Acetato de Butilo PDF

 

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CIUDAD MADERO M ADERO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y BIOQUIMICA

Nombre

No. de Control

Briones Morales Efraín

11070707

Castillo Horta Alberto

11070673

Martínez Leal Mónica Elizabeth

11070488

Osorio de León Silvia Stephanie Informe del proyecto:

11071255

ACETATO DE BUTILO

Presenta:

 Asesor:

Ing. Vicente Mújica Campos

Cd. Madero, Tamaulipas

19 de Diciembre del 2014

 

Contenido 1.

Objetivo.........................................................................................................1

2. Mé Méto tod do d dee o ob bten tenci ció ón......................................................................................1 3. Ma Mate terria iass p prrim imas as y u uso so....................................................................................2 4.

An Anál ális isis is Pr Prel elim imin inar ar de dell Mer Merca cado do......................................................................3

5. Diagrama de flujo de proceso............................................................................5 6. Memorias de cálculo de equipos de proceso......................................................8 7.

Hojas de d datos atos de diseño diseño de equip equipos os d dee pr proceso oceso y ev evaluac aluación ión econó económica mica del

proceso.................... ....................................... ........................................ ....................................... ....................................... ............................... ...........27 27 8.- Diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID)...............................................29 9. Análisis de rentabilidad del proyecto...............................................................39 10.- CASH FLOW................................................................................................42 11. Conclusión:..................................................................................................42 12.- Bibliografia:.................................................................................................43

1

 

Índice de tablas y fguras Figura 1. 1 Esterificación 2.1 Método de obtención 4.1 Gráfica de producción mundial

Página 1 1

5.1 5.2 Diagrama Project de Flujo de Proceso 6.1 Introducción de los datos en Polymath 6.2 Resultados obtenidos en Polymath 6.3 Gráfica de   Rxn vs Xa obtenida en Polymath 6.4 Tabla Tabla de resultados a arrojados rrojados por el pr programa ograma 6.5 Representación de la torre de enfriamiento con sus componentes 6.6 Representación de las bombas contra incendio 8.1 Diagrama de tuberías e instrumentación 8.2 Tanque T-01 8.2 Tanque T-02 8.3 Tanque T-03 8.4 Ractor R-01 8.5 Bomba 09/10 8.6 Torre Torre de enfriamiento TE-01 8.7 Tanque T-05 8.8 Tanque T-06 8.9 Tanque T-07 8.10 Ta Tanque nque T-04 8.11 Caldera de vapor  8.12 Ta Tanque nque T-08 8.13 Columna C-01 8.14 Ta Tanque nque T-09 8.15 Bomba 21/22 8.16 Bomba 17/18 8.17 Almacenamiento final

Tabla 6.1 Pesos moleculares de los compuestos 6.2 Interpolación de la conversión 6.3 Etapas del reactor Batch 6.4. Materiales placas HYLSA-AMMSA 7.1 Hojas de datos de diseño 9. 1 Inversión inicial total del proyecto 9. 2 Costo de producción (Por tonelada / Acetato de Butilo) que produce

2

 

Objjet etiv ivo o 1. Ob Diseñar un proceso químico para la producción de Acetato de Butilo a partir de un isómero butanol y el ácido acético con la presencia de ácido sulfúrico catalítico para una producción producc ión de 25 000 Ton/Año. on/Año.

Esterificación: Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster. Un éster es un co comp mpues uesto to deriv derivad ado o fo form rmal alme ment nte e de la re reacc acció ión n quí químic mica a en entr tre e un ácid ácido o carboxílico y un alcohol.

2. Método de

Fi ura 1. 1 Est Esteri erific ficaci ación ón

obtención

  Figura 2.1 Método de obtención

3. Mate Materia riass prim primas as y uso uso

1

 

Acetato de Butilo Descripción   • •

•

Disolvente de volatilidad media. Líquido transparente, incoloro, de olor aromático característico. Miscible y poco soluble en agua. con hidrocarburos, cetonas, alcoholes, y éteres, Producido Produc ido por Esterificaci Esterificación ón direct directa a del Ácido Acético Acético con Alcohol Butílico, Butílico, en presencia de un catalizador se separa como un producto del fondo de alto punto de ebullición.

Materias primas Ácido Acético El ácido acético, también llamado ácido metilencarboxílico, y a menudo presente en forma de ion acetato, es un ácido presente en el vinagre, otorgándole a éste su peculiar y característico sabor y olor. La fórmula de éste ácido es CH3-COOH. Posee un punto de fusión de -16.6ºC, y su punto de ebullición es de 117.9ºC.

Butanol  Anteriormente se obtenía en la industria petroquímica mediante la reacción del propileno, con el intermediario butiraldehído. En la actualidad se obtiene mediante la fermentación de productos orgánicos.

  Usos del producto y aplicaciones. Para fabricación fabricación de pinturas, barni barnices, ces, tintas, tintas, thinners thinners,, solventes solventes,, ingredie ingredientes ntes farmacéuticos, lacas, adhesivos, cosméticos.

Anális álisis is Prelimi Preliminar nar del Mercad Mercado o 4. An 2

 

Vendedores Vend edores de materias primas  Ácido acético • • • • • • • • • • • • •

CHEMICAL CORPORATION JK Quimica Delta Galvanoquimica: Galvanoquimica: IMMEQ Tensioactivos Vasdyl  Alveg Raw Material Corporation S.A. de C.V. D´ Grosa Industrial Pochteca FARBE MR Químicos y Distribuidora SIRSA Univar de México, S.A. de C.V

Productores de acetato de Butilo Corporativo Quimico Global, SA de CV  Alveg Quimica Delta Brenntag Mexico D´ Grosa Industrial Pochteca  Aromas y Sabores Mexicanos GRUPO SOLQUIM  AMERIPOL C CHEMICAL HEMICAL SA DE CV Silcomer  •

• • • • • • • • •

Compradores de Acetato de Butilo Grupo aselac sa de cv compra ACETATO DE BUTILO - 120 Toneladas, Mensual. Dirección: Tezoyuca, ESTADO DE MEXICO, México Comercializadora alerman, s.a. de c.v. compra acetato de butilo - 600 Kilogramos, Mensual. Dirección: Tultepec, Edo. Méx., México Coorporativo integral alpha & omega compra acetato de butilo - 1,000 Litros, Semanal. Dirección: México D.F., D.F., México •

•

•

3

 

• •

Dupont Comex

Producción a Nivel Mundial Ton/Año   ALEMANIA: 181’000 Ton/Año  ESPAÑA: 102’000 Ton/Año  REUNIDO UNIDO : 32’000 Ton/ Año  USA: 1150’000 Ton/Año

ALEMANIA

ESPAÑA

REINO UNIDO

USA 4

 

Figura 4.1 Gráfica de producción mundial

5. Diagrama de flujo de proceso Descripción del proceso En los tanques de almacenamiento se tienen agua, ácido acético, Butanol y el catalizador (H2SO4) mediantes las bombas de cada tanque y el butanol pasa por  un calentador a 60 °C para ser enviado al reactor con un volumen de 40 m 3  y a 100 °C, para hacer reacción en el reactor y con el catalizador para acelerar la reacción en el menor tiempo específico y ahorrar tiempo y dinero a la empresa, el reactor se calienta mediante el vapor de la caldera y el vapor regresa a la torre de enfriamiento y al reactor para mantener una temperatura constante. El producto resultante del reactor se manda a un intercambiador de calor para enfriar el producto, el producto más pesado se manda al tanque de flasheo para mezclar los componentes mediante altas presiones. El tanque de flasheo manda el contenido a una torre de destilación para separar el producto más volátil en este caso el butanol y regresándolo al reactor para su aprovechamiento, el producto final el acetato de butilo que es el producto que deseamos obtener es almacenado para su venta y transporte. La producción anual del acetato de butilo es de 25000 ton/año a un precio de venta es de 1125 dlls/ton.

5

 

6

 

Figura 5.1 Diagrama de Flujo de Proceso

7

 

8

 

6. Memorias de cálculo de equipos de proceso Reactor R-01 6.1 Balance de materia:  ENT − SAL±

∏ ¿ ACUMULACION 

6.2 Balance Estequiometrico:

Cálculo de θ Rxn  R-01 en polymath. La for formac mación ión de acetato de butilo en un reactor intermitente operando a 100 °C, con ácid ác ido o su sulf lfúr úric ico o co como mo cat cataliz alizad ador or y co con n un una a con onvver ersi sión ón de dell 60%. 0%. La Figura 5.2 Project alimentación original contiene 4.97 moles de butanol por mol de ácido acético y la concentración del catalizador es de 0.032% en peso de H 2SO4. Ecuación de velocidad: -Ra= kCa2 Para una relación de butanol a ácido de 4.97, y una concentración de Ácido sulfúrico de 0.032 en peso, la constante de velocidad de reacción: 17.5

k =

  ml gmol∗min

De acuerdo a las propiedades indicadas en el libro “Ingeniería de la Cinética química” de Smith pág.166 se tiene lo siguiente: Tabla Ta bla 6.1 Pesos moleculares moleculare s de los compuestos

 

9

 

 g

 ρmezcla a= 0.75 La  ρmezcl ml

Ya obtenida la ecuación de diseño para el Reactor tipo batch, se despeja para obtener  una ecuación diferencial y para introducirla a Polymath

Donde:  NA  = Ca Vr

 

 

y

 Ra=k Ca

2

 dXa (− Ra )  = dθ Ca

∴ la difere diferencia nciall quese que se ocupara ocupara

Figura 6.1 Introducción de los datos en Polymath

10

 

Figura 6.2 Resultados obtenidos en Polymath

11

Figura 6.3 Gráfica de   Rxn vs Xa obtenida en Polymath  

Figura 6.4 Tabla Tabla de resultados arrojados por el programa Se interpo interpola la para obten obtener er el tiemp tiempo o de reac reacci ción ón a un una a conve conversi rsión ón del 60 60% % utilizando los datos obtenidos de Polymath Tabla Ta bla 6.2 Interpolación de la conversión con versión

Xa

Tiempo

0.5994648 0.60

 

39.412104

0.6053709

=

38.452104 θ= ?

 

≈

Etapas del Reactor batch Tabla 6.3 Etapas del reactor Batch 12

 

0.65 0.166666667 0.2333

Tiempo rxn Tiempo de carga Tiempo de calentamiento Tiempo de recuperado Tiempo de descarga

hr  hr 

39.18 10

min min

hr 

14

min

0.2333

hr 

16

min

0.166666667 1.5

hr 

9

min

hr/ciclo

88.18

min/ciclo

   

Tiempo ciclo:

 

Determinar el tamaño y la masa total de reactantes a cargarse en el reactor (R-01). Ácido Acético + Butanol   +

A D

PM= 18

60

Acetato de Butilo

+

B

T= 100°C

74

C 116

1) Bal Balanc ancee Mol Molar ar 0

+ H20

XAf XAf= = 60 60% %

0

0

0

 F  FA A − F  FA A = FB − FB= FC − FC  = FD − FD  F  FA A = F  FA A

0

( 1− XA )= FA  FA − FA  FA  XA 0

0

0

0

 F  FA A − F  FA A = F  FA A  XA = FC  0

 F  FA A  XA = FC 

0

 F  FA A = FC =¿

 ( ⟨

' 

25 000

 

|

  Ton   Año  Año 8000 Hr

|   ⟩ ⟨   |  ⟩ )  = 98.77 ≈ 99 1000 kg

Ton

 2.2 lb

lb mol mol  Kg 116 lb

0.60

lb hr

13

 

  lb hr 0  FA  FA  XA = ¿ 99

FC=

0

lb hr

  ) (0.60) = 59.53 ≈ 60

0

mA = F  FA A  PMA =¿

99

 

  lb hr

 *

60

  lb lbmol

 = 5940

lb hr

Carga de ácido acético por lote ó batch: 0

(

5940

  lb (θLote ) hr

(

5940

  lb hr

mA  = lote 0

mA  = lote

θ

)

=

)(  )

lb

1.5 hr

= 8910 lote

lote

 FB 0

=3.72 B=  F  FA A 0

99 0

 FB = F  FA A

  lb hr

0

( 3.72 )=¿

lb mol mol hr

) (3.72) = 368

 

CARGA DE BUTANOL POR LOTE Ó BATCH.

lbmol hr

 *

mB = mB0 ( ciclo )=27232  lb lote hr

 *

0

0

mB = FB  PMB =368

0

0

CARGA TOTAL =

mA lote

74

  lb lbmol

( 1.5 hr ) lote 0

 +

mB lote

 = 27’232

lb hr lb

 = 40’848 lote

  lb   lb ( 8910 + 40848 ) = 49758  = lote lote

14

 

lb lote

Vmezcla= 49758

 *

mTotal Mezcla mTotal  ρmezcla

Vmezcla=

( ) = 22’617

kg lote

  kg 2.2 lb

  kg lote   kg 0.750 lote

22 ' 617

 =

3

 = 30’156 lts. = 30.156  M 

(  )

Dimensionamiento del Reactor Batch

V mezcla  Nivel Opn. Opn . max

VReactor=

3

30.156  M 

 =

0.85

Impulsor 1

Reactor

3

 = 35.47 ≈ 36  M 

Potencia Potencia del Agitador del 3

H

5

n  Dᵢ  ρmNp  Pot = gc

 

 =

Impulsor 2

n= 100 RPM= 1.66 RPS

REGLA

3

VR= 36

 M 

 DR =

(  )  DR

π 

36 =

(  ) 2 π  4

2

 DR

3

Di

  = 1.0 m.

3

VR=

 

 = VCIL + 2VTAPAS 2VTAPAS 3m.

1 3

≤

2

 HR + 2

 +

(

( )  DR

4 3

2 3

 π 

2

 π DR

0.5

) 

dr

2

 

Por impulsor:

n= 100 RPM = 1.66 RPS

DR= 3.00 MTS 15

 

(

  gr  ρm = 0.75 3 cm

)

(  ) 62.428

  lb

3

ft 

lb

= 46.821

  gr 1 3 cm

3

ft 

3.28

¿ ft  ¿

(

5.2

Potencia = (¿ 5

(

46.821

)

 lb ( ¿ )¿ ) 3 ft 

13097

=

3

550

( 1.66 RPS ) ( ¿¿ 32.2 ) ¿ ¿ ¿

lbft  seg

)

(  )  lbft  seg  Hp

 = 24

hp impulsor

POR IMPULSOR Potencia = 24 x 2 = 48 Hp ≈ comercial = 60 Hp

DIMENSIONAMIENTO DEL REACTOR  

PR= 2.5 Kg/   cm

2

VCalculado del reactor =

   TR= 100°C

H

Cat. H2SO4 P. 2

DISEÑO= 3.5 Kg/   cm   (SS-316-L) AC. INOX. STAIN LESS STEEL   DR= 3.0 MT HR/DR= 2.0

n= 100 RPM 16

3 36  M 

 

 1 Di ≤ 3 DR  

 

Hp= 60 Hp

CALCULO CALCUL O DEL DISEÑO D ISEÑO MECANICO DEL REACTOR CODIGO ASME (AMERICAN SOCIETY OF MECHANICALS VESSELS (CODIGO ASME, SECCION VIII) ENGINEERS). PRESSURE-

CALCULO DE ESPESORES DEL CUERPO DEL REACTOR. t Shell=

  PDR + C  2 SE −0.6 P

P= Presión de diseño del recipiente [   ¿ ¿  3.5 kg/ cm DR= Diámetro del Reactor = 3.0 MT

|

2

  |  = 3000 mm.

1000 mm . 1 MT 

S= Esfuerzo máximo permisible = 860 kg/ cm

2

E= Eciencia de la junta de la soldadura = 0.85 C= Factor Factor permisible de corrosión de diseño = 0 [   ¿ ¿  por ser SS ≥ 16

( 3.5 Kg / cm |3000 mm . ) 2

t SHELL= 2

( ) theads =

(

  kg 860 cm2

0.885 PDR

)

(

)−(

0.85

0.6

)

(

  kg 3.5 cm2

 =7.19 mm.

)

 + C

SE −0.1 P

  ( 0.885 ) ( 3.5 kg / cm ) ( 3000 mm. ) theads = ( 860 kg / cm ) ( 0.85 )−( 0.1 ) ( 3.5 kg / cm )  + 0 = 12.7 mm. 2

2

2

theads= 12.7 mm = ½ in. PESO DEL REACTOR (R-01) 17

 

Tabla Ta bla 6.4. Materiales placas HYLSA-AMMSA

Espesor (in)

Espesor (mm)

3/16 1/4

4.7625 6.35

5/16 3/8 7/16 1/2 5/8 3/4 7/8 1 1 1/2

7.9375 9.525 11.1125 12.7 15.875 19.05 22.225 25.4 38.1

62.5 75 87.5 100 125 150 175 200 300

1 3/4 2

44.45 50.8

350 400

2

Peso (Kg/   cm ¿ 37.5 50

∆heads

Peso del rreactor eactor = A Shell +

2

Peso del reactor =

  DR  X 2 πDRHR + 1.26 π  2

=

A Shell= ( π ) ( 3.0 MT ) ( 6.0 MT ) =56.54 ≈ 57 M 

3

3 MT 

( 1.26 ) ( π )

∆heads

=

(

2

2 2

 X 2=17.81 M 

)

| |

2

PESO DEL REACTOR= 57

 M 

61

  Kg

2

 M 

|

2

  + 18

 M 

100

  Kg 2

 M 

|

= 5277 Kg.

≈ 5300 kg

COSTO TOTAL DEL REACTOR 1) Recipiente Recipiente =…………… =……………………… …………………… …………………… …………………… …………….. ….. 220’000 220’000 Dls. 2) Agitador Agitador Motor=…… Motor=……………… …………………… …………………… …………………… …………………48 ………48’000 ’000 Dls. Dls.

18

 

|

800

Costo de agitador del motor = 60 Hp

 Dls  Hp

|

= 48’000 Dls.

3) Serpentín Serpentín (5% Recipient Recipiente)=…… e)=……………… …………………… …………………… ……………11 …11’000 ’000 Dls. Dls. 4) Instrument Instrumentación ación y Control Control (15%)=…… (15%)=……………… …………………… ……………33’0 …33’000 00 Dls. 5) Ing. y Supervis Supervisión ión y Control Control (4%)=…… (4%)=……………… …………………… ………………9’0 ……9’000 00 Dls.

COSTO TOTAL DEL REACTOR =……………………………………….288’000 Dls.

Diseño del Tanque Tanque Ácido Acético 15.6

=

 (

8910

(

=

Batch dia

x 7 dias = 109.2 Batch

  lb batc batc h

)(

109.2

)(

  Ton 442.26 / inv.

 )

batc batc h =972'  972   lb inv inv

0.75

Ton 3

 M 

) = 589.68

| | = 442’260 kg/inv.   1 kg

 

2.2 lb

3

 M  inv.

 

3

NIVEL DE OPN MAX. 90%  

 M  ≈ 1000 inv

BALANCE DE ENERGIA: Q entr – Q sal

Q gen – Qrxn = Q acum.

ISOTERMICO ∓ Q

gen−Q tr trans ans=Qacum.

[ ∓Q gen gen rx rxn n .=Q trans trans ] HRXN )=UA ( Tm−Tr ) (− RA ) ( VR ) ( ∆ HRXN 

∓

19

 

∆ Hrxn Hrxn= ∆ H for for

 TANQUE  TANQUE ACIDO A ACETICO CETICO (inventario por 10 Días) 3

Vol ≈ 1000 M 

CODIGO API (Tanque atmosférico).

NFA LIMITANTE: HT ≤ 12.0 MTS NFA

 

H

  DT td=

2.6 Pt ( H −1 ) G + C 

SE

 

td= design Shell thickness. DT= nominal tank diameter H= Design liquid level. G= specic gravity of the liquid to be stored. S= Esfuerzo máximo permisible a la tensión

18 psig.

 ρl  ρ water=¿ We have ¿ use

40’ H

DT  

DT

0 4 10 16 22 28 34 40

LIMITE HT   ≤  12.0 MTS VOL = 1000

3

 M 

NFPA  =

20

 

= π 

td=

t1=

t2=

t3=

((  ) ) (  DT 

2

 HT   ))  HT 

2

 =

(  ) π 

2

 DT 

4

 X 12 = DT=7.28 DT=7.28 MTS ¿ 23.88 ft 

 ( ( −1 ) G +C 

2.6 DT   H 

SE 2.6 x 23.88 ( 40− 1 ) 1.0

 + 0 = 0.16’’

' 

18 000 x 0.85 2.6 x 23.88 ( 36 − 1 ) 1.0

 + 0 = 0.14’’

' 

18 000 x 0.85 2.6 x 23.88 ( 30 − 1 ) 1.0

 + 0 = 0.11’’

' 

18 000 x 0.85 2.6 x 23.88 ( 24− 1 ) 1.0

t4=

t5=

t6=

t7=

 + 0 = 0.085’’

' 

18 000 x 0.85 2.6 x 23.88 ( 18 − 1 ) 1.0

 + 0 = 0.060’’

' 

18 000 x 0.85 2.6 x 23.88 ( 12 − 1 ) 1.0

 + 0 = 0.036’’

' 

18 000 x 0.85 2.6 x 23.88 ( 6−1 ) 1.0 ' 

18 000 x 0.85

 + 0 = 0.012’’

(  ) (

A total lat = At lat + 2 A tapas = π DTHT +2 π 

(  ) (

 A total lat = π ( 7.28 ) ( 12 ) +2 π 

25’000

Ton año

 

(

  1año 8000 h rs

7.28 2

 DT 

2

2

1.5 )

2

1.5 )

2

 = 370  M 

)(  )( ) (  )  = 525 Ton 24 h rs

7 Dias

dias

in invv .

21

 

 ρ Acetato de butilo= 0.796

ton 3

 M 

525 Ton

V mezcla=

3

Ton

0.796

  ≈  660  M 

3

 M 

Vol . Mezcla Mezcla  Nivel de Opn . Max

V tanque=

  DT  π 

Vol. Tanque =

2

Peso= 12’200 kg *

3

 =

2

 HT = π 

25

 Dls kg

660 M  0.9

( )( 9

3

  =734 M   

2

2

12 )

 = 763 MTS.

 = 305’000 Dls.

Diseño de Tanque Tanque Butanol B utanol Virgen (T-02 (T-02 A-B) Carga de butanol/ Batch = 40’848 lb

  | | = 18567.27 kg   1 kg

2.2 lb

≈

18567.27 18.6 Ton/ Batch

Batch/día = 15 Butanol /7 días = 15 x 7 x 18.6 Ton   ≈  1953 Ton/ 7 dias  ρ butanol= 0.809

Ton 3

 M 

Ton

3

V mezcla= 1953 Ton/ 0.809  M   = 2441  M  3

V tanque=

Vol . Mezcla Mezcla  Nivel Max .Opn .

3

 =

2441 M  0.9

3

 = 2712  M 

3

Se manejara (2 tanques), cada tanque tiene un V Vol.= ol.= 1360  M 

22

 

COSTO: Regla de Thomas (o de las 6 décimas): ( Cos Costo todel del tanque tanque )

= ( 600 ' 000 )

((

((

  Capac .Tanque .Tanque Nuevo Capac Cap ac . Tanque anquede de Refer Referenci encia a

3

1360 M 

3

1000 M 

))

))

0.62

* 0.9 =

0.62

* 0.9 = $ 653’500.0 653’500.00 0 Dls.

Bombas Centrifugas (B-01), (B-01 RELEVO) RELEVO) Parámetro de diseño 1.- FLUIDO: BUT BUTANOL ANOL PU PURO RO 2.- FLUJO O CAUDAL

18600

 Kg ∗lote lote  kgs   =74 40 400 0 0.25 h hr

 kg h lts ° e =Q m =   =93000 0.80 kg hr 74400

3.- PRESION DE DESCARGA: factor tor de friccio friccion n + ∆ Pinterno + ∆ Pent reactor ∆ P= ∆ H + ( ∆ P ACC + ∆ P TUB ) fac  NPSH = NET PRESURE SUCTION HEAD

 NPSH DISP > NHre  NHreq q

( 10 + 2 ´ ) >10 '   NPSH = P positiva− P fricctubo− P filtro+ Tebill

23

 

4.-POTENCIA ∆ E pot + ∆ ECIN + ∆ P EH + Entr Reactor ∆ P M =10 m + 8 m + 7.5 m + 15 m  20 = 4.1 kg / c m2 ∆ P M =40.5 mcol.H  20

  kg

∆ PTOTAL= ∆ P M ∗1.2=4.9

BHP=

3.785

2

cm

 ← Presio Presion n de descar descarga ga

  Q∗ H ∗ ρ 247000∗ effc

¿∗1 hr

<

60 min

93000

= 410 GPM 

lts hr ∗Gal

¿

Q [ ¿ ] GPM =410 GPM 

kg cm  H  [ [ ¿ ]  pi  pies es co col. l. de agua agua= 4.8

 ρbutanol=0.80

 ρ [ ¿ ]

  lb 3

f t 

2

∗10 mts ∗3.28 ft 

kg 2 cm mts

 

=158 ft 

  gr cm

=62.3

3

  lb 3

f t 

∗0.8 = ρnot ≈ 50

∗

410 gpm 158

BHP =

  lb 3

f t 

  ft    lb ∗50 3 col col de agua agua f t 

∗0.6

247000

=22 HP

= 25

BHPcomercial

 HP

24

 

Costo: 1200

dls ∗25 hp =30000 dls hp

DISEÑO PRECALENTADOR BUTANOL BUTANOL VIRGEN (HE-01) Balance de Calor: Q=

(

WCp   ∆ T =

74 ' 000

 )(   )(

 Kg hr

2.2 lb

kg

0.43

 )

  btu lb°F 

( ¿  )

( 55−25 ) ° C 

1.8 ° F 

° C 

= 3.80 X 10

6

 Btu hr

' 

θCarga=15 =0.25 hrs. 2

PARA CALCULAR EL FLUJO DE VAPOR SATURADO (P= 3 kg/   cm ) P= 3 KG/   cm

 T  Ts= s= 132.8 °C

2

P= 3.7 KG/   cm P= 5 KG/   cm

 T  Ts= s= 140.0 °C

2

 T  Ts= s= 155.0 °C

2

P= 10 KG/   cm

 T  Ts= s= 180.0 °C

2

 Btu hr .  Btu 920 lb

3.8 X  10  10

Qs= ms*   h s = ms = Qs/hs =

ms= 4130.43

lb hr

| | = 1877.47 1 kg .

2.2 lb

6

kg hr

 =

 

' 

≈ 2 000.0

  kg hr

CALCULO DEL AREA DE INTERCAMBIO, TIPO TUBOS Y CORAZA. Qs = UA ∆T MLDT 

25

 

U: Tubos y coraza

Espiral Placas





 U

 U

2

ft  °F

  100-200 Btu/hr*



2



 300-450 Btu/hr* ft  °F 2



 800-1000 Btu/hr* ft  °F

 Qs = 3.8 X

6

10

 Thum bof rule

 Btu/ Hr. 2

 U = 150 Btu/hr* ft  °F 

Butan ol 25 ° C

 

∆T MLDT =

Vapor 140° C 55 ° C

∆ T −∆ t   ∆ T  ln

∆T MLDT =

(55 −140 ) ° C −( 25 −140 ) ° C   =   (−85 )

99.24 °C

ln

(−115 ) ≈ 100 ° C  [ [ ¿ ] 212 ° F  6

  Qs   3.8 X  10  A = = U ∆ T MLTD MLTD ( 150 Btu / hr∗ ft 2 ° F ) ( 212 ° F )

2

 = 120 ft 

EXISTE UN CÓDIGO PARA EL DISEÑO MECANICO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR, ES EL CÓDIGO TEMA (TUBULAR EXCHANGER EX CHANGER OF MANUFACTURERS MANUFACTURERS ASSOCIATION). 26

 

 Tema  Tema

  P HID = 1.3 P P.. Diseño.



 Tema  Tema R

 P. HID= 1.5 P. Diseño.



n Costo = 6’000. ( 1 +i )

' 

13

Costo = 6’000. ( 1 +0.06 ) =13 0 00.0 Dls. ' ' 

θCalent =15 min. WCp∆T 

0

 λs m s =QT 

 Btu hr.  Btu 920 lb lb..

16  X 10

QT   λs

=

m s

  hr.

 

0

=

Btu

6

10

QT= θ Calent Calent .  = 16 X

 =

6

 = 17 391.3043

lb Ton

2200 lb

 

|  | Ton

=8

Ton  Hr

Q= 6.68 X

6

10

6

6.68 x 10 0

m s=

lb lb..

0

 T  Ton on  Hr .

 

 Btu hr

920 Btu

m s =6.7

 

Btu hr

 = 7260

lb

1 kg .

hr

| | 2.2 lb

kg

= 3’300

hr

Ton

 = 3.3

hr

 

Capacidad de la caldera =

∑ Fi= F 1 + F 2 + F 3

Capacidad de la caldera= 2’000 + 8’000 + 6’700 + 3’300 =20’000.0

BOMBA DE TORRE DE ENFRIAMIENTO

27

 

Figura 6.5 Representación de la torre de enfriamiento con sus componentes 1. Tanqu nque e mat materi eria a prima prima ≈  1000 gpm 2. Tanqu nque e sa salch lchich icha= a= 2 200 00 gpm gpm 3. Tanq nque ue (t (t-0 -02)= 2)= 600 gp gpm m 4. Re Reac acto tor= r= 50 500 0 gp gpm m 5. Do Doss ccol olum umna nas= s= 30 300 0g gpm pm 6. Tanqu nque ep prop ropter ter= = 100 100 gpm  Ʃ

=3600 GPM ≈ 4000 GPM 

BOMBA FOSA DE AGUA DE CONTACTO:

28

 

( Q ) ( H ) ( ρ ) ( 4000 GPM ) (100 X 3.28 ) ( 62.3 ) =   =551 Hp POTENCIA = ( 247' 000 ) ( efft ) ( 247'  000) ( 0.6)  POTENCIA ≈ 600 Hp

 

Figura 6.6 Representación de las bombas contra incendio

29

 

30

 

de datos de de diseño de equipos equipos de proceso proceso y evaluación evaluación económi económica ca del proceso. proceso. 7. Hojas de Ta Tabla bla 7.1 Hojas de datos de diseño diseñ o N

Equipo del Proceso

Item o tag

Capacidad

Material

Peso

SS-304-L

Costo(dls)  $ 288,000.00  $ 48,000.00  $ 600,000.00  $ 305,000.00 $ 653,600.00 $ 653,600.00 $ 8,000.00 $ 30,000.00

SS-304-L Coraza:Acero carbon , tubos:Acero iin noxidable

$ 30,000.00 $ 13,000.00

1 Reactor

R-01

40 m^3

SS-316L

5400

2 Agitador de R-01

AG-01

60 HP, 100 rpm, turbina

SS-316L

4000

3 Tanque de Ac. Acetico  T  Tanque anque de Acetato Acetato de 4 butilo

T-01

1000 m^3

T-07

660 m^3

SS-316L Cast iron/linning nylon or teon

5 Tanque de butanol

T-02-A

1360 m^3

SS-304-L

6 Tanque de butanol  T  Tanque anque de butanol butanol 7 recuperado Bomba de Carga de 8 butanol al reactor

T-02-B

1360 m^3

T-05

15 m^3 25 HP, Ps=4.8 kg/cm^2, ujo=4106 GPM

SS-304-L Acero carbon recubrimiento Kynar

9 10 Precalentador Caldera de vapor

B-01 B-02 (Relevo )

Ps=3.7 kg/cm^2, A=120 ft^2, ft^2, HE-01  T(°C)=140, Qs=3.8x10^6 Qs=3.8x10^6 Btu/hr Heat duty: duty: 20 ton/hr, design: 30 ton /hr, P opn=3.7 kg/cm2,

11

 

Bombas de torre de 12 enfriamiento

B-010A

13 bom bomba ba de tor torre re de de en en   

B-010B

P=5kg/cm2 Flujo:500m^3/h, P desc= 5.5 kg/cm^2, uido:Agua, Potencia=200 HP Flujo:500m^3/h, P desc= 5.5 kg/cm^2, uido:Agua, Potencia=200 HP

15000 12200

 T  Tubos ubos de agua, Marca Marca :Cerney,wilcox, :Cerney,wilco x, tubos: ss3 16-l

$ 200,000.00

Coraza:Acero carbon , tubos:Acero iin noxidable

$ 10,000.00

Coraza:Acero carbon , tubos:Acero iin noxidable

$ 100,000.00 31

 

14 bomba de torre de en

(Diesel)Flujo:500m^3/h, (Diesel)Fluj o:500m^3/h, P desc= 5.5 kg/cm^2, uido:Agua, b-010-c Potencia=200 HP

Sistemas contra incendios(i incendios(incluye ncluye sistemas de diluvio 2 bombas electricas y 2 bombas B-011diesel 15 A B-011B B-011C B-011D 16 Generador de energia 17 Columna de destiacion Columna de 18 destiacion( butanol) dos condensadores de 19 columna 20 2 re rebo boil iler er 21 6 bombas de proceso

C-01

ELECTRICA 300 HP 300HP 300 HP DIESEL 300 HP DIESEL alumbrado Num. De platos: 80-100, Pureza: ac acetico 99.40 % pureza: 59%

cond 01/02 reb 01/02

Coraza:Acero carbon , tubos:Acero iin noxidable

500 hp,1000 hp, 750 kw

$ 114,000.00

$ 120,000.00 $ 120,000.00 $ 160,000.00 $ 160,000.00 $ 100,000.00 $ 200,000.00 $ 200,000.00 $ 20,000.00 $ 24,000.00 $ 180,000.00

compresor de aire de 22 instrumento 23 com compres presor or de aire aire de instrumento (diesel)

 

100 hp 100 hp

$ 70,000.00 $ 70,000.00

32

 

33

 

8.- Diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID)

Figura 8.1 Diagrama de tuberías e instrumentación 34

 

Figura 8.2 Tanque T-01

Figura 8.2 Tanque T-02

35

 

Figura 8.3 Tanque T-03

Figura 8.4 Ractor R-01 Figura 8.5 Bomba 09/10

36

 

Figura 8.6 Torre Torre de enfriamiento TE-01

Figura 8.7 Tanque T-05

37

 

Figura 8.8 Tanque T-06

38

 

Figura 8.9 Tanque T-07

Figura 8.10 Tanque T-04