diseño de una planta ciclohexano

8/19/2019 diseño de una planta ciclohexano

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMONFACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIACARRERA DE INGENIERIA QUIMICA

CBBA-BOLIVIA

INDICE

1. RESUMEN EJECUTIVO

Diseño de una planta

química de producción de

Docente: Juan Rios del Prado

Estudiante: Aguilar Andia Sergio

Camacho Galarza Carmen

Flores Antezana Andrea Carla

Pérez Alcoba Noemí

Sarabia Heredia Grover

Caea: ngeniería !uímica


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2

!. ANTECEDENTES DEL "RO#ECTO

$. INTRODUCCION

%. JUSTI&ICACION

'. ESTUDIO DE MERCADO"#$ %escri&ci'n del Producto"#( An)lisis de la %emanda * +,erta"#- ca&acidad de la &lanta

(. MATERIA "RIMA E INSUMOS

.#$ Clasi,icaci'n de materias &rimas

.#( Costo de materias &rimas

.#- Fuentes de materia &rima). UBICACI*N # EM"LA+AMIENTO

,. INENIERA DEL "RO#ECTO

/#$# 0étodos de &roducci'n de Ciclohe1ano/#(# 0odelos cinéticos &ro&uestos/#-# %iagrama de &roceso/#.# %escri&ci'n del &roceso/#"# Criterio de selecci'n de e2ui&os/#3# 4cuaciones de dise5o de e2ui&os/#6# 7alances de masa 8 energía#

/. "LANI&ICACI*N # EJECUCI*N DEL "RO#ECTO

10. EVALUACI*N &INANCIERA

11. BIBLIORA&IA

$$#$ 9ibros$$#( Sitios de internet

PROCESO DE PRODUCCION DE CICO!E"#NO

1.- RESUMEN EJECUTIVO

PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO


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3

9a industria &etro2uímica ha tenido un im&ortante avance en los :ltimos a5os;

,avorecida en gran &arte &or el desarrollo de los &l)sticos# 4llo ha animado a gran

&arte de la em&resas; a invertir en la &roducci'n de ,ibras sintéticas; 2ue es de

im&ortancia en el mercado; destac)ndose las variedades de n8lon; 8 en concreto el

n8lon 3 8 n8lon 3;3; cu8a &roducci'n deriva de una serie de &roductos intermedios

obtenidos a &artir del ciclohe1ano#

4l ciclohe1ano es el &roducto estrella en la &roducci'n de n8lon 3 8 n8lon 3;3# Gracias

a estos dos com&uestos es &osible dis&oner en la actualidad de una e1tensa gama de

&rendas de vestir; al,ombras; material &ara el recubrimiento de cables; gomas de

neum)ticos; com&onentes eléctricos 8 electr'nicos; etc# hidrocarburo 2ue entra al reactor es de 3$#

9a eta&a de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento del &roducto se lo realiza &osteriormente

a la salida del reactor; entrando a un se&arador de ,ases &ara 2ue &osteriormente va8a

a un intercambiador de calor#

!.- INTRODUCCION

4l crecimiento de la &oblaci'n mundial en las :ltimas décadas del siglo 8 en el siglo

; así como el avance en la ciencia; medios de &roducci'n 8 tecnologías sit:a a la



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4

sociedad mundial actual en una é&oca de &leno desarrollo donde la calidad de vida se

ha e1tendido a un ma8or n:mero de &oblaci'n gracias al descubrimiento de nuevas

materias 8 &roductos rentables &ara la economía tanto a nivel &articular como la &ro&ia

de una regi'n#

4l descubrimiento del &etr'leo como materia &rima &ara la &roducci'n de combustibles

8 base de la ndustria Petro2uímica ha su&uesto un cambio en la economía mundial 8

un KboomL &roductivo &ermitiendo dis&oner de &roductos; ho8 im&rescindibles; &ero

2ue hace a&enas unas décadas no se conocían#

4l benceno; contenido en la materia &rima inicial &etr'leo 8 obtenido &or medio de

distintos métodos de &rocesado; es 8 sigue siendo el tercer &roducto base m)s

im&ortante de la actual ndustria Petro2uímica#

4l ciclohe1ano; a su vez; obtenido &or medio del &roceso de hidrogenaci'n del

benceno se ha convertido en el &roducto estrella &ara la &roducci'n de dos de las

,ibras sintéticas m)s relevantes dentro del cam&o de la &etro2uímica el n8lon 3;3 8 el

n8lon 3#

Gracias a estos dos com&uestos es &osible dis&oner en la actualidad de una e1tensa

gama de &rendas de vestir; al,ombras; material &ara el recubrimiento de cables; gomas

de neum)ticos; com&onentes eléctricos 8 electr'nicos; etc#; &roductos todos 2ue han

,acilitado enormemente la actividad humana 8 2ue son necesarios &ara el desarrollo

de la misma#

$.- ANTECEDENTES

4n sus origines; el ciclohe1ano se obtenía directamente &or destilaci'n ,raccionada de

determinadas ,racciones de bencina bruta; con el :nico inconveniente de 2ue la&ureza del &roceso obtenido era; tan solo; del /"#

9os &rocesos &osteriores de isomerizaci'n del metilciclo&entano a ciclohe1ano

&ermitieron desarrollar &atentes en industrias tales como Humble +il; Shell 8 Atlantic

Rich,ield @4stados MnidosB; me=orando la calidad del &roducto a casi el /#

A causa de la ,uertemente creciente demanda de ciclohe1ano como &roducto b)sico

&ara la obtenci'n de n8lon 3 8 n8lon 3;3; el ciclohe1ano &roducido &or estos métodos

s'lo cubría una &e2ue5a &arte de la demanda e1istente de ciclohe1ano#

Por lo 2ue; desde &rinci&ios del siglo hasta la actualidad la ma8or &arte de este&roducto se obtiene &or medio del &roceso de hidrogenaci'n de benceno; dando lugar



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5

a multitud de &atentes 2ue han desarrollado su &ro&io método &ara la obtenci'n de

este &roducto tan necesario#

4n 0é1ico el consumo de ciclohe1ano comenz' en $3/; debido a 2ue la &roducci'n

de hule &olibutadieno iniciada en ese mismo a5o lo re2uería como solvente# Sin

embargo; las cantidades demandadas eran de &oca magnitud# @$??? a (??? ton# a5oB#

A ,inales de $6( la em&resa MN4 S#A# arranc' su &lanta de ca&rolactama; &or lo

2ue 8a en $6- el consumo de ciclohe1ano lleg' a cerca de las -$??? toneladas# A

&artir de ese a5o 8 hasta $/" el crecimiento &romedio anual de la demanda ,ue de

"##

%urante $. hubo un ligero crecimiento; en la demanda e1terna de ciclohe1ano; lo

2ue nos &ermite su&oner; 2ue dicha demanda se incrementara razonablemente en los

&r'1imos a5os; de mantenerse el ritmo de consumo actual#

Ho8 en día; el &rinci&al destino de la materia ciclohe1ano se reserva a las grandes

em&resas de &roducci'n 8 obtenci'n de &roductos &etro2uímicos situadas

&rinci&almente en 4uro&a central; destacando Alemania como &rinci&al &aís &roductor

de com&uestos derivados de la industria &etro2uímica#

Así &ues; aun2ue &uede destinarse a otros usos; la im&ortancia del ciclohe1ano reside

en 2ue se trata del &rinci&al &recursor &ara la &roducci'n del n8lon 3 8 el n8lon 3;3;

&rinci&ales ,ibras sintéticas m)s im&ortantes del siglo #

%.- JUSTI&ICACION

4l ciclohe1ano es de gran im&ortancia en una gran cantidad de &rocesos 2uímicos

industriales; tanto en el )mbito nacional como mundial# 9a &roducci'n de ciclohe1ano

se lleva a cabo; &ara satis,acer las necesidades de una serie de industrias 2uede&enden de él 8a sea de manera directa o indirecta#

4l &resente traba=o tiene como ,inalidad &oner en &r)ctica; los conce&tos te'ricos de

ngeniería 2uímica; mediante la elaboraci'n de un dise5o de una &lanta industrial

como es el caso de la obtenci'n de ciclohe1ano#

Ante la necesidad de conocer la ca&acidad de los e2ui&os de &roceso 2ue con,orman

una &lanta industrial &ara determinar el rendimiento total de la misma; se ha visto

conveniente determinar algunos &ar)metros &ara lograr este ob=etivo# Oa 2ue siem&re

es necesario conocer cu)nto volumen &uede ser &rocesado en un determinado e2ui&o



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8 de esta ,orma se controla el ,lu=o de materia &rima limitado en la entrada de las

o&eraciones b)sicas#

Por lo antes mencionado es im&ortante a&licar el dise5o e ngeniería de Plantas como

,actor im&ortante en el )rea de &roducci'n de una industria# Adem)s de 2ue es

im&ortante en cuanto a los costos econ'micos involucrados &ara una '&tima

,actibilidad de una &lanta; antes de ser &uesta en marcha 8 de esta ,orma evitar

riesgos durante el &roceso &roductivo#

'.- ESTUDIO DE MERCADO

'.1.- Desci3ci4n de5 3oducto: Cic5o6e7ano

F'rmula !uímica C3H$(

4structura !uímica

'.1.1.- "o3iedades 89sicas ;u9


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De+s/-$- $ 21C 1'& )*3

P%es/0+ "%/,/"$ 41'3 .$%

Ta=5a 1: Pro&iedades del ciclohe1ano @ittco,,; Harold A#; $3B

'.1.!.- Usos

Alrededor del / del ciclohe1ano &roducido es em&leado &ara la ,abricaci'n

de intermedios de n8lon )cido adí&ico; ca&rolactama; 8 he1ametilendiamina;

los dos &rimeros consumen alrededor del "# 4l &rimero de los intermedios

se utiliza &ara la elaboraci'n de n8lon 3#3; mientras 2ue el segundo de ellos esun mon'mero del n8lon 3#

Adem)s suele em&learse &ara remover &inturas; como solvente &ara lacas 8

resinas 8 en la ,abricaci'n de materiales org)nicos# Cantidades menores de

ciclohe1ano son destinadas a su uso como disolvente 8 como agente 2uímico

intermedio#

4l ciclohe1ano se em&lea &ara obtener; &or o1idaci'n catalítica con aire;

ciclohe1anol 8 ciclohe1anona; 2ue son materias &rimas &ara la obtenci'n;

adem)s de N8lon; de resinas &oliéster 8 &oliuretanos#

Su consumo esta ma8ormente relacionado con la manu,actura de n8lon 8

ca&rolactama de n8lon; se utiliza también como solventes de lacas 8 resina;

&inturas; &lasti,icantes 8 barnices; en la e1tracci'n de aceites naturales; como

insecticidas 8 síntesis org)nicas#

'.!.- An>5isis de 5a o8eta de


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&

A &esar de la subida global del mercado de ciclohe1ano en el mundo; 4uro&a

ha visto un crecimiento de hasta el ( a5o; &ero se es&era 2ue el nivel de

consumo &ara el material en 4uro&a se mantenga estable en el a5o (?$?>(?$(;

&rinci&almente a nivel de la a&licaci'n ciclohe1ano en 4uro&a del 4ste#

@0erchant Research QConsulting9tdB

Nuevas inversiones se centraran en Asía; &articularmente en China 8 el medio

oriente &or Arabia Saudita @Petro Rabigh com&an8B 8a 2ue necesitan

ciclohe1ano &ara la &roducci'n de ca&rolactama 8 n8lon 3;3 en el &ro8ecto de

e1&ansi'n de la segunda ,ase 2ue se ,inalizar) en (?$.#

'.!.1.!.- E


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7

Ta=5a $ Ca&acidad de &roducci'n de ciclohe1ano de C4PSA @%irectorio de 4m&resas

8 Productos !uímicosB

Mna gran &arte del ciclohe1ano &roducido &or C4PSA; es destinado a la

e1&ortaci'n a diversos &aíses; tal 8 como se observa a raíz de los dates

,oresides en la


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((

>8ico ! Consumidores de Ciclohe1ano (?$$

A &esar de la creciente incertidumbre; se es&era 2ue la demanda mundial de

ciclohe1ano aumente en una tasa &romedio anual del (;/ #

Gran &arte de este crecimiento se &roducir) en China &ara la demanda de

ca&rolactama en n8lon 3 8 el )cido adí&ico; se utiliza tanto como materia &rima

&ara n8lon 3;3; ,ibras 8 resinas 8 adhesivos de ,usi'n en caliente a base de&oliéster &ara suelas de za&atos 8 otras a&licaciones#

4l 0edio +riente también &uede contribuir hacia el ,inal del &eríodo del

&ron'stico; a la es&era de la instalaci'n de &olímero de n8lon anunciada en

Chevron Philli&s en Arabia Saudita durante (?$">(?$3#

Se es&era 2ue 4uro&a del 4ste 8 Central 8 Sur América Central 8 e1&erimentar

&lana con mu8 &oco crecimiento de la demanda de ciclohe1ano durante el

&eríodo de &ron'stico# No se conoce la demanda de ciclohe1ano en ,rica u

+ceanía#

'.!.!.!.- "oducci4n de Cic5o6e7ano

9a Producci'n de Ciclohe1ano a nivel mundial; sudamericano 8 en 7olivia se

muestra a continuaci'n en la siguiente tabla "



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(3

>8ica $: Producci'n del Ciclohe1ano

'.!.!.$.- "oducci4n Naciona5 de5 cic5o6e7ano en Bo5i@ia

Producción de ciclohexano en $oli%ia



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(4

>8ico % Producci'n nacional del Ciclohe1ano en 7olivia

Para los &r'1imos a5os se es&era 2ue la demanda de ciclohe1ano; va8a

incrementando; con nuevos &ro8ectos como ser la construcci'n de la &lanta de

arom)ticos ubicado en el Gran Chaco en benceno 6"??? tma5o @/? &roducci'n de ciclohe1anoB

> ileno 3$??? tma5o

4n el caso de 2ue se cubra el $?? de la &roducci'n la &lanta tendr) una

ca&acidad de 3????


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(5

AO Ca3acidad de 5a

35anta T


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(6

9as materias &rimas necesarias &ara la ,abricaci'n de ciclohe1ano en la línea

de &roceso dise5ada son benceno e hidr'geno# Se re2uiere esta materia &rima

tan &ura como sea &osible; sin embargo; estos reactivos llegan a Re,inería con

un &orcenta=e de tolueno 8 metano; res&ectivamente#

(.1.- Benceno

4structura !uímica

F'rmula !uímica C3H3

(.1.1.- "o3iedades 89sicas ;u9


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(

Ta=5a ) Pro&iedades del benceno @ittco,,; H# A; $3B

(.1.!.- Usos

4ste com&uesto arom)tico es am&liamente utilizado como disolvente; si bien

&or sus características carcinogénicas; el benceno est) e1&lícitamente

&rohibido en muchas ,ormulaciones; e1istiendo algunos re&aros en cuanto al

tolueno 8 ciertas &revenciones res&ecto a los 1ilenos# %e hecho; se est)

veri,icando una &aulatina reducci'n de la demanda; m)s o menos acusada en

los sectores de las &inturas; los adhesivos; los &roductos ,itosanitarios; 2ue

hace unos a5os lo em&leaban masivamente#

Se considera 2ue la demanda del benceno tiene la siguiente estructura

4tilbenceno destinado a la ,abricaci'n de estireno# Cumeno &roducto intermedio obtenido &or &re&araci'n del benceno con

&ro&ileno; 2ue ma8oritariamente termina como ,enol; materia &rima de

las resinas ,en'licas; del bi,enol 8 sus resinas derivadas @&oliésteres;e&o1i; &olicarbonatos 8 &olisul,onasB; adem)s de la ca&rolactama

@&recursora del n8lon 3B a través de la ciclohe1anona 8 otros m:lti&les

&roductos 2uímicos org)nicos como; &or e=em&lo; los al2uil,enol

eto1ilados; usados como agente emulgente 8 tensioactivos# Ciclohe1ano obtenido &or hidrogenaci'n del benceno &ara dar )cido

adí&ico 8 ca&rolactama; ambas materias &rimas de las &oliamidas 3;3 8

3; res&ectivamente# +tros derivados minoritarios; entre los 2ue destacan el nitrobenceno 8 su

derivado la anilina; 8 el derivado de ésta el 0%

@di,enilmetanodiisoctanoB; adem)s de los dinitrobencenos; de los 2ue

derivan la iso> 8 la &ara>,enilamina# 9os )cidos al2uilbencenosul,'nicos base de los detergentes 9AS

@Klinear alV8lbenzene sul,onatesLB#

(.1.$.- "ocesos de 8a=icaci4n



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(&

4l benceno es un com&onente natural del &etr'leo; sin embargo; no &uede ser

se&arado del crudo &or una sim&le destilaci'n; 8a 2ue ,orma aze'tro&o con

otros hidrocarburos# 9a recu&eraci'n de benceno es m)s econ'mica si la

,racci'n de &etr'leo est) su=eta a un &roceso catalítico o térmico 2ue

incremente la concentraci'n de dicho hidrocarburo#

4l benceno 2ue &rocede del &etr'leo es industrialmente &roducido &or

re,ormado 8 se&araci'n; 8 desal2uilaci'n térmica o catalítica de tolueno# 9a

cantidad de benceno recu&erado &or re,ormado es normalmente ma8or 2ue el

obtenido a través de las técnicas de e1tracci'n#

+tros &rocesos de obtenci'n de benceno son el cra2ueo de na,ta &esada o

hidrocarburos ligeros como el &ro&ano o butano; con los 2ue se consigue un

&roducto rico en arom)ticos; los cuales contienen un 3" de arom)ticos; "?

del cual es benceno#

(.!.- id4Heno

F'rmula 2uímica H(

4structura H>H

4n la naturaleza; se gener' como el Kgas de la gran e1&losi'nL 2ue dio lugar al

origen del Mniverso#

(.!.1.- "o3iedades 89sicas ;u9


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(7

4l hidr'geno se encuentra ma8oritariamente en la naturaleza en ,orma

molecular ,ormando &arte de gases; de la molécula de agua 8 de multitud de

com&uestos org)nicos# 4ste hecho se debe ,undamentalmente; a su elevada

reactividad &r)cticamente en cual2uier entorno#

Se trata del elemento m)s ligero 8 su min:sculo tama5o le &ermite situarse

dentro de cual2uier )tomo o ti&o de enlace destacando dentro de este :ltimo su

tendencia a ,ormar &uentes de hidr'geno# 4ntre algunas de sus &ro&iedades

m)s relevantes; se destacan las siguientes

"RO"IEDAD VALORPeso 0olecular (;?$3 gmol

Punto de 4bullici'n (?;(3/ E

Punto de Fusion $.;?(" E


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(# 4l &a&el del hidr'geno como ,uente de energía alternativa 8 renovable; tanto

&or medio de una conversi'n directa de su energía 2uímica en electricidad a

través de la &ila combustible; como la combusti'n directa en motores

alternativos o turbinas de gas# 4n este sentido; est) &revisto 2ue se convierta

en uno de los &osibles sustitutos de los combustibles ,'siles en el sector

trans&orte#

(.!.$.- "ocesos de 8a=icaci4n

%entro de los &rocesos &ara la síntesis del hidr'geno; también es &reciso

distinguir entre dos categorías en base a la naturaleza de la materia &rima

&rocesos 2uímicos de obtenci'n basados en combustibles ,'siles 8 a2uellos

2ue em&lean como &unto de &artida alguna ,uente de energía renovable#

4n el &rimer gru&o; se destacan los siguientes &rocesos

Re,ormado del metano; obteniéndose el llamado Kgas de síntesisL @C+ e

H(B#Re,ormado con va&or de agua#Re,ormado autotérmico+1idaci'n &arcial catalítica del metano; siendo este método m)s r)&ido

2ue el re,ormado sim&le#Gasi,icaci'n del carb'n mineral a altas tem&eraturas#Pirolisis#

4n un segundo gru&o; se inclu8en

4lectrolisis de la molécula de agua#Gasi,icaci'n a alta tem&eratura de la lignina contenido en la biomasa#Procesos de ,ermentaci'n de diversa naturaleza ,ermentaciones

biol'gicas; bacterianas &rocesos de descom&osici'n &or medio de laacci'n de algas#0étodos basados en la energía solar de alta tem&eratura 2ue son

sistemas centralizados 8 de gran ca&acidad de &roducci'n#0étodos basados en la energía nuclear; los cuales com&arten sus

&rocedimientos con los de la energía solar de alta tem&eratura#

(.$.- Cata5i?ado



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2(

9a elecci'n del catalizador m)s adecuado &ara el sistema de reacci'n descrito

en el &resente &ro8ecto; se basa tanto en consideraciones de índole técnica

como econ'mica#

%esde el &unto de vista técnico; se debe tener en cuenta 2ue el

com&ortamiento del sistema in,lu8e en las dimensiones de la &artícula

catalítica; &or lo 2ue se va a considerar a2uellas 2ue tienen un di)metro de (>"

mm; aconse=adas &ara traba=ar en el caso de 2ue el sistema de reacci'n se

com&orte como un lecho inmovilizado#

%esde el &unto de vista econ'mico; se descarta el uso de catalizadores

com&uestos &or metales nobles; 8 se elige un sistema 2ue em&lea como metal

activo el Ní2uel; hecho 2ue &resenta dos venta=as ,undamentales

9a &rinci&al es 2ue &ermite alcanzar un alto índice de e,ectividad en un

&roceso 2ue resultar) m)s rentable# 9a segunda de las razones ata5e a las condiciones de o&eraci'n; 8a

2ue los catalizadores de Ní2uel im&iden la a&arici'n de la reacci'n

secundaria de isomerizaci'n de ciclohe1ano a metilciclo&entano incluso

traba=ando a ("? C#

Siguiendo con las consideraciones econ'micas; la su&er,icie dis&onible &ara la

reacci'n es un as&ecto relevante a tener en cuenta; &uesto 2ue dicha reacci'n

ocurrir) en los &oros del s'lido#

Para el caso 2ue se a&lica; se o&ta &or un catalizador de elevada su&er,icie

es&ecí,ica; com&ensando el coste del &roducto con un consumo menor delmismo &ara alcanzar el grado de conversi'n deseado# Adem)s; un &unto m)s a

,avor &ara elegir este ti&o de su&er,icie es&ecí,ica reside en un ma8or bene,icio

o&erativo con res&ecto a su&er,icies in,eriores#

Considerando estas razones; el catalizador 2ue se va a em&lear; H.??;

&ertenece a la ,amilia de catalizadores denominados H


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Han alcanzado un rotundo é1ito en la conversi'n de benceno a

ciclohe1ano# Son ca&aces de du&licar la vida :til del catalizador com&arado con otros

usados en la misma reacci'n# Pueden o&erar a tem&eraturas su&eriores; reduciendo la &osibilidad de

2ue a&arezcan reacciones secundarias indeseadas; es decir; aumentan

la selectividad del sistema de reacci'n# 9a velocidad es&acial &uede llegar a ser hasta $;" veces ma8or con

res&ecto a catalizadores convencionales#

4l catalizador H.?? seleccionado &resenta estructura de trílobe 8 las

siguientes es&eci,icaciones técnicas

Ta=5a / Pro&iedades es&ecí,icas del catalizador H.?? @Johnson 0atthe8

catalizadoresB


"RO"IEDAD VALOR

Com&osici'n @ en &esoB $3 Ni; /. Al(+-

%ensidad a (? TC (6?(;6 Egm-

%i)metro de Partícula (;" mm

Su&er,icie es&ecí,ica 6??? m(Eg

9ongitud de &artícula / mm


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&iHua (: Factores 2ue se consideran en la ubicaci'n de &lanta

).1.! &actoes a Considea:

Dis3oni=i5idad.

9a dis&onibilidad de las materias &rimas como hidrogeno 8 benceno; en

es&ecial el hidrogeno se usa en &roducci'n de )cido clorhídrico; combustible

&ara cohetes 8 :ltimamente como ,uente de energía lim&ia &ara autom'viles; 8

del benceno se utiliza como constitu8ente de combustible &ara motores;

disolventes de grasa; aceites; &inturas; manu,actura de detergentes; donde

estos van hacer considerados como el &unto de &artida &ara la dis&onibilidad

de materias &rimas#

Mecados

4ste ,actor va a de&ender del uso del ciclohe1ano; las &rinci&ales a&licaciones

&ara el ciclohe1ano en nuestro mercado est)n como diluente &ara las &inturas;

las lacas 8 los esmaltes; 8 como com&onente de algunos solventes; también se

utiliza en los catalizadores de &olimerizaci'n &ara ,abricaci'n de &l)sticos como



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25

ser el n8lon 3#3; catalizador &ara acrílicos 8 ti&o resinas de &oliéster; 8 como

materia &rima &ara los &er'1idos 8 los catalizadores de o1idaci'n#

4n la actualidad; la demanda total de ciclohe1ano es ";- millones de toneladas

P#A#; en el mundo; el crecimiento de la demanda de ciclohe1ano asciende

a&ro1imadamente - anualmente#

Dis3oni=i5idad de eneH9a

4l Proceso de &roducci'n de ciclohe1ano; tiene como &rinci&al materia &rima al

benceno 8 al hidrogeno; el cual se obtiene en un &roceso e1otérmico; a&licando

un sistema de integraci'n energética &odemos solucionar una &arte de ladis&onibilidad de energía; &ero adem)s al tener como dis&onibilidad; el uso del

gas natural &odría ser una soluci'n a esta; claro &ero antes se tendría 2ue

hacer un an)lisis econ'mico de estas &osibilidades#

Su


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26

Como 8a hemos enumerado di,erentes ,actores 2ue a,ectan a la hora de elegir

la localizaci'n de una &lanta; a cada uno de estos se le ha dado un &eso

res&ectivo de acuerdo a su im&ortancia#

Para tal e,ecto se han identi,icado tres macro>zonas &otenciales siendo las

mismas los de&artamentos de Santa Cruz; Cochabamba 8 zona de localizaci'n se em&lea el método

cualitativo &or &untos de &onderaci'n @Factores im&ortantes en cada zonaB;

siendo los resultados los siguientes

9os lugares involucrados en esta tabla son Cochabamba @AB; Santa Cruz @BB 8


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2

).! U=icaci4n e7acta de 5a 35anta

%ebido a los ,actores 2ue se mostraron se eligio 2ue nuestra em&resa sera en

el &ar2ue industrial latinoamericano

&iHua ) : "a;ue industia5 5atinoa


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2&

&iHua , : Coedo Bioceanico



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,.- INENIERIA DEL "RO#ECTO

9a ingeniería del &ro8ecto im&lica el estudio de los distintos &rocedimientos o

&rocesos técnicos a través de los cuales se &odrían obtener los ob=etivos del

&ro8ecto#

41isten siem&re distintas alternativas o &osibilidades tecnol'gicas &ara e=ecutar

una determinada iniciativa de inversi'n &or lo 2ue corres&ondería ado&tar una

decisi'n res&ecto a la cual se &resenten sería el m)s venta=oso dada las

características del &ro8ecto#

,.1 Mtodos de O=tenci4n de Cic5o6e7ano

9a im&ortancia econ'mica del ciclohe1ano ha ocasiona gran n:mero de

&rocesos industriales &ara su obtenci'n# 4stos &rocesos di,ieren &rinci&almente

en los siguientes as&ectos

Naturaleza del catalizador# Condiciones de o&eraci'n de ba=o las cuales se lleva a cabo la reacci'n

en el catalizador#

%ise5o del reactor# 0étodo utilizado &ara disi&ar el calor generado debido a la

e1otermicidad de la reacci'n#

9os &rocesos e1istentes &ara la obtenci'n de ciclohe1ano com&renden todos

a2uellos desarrollados a nivel industrial &ara su&lir las demandas del mercado#

4l ciclohe1ano se &roduce en grandes cantidades &ara utilizarlo como materia

&rima en la ,abricaci'n de ,ibras de N8lon# Se obtiene mediante dos &rocesos&rinci&ales la hidrogenaci'n del benceno 8 el re,ormado catalítico de la

,racci'n de na,ta del &etr'leo#

,.1.1 Re8o


30/94


31/94

3(

a Re8o


32/94

32

,.1.! idoHenaci4n de5 Benceno

Yste es; &or antonomasia; el método m)s di,undido &ara la &roducci'n de

ciclohe1ano en las &lantas &etro2uímicas a &artir de derivados del crudo de

&etr'leo# 4ste método est) basado en la reacci'n catalítica ,uertemente

e1otérmica de hidrogenaci'n del benceno 8; aun2ue usualmente es éste el

com&uesto 2ue se em&lea como materia &rima de &artida; s'lo 2ue la

,abricaci'n re2uiere entonces un &aso intermedio adicional#

nde&endientemente de las características &ro&ias de cada &roceso; todos 8

cada uno de ellos &resentan dos &asos ,undamentales; el &rimero consiste en

la reacci'n de hidrogenaci'n en sí; seguido de un segundo de &uri,icaci'n 8

acondicionamiento del &roducto ,inal con el ,in de cum&lir con las estrictas

e1igencias de calidad 2ue dicta el mercado#

Así; los métodos basados en la reacci'n de hidrogenaci'n; se clasi,ican

atendiendo a criterios 2ue in,lu8en en la calidad del &roducto derivado

Condiciones de o3eaci4n: &ermiten distinguir entre los &rocesos 2ue se

desarrollan en ,ase lí2uida; m)s obsoletos 8 con menor velocidad de reacci'n

8; los 2ue se llevan a cabo en ,ase gaseosa; m)s actuales; con ma8or registro

de tem&eraturas 8 catalizado &or metales nobles#

Ti3os de cata5i?ado: de&endiendo del catalizador 2ue se utilice cambiar)n las

es&eci,icaciones im&uestas a la alimentaci'n# 9os m)s am&liamente utilizados

son los de Ní2uel 8 Platino; aun2ue también se em&lean el Paladio; Cobre;Rodio 8 sul,uros de 0olibdeno; ol,ramio 8 Ní2uel#

Si la reacci'n est) catalizada &or metales nobles; como el Platino; el contenido

en azu,re de la alimentaci'n debe ser menor de $ m evitando así el

envenenamiento del catalizador# Para el resto de los com&uestos mencionados;

las es&eci,icaciones son menos e1igentes#



33/94

33

Disi3aci4n de ca5o duante 5a eacci4n: constitu8e el as&ecto m)s

im&ortante a la hora de controlar el correcto ,uncionamiento del sistema#

Siendo así; las o&ciones &asan &or el uso de una serie de reactores de lecho

,i=o adiab)ticos &rovistos de intercambiadores de calor intermedios; reactor

multitubular catalítico de lecho ,i=o 8; &or :ltimo; reactor de lecho m'vil donde el

contenido del interior de la unidad se em&lea &ara disi&ar el calor generado

durante la reacci'n#

4l sistema se com&one de un reactor de lecho ,i=o con catalizador de &latino

so&ortado sobre una base de sal de litio; catalizador ca&az de tolerar

contenidos de azu,re en la alimentaci'n su&erior a -? m#

4l hidr'geno re2uerido debe someterse a un &roceso de &retratamiento con

sosa caustica &ara eliminar el )cido sul,:rico 8 el di'1ido de carbono &resente

en la corriente; así como a un &roceso de metanaci'n &ara la recu&eraci'n de

mon'1ido de carbono#

9a alimentaci'n lí2uida 2ue entra al reactor com&uesta de benceno ,resco 8

ciclohe1ano recirculado se mezcla con una corriente de hidr'geno ,resco 8

recirculado; se &recalienta 8 com&rime hasta la tem&eratura 8 &resi'n

re2ueridas res&ectivamente &ara ser introducida en una serie de dos o tres

reactores de lecho ,i=o donde se traba=a entre los (??>-?? C a -? bar de

&resi'n#


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35/94

35

&iHua 11: &roceso be1ano &ara la &roducci'n de ciclohe1ano

,.! E5ecci4n de5 3oceso de 3oducci4n de cic5o6e7ano

4l método seleccionado &ara la &roducci'n de ciclohe1ano; toma como base

los &rinci&ales &rocedimientos de o&eraci'n 2ue com&onen los métodos de

&roducci'n de ciclohe1ano en a2uellos &rocesos 2ue transcurren en ,ase

gaseosa#

A la hora de dise5ar el &roceso de &roducci'n m)s adecuado &ara la obtenci'n

del ciclohe1ano; lo &rimero 2ue debe tenerse en cuenta es la materia &rima de

&artida#


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36

> ((? CX si el catalizador es de

ní2uel &ueden alcanzarse los ("? C sin riesgo de 2ue se ,ormen &roductos

secundarios#

> Presiones 2ue van desde $?>-? bar; &udiendo ser incluso su&eriores a los .?

bar#

> Relaci'n de alimentaci'n hidr'geno>hidrocarburo su&eriores a 3#

Como se ha mencionado con anterioridad; la clasi,icaci'n de los &rocesos

e1istentes &ara la obtenci'n del &roducto de interés &uede realizarse

atendiendo a diversos criterios#

Por tanto; el método elegido &ara la &roducci'n de ciclohe1ano estar) basado

en la hidrogenaci'n del benceno# 4ste &roceso e1ige 2ue la materia &rima

benceno &osea una alta &ureza# Ho8 en día; la &ureza de la materia &rima no

su&one un im&edimento &ara el desarrollo de la reacci'n &uesto 2ue se

dis&one de tecnologías su,icientemente avanzadas 2ue &ermiten obtener

benceno de mu8 alta &ureza 8 &r)cticamente libre de azu,re#

4ste &roceso de hidrogenaci'n del benceno com&render) dos ,ases

&rinci&ales

Fase de reacci'n &ara la trans,ormaci'n de la materia &rima en el

&roceso de interés# Proceso de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento del &roducto ,inal obtenido#

&ase de eacci4n

Para seleccionar el sistema de reacci'n m)s adecuado deben contem&larse los

siguientes as&ectos

>4stado de agregaci'n de la mezcla reaccionante#

> %ise5o del sistema de reacci'n

> Com&ortamiento del lecho catalítico

> Sistema de disi&aci'n de energía



37/94

3

• 4stado de agregaci'n de la mezcla reaccionante

9a hidrogenaci'n del benceno &uede llevarse a cabo en ,ase lí2uida o en ,ase

va&or#

%e&endiendo de un estado de agregaci'n u otro; cambiar)n las condiciones del

&roceso# 9os &rocesos desarrollados en ,ase va∨ m)s actuales; &resentan

las siguientes venta=as ,rente a los 2ue se desarrollan en ,ase lí2uida

> Favorecen la se&araci'n de sustrato 8 catalizador#

> Re2uieren menores tiem&os de residencia &ara alcanzar una misma

conversi'n# 4stos tiem&os menores &ermiten; 2ue &ese a las altas

tem&eraturas; se evite la isomerizaci'n del ciclohe1ano a metilciclo&entano#

4n base a estos argumentos; se o&ta &or la elecci'n de un &roceso 2ue

&ermita desarrollar la reacci'n &artiendo de una alimentaci'n en ,ase gaseosa#

• %ise5o del sistema de reacci'n

9a com&le=idad de la reacci'n e1ige el em&leo de un método de o&eraci'n 2ue

ante todo &ermita llegar a una situaci'n '&tima entre la conversi'n alcanzadaen el e2uilibrio 8 la velocidad de reacci'n# Se recurre &ara ello la dis&osici'n de

un reactor multitubular donde se traba=ar) a ma8or tem&eratura 8 &resi'n

,avoreciendo la velocidad de reacci'n a costa de alcanzar una conversi'n

'&tima#

Com&ortamiento del lecho catalítico

4l ti&o de lecho a em&lear se determinar) en base al tama5o de las &artículas

de catalizador a em&lear en el sistema así como a la ca&acidad del mismo &ara

&aliar los &roblemas derivados de los &er,iles de concentraci'n 8 tem&eratura

desarrollados en el seno del lecho#

9os lechos ,i=os &resentan un &er,il de tem&eraturas m)s acusado con res&ecto

a los de lecho ,luidizado; sin embargo; su ,uncionamiento es m)s sencillo#



38/94

3&

7asados en este hecho 8; teniendo en cuenta 2ue el tama5o de las &artículas

seleccionadas &ara la reacci'n @(;">" mmB se adecua a las es&eci,icaciones

&ara las reacciones 2ue se desarrollan en lechos ,i=os; se o&ta &or el dise5o de

un reactor multitubular de lecho ,i=o#

• Sistema de disi&aci'n de energía

4s im&ortante &ensar en el dise5o del sistema m)s adecuado &ara disi&ar la

energía 2ue se des&rende durante el &roceso# Para ello se dis&ondr) de un

reactor multitubular de lecho ,i=o; 2ue &ara las mismas condiciones de

o&eraci'n; &resentan una ma8or )rea de trans,erencia &ara la disi&aci'n de la

energía generada &or la reacci'n e1otérmica#

4ste ti&o de reactor; adem)s; a8udar) a &aliar las de,iciencias de los reactores

de lecho ,i=o ,rente a los de lecho ,luidizado con res&ecto a la a&arici'n de

&er,iles de tem&eratura a lo largo de la unidad de reacci'n#

Mna vez analizados todos estos as&ectos; el método em&leado &ara desarrollar

la reacci'n se basa en dis&oner un reactor multitubular de lecho ,i=o donde lareacci'n de hidrogenaci'n de benceno tendr) lugar en ,ase gaseosa 8 la

re,rigeraci'n se llevar) a cabo &or medio de agua &rocedente de la red de

calderas de la Re,inería 2ue circular) a través de la carcasa abandonando el

sistema como va&or de agua de ba=a &resi'n#

9as razones 2ue =usti,ican o&tar &or tal dise5o del sistema de reacci'n se

basan en 2ue 9a dis&osici'n del reactor es el sistema actual m)s di,undido a nivel de

la industria 2uímica &ara reacciones de hidrogenaci'n de benceno# 9a disi&aci'n de calor se ve ,avorecida al dis&oner de un reactor

multitubular 2ue incrementan el )rea de transmisi'n de calor# 4l di)metro de las &artículas de catalizador seleccionadas; (;"

milímetros; es a&ro&iado &ara el em&leo de reactores de lecho ,i=o ,rente

a los de lecho ,luidizado#



39/94

37

9as reacciones desarrolladas en ,ase gaseosa ,avorecen la se&araci'n

entre el sustrato 8 el catalizador; así como disminu8en el tiem&o de

residencia; &or lo 2ue e1iste menor &osibilidad de 2ue a&arezcan las

reacciones secundarias de isomerizaci'n#

&ase de 3ui8icaci4n acondicionali2uido#

%onde se eliminar) la ma8or &arte de gases ligeros 2ue no han reaccionado 8

2ue se encuentran contenidos en la corriente de &roducto# 9a corriente lí2uida

resultante de este &roceso es la 2ue se someter) a un &roceso de en,riamiento

2ue &ermitir) acondicionarlo &ara su almacenamiento en de&'sitos#

,.$. DiaHa


40/94

41

&iHua 1!: diagrama del &roceso de &roducci'n de Ciclohe1ano en H8s8s

,.$.!. DiaHa


41/94

4(

Por tanto; el método elegido &ara la &roducci'n de ciclohe1ano estar) basado

en la hidrogenaci'n del benceno; este &roceso e1ige 2ue la materia &rima

benceno &osea una alta &ureza#

A nivel industrial; el &roceso de obtenci'n de ciclohe1ano se com&one de dos

eta&as ,undamentales

Z 4ta&a de reacci'n#

Z 4ta&a de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento del &roducto ,inal#

9a línea de &roceso 2ue se va a dise5ar se estructura en tres &artes

,undamentales 2ue son las siguientes

> [ona de almacenamiento de la materia &rima 8 del &roducto

Com&rende el sistema de tan2ues necesarios &ara de&ositar la materia &rima

recibida 8 el &roducto 8 el dise5o de los sistemas de im&ulsi'n desde el tan2ue

de las materias &rimas hasta la zona de reacci'n#

> [ona de reacci'n# 4st) ,ormada &or los e2ui&os &ro&ios &ara el

&retratamiento de la materia &rima reaccionante 8 las unidades de reacci'n#

> [ona de &uri,icaci'n 8 acondicionamiento del &roducto ,inal # 4l coraz'n de

esta secci'n lo constitu8e un se&arador de ,ases gas * lí2uido; 8 &ara su

acondicionamiento de&ende de un intercambiador#

4l &roceso &ro8ectado &resenta las siguientes unidades


42/94

42

4sta &rimera zona est) ,ormada &or los de&'sitos de benceno e hidrogeno

contenidos en su corres&ondiente cubeto e inde&endiente de los de&'sitos de

almacenamiento del &roducto ciclohe1ano; la corriente de benceno se cambiara

de ,ase &ara 2ue se mezcle con hidrogeno# 9a corriente &asara &or un

intercambiador aumentando la tem&eratura a /? C#

,.%.! +ona de eacci4n

Se com&one de un intercambiador de calor @4>$$$B 2ue &ermiten elevar la

tem&eratura de la corriente 8 una unidad de reacci'n &ara la trans,ormaci'n de

la materia &rima a ciclohe1ano#

Antes de su entrada en el &rimer intercambiador de calor; la corriente de

benceno se unir) a la de hidr'geno de manera 2ue la relaci'n de alimentaci'n

hidr'geno hidrocarburo 2ue entra en la &rimera unidad de reacci'n @R>$$?B

ser) de 3#

4sta corriente se introduce en el intercambiador de carcasa 8 tubo construido

en acero ino1idable AS -$39 aumentando su tem&eratura hasta $./# C#


43/94

43


44/94

44

circular &or el interior de los tubos; mientras 2ue el segundo ,luido circula &or el

interior de la carcasa ba5ando los tubos del haz &or su &arte e1terior#

4n los e1tremos del haz de tubos se dis&onen cabezales del intercambiador

2ue; mediante unas &lacas a&ro&iadamente dis&uestas; obligan al ,luido 2uecircula &or el interior de los tubos a recorrer un camino sinuoso &or el haz de

tubos#

Asimismo; diversos tabi2ues de,lectores colocados en la carcasa hacen 2ue el

,luido e1terno circule en direcci'n lo m)s &er&endicular &osible al haz de tubos;

me=or)ndose la transmisi'n de calor# 4s me=or encontrar intercambiadores de

calor de (; .;/; etc#; &asos de tubos# %e la misma manera e1iste la &osibilidad

de dise5arlos con varios &asos de carcasa#

4stos intercambiadores son los m)s e1tendidos; 8a 2ue &resentan una gran

,acilidad de lim&ieza 8 mantenimiento; así como una gran su&er,icie de

trans,erencia# Son id'neos &ara intercambio de calor de &roductos de elevado

caudal#

Por todo esto; en el &resente Pro8ecto se dise5an intercambiadores de calor de

contracorriente del ti&o carcasa 8 tubos; dado su ,acilidad de lim&ieza 8

mantenimiento; así como &or su elevada su&er,icie de trans,erencia#

4sta elecci'n est) basada; adem)s; en las condiciones 8 &ro&iedades ,ísicas

del &roceso; &uesto 2ue las corrientes a en,riar 8 calentar &resentan un caudal

mu8 alto con un calor a intercambiar elevado#


45/94

45

&iHua 1%: ntercambiador

de carcasa de tubos

,.'.$ Reacto

4l dise5o del sistema de

reacci'n re2uerido &ara abordar la reacci'n de hidrogenaci'n de benceno est)

basado en la selecci'n del &rocedimiento m)s adecuado &ara disi&ar el calor

generado durante la reacci'n#


46/94

46

• Reactor de lecho ,luidizado donde la disi&aci'n de calor se logra

recirculando &arte del catalizador em&leado en la reacci'n al seno

interno del reactor#

9a &rinci&al venta=a de estos reactores reside en el grado de uni,ormidad 2ue

se registra en el control de la tem&eratura debido al movimiento r)&ido 8

continuo de las &artículas de catalizador en el interior del lecho; venta=a

im&ortante en el caso de reacciones adiab)ticas; elimin)ndose los &untos

calientes &ro&ios de los reactores de lecho ,i=o#

4ste ti&o de lecho &resenta también una menor &érdida de carga a su través 8

,avorece el &roceso de regeneraci'n del catalizador no contem&lado en el casode los reactores de lecho ,i=o#

Su &rinci&al inconveniente; si se com&ara con los reactores de lecho ,i=o; est)

asociado a una menor conversi'n de los reactivos así como una ma8or

di,icultad técnica &ara mantener la tem&eratura del sistema &or deba=o de un

determinado nivel#

%entro de las dos con,iguraciones &osibles &ara un reactor de lecho ,i=o; seo&ta &or el em&leo del reactor multitubular gracias a 2ue

• Su em&leo est) es&ecialmente indicado &ara reacciones 2ue transcurren

en ,ase gaseosa• %is&one de una ma8or su&er,icie de intercambio de calor &ara un mismo

tama5o del reactor#• 4n base a estos criterios; el sistema de reacci'n dise5ado estar)

,ormado &or dos• reactores multitubulares de lecho ,i=o o&erando en las condiciones de

traba=o m)s ,avorables 2ue &ermitan realizar un control e1haustivo de

las variables tem&eratura; conversi'n 8 velocidad de reacci'n#



47/94

4

&iHua 1': Reactor multitubular de lecho ,i=o

@levens&iel; (??3B

,.'.% Co


48/94

4&

&iHua 1(: Funcionamiento interno de un com&resor centrí,ugo

,.( Ecuaciones de diseo de e;ui3os

,.(.! Reacto

Se em&leara el dise5o de un reactor tubular de lecho ,i=o &ara convertir el

benceno en ciclohe1ano; em&leando como catalizador el H.??# 4l ti&o de

reactor em&leado es un reactor de lecho ,i=o catalítico cilíndrico em&acado#

9a relaci'n 2ue tiene en el convertidor es

C(( 2 $! I C(1!

C>5cu5o de 5as 3o3iedades te


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47

]C& se calcula gr),icamente conociendo los valores de Pr 8


50/94

51

&iHua 1): Correcci'n de C& a altas &resiones @Mniversidad colombianaB

Dete


51/94

5(

4n esta correlaci'n; ^i se re,iere a los coe,icientes este2uiométricos de las

es&ecies 8 ]HF

+ a la ental&ía de ,ormaci'n de cada uno de los com&uestos# Para los

elementos en estado &uro el valor de esta ental&ía es nulo# Así &ues los valores

corres&ondientes de esta &ro&iedad &ara cada com&uesto son los siguientes

Ta=5a 1%: 4ntal&ia de los com&uestos @carrera>mantilla; J# llano> Restre&o 0##(??.B



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52

Cintica de 5a eacci4n de 6idoHenaci4n

Admitiendo 2ue se cum&le la 9e8 de Raoult; se &uede e1&resar

O las ,racciones molares se obtienen como

%eterminaci'n de la velocidad de reacci'n



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53

Ba5ance de


54/94

54

&9:cat)

1 1 422'156'3&5&63

2&7'453 1'14 424'122&26'3134&63

5&3'234 1'1& 424'((56'22&3&63

&25'65 1'((5 426'(54&526'(532&63

(123'65 1'(34 426'435546'1&(&63

(234'7& 1'(5 42&'467&6'1131&63

(432'675 1'(6 42&'765(465'727&63

(631'572 1'(7 431'7765&25'&52&&63

(&2&'4&7 1'2(& 43('6&35455'&63

2126'3&6 1'254 433'1(45'126&63

2224'2&3 1'27& 434'665245'625&63

2422'(& 1'345 436'&33325'5524&63

2621'1 1'412 43'7643(5'43&63

2&('74 1'46 441'2413645'4122&63

31(5'&( 1'54 44('6333&75'32(&63

32(3'6& 1'634 444'1542(5'2521&63

34(('665 1'(3 445'427(5'(67&63

3617'562 1'&(2 44&'3511125'(1(&&63

3&1'457 1'&& 451'36773(5'126&63

4115'356 1'7(2 453'212744'75(6&63

4213'253 1'737 455'5&3&44'&65&63

441('(5 1'756 45&'651354'&1(4&63

4577'17 1'76 46('34434'263&63



55/94

55

476'744 1'7& 464'54&1164'65(2&63

4774'&4( 1'7& 46'23744'56(&63

5(72'3& 1'7&2 41'1(7634'51(1&63

5371'65 1'7&4 42'634'4265666

&

55&7'532 1'7&6 45'51564'35(67&

7

5&6'427 1'7&& 4&'2474'26&6

6



56/94

,.(.$ Inteca,t(>

F7tu; &or lo tanto

Rrequerido=0.001+0.0005=0.0015 Btu

ft 2℉



57/94

9a caída de &resi'n &ermisible en el tubo 8 la coraza tendr) un valor m)1imo

de10

l!f

pul"2 #

C)lculo del )rea de trans,erencia de calor

C)lculo del calor des&rendido en la coraza

,t(>F

Calculamos el )rea de trans,erencia



58/94

AT = #c

Fc∗ MDT ∗* D

C)lculo del n:mero de tubos

Para el c)lculo de n:mero de tubos; asumiremos una longitud de $3 &ies; con

tubos de

3/4 &lg %4; $/ 7G; &or lo tanto el )rea es&ecí,ica ser) de ?#-("

pie2

pie lineal

} *L}a¿

ntu!o+= AT ¿

Características del intercambiador

Seg:n las tablas 8 $? del a&éndice del Eern; se asumir)

• Arreglo triangular &ara los tubos• %4 de 3/4 &lg; $/7G

• 3 &asos en los tubos• - &asos en la coraza• Pt de $ &lg• %i)metro interno de la coraza de -- &lg• %istancia entre ba,les m)1ima; es decir el di)metro de la coraza; (-#("

&lg#• N:mero de tubos igual a 63? @asumimos &or encima del n:mero

calculado 6"(B

Calculo de M% corregido

Calculamos el )rea corregida

} *L*n} rsub {tubos} = {pies} ^ {2}

a¿

AT =¿

Calculamos el M% corregido



59/94


60/94

C)lculos en los tubos @corriente ,ríaB

i∗ De

0 =0,027∗( De∗. μ )

0,8

∗(%p∗ μ0 )1

3∗( μ μp )0,14

rea es&ecí,ica de la tubería de -. $/ 7G

di=0.652 pul"=0.0543 pie+

aT =a∗¿ tu!o+¿ pa+o+

= pie2

a=/ di

2

4

.= 2

aT =

l!

pie2∗

( μ

μp )

0,14

=1

O se calculai=

BT*

pie2

1 F con

i∗ De

0 =0,027∗( De∗. μ )

0,8

∗(%p∗ μ0 )1

3∗( μ μp )0,14

Posteriormente calculamos

io=i di

do

C)lculo del coe,iciente lim&io

* c=io∗oio+o

= BT*

pie21 F



61/94

C)lculo del ,actor de obstrucci'n

Rd= 1

* D−

1

* c=

pie21 F

BT*

4l cu)l sale ma8or al Rd re2uerido @0.002

Btu

ft 2

℉ B; &or lo tanto hasta el

momento nuestro intercambiador; es adecuado; sin embargo debemos validarlo

con las caídas de &resi'n en el tubo 8 la coraza; las cuales no deben ser

su&eriores a10

l!f

pul"2 #

Calculo de la caída de &resi'n en la coraza

Para la caída de &resi'n en la coraza

& P=f ∗. +

2∗ D+∗( N +1 )

2 "c∗ ρ∗ De∗3+

)e calculaℜ 4 5de lafi"ura29del 6ern f = pie

2

pul"2

ρcaliente=0.269 l!m/ pie3

Di=33 pul"=2.75 pie

De=0.71 pie+

3+=1

N +1= 12

23.25

16

=8.26

C)lculo de la caída de &resi'n en los tubos



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63/94


64/94

Ta=5a 1': %atos de corriente de entrada 8 salida del intercambiador

,.).! Tan;ue $?? del &roceso de ciclohe1ano

Ta=5a 1(: %atos de corriente de entrada 8 salida de la mezcladora



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,.).$ Co$?? &ara la recirculaci'n de gases

No


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,.).% Inteca$-( &ara calentar la materia &rima

No


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&iHua !!: Reactor G7R>$?? &ara la obtenci'n de ciclohe1ano

Nom+re 4 3 A Ener:ía

del reactor

=apor $ 1 $ 1

'emperatura &>C) $./;? 214'4 (?.;. 1

Presión &$ar) 3;-/? 4'417 .;.? 1

($//((/;(- =45564872

Ta=5a 1/: %atos de corriente de entrada 8 salida del reactor

,.).( Inteca


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&iHua !$: Condensador 4>$?( &ara en,riar el &roducto

No


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&iHua !%: Se&arador gas>li2uido vertical >$??

Nom+re B 8

=apor ?;"3.3 1'11 (

'emperatura &>C) 6/;?? '33 '33

Presión &$ar) 6;"? '(6 '(6


70/94

9 a &lani,icaci'n de &ro8ectos es obtener una distribuci'n de las actividades en

el tiem&o 8 una utilizaci'n de los recursos 2ue minimice el coste del &ro8ecto

cum&liendo con los condicionantes e1igidos de &lazo de e=ecuci'n; tecnología

a utilizar; recursos dis&onibles; nivel m)1imo de ocu&aci'n de dichos recursos;

etc#

9a distribuci'n en el tiem&o de dichas actividades 8 la consideraci'n de los

recursos necesarios son las ,unciones a desarrollar en la &lani,icaci'n de

&ro8ectos;

9a distribuci'n en el tiem&o de dichas actividades se dividen en tres eta&as

4studio de ,actibilidad del &ro8ecto; %ise5o de &ro8ecto e inicio de

o&eraciones#



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con los constructores de ma2uina 8 e2ui&os-#(# Firma de contrato con los ,inanciadoresde los materiales;

nsumos 8 otros-#- Construcci'n de obras civiles-#. Com&ra; monta=e e instaci'n de&roductos

-#" Com&ra de materiales &rimas e insumos-#3 Contratai'n 8 ca&acitaci'n del &ersonal-#6 nicio de &rueba de ,uncionamiento 8&roducci'n-#/ eri,icaci'n 8 a=ustes-# Puesta en marcha



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10 EVALUACION &INANCIERA

10.1 Intoducci4n

9a evaluaci'n ,inanciera mide los méritos internos 8 e1ternos del &ro8ecto#


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10.$ Va5o actua5 neto V.A.N.

4l valor actual neto generado &or un &ro8ecto es el valor actualizado de las

di,erencias entre las entradas 8 salidas de e,ectivo 2ue suceden durante la

vida :til de un &ro8ecto a una tasa de interés &rede,inida#

• 4l #A#N# ? se ace&ta el &ro8ecto#• 4l #A#N# D ? indi,erencia#• 4l #A#N# ? se rechaza el &ro8ecto#

9a tasa de descuento a utilizarse en el &ro8ecto es del $3 de acuerdo a la

tasa de interés del sector &roductor de alimento balanceado#

10.% Tasa intena de etono T.I.R

4s la tasa a la cual el valor actualizado de los ingresos en e,ectivo es igual al

valor actualizado de la salida de e,ectivoX la inversi'n se debe e,ectuar si la


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% mda Dcosto de modulo desnudo ajustado

% md=co+tode modulode+nudo

% fo!=co+to a8u+tado

% !=co+to !a+e

O

% modulo=1.15 9% mda

%onde Cm'dulo nos indica el costo real del e2ui&o en la actualidad 8 Cmda modulocorregido en base al m'dulo desnudo#

Fig. Valores de índice de construcción de plantas

10.( DISEO DE EUI"OS

%4


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Costo base de intercambiadores de calor

% !=1000 :

Factor modulo

% md=% !∗factor

% md=1000∗3.39=3390



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Factor de material de la coraza

Fd D $

F& D ?Fm D $#?"% fo!=1000∗1.05 (0+1 )

% fo!=1050

% mda=3390+(1050−1000)

% mda=3440(enela;o1968)

% mda (actual )=3440∗394.1

113.7

% mda (actual )=11923:

% modulo=11923∗1.15

% modulo=13712:

DETERMINACION DEL COSTO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR

%atos rea de trans,erencia $( ,t(



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% !=1000 :

Factor modulo

% md=% !∗factor

% md=1000∗3.39=3390



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Factor de material de la coraza

Fd D $

F& D ?Fm D $#?"% fo!=1000∗1.05 (0+1 )

% fo!=1050

% md a=3390+(1050−1000)

% mda=3440(enela;o1968)

% mda (actual )=3440∗394.1

113.7


% modulo=11923∗1.15

% modulo=13712:

DETERMINACION DEL COSTO DEL REACTOR

olumen del reactor D -;/ m-



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Para determinar el costo del reactor se lo considera como un reci&iente de

&roceso de características es&eciales# Seg:n Jiménez tenemos



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Gra,ica sedetermin' un

costo a&ro1imado

%e la gr),ica encontramos un costo base Costo base D $$?? : u+

%e la tabla de a=uste se determina

F& D $#?$ Fm D -#36

%e esta ,orma se determina 2ue el costo de sin a=uste

%o+to=%o+toBa+e 9 F p

9 F m



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%o+to)inA8u+tar=1100∗3.67∗1.01=4077,37 :u+

+bteniendo el valor Normalizado su&oniendo un ,actor de m'dulo de igual a $

%o+to=4077,37 91=4077,37 : u+

4l valor real del e2ui&o se determina &or

%o+toReal=4077,37+(4077,37−1100)=7054,74 : u+

Corrigiendo el valor &ara el a5o en curso e introduciendo un margen del $"&ara contingencias

%o+to RealTotal Actual=7054,74 93 -47 91 -15=28152: u+

DETERMINACION DEL COSTO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR

%atos rea de trans,erencia $"? ,t(


% !=1000 :

Factor modulo



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% fo!=1000∗1.06 (0+1 )

% fo!=1060

% mda=3390+(1060−1000)

% mda=3450(enela;o1968)

% mda (actual )=3450∗394.1

113.7


% modulo=11958∗1.15

% modulo=13752:

10.) RESUMEN DE COSTOS DE MAUINARIA # EUI"OS

Equipos Costo ($)

eactor !"#!

%ntercam&iador '##

*ezcladores ++

V,l-ula de separación #+'

otal "'/!

Para el c)lculo de la inversi'n ,i=a @FB

F D 4 W A

10., Ca3ita5 de Ta=aPo I:

4l ca&ital circulante se relaciona con la inversi'n inicial debido a 2ue es

necesario realizar una &rimera inversi'n en di,erentes costes de materiales

como materias &rimas 8 servicios &ara comenzar la &roducci'n# 4ste dinero esdestinado a di,erentes &agos &ara &oder hacer el ciclo &roductivo 8 ,inalmente



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vender el &roducto; des&ués de em&ezar la actividad econ'mica; también es

necesario este ca&ital &ara &oder hacer ,rente a los &agos de car)cter

inmediato#

Para &oder establecer un valor del ca&ital en circulaci'n; este se a&ro1ima a unrango de entre el $?>-? de las ventas# 4n una &rimera a&ro1imaci'n este

valor de las ventas &uede ser desconocido; se acaba a&licando 2ue el ca&ital

circulante es del $?>-? del inmovilizado; el valor est)ndar es del (?#

10./ CALCULO DEL COSTO DE INVERSION:

D F W

Costo ad


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9a utilidad bruta se obtiene restando el costo de e2ui&os au1iliares;

costos de &roducci'n a las ventas#

R D * CA * CP D a5o

I


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N4RS+N4S FJAS en MS

%4SCRPC+N %A M


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0ateria &rima C $6?3/ "$(?- /"--/ /"--/ /"--/

Catalizador C -$/$;. "..;( $"?6 $"?6 $"?6

7arril C /.( ("(3 .($? .($? .($?

4ti2uetas C-$/;"./-

/"";3."$

.$"(;6.$

$"(;6.$

$"(;6.$

(#> 0AN+ %4 +7RA /(-($;3 $$(3$(;/ $.(?. $.(?. $.(?.

Gerente de &roduccion CF $(6?" $(6?" $(6?" $(6?" $(6?"

+&erarios de &lanta CF "..6$ "..6$ "..6$ "..6$ "..6$

Personal eventual C $"$.";3 .".-3;/ 6"6(/ 6"6(/ 6"6(/

-#> GAS


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ingreso &or ventas ."$#3 .3.#-.6 .66#-"( .?#6$. "$?#???

PMNC @7ase m&onibleB >$3-$-( $3"" ".-3 >$/66 $((3($ $-/3"(

$- de >C >($(?6 (""" $(.?6 >(.36 $".$ $/?("

ACM0M9A%+ >($(?6 .6./ $6$"" $.3// -?3(/ ./3"-

A ? .6./ $(.?6 >(.36 -?3(/ $/?("

CA9CM9+ %4 0PM4S


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recu&eracion de E traba=o ? ? ? ? ? (?????

4GR4S+S $3-$-( -($/$3 .(6.6? "$"".6 .(66?/ "?$-36

inversiones totales $3-$-( .???? /???? /?"?? ? ?

costo de o&eraci'n ? ($(?.- (//$? .$"/(/ -3/?- -6$-./

im&uestos ? 366- "/"3? $($ "3$" $-??$

F9MJ+ N4$3-$-( $(//( -3/66 >-/$" 3-??" -$?($

,actor @$@$WiBnBD $ ?;?? ?;/(3." ?;6"$-$ ?;3/-?$ ?;3(?(

C+S


92/94

F9MJ+@4C4%4N.3$? ""?$ -?(-66

F9MJ+ ACM0M9A%+ >3-$-( "//-3 /66 .$3? 36/$ -$"/

R4N


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Procesos de trans,erencia de calorX %onald EernX 0c Graf Hill; MSA Procesos de trans&orte 8 o&eraciones unitarias Christie J# G4ANE+P9S

tercera edici'n 04C+; $/

Fogler; H Scott# 4lementos de ingeniería de las reacciones 2uímicas#4ditorial Prentice Hall . edici'n

$$#( Sitios de internet

htt&rodin#uca#es1mluihandle$?./36/?brofse

valueDCiclohe1anoQt8&eDsub=ect fff#bnamericas#com###&lanta>de>&roduccion>de>aromaticos>benceno htt&mcgrouco#uVresearchesc8clohe1ane>c1 htt&fff#reuters#comarticle(?$(?$$6idMS$$/.?3W$6>Jan>

(?$(W7(?$(?$$6 htt&fff#smarte1&ort#comesCiclohe1ano#(?($$#html htt&fff#&lastemart#comu&loadliteraturestead8>e1&ansion>global>

benzene ca&acit8>Asia>0iddle>4ast>forld>consum&tion>benzene#as& htt&fff#elcon,idencial2uimico#com(??/33el>&recio>del>benceno>

se>mantiene>&or>la>senda>alcista>en>(?$->8>sube>3>eurotm catarina#udlam1uZdlZatalesdocumentosl&ro###e###ca&itulo.#&d,

fff#di2uima#u&m#esoldZdi2uimadocencia###docsciclohe1ano(#&d, 01atos Económicos2%ndustriales3 ; Artículo &ublicado &or el N4 en

Febrero del (?$?; re,# ("/>C7# 41&eriencias de 7olivia sobre la ndustrializaci'n de los Recursos

Naturales 7olivia %ecreto Su&remo N (-$66; $( de =unio de $(


http://rodin.uca.es/xmlui/handle/10498/6780/browse?value=Ciclohexano&type=subjecthttp://rodin.uca.es/xmlui/handle/10498/6780/browse?value=Ciclohexano&type=subjecthttp://mcgroup.co.uk/researches/cyclohexane-cxhttp://www.reuters.com/article/2012/01/17/idUS118406+17-Jan-2012+BW20120117http://www.reuters.com/article/2012/01/17/idUS118406+17-Jan-2012+BW20120117http://www.smartexport.com/es/Ciclohexano.290211.htmlhttp://www.plastemart.com/upload/literature/steady-expansion-global-benzenehttp://www.plastemart.com/upload/literature/steady-expansion-global-benzenehttp://www.elconfidencialquimico.com/2/0/0/866/el-precio-del-benceno-se-mantiene-por-la-senda-alcista-en-2013-y-sube-69-eurotmhttp://www.elconfidencialquimico.com/2/0/0/866/el-precio-del-benceno-se-mantiene-por-la-senda-alcista-en-2013-y-sube-69-eurotmhttp://rodin.uca.es/xmlui/handle/10498/6780/browse?value=Ciclohexano&type=subjecthttp://rodin.uca.es/xmlui/handle/10498/6780/browse?value=Ciclohexano&type=subjecthttp://mcgroup.co.uk/researches/cyclohexane-cxhttp://www.reuters.com/article/2012/01/17/idUS118406+17-Jan-2012+BW20120117http://www.reuters.com/article/2012/01/17/idUS118406+17-Jan-2012+BW20120117http://www.smartexport.com/es/Ciclohexano.290211.htmlhttp://www.plastemart.com/upload/literature/steady-expansion-global-benzenehttp://www.plastemart.com/upload/literature/steady-expansion-global-benzenehttp://www.elconfidencialquimico.com/2/0/0/866/el-precio-del-benceno-se-mantiene-por-la-senda-alcista-en-2013-y-sube-69-eurotmhttp://www.elconfidencialquimico.com/2/0/0/866/el-precio-del-benceno-se-mantiene-por-la-senda-alcista-en-2013-y-sube-69-eurotm


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diseño de una planta ciclohexano

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