Post on 21-Oct-2015
INSTITUTOTECNOLOGICO
DE MINATITLAN
“PRODUCCION DE ACETATO DE ETILO,
APARTIR DEL ACETALDEHIDO Y ETANOL”
AUTORES:
Del Ángel Martin José Daniel
Figueroa Hurtado Leonila Jazmín
Méndez Cruz José Valente
Ordaz De Castro Hidday Gpe.
Rodríguez Córdova Oscar A.
SEMINARIO DE PROYECTOS
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SEP DGEST SNEST
INDICEIntroducción 4
Objetivos 5
Justificación 6
Capitulo 1.- Estudio de mercado
1.1 Estudio de mercado 9
1.2 Propiedades físicas y químicas 9
1.3 Propiedades químicas 9
1.4 Manejo 10
1.4.1 Equipo de protección personal 10
1.5 Riesgos 10
1.5.1 Riesgos de fuego y explosión 10
1.6 Efectos de salud 10
1.7 Desechos 11
1.8 Almacenamiento 11
1.9 Requisitos de transporte y empaque 11
1.10 Aplicaciones de acetato de etilo 11
1.11 Datos de acetaldehído materia prima para producir acetato de etilo 12
1.12 Estado físico; aspecto 12
1.13 Peligros físico 12
1.14 Peligros químicos 12
1.15 Vías de explosión 12
1.16 Vendedores de la materia prima (acetaldehído) 13
1.17 Compradores de acetaldehído 13
1.18 compradores de (acetato de etilo) 13
Capitulo 2.- Marco teórico
2.1 Propiedades químicas 15
2.2 Síntesis química 16
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2.3 Aplicaciones del etanol 18
2.4 Los esteres 19
2.5 Reacción de esterificación 21
2.5.1 Propiedades físicas 22
2.5.2 Propiedades químicas 22
2.5.3 Hidrólisis alcalina- saponificación 22
2.6 Usos 23
2.7 Esterificación 23
2.7.1 Química de la esterificación 23
2.8 Mecanismos químicos 24
2.9 Esterificación de Fischer 25
2.10 Aplicaciones 26
2.11 Aplicaciones en el laboratorio 26
2.12 Seguridad y riesgo 27
2.12.1 Identificación de los peligros 27
2.12.2 Primeros auxilios 27
2.12.3 Medidas de luchas contra incendios 28
2.12.4 Medidas que deben tomarse en caso de vertido accidental 28
2.12.5 Manipulación y almacenamiento 29
2.12.6 Controles de explosión / protección individual 29
2.12.7 Propiedades físico-químico 30
2.12.8 Estabilidad y reactividad 30
2.13 Compresores 31
2.14 Intercambiador de calor 32
2.15 Reactores 33
2.16 Torres de destilación 35
2.17 Bombas 36
Capitulo 3.- Desarrollo del proyecto
3.1 Problemática 39
3.2 Metodología 39
3.3.1 Calculo de cambiador 39
Pág.3
3.3.2 Calculo de la caída de presión 44
3.3.3 Calculo de la torre de destilación 45
3.3.4 Calculo de costos de equipo 47
Capitulo 4.- Cálculos y resultados
4.1 Cálculos 49
4.2 Resultados 60
4.3 Análisis de resultados 61
Conclusión y recomendaciones 62
Anexos 64
Referencias bibliográficas 85
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INTRODUCCIÓNEn la actualidad los posibles caminos de síntesis del acetato de etilo, sólo se han
empleado hasta ahora dos procedimientos industriales. La materia de partida,
según el país, es el etanol o el acetaldehído. En EE.UU., donde el alcohol es muy
barato, se estatifica con ácido acético en presencia de un catalizador ácido. Si la
transformación tiene lugar en una columna de funcionamiento continuo, se obtiene
un rendimiento del 99%. El acetato de etilo también se forma, junto a otros
numerosos productos, en la oxidación de n-butano y se le puede aislar
económicamente, como, por ejemplo, por la UCC en EE.UU. En otros países, en
los que se dispone de suficiente acetaldehído como en Japón o en Alemania
Federal, o donde el etanol se encarece por impuestos fiscales, se emplea
preferentemente, como proceso de obtención, la reacción de Tischenko con
acetaldehído: Los esteres son las sales alcohólicas, tanto de los ácidos
inorgánicos como de los ácidos carboxílicos. Los esteres líquidos se han
empleado como sustitutos de esencias de algunas frutas debido a su olor
agradable. Si se pone en contacto una base inorgánica con un ácido inorgánico,
se forman agua y la sal correspondiente, de modo cuantitativo. En cambio, si se
mezcla un alcohol con un ácido carboxílico, La velocidad de formación de la sal
disminuye continuamente hasta llegar a un estado en el que, aparentemente, ya
no hay formación del éster el sistema se encuentra en estado de equilibrio.
Frecuentemente el equilibrio es desfavorable para la formación de la sal. Se puede
favorecer la esterificación empleando un exceso de alguno de los reactivos o
eliminando alguno de los productos. Por ejemplo, con exceso de etanol o por
destilación del éster, respectivamente.
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OBJETIVO GENERAL
El objetivo de nuestra empresa es el de elaborar y comercializar acetato de
etilo, a partir del acetaldehído para la distribución en las diferentes industrias como
la textil, alimenticia, cosmética, farmacéutica y pinturas.
OBJETIVOS
ESPECIFICOS
Cumplir con el proceso de obtención del acetato de etilo de 100,000
tonelada anuales.
Proponer un modelo para el proceso de acetato de etilo.
Satisfacer la demanda en la región y en el país.
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JUSTIFICACIÓN
El acetato de etilo es y será uno de los productos químicos mas usados en la industria de las pinturas, textiles, alimenticia, etc. Debido a que la producción de este producto es baja en el mercado nacional y existe una gran demanda del mismo hemos elaborado este proyecto de ingeniería con el fin de dar a conocer el proceso de obtención de acetato de etilo específicamente en la zona sur de Veracruz. Para poder lograr el resultado esperado es necesario contar con el equipo y materia prima necesario.
Es de suma importancia considerar también si este proyecto es factible para su implementación, por lo cual analizaremos los costos de producción, costos de equipos, y costos de las materias primas. El resultado de un producto de calidad dependerá en gran medida del uso y aprovechamiento correcto de los equipos. Consideramos también ciertas limitantes como el tiempo de planeación del proyecto, algunas datos sobre las condiciones en las reacciones que se llevaran a cabo, así como costos de tuberías y válvulas por los cual se estimaron los montos de inversión requeridos.
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Pág.8
CAPITULO
1
ESTUDIO DE
MERCADO
1.1 ESTUDIO DE MERCADO
Nombre Comercial: Acetato de etilo
Nombre Químico: Acetato de etilo
Sinónimos: Ester acético, éter acético, etil éster del ácido acético, etanoato de
etilo.
Familia Química: Ésteres
Fórmula: CH3COOC2H5
1.2 PROPIEDADES FÍSICAS y QUIMICAS:
Peso molecular: 88.1
Punto de ebullición: 77 ºC
Peso específico (agua=1): 0.90220/4
Peso específico (aire=1): 3
Punto de fusión: -83 ºC
Límites de explosividad (% vol. en aire): 2.5 - 11.5.
Presión de vapor (mm de Hg): 100 (a 27 °C)
Punto de inflamación (Flash point): -4 °C
Temperatura de auto ignición: 426 °C
Solubilidad: 1 ml es miscible con 10 ml de agua (a 25 °C), su solubilidad
aumenta al bajar la temperatura. Forma azeótropo con agua (6.1 % peso/peso)
con punto de ebullición de 70.4 °C y con etanol y agua (9 % y 7.8 % peso/peso,
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respectivamente) que ebulle a 70.3 °C. Miscible en etanol, acetona, cloroformo y
éter.
1.3 PROPIEDADES QUIMICAS:
Productos de descomposición: monóxido y dióxido de carbono. En general es
incompatible con agentes oxidantes, bases, ácidos y humedad. Reacciona
vigorosamente con ácido clorosulfónico, dihidroaluminato de litio y clorometil
furano y óleum. Se ha informado de reacciones muy violentas con tetra aluminato
de litio, hidruro de litio y aluminio y terbutóxido de potasio.
1.4MANEJO:
1.4.1 Equipo de protección personal:
Para el uso de este producto químico es necesario en un lugar bien ventilado,
utilizando bata, lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de hule natural o
neopreno (no usar PVC) para evitar un contacto prolongado de este producto con
la piel. No deben utilizarse lentes de contacto. Al trasvasar pequeñas cantidades
con pipeta, utilizar pro pipetas, nunca aspirar con la boca.
1.5 RIESGOS:
1.5.1 Riesgos de fuego y explosión:
El acetato de etilo es un producto inflamable y volátil por lo que existen riesgos
de fuego y explosión. Sus vapores pueden llegar a un punto de ignición, prenderse
y transportar el fuego al lugar que los originó además, pueden explotar si se
prenden en un área cerrada. Puede generar mezclas explosivas con aire a
temperatura ambiente.
1.6 EFECTOS DE SALUD
INHALACIÓN: Causa dolor de cabeza, náuseas e incluso pérdida de la
conciencia y puede sensibilizar las mucosas, inflamándolas. En concentraciones
altas causa convulsiones y congestión de hígado y riñones. Sin embargo, aún a
concentraciones bajas causa anemia.
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CONTACTO CON LA PIEL: El contacto constante o prolongado a este
compuesto provoca resequedad, agrietamiento, sensibilización y dermatitis.
CONTACTO CON LOS OJOS: Una exposición prolongada causa el
oscurecimiento de las córneas.
INGESTIÓN: Irrita las membranas mucosas. En experimentos con conejos se
ha observado pérdida de coordinación, probablemente debido a la hidrólisis rápida
a ácido acético y etanol.
CARCINOGENIA: No se ha observado la generación de tumores en pulmón en
animales de laboratorio expuestos a este producto.
MUTAGENIA: No se ha observado incremento en la frecuencia de intercambio
de cromátidas hermanas en trabajadores expuestos a este disolvente.
1.7 DESECHOS:
Pequeñas cantidades pueden evaporarse en una campana de extracción, pero
si la cantidad es grande, es mejor incinerarla.
1.8 ALMACENAMIENTO:
Debe ser almacenado alejado de fuentes de ignición y de la luz directa del sol,
en un área bien ventilada. Cantidades grandes de este producto, deben
almacenarse en tanques metálicos conectados a tierra.
1.9 REQUISITOS DE TRANSPORTE Y EMPAQUE:
Transportación terrestre: Marcaje: 1173. Líquido inflamable. HAZCHEM: 3
(Y) E
Transportación marítima: Código IMDG: 3075 Clase: 3.2 Marcaje: Líquido
inflamable.
Transportación aérea: Código ICAO/IATA: 1173 Clase: 3 Cantidad máxima
en vuelo comercial: 5 l Cantidad máxima en vuelo de carga: 60 l
1.10 APLICACIONES DEL ACETATO DE ETILO:
Producción de tintas de impresión para la industria grafica. Producción de thinners y solvente de pinturas en industria de pinturas.
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En la industria de adhesivos y colas derivados de la celulosa. En la industria alimenticia, en productos de confitería, bebidas, dulces. En esencias artificiales de frutas. En la extracción de cafeína a partir del
café. Remoción de sustancias resinosas en la industria del caucho. En la elaboración de cueros artificiales y para revestir y decorar artículos de
cuero. Disolvente de compuestos utilizados para revestir y decorar objetos de
cerámica. Solvente para la elaboración de varios compuestos explosivos. En la industria fotográfica, como solvente para la fabricación de películas a
base de celulosa. Ingrediente de preparaciones cosméticas (perfumes, esmaltes, tónicos
capilares) y farmacéuticas. En la industria del papel, para la elaboración de papeles aprestados y para
recubrir y decorar objetos de papel. En la industria textil, para la preparación de tejidos de lana para teñido. En
procesos de limpieza y para la elaboración de textiles aprestados. Reactivo para la manufactura de pigmentos.
1.11 DATOS DE ACETALDEHIDO, MATERIA PRIMA PARA PRODUCIR -ACETATO DE ETILO-
ACETALDEHIDO
SINONIMOS: Etanal,Aldehído acético,Etil aldehído
FORMULA: C2H4O/CH3CHO
Masa molecular: 44.1
1.12 ESTADO FISICO; ASPECTO Gas o líquido incoloro, de olor acre.
1.13 PELIGROS FISICOS El vapor es más denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible ignición en punto distante.
1.14 PELIGROS QUIMICOS
La sustancia puede formar peróxidos explosivos en contacto con el aire. La sustancia puede polimerizar bajo la influencia de ácidos, materiales alcalinos y bajo la presencia de trazas metálicas, con peligro de incendio o explosión.
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La sustancia es un agente reductor fuerte y reacciona violentamente con oxidantes, originando peligro de incendio y explosión.
1.15 VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalación y por ingestión.
Datos fisicoquímicos
Límites de explosividad: 4 - 57 % Vol. en aire Concentración máxima permitida en lugares de trabajo: 50 ppm (90 mg/m3)
Técnicamente se obtiene el etanal por hidratación del acetileno en presencia de sales de mercurio (II):
En el laboratorio se puede obtener por oxidación de etanol.
1.16 VENDEDORES DE LA MATERIA PRIMA (ACETALDEHIDO)
Complejo Petroquímico Morelos SA. DE CV
Complejo petroquímica cangrejera SA DE CV
Cicsa (Carso, infraestructura y construcción, SAB de CV)
1.17 COMPRADORES DE (ACETALDEHIDO)
Grupo Celanese S. de RL. de CV.
Grupo petroquímico beta SA de CV
1.18PRODUCTORES DE (ACETATO DE ETILO)
Celanese S. de RL. de CV.
Grupo petroquímico beta SA de CV
1.19 COMPRADORES DE (ACETATO DE ETILO)
Grupo Comex SA. De CV.
Grupo idesa : Carretera Coatzacoalcos-Minatitlán km.7.5 Col. Tierra nueva
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DuPont México SA. de CV.
Adydsa del Sureste SA. de CV.
Principales Compradores de Acetato de etilo en
Latino América.
Grafica. 1.20 Principales Exportadores de Acetato de Etilo.
PRODUCCIONAÑO 2004 2005 2006 2009 2010
PRODUCCION 36 41 42 45 47 TON/AÑOMILES DE
PESOS 612 867 901 1050 1700MILES DE
PESO
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Grafica 1.21 producción de toneladas al año de Acetato de Etilo obtenida del anuario
estadístico de las industrias petroquímicas.
Ton/Año Acetato de EtiloMéxico 365,000
Venezuela 600,000Argentina 91,250
Bolivia 240,000Perú 146,000
Colombia 12,000,000
Grafica 1.22 Producción de Acetato de Etilo en ton/año.
Grafica 1.23 escala de producción en miles de pesos del año(2003-2010)
Tabla. 1.24 Producción de importaciones y exportaciones de acetato de etilo.
IMPORTACIONES EXPORTACIONESAÑO 2004 2005 2006 2009 2010 2004 2005 2006 2009 2010
PRODUCCION 37 42 43 46 48 1 1 1 2 2MILES DE
PESOS 662 933 977 990 1010 50 66 68 72 75
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PRODUCCION DE ACETATO DE ETILO:
Debido a la alta demanda del mercado de acetato de Etilo, sacamos una media
Estándar y la producción mínima es 30,250 ton/año por lo cual para estar dentro de la
escala de productores de acetato de etilo decidimos producir 100,000 ton/año.
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CAPITULO
2
MARCO
MARCO TEORICO
El acetato de etilo según la IUPAC, y de otras formas es un éster de fórmula
CH3-COO-CH2-CH3. Su nombre antiguo es éter de vinagre, en alemán Essig-Äther,
de donde proviene el término "Esther" o Ester .
El acetato de etilo es un líquido incoloro, característico de los ésteres, no
residual. Es miscible con hidrocarburos, cetonas, alcoholes y éteres y poco soluble
en agua. Se emplea en arte como disolvente universal.
2.- PROPIEDADES QUÍMICAS
Estabilidad: El acetato de etilo es estable a temperatura ambiente en
recipientes cerrados y bajo condiciones normales de manipuleo y
almacenamiento. El calor contribuye a la inestabilidad. * En presencia de
agua puede hidrolizar lentamente a etanol y ácido acético.
Polimerización: No se produce polimerización.
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CAPITULO
2
MARCO
Incompatibilidad química: El acetato de etilo reaccionará vigorosamente con
ácido clorosulfónico, t-butóxido de potasio, hidruro de litio, aluminio y 2-
clorometil furano.
El contacto con nitratos, ácidos, álcalis u oxidantes fuertes puede causar
fuego o explosión.
Productos de descomposición: La descomposición térmica oxidativa del
acetato de etilo puede producir vapores de monóxido y dióxido de carbono.
El acetato de etilo es comúnmente utilizado en esencias naturales de frutas,
como solvente de nitrocelulosa, barnices y lacas, en la manufactura de piel
artificial, películas y placas fotográficas, seda artificial, perfumes y
limpiadores de telas, entre otros.
Para el uso de este producto es necesario un lugar bien ventilado,
utilizando bata, lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de hule
natural o neopreno (no usar PVC), para evitar un contacto prolongado con
la piel.
Debe ser almacenado alejado de fuentes de ignición y de luz directa del sol,
en un área bien ventilada. Grandes cantidades de este producto deben
almacenarse en tanques metálicos conectados a tierra.
2.2.- SÍNTESIS QUÍMICA
Es un prometedor disolvente para la síntesis comercial de la vitamina E
Además, el acetato de etilo posee una muy buena capacidad de solvatación con
respecto al reactivo y permite reducir la temperatura de proceso a 80 °C, que
ciertamente incrementaría la calidad del producto (vitamina E). Sin embargo, hay
algunos problemas relativos a la regeneración del acetato de etilo, en comparación
con los anteriores disolventes utilizados en este proceso (acetato de butilo), ya
que es más soluble en agua, más volátil, y está más sujeto a hidrólisis bajo las
condiciones de síntesis.
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La síntesis del acetato de etilo se lleva a cabo en el laboratorio de forma
sencilla mediante la denomina reacción de Esterificación de Fischer. En dicha
reacción, un ácido carboxílico (R-COOH, Ácido Acético) reacciona con un alcohol
(R´-OH; Alcohol isoamílico) en presencia de un catalizador ácido (generalmente
ácido sulfúrico ó clorhídrico) para formar el éster y agua.
La reacción es de equilibrio por lo que una vez alcanzado éste, aún quedarán
cantidades apreciables de los reactivos de partida junto con los productos de
reacción. La reacción no obstante, se puede desplazar hacia la formación de
productos mediante la adición de un exceso de uno de los reactivos, el más barato
y/ó más fácil de eliminar de la mezcla de reacción normalmente.
.CH3CH2OH + CH3COOH ⇌ CH3COOCH2CH3 + H2O
Otro método de preparar ésteres es emplear no el ácido en sí, sino su cloruro,
el etanoato de etilo se puede obtener por la acción del alcohol sobre el cloruro del
ácido etanoico. Otro método de obtención, aunque no económicamente viable,
consiste en hacer reaccionar las sales de plata de los ácidos con halogenuro de
alquilo, el etanoato de etilo se puede preparar en presencia de etanoato de plata y
yoduro de etilo. Es insoluble en agua y se disuelve con facilidad en disolventes
orgánicos. Reacciona con el agua para formar ácido acético y etanol, una reacción
que es catalizada por la presencia de ácidos.
EL ACETATO DE ETILO SE OBTIENE POR MEDIO DE ACETALDEHIDO
El etanal o acetaldehído es un compuesto orgánico de fórmula C H 3CHO. Es un
líquido volátil, incoloro y con un olor característico ligeramente afrutado.
El etanal es producto de partida en la síntesis de plásticos, pinturas, lacas, en la
industria del caucho, de papel y la curtición del cuero. Incluso se utiliza como
conservante de carnes u otros productos alimenticios.
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Técnicamente se obtiene el etanal por hidratación del acetileno en presencia de
sales de mercurio (II):
En el laboratorio se puede obtener por oxidación de etanol. Se forma por
ejemplo con dicromato de potasio, reacción que es utilizada en la detección del
etanol en el aire espirado.
El acetaldehído puede ser producido por oxidación del butano o nafta ligera, o
por hidratación del etileno. Cuando el butano o la nafta ligera son calentados con
aire en la presencia de varios iones metálicos, incluyendo los de manganeso,
cobalto y cromo; se forma el peróxido y luego se descompone para producir ácido
acético según la ecuación química:
Generalmente, la reacción se lleva a cabo en una combinación de temperatura
y presión diseñadas para ser lo más caliente posibles mientras se mantiene al
butano en fase líquida. Unas condiciones de reacción típicas son 150 °C y 55 atm.
Se pueden formar subproductos, que incluyen a la butanona, acetato de etilo,
ácido fórmico, y ácido propiónico. Estos subproductos también son de valor
comercial, y las condiciones de reacción pueden ser modificadas para producir
más de ellos si son económicamente útiles. Sin embargo, la separación de ácido
acético de los subproductos agrega costo al proceso.
Bajo condiciones similares, y usando catalizadores similares a los usados para
la oxidación del butano, el acetaldehído puede ser oxidado por el oxígeno en el
aire para producir ácido acético
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Usando catalizadores modernos, esta reacción puede tener un rendimiento de
ácido acético superior al 95%. Los principales subproductos son el acetato de
etilo, ácido fórmico y formaldehído, todos ellos con un punto de ebullición menor
que el del ácido acético, y se pueden separar fácilmente por destilación.
ETANOL
El compuesto químicoetanol, conocido como alcohol etílico, es un alcohol que
se presenta en condiciones normales de presión y temperatura como un líquido
incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C.
Mezclable con agua en cualquier proporción; a la concentración de 95% en
peso se forma una mezcla azeotrópica.
Su fórmula química es C H 3-C H 2-OH (C2H6O), principal producto de las bebidas
alcohólicas como el vino (alrededor de un 13%), la cerveza (5%) o licores (hasta
un 50%).
A temperatura y presión ambientes es un líquido incoloro y volátil que está
presente en diversas bebidas fermentadas. Desde la antigüedad se obtenía el
etanol por fermentación anaeróbica de una disolución con contenido
O en azúcares con levadura y posterior destilación.
Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación azeotrópica en una
mezcla con benceno o ciclohexano. De estas mezclas se destila a temperaturas
más bajas el azeótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua, mientras
que el etanol se queda retenido. Otro método de purificación muy utilizado
actualmente es la absorción física mediante tamices moleculares. A escala de
laboratorio también se pueden utilizar desecantes como el magnesio, que
reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de magnesio.
2.3 APLICACIONES DEL ETANOL
Pág.21
Es un buen disolvente, y puede utilizarse como anticongelante. También es un
desinfectante. Su mayor potencial bactericida se obtiene a una concentración de
aproximadamente el 70%.
La industria química lo utiliza como compuesto de partida en la síntesis de
diversos productos, como el acetato de etilo (un disolvente para pegamentos,
pinturas, etc.), el éter dietílico, etc.
También se aprovechan sus propiedades desinfectantes.
[]2.4 LOS ESTERES
Los ésteres son compuestos orgánicos derivados de ácidos orgánicos o
inorgánicos oxigenados en los cuales uno o más protones son sustituidos por
grupos orgánicos alquilo (simbolizados por R').
Etimológicamente, la palabra "éster" proviene del griego Essig-Äther (éter de
vinagre), como se llamaba antiguamente al acetato de etilo.
En los ésteres más comunes el ácido en cuestión es un ácido carboxílico. Por
ejemplo, si el ácido es el ácido acético, el éster es denominado como acetato. Los
ésteres también se pueden formar con ácidos inorgánicos, como el ácido
carbónico (origina ésteres carbónicos), el ácido fosfórico (ésteres fosfóricos) o el
ácido sulfúrico. Por ejemplo: el sulfato de dimetilo es un éster, a veces llamado
"éster dimetílico del ácido sulfúrico". Mostrado en la fig. 2.4
Ester (éster de
ácido carboxílico)
Éster carbónico
(éster de ácido
carbónico)
Éster fosfórico
(triéster de ácido
fosfórico)
Éster sulfúrico
(diéster de ácido
sulfúrico)
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Fig. 2.4 Diferencia de esteres
Un ensayo recomendable para detectar ésteres es la formación de
hidroxamatos férricos, fáciles de reconocer ya que son muy coloreados:
Ensayo del ácido hidroxámico: la primera etapa de la reacción es la conversión
del éster en un ácido hidroxámico (catalizado por base). En el siguiente paso éste
reacciona con cloruro férrico produciendo un hidroxamato de intenso color rojo-
violeta.
En bioquímica son el producto de la reacción entre los ácidos grasos y los
alcoholes.
En la formación de ésteres, cada radical OH (grupo hidroxilo) del radical del
alcohol se sustituye por la cadena -COO del ácido graso. El H sobrante del grupo
carboxilo, se combina con el OH sustituido, formando agua.
En química orgánica y bioquímica los ésteres son un grupo funcional
compuesto de un radical orgánico unido al residuo de cualquier ácidooxigenado,
orgánico o inorgánico.
Los ésteres más comúnmente encontrados en la naturaleza son las grasas, que
son ésteres de glicerina y ácidos grasos (ácido oleico, ácido esteárico, etc.)
Principalmente resultante de la condensación de un ácido carboxílico y un
alcohol. El proceso se denomina esterificación: en la sig., figura 2.4.1
Un éster cíclico es una lactona.
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Fig. 2.4.1 Ester cíclico
2.5 REACCIÓN DE ESTERIFICACIÓN
Los esteres se forman por reacción entre un ácido y un alcohol. La reacción se
produce con pérdida de agua. Se ha determinado que el agua se forma a partir del
OH del ácido y el H del alcohol. Este proceso se llama esterificación.
Pueden provenir de ácidos alifáticos o aromáticos.
Se nombran como sales, remplazando la terminación de los ácidos por oato
seguido del nombre del radical del alcohol.
Ejemplo: etanoato de propilo es un éster formado a partir del ácido etanoico y el
alcohol propílico.
2.5.1 PROPIEDADES FÍSICAS
Los de bajo peso molar son líquidos de olor agradable, similar al de la esencia
de las frutas que los contienen. Los ésteres de ácidos superiores son sólidos
cristalinos, inodoros. Solubles en solventes orgánicos e insolubles en agua. Su
densidad es menor que la del agua. .
2.5.2 PROPIEDADES QUÍMICAS
Hidrólisis ácida:
Por calentamiento con agua se descompone en el alcohol y el ácido de los que
Pág.24
proviene.
Éster + agua ------------- ácido + alcohol
Con un exceso de agua la reacción es total. Es un proceso inverso a la
esterificación.
CH3.CO.O.CH3 + H2O ------------ CH3.CO.OH + H.CH2.OH
2.5.3 HIDRÓLISIS ALCALINA - SAPONIFICACIÓN
En presencia de un hidróxido y con exceso de agua y calor, se produce una
reacción que da como productos el alcohol y la sal del ácido del que proviene.
Esta sal es el jabón lo que da el nombre a la reacción.
Éster + hidróxido -------------- sal de ácido + alcohol.
2.6 USOS
Formiato de etilo: esencia de grosella, ron
Acetato de etilo: esencia de manzana y pera. Solvente de la nitrocelulosa.
Butirato de etilo: esencia de durazno.
Acetato de butilo: solvente de la nitrocelulosa. Lacas; barnices; plásticos; vidrios
de seguridad; perfumes.
Acetato de amilo: solvente de lacas y barnices.
2.7 ESTERIFICACION
Pág.25
Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster. Un éster
es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un ácido
carboxílico y un alcohol.
Comúnmente cuando se habla de ésteres se hace alusión a los ésteres de
ácidos carboxílicos, substancias cuya estructura es R-COOR', donde R y R' son
grupos alquilo. Sin embargo, se pueden formar en principio ésteres de
prácticamente todos los oxácidos inorgánicos. Por ejemplo los ésteres carbónicos
derivan del ácido carbónico y los ésteres fosfóricos, de gran importancia en
Bioquímica, derivan del ácido fosfórico
2.7.1 QUÍMICA DE LA ESTERIFICACIÓN
Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado muchos procesos para
obtener ésteres. El más común es el calentamiento de una mezcla del alcohol y
del ácido correspondiente en presencia de cantidades catalíticas de ácido
sulfúrico, utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el
rendimiento de la reacción (esterificación de Fischer-Speier). El ácido sulfúrico
sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que
absorbe el agua formada en la reacción (a veces es sustituido por ácido
fosfóricoconcentrado). En general, este procedimiento requiere de temperaturas
elevadas y de tiempos de reacción largos presentando por tanto inconvenientes;
El alcohol puede sufrir reacciones de eliminación formando olefinas, esterificación
con el propio ácido sulfúrico o la formación del correspondiente éter simétrico. De
igual modo el ácido orgánico que se pretende esterificar puede sufrir
descarboxilación.
Pág.26
Por esto a menudo se utilizan derivados del ácido más activos. En la síntesis
del ácido acetilsalicílico por ejemplo (el éster entre el grupo hidroxilo del ácido
salicílico y del ácido acético) se parte del anhidruro del ácido acético y del ácido
salicílico que actúa como alcohol. En vez de agua se libera una molécula de ácido
acético que puede ser separada fácilmente del producto:
O (OCCH3)2 + HO (C6H4) COOH -> HOOCCH3) + H3CCOO (C6H4) COOH
Otro proceso es la utilización del cloruro del ácido (R-COCl) (variante de
Einhorn) y el alcohol en la presencia de piridina. En este caso se libera ácido
clorhídrico que reacciona directamente con la piridina del medio para dar el
hidrocloruro de piridina. Las condiciones de esta reacción son muy suaves ya que
no requiere la presencia de ácidos o bases fuertes y se puede llevar a cabo a
temperatura ambiente o incluso inferior. Por esto permite la síntesis de
compuestos en presencia de grupos funcionales muy sensibles.
Existen aún procesos de menor importancia como la adición de un ácido a una
olefina, etcétera, que igualmente forman ésteres.
2.8 MECANISMO QUÍMICO
La reacción de la esterificación pasa por un ataque nucleofílico del oxígeno de
una molécula del alcohol al carbono del grupo carboxílico. El protón migra al grupo
hidroxilo del ácido que luego es eliminado como agua. El rol del catalizador es el
de aumentar la actividad carbonílica (la carga parcial positiva sobre el átomo de
carbono) por protonación de uno de los oxígenos del ácido. Lo mismo se puede
conseguir utilizando derivados más activos del ácido como los haluros o los
anhidruros.
2.9 ESTERIFICACION DE FISCHER
La esterificación de Fischer-Speier o esterificación de Fischer es un tipo
especial de esterificación que consiste en la formación de un éster por reflujo de
Pág.27
un ácido carboxílico y un alcohol, en presencia de un catalizador ácido. La
reacción fue descrita por vez primera por Emil Fischer y Arthur Speier en 1895. La
mayoría de ácidos carboxílicos son aptos para la reacción, pero el alcohol debe
ser generalmente un alcohol primario o secundario. Los alcoholes terciarios son
susceptibles a la eliminación, y los fenoles suelen ser muy poco reactivos para dar
rendimientos útiles. Los catalizadores más comúnmente usados para una
esterificación de Fischer incluyen al ácido sulfúrico, ácido toxico y un ácido de
Lewis como el triflato de escandio (III).La reacción suele llevarse a cabo sin un
solvente, particularmente cuando hay un gran exceso de reactante, o en un
solvente no polar. Los tiempos de reacción comunes varían de 1 a 10 horas a
temperaturas de 60-110°C.
Se puede favorecer la esterificación empleando un exceso de alguno de los
reactivos o eliminando alguno de los productos. Por ejemplo, con exceso de etanol
o por destilación, respectivamente.
La esterificación de Fischer es una reacción catalizada por ácido: mostrada en
la sig. Figura 2.9.1
Figura 2.9.1 esterificación de Fischer
2.10 APLICACIONES
Industria química
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Producción de tintas de impresión para la industria gráfica.
Producción de thinners y solventes de pinturas en industria de pinturas.
En la industria de adhesivos y colas derivados de la celulosa.
En la industria alimenticia, en productos de confitería, bebidas, dulces.
En esencias artificiales de frutas.
Remoción de sustancias resinosas en la industria del caucho.
En la elaboración de cueros artificiales y para revestir y decorar artículos de
cuero.
Disolvente de compuestos utilizados para revestir y decorar objetos de
cerámica.
Solvente para la elaboración de varios compuestos explosivos.
En la industria fotográfica, como solvente para la fabricación de películas a
base de celulosa.
Ingrediente de preparaciones cosméticas (perfumes, esmaltes, tónicos
capilares) y farmacéutica.
En la industria del papel, para la elaboración de papeles aprestados y para
recubrir y decorar objetos de papel.
En la industria textil, para la preparación de tejidos de lana para teñido, en
procesos de limpieza y para la elaboración de textiles aprestados.
Reactivo para la manufactura de pigmentos.
El uso directo en el procesado de medicamentos y de alimentos no se
recomienda.
2.11 APLICACIONES EN EL LABORATORIO
En el laboratorio, el acetato de etilo es comúnmente usado en mezclas para
cromatografía líquida y extracción. Es raramente seleccionado como un disolvente
de reacción porque es propenso a la hidrólisis y a la transesterificación. El acetato
de etilo es muy volátil y tiene un bajo punto de ebullición. Debido a estas
propiedades, puede recuperarse de una muestra por calentamiento de la misma
en un baño de agua y ventilando con aire comprimido.
Pág.29
2.12 SEGURIDAD Y RIESGOS
2.12.1 IDENTIFICACIÓN DE LOS PELIGROS
Fácilmente inflamable. Irrita los ojos. La exposición repetida puede provocar
sequedad o formación de grietas en la piel. La inhalación de vapores puede
provocar somnolencia y vértigo.
2.12.2 PRIMEROS AUXILIOS
Ingestión: Enjuagar la boca, dar a beber abundante agua, precaución al
vomitar (existe riesgo de aspiración). Laxantes: sulfato sódico (1 cucharada
sopera en 250 ml de agua). Administrar aceite de vaselina como laxante (3
ml/kg). No administrar aceite de ricino. No beber leche. Pedir atención
médica.
Inhalación: Trasladar a la persona al aire libre. En caso de asfixia proceder
a la respiración artificial. En caso de que persista el malestar, pedir atención
médica.
Contacto con piel: Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua
abundante o ducharse y solicitar atención médica.
Contacto con los ojos: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos
(quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad), después consultar a
un médico.
2.12.3 MEDIDAS DE LUCHA CONTRA INCENDIOS
Medios de extinción adecuados:
Pág.30
AFFF, espuma resistente al alcohol, polvos, dióxido de carbono.
Medios de extinción que no deben utilizarse: Agua a presión.
Riesgos especiales:
Inflamable. Mantener alejado de fuentes de ignición. Los vapores son más
pesados que el aire, por lo que pueden desplazarse a nivel del suelo. Riesgo de
inflamación por acumulación de cargas electrostáticas. Puede formar mezclas
explosivas con aire. En caso de incendio pueden formarse vapores tóxicos.
2.12.4 MEDIDAS QUE DEBEN TOMARSE EN CASO DE VERTIDO
ACCIDENTAL
Precauciones individuales: No fumar, ni provocar chispas en el área del vertido,
conectar los equipos a tierra, Los equipos usados serán antideflagrante. Evitar el
contacto la sustancia. Llevar ropa protectora adecuada con equipo autónomo de
respiración. Restringir el acceso al área del vertido.
Precauciones para la protección del medio ambiente: No permitir el paso al
sistema de desagües. Evitar la contaminación del suelo, aguas y desagües. Avisar
rápidamente al personal especializado, bomberos y agentes de la autoridad.
Métodos de limpieza: Recoger con materiales absorbentes arena o tierra secas
y depositar en contenedores para residuos para su posterior eliminación de
acuerdo con las normativas vigentes.
Limpiar los restos con agua abundante.
2.12.5 MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO
Pág.31
Manipulación: Usar máscara con filtro para vapores orgánicos tipo A. Usar
equipo autónomo de respiración si la exposición es prolongada. Utilizar guantes de
protección, botas de goma, PVC, cloruro de polivinilo o similares. Protegerse los
ojos con gafas herméticas. Usar aparatos/instrumentos protegidos antideflagrante.
Ventilar adecuadamente los lugares de trabajo. Evitar cargas electrostáticas.
Mantener alejado de las fuentes de ignición.
Almacenamiento: A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes, ácidos
y bases. Mantener en lugar frío, seco. Almacenar herméticamente cerrado.
2.12.6 CONTROLES DE EXPOSICIÓN / PROTECCIÓN INDIVIDUAL
Valores límite de exposición: VLA-ED: 400 ppm ó 1460 mg/m3
Protección respiratoria: En caso de formarse vapores/aerosoles, usar equipo
respiratorio adecuado. Filtro A. Filtro P.
Protección de las manos: Utilizar guantes de neopreno, PVC o de goma.
Protección de los ojos: Usar gafas de seguridad.
Protección cutánea: Ropa protectora al producto.
2.12.7 PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS
Estado físico: Líquido. Color: Trasparente e incoloro.
Pto. De ebullición (a 1atm): 77 ºC Pto. De fusión: -84ºC
Temperatura de auto ignición: 430°C Densidad relativa: (20/4): 0,902
Presión de vapor: 97 hPa (20°C) Solubilidad: 80 g/l en agua a 20°C
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2.12.8 ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD
Estabilidad: Estable en condiciones adecuadas al almacenamiento.
2.13.COMPRESORES
Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir como aparece en la figura 2.13.
2.13.1 TIPO DE COMPRESORES
Clasificación según el método de intercambio de energía: Hay diferentes tipos de compresores de aire, pero todos realizan el mismo trabajo: toman aire de la atmósfera, lo comprimen para realizar un trabajo y lo regresa para ser reutilizado.
El compresor de desplazamiento positivo. Las dimensiones son fijas. Por cada movimiento del eje de un extremo al otro tenemos la misma reducción en volumen y el correspondiente aumento de presión y temperatura. Normalmente son utilizados para altas presiones o poco volumen. Por ejemplo el inflador de la bicicleta. También existen compresores dinámicos. El más simple es un ventilador que usamos para aumentar la velocidad del aire a nuestro entorno y refrescarnos. Se utiliza cuando se requiere mucho volumen de aire a baja presión.
El compresor de émbolo: Es un compresor de aire simple. Un vástago impulsado por un motor (eléctrico, diesel, neumatico, etc.) es impulsado para levantar y bajar el émbolo dentro de una cámara. En cada movimiento hacia abajo del émbolo, el aire es introducido a la cámara mediante una válvula. En cada movimiento hacia arriba del émbolo, se comprime el aire y otra válvula es abierta para evacuar dichas moléculas de aire comprimidas; durante este movimiento la primera válvula mencionada se cierra. El aire comprimido es guiado a un tanque de reserva. Este tanque permite el transporte del aire mediante distintas mangueras. La mayoría de los compresores de aire de uso doméstico son de este tipo.
El compresor de tornillo: Aún más simple que el compresor de émbolo, el compresor de tornillo también es impulsado por motores (eléctricos, diesel,
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neumáticos, etc.). La diferencia principal radica que el compresor de tornillo utiliza dos tornillos largos para comprimir el aire dentro de una cámara larga. Para evitar el daño de los mismos tornillos, aceite es insertado para mantener todo el sistema lubricado. El aceite es mezclado con el aire en la entrada de la cámara y es transportado al espacio entre los dos tornillos rotatorios. Al salir de la cámara, el aire y el aceite pasan a través de un largo separador de aceite donde el aire ya pasa listo a través de un pequeño orificio filtrador. El aceite es enfriado y rehusado mientras que el aire va al tanque de reserva para ser utilizado en su trabajo.
Sistema Pendular Taurozzi: consiste en un pistón que se balancea sobre un eje generando un movimiento pendular exento de rozamientos con las paredes internas del cilindro, que permite trabajar sin lubricante y alcanzar temperaturas de mezcla mucho mayores.
Reciprocantes o Alternativos: utilizan pistones (sistema bloque-cilindro-émbolo como los motores de combustión interna). Abren y cierran válvulas que con el movimiento del pistón aspira/comprime el gas. Es el compresor más utilizado en potencias pequeñas. Pueden ser del tipo herméticos, semi-hermeticos o abiertos. Los de uso domestico son herméticos, y no pueden ser intervenidos para repararlos. los de mayor capacidad son semi-hermeticos o abiertos, que se pueden desarmar y reparar.
Rotativo-Helicoidal (Tornillo, Screw): la compresión del gas se hace de manera continua, haciéndolo pasar a través de dos tornillos giratorios. Son de mayor rendimiento y con una regulación de potencia sencilla, pero su mayor complejidad mecánica y costo hace que se emplee principalmente en elevadas potencias, solamente.
Rotodinámicos o Turbo máquinas: Utilizan un rodete con palas o álabes para impulsar y comprimir al fluido de trabajo. A su vez éstos se clasifican en:
o Axialeso Radiales
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Fig.2.13 Compresor
2.14 INTERCAMBIADOR DE CALOR
Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.
Pág.35
Fig.2.14 Los intercambiadores de calor pueden clasificarse según como sea:
Intercambiadores de contacto directo: son aquellos dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla física completa.
Intercambiadores de contacto indirecto:
- Alternativos: ambos fluidos recorren un mismo espacio de forma alternada, la mezcla entre los fluidos es despreciable.
- De superficie: son equipos en los que la transferencia de calor se realiza a través de una superficie, cilíndrica o plana, sin permitir el contacto directo.
Existen dos tipos de intercambiadores de contacto indirecto: los cambiadores de flujo paralelo (intercambio líquido - líquido) y los cambiadores de flujo cruzado (intercambio líquido - gas)
2.15 REACTORES
Un reactor químico es un equipo en cuyo interior tiene lugar una reacción química, estando éste diseñado para maximizar la conversión y selectividad de la misma con el menor coste posible. Si la reacción química es catalizada por una enzima purificada o por el organismo que la contiene como en la figura 2.15.
Existen varias formas de clasificarlos:
- Según el modo de operación:
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Reactores discontinuos: son aquellos que trabajan por cargas, es decir se introduce una alimentación, y se espera un tiempo dado, que viene determinado por la cinética de la reacción, tras el cual se saca el producto.
Reactores continuos: son todos aquellos que trabajan de forma continua.
Según las fases que albergan:
Reactores homogéneos: tienen una única fase, líquida o gas.
Reactores heterogéneos: tienen varias fases, gas-sólido, líquido-sólido, gas-líquido, gas-líquido-sólido.
Dentro de la idealidad pueden suponerse tres tipos de reactores homogéneos:
Reactores discontinuos: trabajan en estado no estacionario y el más sencillo sería un tanque agitado.
Reactores continuos tipo tanque agitado (CSTR): estos reactores trabajan en estado estacionario, es: decir que sus propiedades no varían con el tiempo. Este modelo ideal supone que la reacción alcanza la máxima conversión en el instante en que la alimentación entra al tanque. Es decir, que en cualquier punto de este equipo las concentraciones son iguales a las de la corriente de salida.
Reactores en flujo pistón (PFR): estos reactores trabajan en estado estacionario. Es decir, las propiedades en un punto determinado del reactor son constantes con el tiempo. Este modelo supone un flujo ideal de pistón, y la conversión es función de la posición.
Fig. 2.15 Reactor
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2.16 TORRES DE DESTILACION
La destilación es un método para separar los componentes de una solución;
depende de la distribución de las sustancias entre una fase gaseosa y una líquida, y
se aplica a los casos en que todos los componentes están presentes en las dos
fases. En vez de introducir una nueva sustancia en la mezcla, con el fin de obtener
la segunda fase (como se hace en la absorción o desorción de gases) la nueva fase
se crea por evaporación o condensación a partir de la solución original.
La destilación se refiere a separar soluciones en que todos los componentes son
apreciablemente volátiles. Mediante la manipulación adecuada de las fases, o
mediante evaporaciones y condensaciones repetidas, es generalmente posible
lograr una separación tan completa como se requiera y recobrar, en consecuencia,
los dos componentes de la mezcla con la pureza deseada. En la destilación, la
nueva fase difiere de la original por su contenido calorífico, pero el calor se
incrementa o se elimina sin dificultad; por supuesto, debe considerarse
inevitablemente el costo de aumentarlo o eliminarlo.
Al mismo tiempo, la destilación posee ciertas limitaciones como proceso de
separación. El gas que puede crearse a partir de un líquido mediante la aplicación
de calor, consta, inevitablemente, solo de los componentes que se encuentran en el
líquido. Por lo tanto, ya que el gas es químicamente muy similar al líquido, el cambio
de composición resultante por distribuir los componentes entre las dos fases
generalmente no es muy grande. Es más, en algunos casos el cambio de
composición es tan pequeño que el proceso no es práctico; más aún, puede
suceder que no haya ningún cambio en la composición.
No obstante la separación directa que comúnmente es posible por destilación, en
productos puros que no requieren procesamiento posterior, tal vez ha hecho de ésta
la más importante de todas las operaciones de transferencia de masa. En la Fig. 2.3
se muestran diferentes torres de destilación.
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2.17 BOMBAS
Siempre que tratemos temas como procesos químicos, y de cualquier circulación
de fluidos estamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas.
El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea,
transformara la energía mecánica en energía cinética,
generando presión y velocidad en el fluido.
Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones.
Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo
adecuado son: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo
de gases a bombear (la eficiencia de cada bomba varía según el tipo de gas).
Las bombas se clasifican en tres tipos principales:
De émbolo alternativo.
De émbolo rotativo.
Roto dinámicas.
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Figura 2.3 Torres de destilación.
Los dos primeros operan sobre el principio de desplazamiento positivo, es decir,
que bombean una determinada cantidad de fluido (sin tener en cuenta las fugas
independientemente de la altura de bombeo).
El tercer tipo debe su nombre a un elemento rotativo, llamado rodete, que comunica
velocidad al líquido y genera presión.
La carcaza exterior, el eje y el motor completan la unidad de bombeo.
En su forma usual, la bomba de émbolo alternativo consiste en un pistón que tiene
un movimiento de vaivén dentro de un cilindro.
Un adecuado juego de válvulas permite que el líquido sea aspirado en una
embolada y lanzado a la turbina de impulsión en la siguiente.
En consecuencia, el caudal será intermitente a menos que se instalen recipientes
de aire o un número suficiente de cilindros para uniformar el flujo.
Aunque las bombas de émbolo alternativo han sido separadas en la mayoría de los
campos de aplicación por la bomba roto dinámica, mucho más adaptable, todavía
se emplean ventajosamente en muchas operaciones industriales especiales.
Las bombas de émbolo rotativo generan presión por medio de engranajes o rotores
muy ajustados que impulsan periféricamente al líquido dentro de la carcasa cerrada.
El caudal es uniforme y no hay válvulas. Este tipo de bombas es eminentemente
adecuado para pequeños caudales (menores de 1 pie3/s y el líquido viscoso).
Las variables posibles son muy numerosas. En la siguiente Fig.1.2 se muestra a
continuación la imagen de una bomba convencional. .
Pág.40
Pág.41
CAPITULO
3
DESARROLLO DEL PROYECTO
Figura 1.2 Bomba centrifuga.
3.1 PROBLEMÁTICA
La causa principal por lo cual desarrollamos este proyecto es por la baja
producción en el mercado de acetato de etilo, para abastecer la industria que así
lo requiera.
3.2 ALCANSE DEL PROYECTO
Llegar a producir 100,000 toneladas al año para tener un alto índice de tasa de
retorno.
3.3 LIMITACIONES DEL PROYECTO
- Falta de datos sobre las condiciones de reacción.
-Tiempo para el desarrollo detallado del proyecto.
- No se consideran los costos de las tuberías y válvulas por lo cual la inversión
es aproximada.
3.4 DESCRIPCION DEL PROCESO
Fig 3.1 Diagrama del proceso
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Fig 3.2 Flujo de aire y acetaldehído
Se proporciona los valores de la alimentación al reactor para la reacción de oxidación.
En la entrada de aire son:
2.016kmolmin
deO2 el cual representael 21%
7.616kmolmin
de N2 representael 79%
En la alimentación de acetaldehído es de:
1050.001kmolmin
deacetaldehido alimentado
Pág.43
Fig3.3 Condiciones del reactor
La reacción se lleva a cabo en un reactor de gibbs a las condiciones de P=1 atm y T=80 °C
i
Fig. 3.4 Flujos a la salida del reactor
A la salida del reactor se obtiene una producción de:
4.033kmolmin
de acido acetico
El nitrógeno alimentado que entra al reactor sale debido que es un gas inerte, a la salida se
tiene una fracción vaporizada igual a 1.
Fig 3.5 Intercambiador de calor
La salida del reactor se alimenta a un enfriador para poder condensar el acido acético.
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Fig.3.6 Tanque flash
A la salida del enfriador se hace pasar por un tanque flash para poder separar el nitrógeno del
acido acético debido a que se encuentran en diferentes estados gas y líquidos.
Fig 3.7 reactor de esterificacion
El acido acético que sale del tanque flash se hace reaccionar con 3.33kmolmin
deetanol en un
reactor de gibbs a la condiciones de P= 15 atm y T= 150 °C.
En la salida del reactor se obtienen una producción de:
1.538kmolmin
deacido acetico
Pág.45
7.63kmolmin
deagua
0.399kmolmin
deetanol sin reaccionar
2.62kmolmin
deacetatode etilosin reaccionar
Ahora se empieza a separar los productos en torres de destilación donde se elije el clave ligero
(acetato de etilo) con una fracción de 0.99 y el clave pesado (agua) con una fracción de 0.01 en
domo.las composiciones en domo son de:
0.399kmolmin
deetanol
2.59kmolmin
deacetato deetilo
Por último se separa el etanol del acetato de etilo con una fracción de 0.99 de etanol en domo
y 0.99 de acetato de etilo en el fondo.
2,57kmolmin
de acetatodeetilo
3.5 METODOLOGIA
3.4.1 Calculo del cambiador
Se debe de conocer las condiciones de procesos para así poder diseñar el
equipo.
Fluido caliente: T1, T2, W, Cp., s, µ, k, Rd, ∆P.
Fluido frio: t1, t2, w, Cp., s, µ, k, Rd, ∆P.
Se debe de determinar la longitud del tubo, diámetro exterior y espaciado
entre los tubos.
1. Balance de calor
Q=wCp∆T
Donde:
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Q= calor transferido.
Cp.= calor especifico.
∆T=diferencia de temperaturas.
2. Diferencia verdadera de temperatura.
∆T=MLTD∗FT
MLTD=∆T 1−∆T 2
ln∆T 1∆T 2
Donde:
∆T 1=T 1−t 2
∆T 2=t 1−T 2
Calcular los valores de R y S para obtener Ft.
R=T 1−T 2t 2−t 1
S=t 2−t 1T1−t1
Con los valores de R y S leer el valor de Ft de la fig. 7.
∆T=MLTD∗FT
3. Cálculo de las temperaturas calóricas.
TC=T 2+FC (T 1−T 2 )
tc=t2+FC (t 1−t 2 )
Para el intercambiador.
a) Suponer un valor de UD con ayuda de la tabla 2 Y calcular el valor de la superficie A.
A= QU D∗∆T
Donde:
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A=área de transferencia de calor.
UD=coeficiente total para diseño.
Determinar el valor de a” (superficie exterior por pie lin pie2) de la tabla 4.
Calcular el número de tubos del intercambiador.
¿de tubos= AU D∗∆T
b) Suponer un número de pasos por tubos para la caída de presión permitida. Con el número de tubos calculados elegir el diámetro de coraza que tenga el número de tubos más cercano de la tabla 3.
c) Corregir el valor de UD de acuerdo a la superficie correspondiente y al número de tubos corregidos.
Calcular primero por el lado tubos si el valor del coeficiente de película es
mayor que el valor de UD la caída de presión por el lado tubos será satisfactorio.
Fluido lado tubo.
4. Área de flujo at
at= Nt∗a ´ t144 n
Donde:
a´t=área de flujo por tubos de la fig. 4.
n= numero de pasos.
5. Masa velocidad Gt
Gt=wat
6. Numero de Reynolds por tubo.
Pág.48
ℜt=D∗G t
μ
Donde:
D= diámetro interno del tubo leerlo de la tabla 4
µ= viscosidad a tc.
7. Leer el valor de jh de la fig. 8
8. A tc obtener k ( cμk
)13 de la fig 5
9. Calcular el valor de hio /ǿt.
hioǿt
=
Jh∗kD
∗( c∗μk
)1/3
∗DI
DE
Comenzar con el cálculo por el lado coraza.
10.Suponer un espaciado entre los deflectores para la caída de presión permitida
Di5≤B≤ Di
Donde:
B= espaciado entre deflectores.
Di= diámetro interno de la coraza.
11.Área de flujo as
as=Di∗C∗B144 PT
Donde:
PT= pinch
C=claro
C=PT−DEde tubo
Pág.49
12.Masa velocidad lado coraza.
Gs=was
13. Numero de Reynolds lado coraza.
ℜ=De∗Gs
μ
Donde:
De=diámetro equivalente leerlo de la fig. 11.
µ=viscosidad a Tc
14.Leer jh de la fig. 1115.A Tc calcular Cp., k y µ.
16.Calcular hoǿs
hoǿs
= Jh∗kDe
∗( c∗μk
)1/3
17.Calcular la temperatura de la pared Tw.
tw=tc+hohi o
∗(Tc−tc )
18.A Tw calcular la µw del fluido lado coraza.19.Calcular ǿs.
ǿs=¿
20.Coeficiente de película corregido lado coraza.
ho=ho∅ s
∅ s
21. A Tw calcular la µw del fluido lado tubo.22.Calcular ǿ t
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ǿ t=¿
23.Coeficiente de película corregido lado tubo.
hio=hio∅t
∅ t
24.Coeficiente total limpio UC.
uc=hiohohio+ho
25.Factor de obstrucción Rd
Rd=U C−U D
U CU D
3.4.2 Calculo de las caídas de presión.
Lado coraza
1. Para el numero de Reynolds lado coraza obtener el valor de f de la fig. 12.2. Calcular el número de cruces.
N+1=12 LB
3. De la fig. 3 buscar el valor de la gravedad especificas para el fluido deseado.
4. Calcular la caída de presión lado coraza ∆ P s.
∆ P s=f G s
2(N+1)5.22∗1010Des∅ s
Lado tubo.
5. Para el número de Reynolds lado tubo obtener el valor de f de la fig. 9.
6. De la fig. 3 leer el valor de la gravedad especifica.
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7. Calcular la caída de presión en los tubos en los tramos rectos ∆ Pt .
∆ Pt=f Gt
2 ln
5.22∗1010Ds∅ t
8. Con la masa velocidad lado tubos leer el valor de la caída de presión por retorno de la fig. 10.
∆ pr= 4ns
v2
2g ´
9. Calcular la caída de presión total lado tubo.∆ PT=∆ Pt+∆ pr
3.4.3 Calculo de la torre de destilación
1.- calcular las presiones de vapor de los compuestos apartir de la
ecuación de antoine.
p°=Pc∗e(A1− A2
A3+T)
Donde:
A=constantes de antoine
Pc=presión critica
p°=presionde vapor
2.- calcular las volatilidades relativas a temperatura de alimentación domo
y fondo.
α= PiPj
Donde:
Pi=presión de vapor del clave ligero
Pj=presión de vapor del clave pesado
3.- calcular el número de etapas mínimas por ecuación de fenske
Pág.52
Nmin=log(
X D
1−X D
∗1−XW
XW
)
log~α
Donde:
XD=fracción en el domo
Xw=fracción en el fondo
4.- cálculo de la relación de reflujo minino por underwood.
∑i=1
N α i∗x ifαi−θ
=1−q
Donde:
Θ=constante de underwood.
αi=volatilidad en alimentación.
xif=fracción mol en alimentación
q=fracción liquido en la alimentación.
Rmin=∑i=1
N α i∗x iDαi−θ
−1
Donde:
xiD=fracción mol en alimentación
αi=volatilidad en el destilado.
5.- cálculo del número de etapas reales
N−NminN+1
=RD−RminRD+Rmin
Donde:
N=numero de etapas reales.
Rd=reflujo requerido.
6.- Altura de la torre
H=4+2 (N−1 )+10
La constante 4 representa la separación de 4 ft por encima del plato superior
para separar el liquido arrastrado y el 10 son 10ft pr debajo del plato de cola para
disponer de suficiente capacidad de resanamiento.
Pág.53
H=altura en ft.
7.-diametro de la torre.
Dc=( 4π∗v
∗D∗R+
1∗22.2∗T DV273
∗1
P∗1
3600)
12
Donde:
V =0.761*(1/p)^1/2
DC=diámetro de la columna en metros.
D=flujo del destilado en kgmol/h
R=razón de reflujo
TDV=temperatura de roció del condensador K
P=presión de la columna en atm.
3.4.4 Calculo de costos de equipos
1. Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo de acuerdo
a la fig. 13. Este costo corresponde al año de 1968.
2. Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el material
de construcción y la presión de trabajo.
Leer los valores de los factores:
Fd=tipo de cambiador
Fp=presión de trabajo
Fm=material de construcción
Estos factores de leen de la tabla 7.
Cfob=Cb∗(Fd+Fp )∗Fm si Fd+Fp>1 sumar1a Fd+Fp
3. Obtener el costo del equipo
Leer el costo del modulo desnudo (Fob) de la tabla 8.
COSTOEN EL68=Cfob+Fob
4. Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)
Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )
Pág.54
5. actualizar el costo al año deseado en este caso el 2011 utilizando los
índices tomados de la revista chemical engenieering abril. 2012 encontrados en el
anexo fig. 14.
Cmda2011=Cmda indice del2012indicede1968
6. Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de
costo total del equipo.
Cmda final=1,15Cmda2012
Pág.55
CAPITULO
4
CALCULOS Y
RESULTADOS
4.1 Cálculos realizados para el intercambiador de calor.
1. Calculo de calor transferido.
T1=104 ºF
T2=176 ºF
W=17209 lb/hr
CP= 0.52 Btu/lb ºF
Q=wCp∆T
Q=17209∗0.52∗(176−104 )=694304.96Btu /hr
Cálculo del agua de enfriamiento.
Cp de agua= 1btu/lbºF
Q=69304.96 Btu/hr
∆T=36 ºF
w= QCp∆T
w=69304.961∗36
=17897.36 lb /hr
Pág.56
CAPITULO
4
CALCULOS Y
RESULTADOS
Tomando una longitud de tubo de 16pies, con un diámetro exterior de ¾
pulgadas, arreglo cuadrado y un pinch de 1 pulgada.
2. Diferencia verdadera de temperatura.
T1=176 ºF
T2=77 ºF
t1=104 ºF
t2=113 ºF
∆T 1=T 1−t 2
∆T 1=(176−113 )=63 ° F
∆T 2=t 1−T 2
∆T 2=(104−77 )=27 ° F
MLTD=∆T 1−∆T 2
ln∆T 1∆T 2
MLTD=63−27
ln6327
=° F
Calcular los valores de R y S para obtener Ft.
R=T 1−T 2t 2−t 1
= 176−77113−104
=0.5S=t 2−t 1T1−t 1
=113−104176−104
=0.72
Con los valores de R y S leer el valor de Ft de la fig 7.
FT=0.76
∆T=MLTD∗FT
∆T=42.48∗0.76=36.29 ° F
3. Cálculo de las temperaturas calóricas.
Pág.57
Kc=0,95
∆TC=113−77=36℉
∆Th=176−104=72℉
∆Tc∆Th
=0.5
Con los valores de Kc y la relación de temperaturas leer el valor de FC de la
figura 6.
FC=0.45
TC=T 2+FC (T 1−T 2 )=77+0.45 (176−77 )=136.4℉
tc=t2+FC (t 1−t 2 )=113+0.45(104−113)=96.8℉
Para el intercambiador.
Con un valor de UD= 50 Btu/hrFt2ºF tomado de la tabla 2. Calcular el valor de
A.
Q=644304.96 Btu/hr
∆T=36.29 ºF
A= QU D∗∆T
A=644304.9650∗36.29
=399.06 ft2
Con un valor de a”=0,1963 tomado de la tabla 4.
Se calcula el número de tubos del intercambiador.
¿de tubos= AU D∗∆T
¿de tubos= 399.0650∗36.29
=127.05
Con un número de pasos por lado tubo igual a 2 se corrige el número
de tubos de la tabla 3.
# de tubos corregidos=124
Se corrige el valor de UD de acuerdo al área corregida correspondiente y al
número de tubos corregidos.
Pág.58
Acorregida=longtubo∗a*#tubo
Acorregida=16∗0.1963∗124=384 ft2
U D=Q
Acorregida∗∆T
U D=644304.96384∗36.29
=51.23 Btuhrft℉
4. Fluido lado tubo.Área de flujo at
De la tabla 4 con diámetro de tubo de ¾ de pulgada a´t=0.302
n=2
Nt=124
at= Nt∗a ´ t144 n
at=124∗0.302144∗2
=0.13 ft2
5. Masa velocidad Gt
W=17209 lb/hr
Gt=wat
Gt=172090.13
=132348.64 lbft∗hr
6. Numero de Reynolds por tubo.De la tabla 4. D=0.62 pulgadas
De la figura 4 a temperatura calórica tc µ=0.75 µ *2.42=1,815 lb/fthr
ℜt=D∗G t
μ
ℜt=
0.6212
∗132348.64
1.815=3767.5
7. Con el número de Reynolds el valor de jh de la figura8 es=30
Pág.59
8. A tc k ( cμk
)13 =0.356 de la figura5.
9. Calcular el valor de hio /ǿt.
hioǿt
=
Jh∗kD
∗( c∗μk )13∗DI
DE
hioǿt
=30∗0.3560.051667
=206.7 Btuhr ft2℉
Comenzar con el cálculo por el lado coraza.
10.Suponer un espaciado entre los deflectores para la caída de presión permitida
Di5≤B≤ Di
Di= 15.25 in
3.05≤B≤15.25
B=3.05
11.Área de flujo as
PT= 1 in
DE=0.75 in
C=PT−DEde tubo=1−0.75=0.25 pulgadas
as=Di∗C∗B144 PT
as=¿15.250 .25∗3.05144∗1
=0.0807 ft2
Pág.60
12.Masa velocidad lado coraza.W=17897.36 lb/hr
Gs=was
Gs=17897.360.0807
=221636 lb
ft2∗hr
13. Numero de Reynolds lado coraza.De=0.95/12 in
De la fig 4. µ a Tc=1.2*2.42=2.904 lb/fthr
ℜ=De∗Gs
μ
ℜ=0.0791667∗2216362.904
=6042.09
14.Con el numero de Reynolds jh de la figura 11 es =60
15.A Tc calcular k ( cμk
)13=0.099
16.Calculando hoǿs
hoǿs
= Jh∗kDe
∗( c∗μk )13
hoǿs
= 60∗0.0990.0791667
=75.031 Btuhr ft2℉
17.Calcular la temperatura de la pared Tw.
tw=tc+hohi o
∗(Tc−tc )
tw=96.8+75.03206.7
∗(136.4−96.8 )=107.34℉
18.De la fig 4. A Tw calcular la µw del fluido lado coraza.
Pág.61
µw=1.5 lb/fthr
19.Calcular ǿs.ǿs=¿
ǿs=¿
20.Coeficiente de película corregido lado coraza.
ho=ho∅ s
∅ s
ho=75.0310.96
=77.41 Btu
Ft 2℉ hr
21.De la fig 4 A Tw calcular la µw del fluido lado tubo.µw=0.7 lb/fthr
22.Calcular ǿ t
ǿ t=¿
23.Coeficiente de película corregido lado tubo.
hio=hio∅t
∅ t
hio=206.71.009
=204.72 Btu
Ft 2℉ hr
24.Coeficiente total limpio UC.
uc=204.72∗77.41204.72+77.41
=56.17 Btu
Ft 2℉ hr
25.Factor de obstrucción Rd
Rd=U C−U D
U CU D
Pág.62
Rd=56.17−5056.17∗50
=0.0021 Ft2℉ hrBtu
Cálculo de caídas de presión.
Lado coraza
1. Para el numero de Reynolds lado coraza obtener el valor de f de la figura 12.
f=0.0019
2. Calcular el número de cruces.
N+1=12 LB
=12∗163.05
=62.25
3. De la figura 3 buscar el valor de la gravedad especifica s para el fluido deseado.
S=0.98
4. Calcular la caída de presión lado coraza ∆ P s.
∆ P s=f Gs
2 (N+1 )5.22∗1010Des∅ s
∆ P s=0.0019∗2216362∗62.95
5.22∗1010∗0.0791667∗1.05∗0.96=1.77 lb
¿2
Lado tubo.
5. Para el número de Reynolds lado tubo obtener el valor de f de la figura 9.f=0.00025
6. De la figura3 leer el valor de la gravedad especifica.S=1
7. Calcular la caída de presión en los tubos en los tramos rectos ∆ Pt .
∆ Pt=f Gt
2 ln
5.22∗1010Ds∅ t
Pág.63
∆ Pt=0.00025∗132348.642∗16∗25.22∗1010∗0.0517∗1∗1.009
=.0515 lb¿2
8. Con la masa velocidad lado tubos leer el valor de la caída de presión por retorno de la figura10.
∆ pr= 4ns
v2
2g ´=0.16 lb
¿2
9. Calcular la caída de presión total lado tubo.
∆ PT=∆ Pt+∆ pr=.0515+0.16=0.21lb
¿2
Calculo de la torre de destilación 1
1.- Calcular las presiones de vapor de los compuestos a partir de la ecuación de
antoine.
Presiones parciales del agua
p°=3206.7∗e(7− 7173.79
389+302)=68.77 presion parcial enalimentacio
p°=3206.7∗e(7− 7173.79
389+338)=114.92 presion parcial enel domo
p°=3206.7∗e(7− 7173.79
389+395)=235.27 presion parcial enel fondo
Presiones parciales del acetato de etilo
p°=556∗e(6.33− 5440.049
373.48+302)=99.27 presion parcial enalimentacion
p°=556∗e(6.33− 5440.049
373.48+338)=149.21 presion parcial endomo
Pág.64
p°=556∗e(6.33− 5440.049
373.48+395)=263.08 presion parcial en fondo
2.- calcular las volatilidades relativas a temperatura de alimentación domo y fondo.
α=99.2768.27
=1.44 volatilidad en la alimentacion
α=149.21114.92
=1.29volatilidad endomo
α=263.08235.27
=1.11 volatilidad en fondo
~α=3√1.44∗1.29∗1.11=1.28volatilidad promedio3.- calcular el número de etapas mínimas por ecuación de fenske
Nmin=log(
0.991−0.99
∗1−0.01
0.01)
log1.28=34.46
4.- cálculo de la relación de reflujo minino por underwood.
1.44∗0.2871.44−θ
+ 0.5671−θ
=0
θ=1.2562
Rmin=( 1.29∗0.341.29−1.2562+ 0.641−1.2564 )−1
Rmin=6.97
R=1.5Rmin=1.5∗6.97=10.45
5.- cálculo del número de etapas reales
N−34.46N+1
=10.45−6.9710.45+6.97
N=52.84 etapas
6.- Altura de la torre
H=4+2 (52.84−1 )+10=119.68 ft
7.-diametro de la torre.
Pág.65
V=0.761∗( 118
)12=0.1793
Dc=( 4π∗0.1793
∗132∗10.45+
1∗22.2∗443.5273
∗1
18∗1
3600)
12
=2.39mts
Calculo de la torre de destilación 2
1.- Calcular las presiones de vapor de los compuestos apartir de la ecuación de
antoine.
Presiones parciales del acetato de etilo
p°=556∗e(6.33− 5440.049
373.48+338)=149.21 presion parcial enalimentacion
p°=556∗e(6.33− 5440.049
373.48+312)=111.64 presion parcial endomo
p°=556∗e(6.33− 5440.049
373.48+376)=219.87 presion parcial en fon do
Presiones parciales de etanol
p°=925.3∗e(7.43− 6162.36
359.382+ 338)=114.92 presion parcial enalimentacion
p°=925.3∗e(7.43− 6162.36
359.382+312)=79.73 presion parcial endomo
p°=925.3∗e(7.43− 6162.36
359.382+ 376)=187.5 presion parcial endomo
2.- calcular las volatilidades relativas a temperatura de alimentación domo y
fondo.
α=149.21114.92
=1.29volatilidad en la alimentacion
Pág.66
α=111.6479.73
=1.4 volatilidad endomo
α=219.87187.5
=1.17 volatilidad en fondo
~α=3√1.29∗1.4∗1.17=1.29volatilidad promedio3.- calcular el número de etapas mínimas por ecuación de fenske
Nmin=log(
0.991−0.99
∗1−0.1
0.1)
log1.29=26.64
4.- cálculo de la relación de reflujo minino por underwood.
1.29∗0.241.29−θ
+ 0.761−θ
=0
θ=1.2116
Rmin=( 1.4∗0.241.4−1.2116
+ 0.761−1.2116
)=1
Rmin=1.06
R=2∗Rmin=2∗1.06=2.12
5.- cálculo del número de etapas reales
N−26.64N+1
=2−1.062+1.06
N=39.18etapas
6.- Altura de la torre
H=4+2 (39.18−1 )+10=92.37 ft
7.-diametro de la torre.
V =0.761*(1/p)^1/2V=0.761∗( 118
)12=0.1793
Dc=( 4π∗0.1793
∗32∗2+
1∗22.2∗441273
∗1
18∗1
3600)
12
=0.61mts
Pág.67
Calculo de costos del equipo
Cambiador de calor
1.- Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo de
acuerdo a la figura 13 Este costo corresponde al año de 1968.
Cb= $ 2500
2.- Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el
material de construcción y la presión de trabajo.
Leer los valores de los factores de la tabla 7.
Fd=1.85
Fp=0
Fm=1
Fd+Fp=0.85+0.1=0.95 como el valor es menor a 1 se le suma 1
Fd+Fp=1.85
Cfob=Cb∗(Fd+Fp )∗Fm=2500∗(1.85 )∗1=4625
3.- Obtener el costo del equipo
Leer el costo del módulo desnudo (Fob) de la tabla 8.
Fob=3.39
COSTOEN EL68=Cb∗fob=2500∗3.39=8475
4.- Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)
Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )
CmdaEN EL68=8475+(4625−2500)=106000
5.- Actualizar el costo al año deseado en este caso el 2012 utilizando los
índices tomados de la revista Chemical Engenieering Nov. 2012 encontrados en el
anexo figura 14.
Índice de 1968=113.2
Pág.68
Índice de 2011=593.2
Cmda2012=Cmda indice del2011indicede 1968
=10600 593.2113.2
=55573.6325
6.- Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de
costo total del equipo.
Cmda final=1,15Cmda2012=1.15∗55537.6325=63868.28dolares
Torres de destilación
1.- Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo de este
costo corresponde al año de 1968.
Cb1= $ 11500
Cb2= $ 9000
2.- Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el
material de construcción y la presión de trabajo.
Ft=0.4
Fp=1.2
Fm=1
Fs= 0
Cb1 platos =11000
Cb2 platos=1100
CB 1de platos en68=11000 (0.4+0+1 )=15400
CB 2de platos en68=1100 (0.4+0+1 )=1540
Cfob1= (11500+15400 )∗1∗1.2=32280
Cfob2= (9000+1540 )∗1∗1.2=1264.8
3.- Obtener el costo del equipo
Leer el costo del módulo desnudo (Fob).
Fob=4.34
COSTO1 EN EL68=Cb∗fob=11500∗4.34=140095.2
COSTO2 EN EL68=Cb∗fob=9000∗4.34=54892.32
4.- Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)
Pág.69
Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )
Cmda1 EN EL68=140095.2+(32280−11500 )=160875.2
Cmda2 EN EL68=54892.32+(1264.8−9000)=58540.32
5.- Actualizar el costo al año deseado en este caso el 2012 utilizando los
índices tomados de la revista Chemical Engenieering Nov. 2012 encontrados en el
anexo figura 14.
Índice de 1968=113.2
Índice de 2011=593.2
Cmda12012=Cmda indicedel 2011indicede1968
=160875.2 593.2113.2
=842889.409
Cmda22012=Cmda indicedel2011indicede1968
=58540.32 593.2113.2
=306716.11
6.- Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de
costo total del equipo.
Cmda1 final=1,15Cmda2012=1.15∗842889.409=96922.82dolares
Cmda2 final=1,15Cmda2012=1.15∗102342.72=352723.53dolares
Costo de bombas
1.- Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo de este
costo corresponde al año de 1968.
Cb1= $ 600
Cb2= $ 500
Cb3= $ 500
2.- Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el
material de construcción y la presión de trabajo.
Fm=1
Fo bomba 1 =1.5
Fo bomba 2 y 3=1
Cfob1=600∗1∗1.5=900
Pág.70
Cfob2=500∗1∗1=500
Cfob2=500∗1∗1=500
3.- Obtener el costo del equipo
Leer el costo del módulo desnudo (Fob).
Fob=3.48
COSTO1 EN EL68=Cb∗fob=600∗3.48=2088
COSTO2 EN EL68=Cb∗fob=500∗3.48=1740
COSTOEN EL68=Cb∗fob=500∗3.48=1740
4.- Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)
Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )
Cmda1 EN EL 68=2088+(900−600)=2388
Cmda2 EN EL68=1740+(500−500)=1740
Cmda3 EN EL68=1740+(500−500)=1740
5.- Actualizar el costo al año deseado en este caso el 2012 utilizando los
índices tomados de la revista Chemical Engenieering Nov. 2012 encontrados en el
anexo figura 14.
Índice de 1968=113.2
Índice de 2011=593.2
Cmda12012=Cmda indicedel 2011indicede1968
=2388 593.2113.2
=12511.6855
Cmda22012=Cmda indicedel2011indicede1968
=1740 593.2113.2
=9116.55977
Cmda32012=Cmda indicedel 2011indicede1968
=1740 593.2113.2
=9116.55977
6.- Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de
costo total del equipo.
Cmda1 final=1,15Cmda2012=1.15∗12511.6855=14388.4383dolares
Pág.71
Cmda2 final=1,15Cmda2012=1.15∗9116.55977=10484.038dolares
Cmda3 final=1,15Cmda 2012=1.15∗9116.55977=10484.038do lares
Costo compresor
1.- Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo este costo
corresponde al año de 1968.
Cb= $ 25000
2.- Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el
material de construcción y la presión de trabajo.
Leer los valores de los factores de la tabla 7.
Fd=1.15
Cfob=Cb∗fd=25000∗(1.15 )∗1=28750
3.- Obtener el costo del equipo
Leer el costo del módulo desnudo (Fob).
Fob=3.21
COSTOEN EL68=Cb∗fob=25000∗3.21=80250
4.- Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)
Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )
CmdaEN EL68=80250+(28750−25000)=84000
5.- Actualizar el costo al año deseado en este caso el 2012 utilizando los
índices tomados de la revista Chemical Engenieering Nov. 2012 encontrados en el
anexo figura 14.
Índice de 1968=113.2
Índice de 2011=593.2
Cmda2012=Cmda indice del2011indicede 1968
=84000 593.2113.2
=440109.5406
6.- Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de
costo total del equipo.
Cmda final=1,15Cmda2012=1.15∗440109.5406=506125.97dolares
Pág.72
Calculo de inversión
Costo de planta 1 927 397,11 dólaresMaterias primas
Etanol 1 694 931,00 dólaresAcetaldehído 3 469 564,00 dólares
Costo materia prima 5 164 495,00 dólaresCosto energía 4 179,3 dólares
Costo de operación 5 108 674,3 dólaresCosto de ventas 5 700 000,00 dólares
Utilidad bruta 535 505,00 dólaresUtilidad neta 319 590,91 dólares
Tasa de retorno 16.58 %Tiempo de retorno 3.76 años
RESULTADOS OBTENIDOS
1. Cambiador de calor
Rd calculado 0.00219 Rd permitido 0.002UC 56.17 UD 50∆P coraza 1.77 psia ∆P tubo 0.21psia
Coraza TuboT ent 77 °F T 176T sal 113 T sal 104DI 15.25 in De 0.75 in# Bafle 3.05 Long 16 ftClaro 0.25 in # tubo 124
Pinch 1 in arreglo cuadro# pasos 2
2. Torres de destilación
Torre 1 Torre 2N min 36.4 Nmin 26.6N real 52.84 Nreal 40.76Altura 119.68 ft Altura 95.58 ftDiámetro 2.34 mts Altura 95.58 mts
3. Costos de equipos
Cambiador de calor 63868.28 dólaresTorre 1 969322.82 dólares
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Torre2 352723.53 dólaresBomba 1 14358.43 dólaresBomba 2 10484.038 dólaresBomba 3 10484.038 dólarescompresor 506125.97 dólares
4. Inversión
Costo planta 1927397.11 dólaresCosto materia prima 5164495 dólaresCosto energía 4179 dólaresCosto operación 5168674.3 dólaresCosto venta 5700000 dólaresUtilidad bruta 535505 dólaresUtilidad neta 319590 dólaresTasa de retorno 16.58 %
Análisis de resultados
Con los resultados obtenidos se puede observar que la planta diseñada al
producir las 100 000 ton al año que se deseaba de acetato de etilo es factible para
una inversión ya que la tasa de retorno es mayor al 15 %, pero se ha de tomar en
cuenta que para el cálculo del costo de la plata no se tomaron en cuenta los
tramos de tuberías válvulas entre otras.
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CONCLUSIONESAl término de este proyecto podemos concluir que se cumplieron uno de los
objetivos principales que es la producción de 100000 toneladas de acetato de
etilo, así como proponer de forma detallada el modelo para la obtención del
producto.
Los montos de inversión y la tasa de retorno son factibles para poder producir e
invertir en la elaboración del acetato de etilo.
RECOMENDACIONES Es recomendable, al hacer los cálculos de los equipos tener en cuenta
las fracciones y valores de entradas y salidas en los mismos para
aminorar el trabajo.
En cuanto a los costos, es necesario calcular un aproximado de los
equipos y tuberías, para que al concluir los costos sean semejantes a los
reales.
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Manejar graficas, que tengan en cuenta los resultados estadísticos en
caso de que sea un proyecto a gran escala.
Conocer que equipos se requieren en el proceso, debido a que si llegan
a ser erróneos no darán los resultados esperados.
ANEXOS
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FIG. (1). Conductividades térmicas de hidrocarburos líquidos
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FIG. (2). Calores específicos de hidrocarburos líquidos.
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FIG. (3). Gravedades especificas de hidrocarburos.
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Tabla (1). Viscosidades de fracciones del petróleo.
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FIG. (4). Viscosidades de líquidos.
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FIG. (6). Valores de k (cµ/k)1/3 para hidrocarburos.
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FIG. (6).Factor F de temperatura calórica.
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FIG. (7). Factores de corrección MLTD para intercambiadores 1-2.
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FIG. (12). Curva de transferencia de calor de lado de tubos.
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Fig. (9). Factores de fricción, para lado de tubo.
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FIG. (10). Perdida por presión por retorno, lado tubos.
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FIG. (11). Curva de transferencia de calor para lado de la coraza con haz de
tubos con deflectores segmentados 25%.
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FIG. (12). Factores de fricción lado de la coraza, para haces de tubos con
deflectores segmentados 25%.
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Tabla 2. Valores aproximados de los coeficientes totales para diseño. Los
valores incluyen un factor de obstrucción total de 0.003 y caída de presión
permisible de 5 a 10 Lb/in2 en la corriente que controle.
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Tabla 3. Disposición de los espejos de tubos (cuenta de tubos) arreglo en
cuadro.
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Tabla 4. Datos de tubos para condensadores e intercambiadores de calor.
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Tabla 5. Factores de obstrucción.
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Fig. (19) Costo base de intercambiadores de calor.
Tabla. (6) Material de la coraza / tubo Fm.
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Tabla. (7) Factores de ajuste.
Tabla. (8) Factores de modulo
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Fig. (14) Indicadores económicos.
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Fig 15 Costo de recipientes de proceso.
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Fig 16 Factores de ajuste para recipientes de proceso
Fig 17 Costo base de platos de una columna de
destilación
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
1. Alan s. foust. principios de operaciones unitarias. continental (1997)
2. Arturo Jiménez Gutiérrez. diseño de procesos en ingeniería química. editorial reverte s.a. 2003
3. Kern, d.q. procesos de transferencia de calor. cecsa, (1999).
4. Revista chemical engineering. Nov-2011 p 64.
5. Warren l. mc cabe, Julián c smith.mc graw gill, operaciones unitarias en ingenieria química sexta edición.
6. http://es.wikipedia.org/wiki/etanoato_de_etilo
7. http://www.ecured.cu/index.php/etanoato_de_etilo
8. http://quimicaparatodos.blogcindario.com/2009/09/00077-los-esteres.html
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