La reacción llevada a cabo es: + 3O2
+ 2H2O
Donde A es el p-xileno, B el oxígeno, C el ácido Tereftálico y D el agua. Página 16
A volumen constante se tiene que:
Aplicando la ecuación (4) en la ecuación y derivando la expresión:
Sustituyendo (5) en la ecuación de diseño y reordenando:
De acuerdo a la reacción es de primer orden con respecto al p-xileno:
Sustituyendo el modelo cinético en la ecuación (6)
Integrando:
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Determinación de la constante de velocidad de reacción Determinando la constante de velocidad de reacción despejando la ecuación (7):
Con los datos de la bibliografía, se tiene que para un tiempo de reacción de 90 minutos y conversión de 95% el valor de la constante de velocidad de reacción:
Ecuación de diseño para un CSTR
Debido a que la reacción efectuada es de primer orden, y de acuerdo al balance estequiométrico la expresión de la ecuación (8) puede reescribirse:
Del balance estequiométrico para un reactor se tiene que:
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Determinando el flujo molar final de TPA a partir de la producción anual:
Determinando el flujo másico para obtener el flujo volumétrico de reactivo A:
Determinando el volumen de A con la ecuación de diseño del reactor CSTR:
Incrementando el volumen en un 20% para considerar al ácido acético utilizado:
Manejando un nivel de operación del 80% el volumen total del reactor es:
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2.1.2. Dimensionamiento del reactor Diámetro y altura del reactor Partiendo de la geometría del reactor:
a
DR
HR
Página 20
Área Total
Espesor
Con S - máximo nivel de presión permitida y E – eficiencia. Sustituyendo en la ecuación (12) los datos indicados:
De la figura 7.5 del Código ASME, Sección VIII, división I:
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Dado que PTvac=14.22 psig:
El espesor calculado es adecuado para manejar la presión, y por lo tanto no requiere anillos de reforzamiento. A continuación se efectúa el cálculo del peso del reactor vacío y lleno.
Peso total
Peso de la mezcla reactiva Determinando el peso del p-xileno:
Determinando el peso de ácido acético:
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2.1.3. Costo del reactor Se evalúa el costo del reactor de acuerdo a la masa necesaria de material (acero inoxidable 316) para su elaboración, con un agregado que implica manufactura.
2.1.4. Resumen de corrientes del reactor Se presentan las entradas y salidas del reactor para cada componente en base molar, másica y volumétrica. Se consideró un exceso del 66% molar de oxígeno (2 moles) para garantizar la efectividad de la reacción.
Base molar
Componente AA O2 H2O TPA PX TOTAL
Entrada Kmol/hr Fracción 9.9422 0.0652 118.8015 0.7790 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 23.7603 0.1558 152.5040 1.0000
Página 23
Salida Kmol/hr Fracción 9.9422 0.0765 51.0846 0.3932 45.1446 0.3474 22.5723 0.1737 1.1880 0.0091 129.9317 1.0000
Base másica
Componente AA O2 H2O TPA PX TOTAL
Entrada Kg/hr Fracción 597.0546 0.0863 3801.5054 0.5493 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2522.5693 0.3645 6921.1293
1.0000
Salida Kg/hr Fracción 597.0546 0.0863 1634.6473 0.2362 813.2921 0.1175 3750.0068 0.5418 126.1285 0.0182 6921.1293
1.0000
Base volumétrica
Componente AA O2 H2O TPA PX TOTAL
Entrada m3/hr Fracción 0.7359 0.0031 233.8945 0.9815 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 3.6803 0.0154 238.3107 1.0000
Página 24
Salida m3/hr Fracción 0.7359 0.0070 100.5746 0.9580 1.0133 0.0097 2.4798 0.0236 0.1840 0.0018 104.9877 1.0000
2.1.5. Calor de reacción Balance de energía Dado que la reacción es exotérmica se optó por el uso de una chaqueta de enfriamiento para mantener el reactor a la temperatura correspondiente. Para ello partimos del balance de energía correspondiente para un reactor semicontinuo:
Sabiendo que:
Sustituyendo en (11):
De “Jaw’s Handbook of Properties” se obtuvieron los calores de formación de los reactivos a la temperatura de 200 °C para posteriormente determinar el calor de reacción a dicha temperatura:
Compuesto p-xileno TPA Agua
A
B
C
4.5312x101
-1.0809x10-1
5.5295x105
-6.9104x102
-1.0484x10-1
4.9517x10-5
-238.41
-0.012256
2.7656x10-6
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La tabla anterior muestra las constantes para cada uno de los componentes. Con la temperatura de reacción de 473.15 K:
Calor generado por la reacción
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2.1.6. Chaqueta de Enfriamiento, diseño y costo Coeficiente Global de Transferencia de Calor En la tabla 8 de Kern, se obtiene el valor de U aproximado para un enfriador que opera con solución orgánica como fluido caliente y agua como fluido frío:
Área de transferencia de chaqueta Se calcula la MLDT con respecto a las temperaturas de entrada y salida de los fluidos caliente y frío respectivamente:
Costo de la chaqueta
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Flujo de agua de enfriamiento Se calcula el flujo de agua necesario para la chaqueta de enfriamiento de acuerdo al calor generado por la reacción. Se toma como límite de calentamiento de dicha agua 40 °C (104 °F) debido a que esta pasará posteriormente a una torre de enfriamiento para reutilizarse.
2.1.7. Sistema de Agitación, diseño y costos
Del software de Aspen Plus y Aspen Hysys se obtienen las siguientes propiedades de la mezcla reactiva:
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Cálculo de la potencia del agitador del reactor: Se selecciona una velocidad del impulsor de 56 rpm debido a que es una de las velocidades comerciales más altas para fluidos de baja densidad y viscosidad.
De acuerdo a la tabla para número de impulsores del capítulo 10 de Perry, debido a que la mezcla es de baja viscosidad y a que la relación requieren dos impulsores para la agitación. Por lo tanto:
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es de 2 se
2.2. Equipos de proceso 2.2.1. Tanque de almacenamiento de p-xileno, diseño y costo Volumen de tanque del p-xileno Determinando el volumen adecuado para llenarlo 36 veces al año. Nivel de operación: 81.78%
10 m
12.5 m
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Espesor del tanque del p-xileno
Área del tanque de p-xileno
Peso del tanque de p-xileno
Costo del tanque de p-xileno
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2.2.2. Tanque de almacenamiento de ácido acético, diseño y costo Volumen de tanque del ácido acético Determinando el volumen adecuado para llenarlo 24 veces al año. Nivel de operación: 81.66%
6m
10 m
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Espesor del tanque del ácido acético
Área del tanque de ácido acético
Peso del tanque de ácido acético
Costo del tanque de ácido acético
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2.2.3. Tanque mezclador, diseño y costo Volumen del mezclador Consideramos el flujo de reactivos necesario para la reacción, así como el tiempo de 2.5 horas, recomendado por la bibliografía, para la operación de calentamiento y agitación de la mezcla reactiva.
Nivel de operación: 73.6%.
Dimensiones
a
DR
HR
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Área Total
Espesor
Con S - máximo nivel de presión permitida y E – eficiencia. Sustituyendo en la ecuación (12) los datos indicados:
Peso total
Se evalúa el costo del mezclador de acuerdo a la masa necesaria de material (acero inoxidable 316) para su elaboración, con un agregado que implica manufactura. Página 35
Flujo de vapor de calentamiento Simulando el sistema de calentamiento para el mezclador en ASPEN Plus:
Obtenemos el flujo de vapor necesario para calentar la mezcla:
Sistema de Agitación del Mezclador
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Potencia del agitador Debido a que la mezcla reactiva no es una solución sino una suspensión se determinó que para el agitador del mezclador se requiere una velocidad mayor. Se eligió de entre las opciones comerciales 100 rpm.
De acuerdo a la tabla del capítulo 10 de Perry, debido a que la mezcla es de baja viscosidad y a que la relación H/D es de 2 se requieren dos impulsores. Por lo tanto:
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2.2.4. Cristalizador, diseño y costo Parámetros de nucleación del cristalizador La operación consiste básicamente en someter el magma caliente (es decir, el ácido Tereftálico en solución acuosa de ácido acético), a un descenso de temperatura (de 200 °C a 80 °C) para propiciar la formación de los cristales. De la bibliografía se obtiene el modelo de velocidad de formación de los cristales de TPA a partir de datos experimentales:
Para una solución acuosa de ácido acético, los autores consultados determinaron las siguientes constantes:
Estos parámetros fueron empleados para determinar el tiempo de la operación de cristalización de 4 horas. Con este modelo y el análisis experimental realizado por los autores se determina también que los cristales obtenidos tienen un tamaño de partícula de entre 200 y 300 mallas (0.054 – 0.074 mm).
Volumen del cristalizador Consideramos el flujo de productos de la reacción, así como el tiempo de 4 horas, recomendado por la bibliografía, para la operación de formación de los cristales de ácido Tereftálico.
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Nivel de operación: 88.26%.
Dimensiones
a
DR
HR
Página 39
Área Total
Espesor
Con S - máximo nivel de presión permitida y E – eficiencia. Sustituyendo en la ecuación (12) los datos indicados:
Peso total
Página 40
Flujo de agua de enfriamiento para la chaqueta Se optó por el uso de una chaqueta de enfriamiento para el equipo. Utilizando ASPEN Plus se obtiene el calor a remover:
Se hace la misma consideración para el agua de enfriamiento, con un límite máximo de 40 °C de calentamiento para poder ser tratada en una torre de enfriamiento.
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2.2.5. Tanques de almacenamiento de agua Para el almacenamiento del agua que pasará por la torre de enfriamiento y el agua fría para las chaquetas de enfriamiento se emplearán dos tanques de 150 m 3.
Página 42
2.2.6. Filtro, diseño y costo Para la filtración de los cristales obtenidos en la solución acuosa de ácido acético se emplea un filtro rotatorio de vacío con dimensiones de 8 ft X 12 ft.
Cálculo de la bomba de vacío del filtro De acuerdo a la bibliografía consultada, la potencia necesaria para la operación del filtro rotatorio es:
El costo aproximado de acuerdo a la bibliografía es de:
2.2.7. Secador, diseño y costo De acuerdo a la bibliografía de proveedores de equipos secadores, para un equipo con dimensiones de 1.5 m de diámetro y 15 m de longitud, dimensiones adecuadas debido a que los cristales a manejar son pequeños tiene las siguientes características.
Potencia necesaria para remover la humedad de los cristales de ácido Tereftálico, considerando la potencia del soplador de aire que entra al secador:
El costo establecido por el proveedor es de:
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2.2.8. Torre de enfriamiento, diseño y costo El agua empleada para el control de la temperatura en el reactor y el cristalizador:
Dimensiones y parámetros típicos obtenidos de la bibliografía:
Parámetros de la torre de enfriamiento Medidas de los paneles
9.75 m x 9.75 m
No. de ventiladores
4
Diámetro de los ventiladores
3.66
Relación aire/agua
1.25
Velocidad del aire
2.13 m/s
Potencia de ventiladores (todos)
20 HP
Costo
50,000 dls
2.2.9. Bombas y compresores, potencia y costo Potencia de la bomba del p-xileno
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Potencia de la bomba del ácido acético
Potencia de la bomba de descarga de mezclador Flujo a la salida del mezclador: 4.4162 m 3/h
Potencia de la bomba de descarga del reactor Flujo a la salida del mezclador: 4.413 m 3/h
Potencia de la bomba del agua caliente
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Potencia de la bomba del agua fría
Compresor para el mezclador Para mantener la presión de 20 bar en el tanque mezclador se ocupa un compresor cuya potencia calculada en el Simulador ASPEN Plus:
Compresor para el reactor Para inyectar el aire al reactor se utiliza un compresor de aire cuya potencia calculada en el Simulador ASPEN Plus:
2.2.10. Tanque de almacenamiento de producto terminado Para el almacenamiento de TPA terminado se considera el uso de un silo, que dado que se descargará 24 veces al año (en promedio 2 veces mes) arroja el siguiente volumen:
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Nivel de operación: 82.66%
Espesor
Con S - máximo nivel de presión permitida y E – eficiencia. Sustituyendo en la ecuación (12) los datos indicados:
Área del Silo
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Peso del silo
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2.3. Resumen de equipos Equipo Reactor Chaqueta Tanque p-xileno Tanque Ac. acético Mezclador Cristalizador Filtro Secador Torre de enfriamiento Tanque de agua fría Tanque de agua caliente Silo Total Bombas p-xileno Ac. acético Mezclador Reactor Tanque agua caliente Tanque agua fria Diesel Total
Tag R-01 --T-01 T-02
Volumen 55 m3 --1000 m3 300 m3
Potencia 60 HP -------
Costo 167572 dls 84945 dls 898049 dls 251160 dls
T-04 CR-01 F-01 D-01 RWS-01
15 m3 20 m3 -------
10 HP --50 HP 40 HP 20 HP
64562 dls 59645 dls 30000 dls 29000 dls 50000 dls
T-06
150 m3
---
164094 dls
T-07
150 m3
---
164094 dls
T-05
---
---
2024700 dls 3987821
Tag P-01 P-02 P-04 P-05 P-07
Potencia 5 HP* 3 HP* 1 HP* 1 HP* 3 HP*
Costo 5000 dls* 3000 dls* 1000 dls* 1000 dls* 3000 dls*
P-03 P-08
1 HP* 5 HP
1000 dls* 5000 dls 28000
Potencia 300 HP 60 HP
Costo 225000 dls 44981 dls 269981
Compresores Tag C-01 Reactor T-04 Mezclador Total *se duplica el costo ya que hay relevo
Total= 573 HP Costo total= 4285802 dls Página 49
2.4. Diagramas de P&I
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Parte III. Análisis Económico
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3.1. Inversión Cantidad
Concepto
Total
1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 1 1 2
Terreno Edificio Reactor Tanques materias primas Sistema de agitación del reactor Mezclador Sistema de agitación del mezclador Bombas 5000.00 c/u Chaqueta Tanque de producto terminado Tanques de agua de enfriamiento Cristalizador Secador Torre de enfriamiento Compresor Equipo de control y automatización
Total
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2,331,767 1,295,426 167,572 1,149,209 60,000 64,562 10,000 10,000 84,945 2,024,700 328,188 59,645 29,000 50,000 269,981 1,500,000 9,434,995
3.2. Costos de producción 3.2.1. Servicios auxiliares anuales Electricidad
Vapor
Agua de enfriamiento
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3.2.2. Materia prima
3.2.3. Sueldos
Directores Gerente administrativo y recursos humanos Gerente de ventas Gerente de finanzas y contabilidad Gerente de producción Jefe de Seguridad industrial Capacitadores Secretarias Auxiliar contable Recepcionista Supervisor de control de calidad Ingeniero de proceso Ingeniero de sistema Contador Mantenimiento e Intendencia Vigilante Sueldos mensuales Sueldos anuales
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$6,000.00 $3,000.00 $3,000.00 $3,000.00 $3,000.00 $1,500.00 $800.00 $500.00 $500.00 $500.00 $1,000.00 $1,200.00 $1,200.00 $1,000.00 $400.00 $400.00 $51,500.00 $618,000.00
3.2.4. Costo total de producción anual
Venta de Precio Año Producto Producto (ton/año) (dls/Ton) 1 2 3 4 5
28,000 28,500 29,000 29,500 30,000
$900 $968 $1,040 $1,118 $1,202
Venta (dls/año)
Costo producción anual (dls/año)
$25,200,000.00 $27,573,750.00 $30,161,812.50 $32,982,982.03 $36,057,666.80
2,101,643.28 2,206,725.44 2,317,061.72 2,432,914.80 2,554,560.54
Utilidad Neta (dls/año)
VPN
23,098,356.72 20085527.6 25,367,024.56 19181115 27,844,750.78 18308375.6 30,550,067.23 17467100.1 33,503,106.25 16656965
4. Conclusión Con esto demostramos que el proyecto es factible y redituable a 5 años con una tasa de interés anual del 15%. Producir TPA es un buen negocio que satisface las necesidades de la región y al mismo tiempo, genera crecimiento económico y empleos para la comunidad.
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5. Bibliografía
Procesos de Transferencia de calor, Donald Q. Kern, Edit. CECSA, trigésima primera reimpresión, México, 1999.
The Yaws handbook of thermodynamic properties for hydrocarbons and chemicals
Bird Fenómenos de transporte, R.B. Bird, W. E. Stewart, E.N. Lightfoot, Edit. Reverté, segunda impresión, Mexico, 1987.
Introducción a la termodinámica, Smith, Van Ness, Abbott, Edit. Mc Graw Hill, séptima edición, México, 2009.
Operaciones unitarias en Ingeniería Química, Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott, Edit. Mc Graw Hill, cuarta edición, México, 1991.
Elements of Chemical Reaction Engineering, H. Scott Fogler, Edit. Prentice Hall, tercera edición, Mexico, 1999.
Manual del ingeniero químico, Robert H. Perry, Edit. Mc Graw Hill, tercera edición en español, México,
BOMBAS, Selección, uso y mantenimiento, Kenneth J. Edit. Mc Graw Hill, México.
ASME Code, sección 8, división 1
Páginas de internet consultadas
http://www.construmatica.com/
http://training.itcilo.it/actrav_cdrom2/es/osh/ic/100210.htm
http://www.grupoprevenir.es/fichas-seguridad-sustancias-quimicas/0086.htm
http://html.rincondelvago.com/diseno-de-una-columna-de-destilacion-concostos.html
http://w3.metrogas.cl/industria/userfiles/file/FOLLETO4.pdf
http://www.alcion.es/download/ArticulosPDF/iq/gratis/06articulo.pdf
http://www.asturcons.org/docsnormativa/3578_252.pdf
http://www.soloarquitectura.com/foros/showthread.php?20003-Precio-kg-aceroinoxidable Página 57
