Proyecto Acroleina FINAL

PLANTA DE PRODUCCION DE ACROLEINA A PARTIR DE LA

OXIDACION PARCIAL CATALITICA DE PROPILENO

Curso:

Diseño de Plantas Químicas

Alumnos: Códigos

Castro Villar Elmer W. 09070153Huaita Ccoillo Luis E. 09070163Torpoco Camarena Liliam F. 09070041Traslaviña Farfan Julia F. 09070117

PRODUCCIÓN DE ACROLEÍNA A PARTIR DE LA OXIDACIÓN PARCIAL CATALÍTICA DE PROPILENO

Introducción

La acroleína es un material inflamable altamente tóxico con propiedades lacrimógenas extremas. A temperatura ambiente la acroleína es un líquido con volatilidad e inflamabilidad algo parecida a la acetona, pero a diferencia de la acetona, su solubilidad en el agua es limitada. Debido a su actividad antimicrobiana, la acroleína ha encontrado uso como un agente para controlar el crecimiento de microbios en las líneas de alimentación de procesos, controlando de este modo las tasas de taponamiento y la corrosión. También es usada como materia prima de polímeros como acrilonitrilo.La acroleína ha sido producida comercialmente desde 1938, sin embargo desde 1948, la acroleína se comenzó a producir a partir de la oxidación catalítica del propileno. Con el descubrimiento del catalizador de molibdato de bismuto (el catalizador que se empleará en este proyecto), fabricado por Sohio en el año 1957, se llegó a obtener una conversión de propileno de alrededor del 90% y una gran selectividad de acroleína. Es a partir del año 1959 que se comienza a producir acroleína utilizando este catalizador. Cerca de 500 000 toneladas de acroleína se produce de esta manera cada año en América del Norte, Europa y Japón.

El objetivo de este proyecto es el diseño de una instalación de base que de manera segura y eficiente producirá 120 000 toneladas métricas por año de acroleína a partir de propileno, aire y vapor de agua.

Acroleína

Es un líquido inflamable, tóxico e incoloro con desagradable olor a acre. Es el aldehído insaturado existente más simple, según la IUPAC, su nombre sistemático es Prop-2-en-1-al.

Propiedades:

Fórmula Molecular C3H4O

Masa Molar 56.06 g/mol

AparienciaIncoloro – amarillo

Olor Irritante

Densidad 0.839 g / mL

Punto de Fusión −88 °C

Punto de Ebullición 53 °C

Solubilidad en Agua Apreciable (> 10%)

http://en.wikipedia.org/wiki/Boiling_point

http://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_formula

Se pueden formar, pequeñas cantidades de acroleína, y dispersarse por el aire, cuando se queman aceites, árboles, tabaco y otras plantas, gasolina y petróleo.

Peligros y Reactividad:

La acroleína es una molécula pequeña con un enlace doble carbonado es por eso que es muy reactiva, esto a su vez hace que sea tóxica. Es una sustancia extremadamente inflamable tanto en fase gas como líquida. Esta sustancia tiende a polimerizarse con el tiempo formando una masa blanca amorfa, llamada disacrilo, insoluble en agua, alcohol, ácidos y álcalis. Esta polimerización puede evitarse con ácido sulfuroso, sulfito de calcio o hidroquinona. Asimismo, la acroleína se oxida lentamente en el aire a temperatura ordinaria para formar ácido acrílico

La acroleína es tóxica por ingestión, inhalación y cuando se absorbe por la piel. Debe manejarse con mucho cuidado en sistemas de reacción cerrados o en condiciones adecuadas de ventilación. La exposición de 1 ppm en el aire causa irritación en ojos y nariz en dos o tres minutos (efectos lacrimógenos).

Producción de Acroleína

La empresa alemana Degussa fue la primera en desarrollar a escala industrial la síntesis de acroleína a inicios de 1930, y comenzó su producción en 1942. El proceso clásico estaba basado en la condensación de acetaldehído con formaldehido:

ΔHrxn = –84 kJ/mol.

Esta reacción se lleva a cabo a una temperatura de entre 300°C y 320°C en fase gas sobre silicato de sodio / sílice.

Hoy en día, esta ruta ha sido reemplazada por la oxidación catalítica de propileno:

ΔHrxn = –368 kJ/mol.

cat.

http://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo

http://es.wikipedia.org/wiki/Gasolina

http://es.wikipedia.org/wiki/Tabaco

Shell fue la primera compañía en practicar esta oxidación en fase gaseosa en una unidad comercial (1958–1980). La reacción se lleva a cabo a 350–400°C sobre Cu2O/SiC con I2

como promotor. Desde entonces, otros catalizadores fueron desarrollados los cuales fueron aprovechados de la experiencia ganada en la manufactura de ácido acrílico y acrilonitrilo a partir del propeno.El descubrimiento de Sohio de las propiedades catalíticas del molibdato de bismuto y fosfomolibdatos también significó un progreso económico en la manufactura de acroleína. El proceso de Sohio es practicado comercialmente en muchas plantas. La oxidación con aire del propeno se lleva a cabo a 300–360°C y 1–2 bar sobre un catalizador de Bi2O3/MoO3 en lecho fijo. A partir de este catalizador basado en bismuto, varias firmas desarrollaron sistemas multicomponentes muy selectivos a partir de óxidos de metales de transición y alcalinos.Ugine-Kuhlmann, el más grande productor de acroleína en el mundo, actualmente opera una planta de 50 000 toneladas por año en Francia usando un catalizador de Nippon Shokubai basado en Mo, Bi, Fe, Co,W y otros aditivos. El catalizador es puesto en un reactor tubular de lecho fijo, a través del cual fluye un intercambiador de calor líquido. El propeno es oxidado con alta conversión (96%) con un exceso de aire en presencia de vapor a 350–450°C y una leve presión. Un ratio grande entre aire/propeno es necesario para mantener el estado de oxidación del catalizador por encima de un cierto nivel, de lo contrario, la selectividad de acroleína disminuye. Bajo estas condiciones, la selectividad puede alcanzar el 90% (basado en el C3H6). Los productos secundarios incluyen acetaldehído, ácido acrílico y ácido acético.Los gases a la salida son lavados con una cantidad limitada de agua para remover los productos secundarios ácido acrílico y ácido acético. Después de un lavado intenso con agua, la solución diluida de acroleína formada en la columna de absorción es purificada a acroleína en un separador. El producto bruto es separado de sustancias poco volátiles a altamente volátiles en una destilación de dos pasos y es fraccionada a una pureza de 95-97%. Debido a la tendencia de la acroleína a polimerizarse, inhibidores como la hidroquinona son añadidos en la destilación.

La Acroleína también puede producirse a partir del glicerol (glicerina), la cual se descompone a 280°C para formar acroleína. Esta ruta es atractiva cuando el glicerol es cogenerado en la producción de biodiesel a partir de ácidos grasos. La deshidratación del glicerol ha sido demostrada pero no se ha probado que esta ruta sea más competitiva que la a partir de petroquímicos.

Usos de la Acroleína

a) Es la materia prima básica para la producción del aminoácido metionina el cual es un nutriente básico para el desarrollo de los animales mamíferos.

b) La reducción química de la acroleína vía alcohol alílico es un proceso para la síntesis de glicerol.

c) Al hacer reaccionar acroleína con amoníaco son formados los aminoácidos: piridina y β-picolina.

d) La copolimerización oxidativa de acroleína con ácido acrílico forma poli(aldehídocarboxilatos) y su subsecuente conversión en una reacción tipo Cannizzario, produce poli(hidrocarboxilatos) con buena biodegradabilidad, buenas propiedades dispersantes y libres de elementos eutroficantes (nitrógeno y fósforo). Estos productos son aplicables en la industria de: papel, cerámica y detergentes.

e) Se emplea como señal de alarmas de refrigeración, dado que produce irritación en los ojos y en la nariz en dos o tres minutos, causa un dolor casi intolerable en cinco minutos.

f) Como lacrimógeno en la guerra.

g) En la desnaturalización de alcohol.

h) Como intermediario en la síntesis de colorantes.

i) Para desinfectar aguas de abastecimiento y aguas cloacales.

Descripción del proceso original

Un diagrama de flujo en bloques (BFD) así como un diagrama de flujo del proceso (PFD) es mostrado más adelante. Al reactor de lecho empacado ingresan corrientes de Propileno, vapor de agua y aire, donde oxígeno y propileno reaccionan para formar acroleína. El efluente del reactor es rápidamente enfriado con agua desionizada para prevenir futuras reacciones de oxidación homogéneas. Esta corriente es entonces dirigida hacia una columna de absorción, donde se recupera acroleína con agua en el fondo. El gas de salida de este absorbedor es dirigido a un incinerador para combustión. La corriente del fondo del absorbedor es luego destilada para separar la acroleína y propileno de agua y ácido acrílico. El fondo de este primer destilador, que consiste en agua residual y ácido acrílico, es enviado para tratamiento residual; mientras que el destilado es enviado a un segundo destilador donde el propileno es separado de la acroleína y del agua remanente del sistema. El destilado de este segundo destilador contiene 98.4% de propileno. La posibilidad de reciclar esta corriente puede investigarse. El fondo de la segunda torre de destilación es luego enviada a un tercer destilador donde la acroleína es separada del agua. El fondo de este destilador es enviado a un tratamiento residual, y el destilado consiste en 98% de acroleína pura.

Detalles importantes:

Típicamente el proceso opera entre 300 y 400°C y presiones de 150 a 250 kPa. El gas de alimentación contiene 5 a 10 % de propileno, el cual es mezclado con aire y un diluyente, el cual puede ser vapor de agua o algún gas residual del proceso. Una alta concentración de inertes y vapor es necesaria para evitar los límites de inflamabilidad del propileno. El ratio molar oxígeno/propileno debe estar en un valor alrededor de 1.5 porque valores más bajos hacen que la efectividad y tiempo de vida del catalizador disminuyan.

Por razones de seguridad, los siguientes criterios para la composición de entrada al reactor, deben ser estrictamente observados:

El porcentaje molar de inertes debe ser > 40%El porcentaje molar de oxígeno debe ser < 12%El porcentaje molar de propileno debe ser < 12%

La temperatura a través del reactor debe mantenerse debajo de 330°C. A temperaturas por encima de 330°C, depósitos de coque se forman en el catalizador.

Las siguientes reacciones dirigen la producción de acroleína:

Estas reacciones están acompañadas por la siguiente cinética:

ReacciónEnergía de activación

Factor pre-exponencial

x

i (kcal/kmol)

1 15 000 0.1080 C3H6

2 25 000 0.0162 C3H4O3 20 000 0.0108 C3H4O4 25 000 0.0054 C3H6

Diagrama de Bloques del Proceso (BFD)

Consideraciones iniciales en el Diseño del reactor:

Proceso en estado estacionario.

Reacción Isotérmica a la temperatura de 327°C.

Reacción Isobárica a la presión de 2 atm.

Conversión total del Propileno de 90%

Conversión del propileno a Acroleína = 88%

Caída de presión despreciable.

Gases ideales

Resultados de la simulación hecha en CHEMCAD para el proceso original:

Nro. de corriente 1 2 3 4Temperatura (°C) 204.0000 199.2245 160.0000 144.9113Presión (kPa) 1157.0000 203.0000 600.0000 203.0000Entalpía (MJ/h) 16106.0 16106.0 -5.2935E+005 -5.2935E+005Fracción molar de vapor 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000Total kmol/h 484.8000 484.8000 2222.0000 2222.0000Total kg/h 20400.8697 20400.8697 40029.3282 40029.3282Total std V m3/h 10866.14 10866.14 49803.12 49803.12Fracción molar de componentesPropileno 1.000000 1.000000 0.000000 0.000000Agua 0.000000 0.000000 1.000000 1.000000Oxígeno 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Nitrógeno 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Ácido Acrílico 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Acroleína 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Dióxido de carbono 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

Nro. de corriente 5 6 7 8Temperatura (°C) 24.8500 112.0557 139.9837 249.8500Presión (kPa) 101.0000 203.0000 203.0000 203.0000Entalpía (MJ/h) -32.938 7560.4 -5.0568E+005 -4.8252E+005Fracción molar de vapor 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000Total kmol/h 2975.4599 2975.4599 5682.2597 5682.2597Total kg/h 85890.1888 85890.1888 146320.3937 146320.3937Total std V m3/h 66690.91 66690.91 127360.16 127360.16Fracción molar de componentesPropileno 0.000000 0.000000 0.085318 0.085318Agua 0.000000 0.000000 0.391042 0.391042Oxígeno 0.213849 0.213849 0.111980 0.111980Nitrógeno 0.786151 0.786151 0.411660 0.411660Ácido Acrílico 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Acroleína 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Dióxido de carbono 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

Nro. de corriente 9 10 11 12Temperatura (°C) 319.8500 24.8500 24.8829 50.4248Presión (kPa) 197.0000 101.0000 197.0000 197.0000

Entalpía (MJ/h) -6.6495E+005

-2.6000E+007 -2.6000E+007 -2.6665E+007

Fracción molar de vapor

1.0000 0.00000 0.00000 0.029521

Total kmol/h 5682.8413 90900.0031 90900.0031 96582.8422Total kg/h 146320.0000 1637563.4833 1637563.4833 1783883.4234Total std V m3/h 127373.20 2037400.51 2037400.51 2164773.76Fracción molar de componentesPropileno 0.008531 0.000000 0.000000 0.000502Agua 0.477198 1.000000 1.000000 0.969239Oxígeno 0.016456 0.000000 0.000000 0.000968Nitrógeno 0.411618 0.000000 0.000000 0.024219Ácido Acrílico 0.004504 0.000000 0.000000 0.000265Acroleína 0.067565 0.000000 0.000000 0.003975Dióxido de carbono 0.014127 0.000000 0.000000 0.000831

Nro. de corriente 13 14 15 16Temperatura (°C) 24.8500 26.3748 46.6678 99.9099Presión (kPa) 101.0000 101.0000 101.0000 101.0000Entalpía (MJ/h) -5.7779E+006 -60142. -3.2383E+007 -3.1882E+007Fracción molar de vapor

0.00000 1.0000 0.00000 0.00000

Total kmol/h 20200.0009 2741.0534 114041.7897 113709.1080Total kg/h 363903.0120 80619.7006 2067166.9404 2049853.0929Total std V m3/h 452755.68 61437.00 2556092.42 2548635.80Fracción molar de componentesPropileno 0.000000 0.017414 0.000007 0.000000Agua 1.000000 0.034382 0.997157 0.999775Oxígeno 0.000000 0.034098 0.000000 0.000000Nitrógeno 0.000000 0.853135 0.000006 0.000000Ácido Acrílico 0.000000 0.000000 0.000224 0.000225Acroleína 0.000000 0.031989 0.002598 0.000000Dióxido de carbono 0.000000 0.028982 0.000007 0.000000

Nro. de corriente 17 18 19 20 21Temperatura (°C) 25.0000 50.0628 53.4097 52.6887 55.8105

Presión (kPa) 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000Entalpía (MJ/h) -43702. -2667.7 -39040. -22350. -8388.6Fracción molar de vapor 0.0042471 1.0000 0.00000 1.0000 0.00000Total kmol/h 332.7080 31.8438 300.8641 266.8647 33.9997Total kg/h 17314.1505 1743.2697 15570.8799 14684.6322 886.2583Total std V m3/h 7457.20 713.74 6743.46 5981.41 762.06Fracción molar de componentesPropileno 0.002247 0.023475 0.000000 0.000000 0.000000Agua 0.102538 0.001059 0.113279 0.027267 0.788387Oxígeno 0.000158 0.001652 0.000000 0.000000 0.000000Nitrógeno 0.002021 0.021119 0.000000 0.000000 0.000000Ácido Acrílico 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Acroleína 0.890503 0.926231 0.886721 0.972733 0.211613Dióxido de carbono 0.002533 0.026465 0.000000 0.000000 0.000000

Modificaciones hechas en el proceso original:

El proceso proporcionado por la bibliografía no concordaba con los resultados obtenidos en la simulación en el programa ChemCAD®, sobretodo en el absorbedor pues por el tope de este se va una gran cantidad de propileno. Es por eso que como gran parte del propileno se va con los gases, se coloca un destilador para separar la olefina de los demás gases y luego recircularla al reactor evitando así consumir esta materia prima. Como se muestra en el PDF siguiente, antes de que se recircule el propileno, la corriente de fondo de la torre 103 es mezclada con la corriente del tope de la torre 102 para luego destilarlas pues no solo contienen propileno sino también acroleína y agua y estas dos últimas sustancias deben separarse de la primera en la torre 104 para que esta sea recirculada. En esta recirculación se incluye un compresor y un intercambiador de calor para que entre al mezclador previo al reactor a condiciones similares de las otras corrientes.

La otra modificación que se hizo fue en la parte inferior del PFD. En la torre 102 se notó que en el fondo de esta se separa una gran cantidad de agua con trazas de ácido acrílico disuelto, por lo que se pensó en recircular una parte de este como vapor de agua diluyente en la mezcla reaccionante incorporando a esta corriente de reciclo dos intercambiadores de calor y un compresor para que entre al mezclador a condiciones similares que el resto de corrientes. El resto es purgado hacia tratamiento residual.

Resultados de la simulación hecha en CHEMCAD para el proceso original:

Nro. de Corriente 1 2 3 4

Temperatura (°C) 204.0000 199.2245 160.0000 144.9162

Presión (kPa) 1157.0000 203.0000 600.0000 203.0000

Entalpía (MJ/h) 10299. 10299. -5.2951E+005 -5.2951E+005

Fracción molar de vapor 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000

Total kmol/h 310.0000 310.0000 2222.5563 2222.5563

Total kg/h 13045.1101 13045.1101 40059.0172 40059.0172

Total std V m3/h 6948.23 6948.23 49815.59 49815.59

Fracción molar de componentes

Propileno 1.000000 1.000000 0.000000 0.000000

Agua 0.000000 0.000000 0.999836 0.999836

Oxígeno 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

Nitrógeno 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

Ácido acrílico 0.000000 0.000000 0.000164 0.000164

Acroleína 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

Dióxido de Carbono 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000


Temperatura (°C) 24.8500 112.0557 136.4079 250.0000Presión (kPa) 101.0000 203.0000 203.0000 203.0000Entalpía (MJ/h) -32.938 7560.4 -5.1079E+005 -4.8826E+005


Total kmol/h 2975.4599 2975.4599 5544.5107 5544.5107Total kg/h 85890.1888 85890.1888 140529.0000 140529.0000Total std V m3/h 66690.91 66690.91 124272.70 124272.70


Propileno 0.000000 0.000000 0.062124 0.062124

Agua 0.000000 0.000000 0.400791 0.400791Oxígeno 0.213849 0.213849 0.114788 0.114788Nitrógeno 0.786151 0.786151 0.422009 0.422009

Ácido acrílico 0.000000 0.000000 0.000066 0.000066

Acroleína 0.000000 0.000000 0.000110 0.000110


Nro. de Corriente 9 10 11 12Temperatura (°C) 319.8500 24.8500 24.8829 48.7547Presión (kPa) 197.0000 101.0000 197.0000 197.0000

Entalpía (MJ/h) -6.1450E+005

-2.6000E+007 -2.6000E+007 -2.6615E+007

Fracción molar de vapor

1.0000 0.00000 0.00000 0.030400

Total kmol/h 5544.9178 90900.0031 90900.0031 96445.0000Total kg/h 140528.5578 1637563.4833 1637563.4833 1778092.1828Total std V m3/h 124281.83 2037400.51 2037400.51 2161682.47Fracción molar de componentesPropileno 0.006212 0.000000 0.000000 0.000357Agua 0.463536 1.000000 1.000000 0.969157Oxígeno 0.045212 0.000000 0.000000 0.002599Nitrógeno 0.421978 0.000000 0.000000 0.024261Ácido acrílico 0.003352 0.000000 0.000000 0.000193Acroleína 0.049297 0.000000 0.000000 0.002834Dióxido de Carbono 0.010413 0.000000 0.000000 0.000599


Temperatura (°C) 24.8500 25.9000 45.2008 99.9094

Presión (kPa) 101.0000 101.0000 101.0000 101.0000

Entalpía (MJ/h) -5.7779E+006 -49810. -3.2343E+007 -3.1839E+007


Total kmol/h 20200.0009 2838.3607 113806.5595 113560.0000

Total kg/h 363903.0120 82711.0000 2059283.9586 2046786.1281

Total std V m3/h 452755.68 63618.02 2550820.05 2545291.47


Propileno 0.000000 0.011952 0.000005 0.000000

Agua 1.000000 0.033455 0.997968 0.999836

Oxígeno 0.000000 0.088275 0.000001 0.000000

Nitrógeno 0.000000 0.824124 0.000006 0.000000

Ácido acrílico 0.000000 0.000000 0.000163 0.000164

Acroleína 0.000000 0.022073 0.001851 0.000000



Temperatura (°C) -15.0000 -8.0179 -30.8693 55.8756

Presión (kPa) 101.0000 101.0000 101.0000 101.0000

Entalpía (MJ/h) -35017. -69364. 257.31 -66544.


Total kmol/h 246.7326 438.2639 36.4944 401.7698

Total kg/h 12499.2906 19149.9239 1534.5740 17615.3501

Total std V m3/h 5530.18 9823.09 817.97 9005.13


Propileno 0.002107 0.078593 0.943828 0.000000

Agua 0.138098 0.294411 0.000002 0.321154

Oxígeno 0.000573 0.000323 0.003875 0.000000

Nitrógeno 0.002725 0.001534 0.018425 0.000000

Ácido acrílico 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

Acroleína 0.853960 0.623711 0.016718 0.678846


Nro. de Corriente 21 22 23 24Temperatura (°C) 48.0000 59.2225 99.9094 99.9094Presión (kPa) 101.0000 101.0000 101.0000 101.0000Entalpía (MJ/h) -32253. -34517. -3.1216E+007 -6.2315E+005Fracción molar de vapor 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000Total kmol/h 276.1218 125.6475 111337.3161 2222.5563Total kg/h 15112.7463 2502.5849 2006726.6643 40059.0172Total std V m3/h 6188.90 2816.22 2495475.34 49815.59Fracción molar de componentesPropileno 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Agua 0.035003 0.949998 0.999836 0.999836Oxígeno 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Nitrógeno 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Ácido acrílico 0.000000 0.000000 0.000164 0.000164Acroleína 0.964997 0.050002 0.000000 0.000000Dióxido de Carbono 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

Nro. de Corriente 25 26 27 28Temperatura (°C) 120.0000 389.5074 -122.0808 -15.0000Presión (kPa) 101.0000 600.0000 101.0000 101.0000Entalpía (MJ/h) -5.3118E+005 -5.0994E+005 -33912. -34347.Fracción molar de vapor 1.0000 1.0000 1.0000 0.14866Total kmol/h 2222.5563 2222.5563 2646.8291 191.5316Total kg/h 40059.0172 40059.0172 76060.3247 6650.6333Total std V m3/h 49815.59 49815.59 59325.09 4292.92Fracción molar de componentesPropileno 0.000000 0.000000 0.000000 0.177123Agua 0.999836 0.999836 0.000000 0.495776Oxígeno 0.000000 0.000000 0.094663 0.000000Nitrógeno 0.000000 0.000000 0.883759 0.000000Ácido acrílico 0.000164 0.000164 0.000000 0.000000Acroleína 0.000000 0.000000 0.000000 0.327100Dióxido de Carbono 0.000000 0.000000 0.021578 0.000000

Nro. de Corriente 29 30Temperatura (°C) 3.8761 200.0000Presión (kPa) 203.0000 203.0000Entalpía (MJ/h) 327.30 867.82Fracción molar de vapor 1.0000 1.0000Total kmol/h 36.4944 36.4944Total kg/h 1534.5740 1534.5740Total std V m3/h 817.97 817.97Fracción molar de componentesPropileno 0.943828 0.943828Agua 0.000002 0.000002Oxígeno 0.003875 0.003875Nitrógeno 0.018425 0.018425Ácido acrílico 0.000000 0.000000Acroleína 0.016718 0.016718Dióxido de Carbono 0.017152 0.017152

ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS

Para hallar los diferentes costos de los equipos se hizo uso del libro de “Diseño de procesos de ingeniería química” por Jiménez Gutiérrez, Arturo.

COSTOS DEL ABSORBEDOR Y DE 4 COLUMAS DE DESTILACIÓN.

Hacemos uso de la siguiente ecuación para determinar los diámetros:

Hacemos uso de la siguiente ecuación para determinar las alturas de las columnas:

Tabla de datos del Chemcad para las columnas:

TorreD(Kmol/

h)R

Tdv(K)

P(atm)

V S n

T–101 2838.361 0 293 10.76

130 0.9

T–103 2436.7270.01

2293 1

0.761

30 0.9

T–102 300.000 0.22 293 10.76

150 0.9

T–104 36.49 10 293 10.76

130 0.9

T-105 276.00 1 293 10.76

130 0.9

Tabla N°1 de resultados usando las ecuaciones:

Torre Dc(m)Hc(m

)

T–101 5.6 24.6

T–103 5.22 24.6

T–102 2.0 38.0

T–104 2.1 24.6

T–105 2.47 24.6

Con la siguiente ecuación determinamos el capital BASE Cp (US$) para cada columna:

N (platos) Fq

1 3.0

4 2.5

7 2.0

10 1.5

>20 1.0

Material de construcción

FBM,

TraysAcero al carbón 1.2

Acero inoxidable

2.0

Fluorocarbon -

Ni-alloy 5.0

Hacemos uso de la Tabla N°1 para hallar los costos para el año 1996.

Tabla N°2 de resultados de Costos:

Torre 1996, (US$)

T–101 97202.70

T–103 85820.16

T–102 34492.80

T–104 21974.99

T–105 26708.42

INDICE DE COSTOS (CHEMICAL ENGINEERING)

Año Marshall Chemical1995 1028.0 381.01996 1039.1 382.01997 1056.8 386.51998 1061.9 389.51999 1068.3 390.62000 1089.0 394.12001 1093.9 394.32002 1104.2 395.62003 1123.6 402.02004 1178.5 444.22005 1244.5 468.22006 1302.3 499.62007 1373.3 525.42008 1400.0 552.02009 1450.0 570.02010 1498.0 591.02011 1538.0 613.02012 1589.0 638.02013 1624.0 654.02014 1687.0 679.0

TABLA N°3 Costos de las columnas 2013

Torre 1996, (US$) 2013, (US$)

T-101 97,202.70 166,415.1

T–103 85,820.16 146,927.7

T–102 34,492.80 59,053.11

T–104 21,974.99 37,622.10

T–105 26,708.42 45,725.93

TOTAL 455,743.94

COSTO DEL REACTOR:

Según la referencia: Martínez V. Carlos MSc. “Producción de Acroleína a partir de la oxidación parcial de propileno usando un sistema catalítico Sb-Sn-O”, Universidad Autónoma Metropolitana de Iztapalapa, México 1997, para un reactor de lecho fluidizado de 31.4159 m3 y para una producción de 34.8411 kmol/h de acroleína, en el año de 1997, el costo fue de US$ 660 000.

Para el presente caso, la producción de acroleína es de 266.52 kmol/h y el volumen se determinó con un valor de 10.18 m3. Por lo tanto, reescalando y actualizando el costo con la regla de seis décimas y con el uso de los índices de costo de la revista Chemical Engineering, respectivamente, se obtiene:

COSTO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR Para realizar dichos cálculos usaremos el método de Guthrie del libro de “Diseño de procesos de ingeniería química” por Jiménez Gutiérrez, Arturo.

Para ello estimaremos primero el costo de una unidad de 159,304ft2 de la figura 3.3

Figura 3.3

Costo base (Cbase)=$329,182.00

Los factores de ajuste son :

Factores de ajuste

Tipo de diseño

Fd Presion diseño (psia)

Fp TIPO MATERIAL

Fm

Cabeza flotante

1.0 INFERIOR A 150

0.00 AC/AC 1.00

Tubo U 0.85 400 0.25 AC/LATON 1.25OTROS 0.9 800 0.52 AC/TITANIO 7.25

Fd=0.9 (tipo de diseño)

Fp=0.0 (presión de diseño)

Fm=1.0 (material de construcción)

Costo de intercambiador de calor ajustado

(Cfob) = Cbase (Fd + Fp) Fm

Cfob=$329182 (0.9+0.0) 1.0

Cfob =$296263.00

Para el intercambiador de calor , el factor modulo desnudo ( tabla 3.2)

Factores modulo

Unidad Factor moduloHorno de proceso 2.30

Calentadores fuego directo 2.30Intercambiador calor 3.39

Enfriador aire 2.54Recipiente vertical 4.34

Bombas 3.48

Factor modulo =3.39

El costo de una unidad en año 1968

Cmd=$329182*3.39=$1115926.00

El costo de la unidad deseada se obtiene sumando el rubro anterior la diferencia entre Cfob y Cbase , lo cual da el modulo desnudo ajustado

Cmda= $1115926 + ($296263-$329182)

Cmda= $1083007.00

Este valor representa el costo de unidad deseada en 1968 , año base . para estimar el costo de la unidad en el año 2013, usemos los índices de costos ( CHEMICAL ENGINEERING)

Para 1968: 113.7

Para 2013: 654

Cmda=$1083007*654/113.7

Cmda=$6´229,438

Añadiendo 15% de contingencias

Costo=1.15xUS$6´229,438 = US$7´163,854.00

INVERSIÓN DE CAPITAL TOTAL PARA LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ACROLEÍNA

1.- COSTO EQUIPO ADQUIRIDO:

A continuación mostraremos los costos de los equipos más resaltantes de la planta de producción de acroleína (equipo adquirido), los cuales fueron obtenidos del programa ChemCAD ® y el Analisis Pinch

TABLA N°1 COSTO DE LOS EQUIPOS ADQUIRIDOS

N° EQUIPO ADQUIRIDO COSTO (US$)

1 5 COLUMNAS 455,743.94

2 INTERCAMBIADORES DE

CALOR7´163,854.00

3 1 REACTOR PBR 567,977.50

-COSTO EQUIPO

ADQUIRIDO9´023,721.44

El Costo Equipo Adquirido se halla a partir de la suma de los costos de los equipos especificados en el diagrama de bloques.

COSTO EQUIPO ADQUIRIDO = $ 9´023,721.44

2.- HALLAMOS LA INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO POR MEDIO DE LA TABLA 4 DEL LIBRO DE “DISEÑO DE PLANTAS Y SU EVALUACIÓN PARA INGENIEROS QUÍMICOS”.

TABLA 4. Variaciones típicas del porcentaje de inversiones del capital fijo para plantas nuevas de procesos múltiples o para grandes ampliaciones de las existentes.

Componente Rango de variación en %

Valores medios en %

COSTOS DIRECTOS

Equipo adquirido 20 - 40 32,5

Instalación del equipo adquirido 7,3 - 26,0 12,5

Instrumentación y controles (instalados) 2,5 - 7,0 4,3

Cañerías y tuberías (instaladas) 3,5 - 15,0 9,3

Instalaciones eléctricas (colocadas) 2,5 - 9,0 5,8

Obras civiles (incluyendo servicios) 6,0 - 20,0 11,5

Mejoras del terreno 1,5 - 5,0 3,2

Instalaciones de servicios (montadas) 8,1 - 35,0 18,3

Terreno 1,0 - 2,0 1,5

COSTOS INDIRECTOS

Ingeniería y supervisión 4,0 - 21,0 13,0

Gastos de construcción 4,8 - 22,0 14,5

Honorarios del contratista 1,5 - 5,0 3,0

Eventuales 6,0 - 18,0 12,3

PORCENTAJE DE BASE PARA VALORES MEDIOS

141,7

PARA HALLAR LA INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO SE DEBE TOMAR EN CUENTA QUE:

*Los cálculos a realizarse se efectuarán tanto para los costos directos como para los costos indirectos a partir del costo de equipo adquirido.

INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO = COSTOS DIRECTOS + COSTOS INDIRECTOS

INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO DE BASE 100%:

Relación % del total= (Valores medios en % x 100)/ (Porcentaje de base para valores medios)

REALIZANDO LA CONVERSIÓN LA TABLA QUEDA DE LA SIGUIENTE MANERA:

Componente Relación % del total

Costos de los componentes en

($)

Equipo adquirido 22.934 9023721.44

Instalación del equipo adquirido 8,825 3472326.75

Instrumentación y controles (instalados) 3,027 1191017.91

Cañerías y tuberías (instaladas) 6,569 2584670.19

Instalaciones eléctricas (colocadas) 4,096 1611631.77

Obras civiles (incluyendo servicios) 8,113 3192179.82

Mejoras del terreno 2,255 887263.09

Instalaciones de servicios (montadas) 12,911 5080023.87

Terreno 1.058 416285.74

Ingeniería y supervisión 9,171 3608465.56

Gastos de construcción 10,237 4027899.03

Honorarios del contratista 2,127 836899.60

Eventuales 8,677 3414093.96

PORCENTAJE DE INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO

100 39´346,478.74

INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO = US$ 39´346,478.74

3.- HALLAMOS LA INVERSIÓN DEL CAPITAL FIJO POR MEDIO DE LA TABLA 17 DEL LIBRO DE “DISEÑO DE PLANTA Y SU EVALUACIÓN PARA INGENIEROS QUÍMICOS”.

TABLA 17 Factores relativos para la estimación de la inversión de capital para los diversos rubros, basados en el costo de los equipos entregados.

RUBRO

Porcentaje del costo del equipo entregado para

Planta que procesa sólidos

Planta que procesa sólidos y fluidos

Planta que

procesa fluidos

Costo directo

Equipo adquirido y entregado (incluyendo equipo fabricado y maquinaria para el

proceso)100 100 100

Instalación del equipo adquirido 45 39 47

Instrumentación y controles (instalados) 9 13 18

Cañerías y tuberías (instalados) 16 31 66

Instalaciones eléctricas (colocada) 10 10 11

Obras civiles (incluyendo servicios) 25 29 18

Mejoras del terreno 13 10 10

Instalaciones de servicios (montadas) 40 55 70

Terreno (si es necesario adquirirlo) 6 6 6

Costo directo total de la planta 264 293 346

Costos indirectos

Ingeniería y supervisión 33 32 33

Gastos de construcción 39 34 41

Total de costos directos e indirectos de la planta

336 359 420

Honorarios del contratista (aproximadamente el 5% de los costos directos e indirectos de la

17 18 21

planta)

Eventuales (alrededor del 10% de los costos directos e indirectos de la planta)

34 36 42

Inversiones de capital fijo 387 413 483

Capital de trabajo (alrededor del 15% de la inversión total de capital)

68 74 86

Inversión total de capital 455 487 569

PARA HALLAR LA INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO SE DEBE TOMAR EN CUENTA QUE:

*Los cálculos a realizarse se efectuarán tanto para los costos directos como para los costos indirectos a partir del costo de equipo adquirido tomando como base 100%.

*La inversión de capital fijo se hallará a partir de la tabla 17 usando el proceso para fluidos.

INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO BASE 100% DE EQUIPO ADQUIRIDO Y ENTREGADO:

RUBROPlanta que procesa

fluidos Costos de cada

componente

Costo directo

Equipo adquirido y entregado (incluyendo equipo fabricado y maquinaria para el

proceso)100 9023721.44

Instalación del equipo adquirido 47 4241149.07

Instrumentación y controles (instalados) 18 1624269.85

Cañerías y tuberías (instalados) 66 5955656.15

Instalaciones eléctricas (colocada) 11 992609.35

Obras civiles (incluyendo servicios) 18 1624269.85

Mejoras del terreno 10 902372.14

Instalaciones de servicios (montadas) 70 6316605.00

Terreno (si es necesario adquirirlo) 6 541423.28

Costo directo total de la planta 346 31222076.18

Costos indirectos

Ingeniería y supervisión 33 2977828.075

Gastos de construcción 41 3699725.79

Total de costos directos e indirectos de la planta

420 37899630.05

Honorarios del contratista (aproximadamente el 5% de los costos

directos e indirectos de la planta)21 1894981.50

Eventuales (alrededor del 10% de los costos directos e indirectos de la planta)

42 3789963.00

Inversiones de capital fijo 483 43584574.56

Capital de trabajo (alrededor del 15% de la inversión total de capital)

86 7760400.43

Inversión total de capital 569 51344974.99

Bibliografía

1. West Virginia University, Large-scale Process design projects – Acrolein

INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO = US$ 43´584,574.5

CAPITAL DE TRABAJO =US$ 7´760,400.43

INVERSIÓN DE CAPITAL TOTAL = US$ 51´344,974.99

2. Chemical Reactor Engineering, Design projects - Acrolein, Robert Hesketh, Rowan University.

3. Martínez V. Carlos MSc. “Producción de Acroleína a partir de la oxidación parcial de propileno usando un sistema catalítico Sb-Sn-O”, Universidad Autónoma Metropolitana de Iztapalapa, México 1997.

4. http://en.wikipedia.org/wiki/Acrolein

5. Weissermel K., Arpe H.J. “Industrial Organic Chemistry” 3ra ed. Editorial Wiley&sons. USA 1997.

6. Revista “Chemical Engineering”

7. West Virginia University, Companion projects – Acrylic acid

Proyecto Acroleina FINAL

Documents

Transcript of Proyecto Acroleina FINAL