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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA
XXIX PROGRAMA DE ACTUALIZACIÓN Y EXAMEN DE APTITUD PROFESIONAL - 2015
JORGE EDUARDO LOAYZA PÉREZ
MÓDULO I PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES: INNOVACIÓN, SEGURIDAD
Y MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS
Planta Botnia (Hoy UPM) Fray Bentos. Uruguay
CONTENIDO Y PROGRAMACIÓN
• Sesión 1 Procesos Industriales Sostenibles
Sábado, 25 de abril, 2015
• Sesión 2 Innovación y metodología inventiva TRIZ para la resolución de problemas tecnológicos
Domingo, 26 de abril, 2015.
• Sesión 3 Seguridad en Plantas Industriales
Sábado, 2 de mayo, 2015.
• Sesión 4 Minimización de Residuos Industriales
Domingo, 3 de mayo, 2015.
CARACTERÍSTICAS DEL MÓDULO Y METODOLOGÍA
• Duración: 24 horas. • Intensidad horaria: 6 horas/sesión. • Metodología:
- Curso-Taller - Exposición-discusión de los
temas. - Análisis de casos y proyección de
videos. - Resolución de talleres.
• Materiales: Separata del curso (texto de apoyo) y diapositivas
• Evaluación: 1° Examen: Domingo 07-06-15
DIAPOSITIVAS Y OTROS MATERIALES
• Correo del módulo
(¡Sólo para los alumnos del Programa!) procesos.sostenibles.unmsm@gmail.com
clave: titulacion
• Comunicaciones personales:
jeloayzap@yahoo.es
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA
XXIX PROGRAMA DE ACTUALIZACIÓN Y EXAMEN DE APTITUD PROFESIONAL - 2015
PRIMERA SESIÓN
PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES JORGE EDUARDO LOAYZA PÉREZ - 2015
SESIÓN 1 – PRIMERA PARTE PROBLEMAS AMBIENTALES Y SU RELACIÓN CON
LAS ACTIVIDADES INDUSTRIALES
1. ¿Qué es un problema ambiental?
2. Tipos de problemas ambientales
3. Causas de los problemas ambientales
4. Consecuencias de los problemas ambientales
5. ¿Qué hacer frente a los problemas ambientales?
Un problema ambiental es la alteración del equilibrio existente entre los distintos componentes del medio ambiente.
¿QUÉ ES UN PROBLEMA AMBIENTAL?
Emisiones generadas desde una incineradora de residuos
PROBLEMA CAUSA 2
CAUSA 1
CAUSA 3
LA SOLUCIÓN AL PROBLEMA
IDENTIFICADO DEBE INCIDIR
SOBRE LAS CAUSAS ¡La formulación de un problema requiere de
una pregunta!
COMPONENTES DEL MEDIO AMBIENTE
• Aire (Atmósfera), Agua (Hidrósfera), Suelo (Litósfera).
• Población humana y no humana. • Relaciones en y entre componentes bióticos de los
ecosistemas naturales y urbanos presentes en la biósfera y entre ecosistemas.
• Clima. • Paisaje. • Componentes de interés humano. • Otros.
CAUSAS DE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES
Los problemas ambientales pueden ser causados por:
• actividades relacionadas con la dinámica del planeta,
• por actividades humanas, o
• combinadas.
Niños rodeados de agua y tratando de conseguir agua apta para el consumo humano, luego
de inundaciones causadas por el exceso de lluvias
CONSECUENCIAS DE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES
• Para la sociedad.
• Para la empresa.
• Para el gobierno.
• Contaminación del aire, agua y/o suelo.
• Costos en autoprotección.
• Costos relacionados con tratamientos médicos
• Cambio de uso del suelo.
• Pérdida de biodiversidad.
• Alteración del paisaje.
• Cambios climáticos.
• Otros.
CONSECUENCIAS DE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES PARA LA SOCIEDAD
Erupción del Puyehue, Chile (2011)
• Contaminación del aire, agua y/o suelo y pérdida de calidad de los recursos naturales.
• Costos por mantenimiento de infraestructura, tanques, otros.
• Costo de oportunidad del espacio.
• Costos ambientales
• Efectos del Cambio Climático.
CONSECUENCIAS DE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES PARA LA EMPRESA
Tratamiento de aguas ácidas de mina
CONSECUENCIAS DE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES PARA LA EMPRESA
• Demandas legales. • Gasto en multas y otras
sanciones. • Alteración de la imagen de
la empresa frente a la sociedad.
• Conflictos socio-ambientales y sus efectos
• Otros.
PROYECTO TÍA MARÍA
CONSECUENCIAS DE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES PARA EL GOBIERNO
• Costos por tratamiento de componentes ambientales contaminados.
• Costos por demandas legales.
• Costos por mantenimiento de servicios de salud.
• Otros. Construcción de plantas de tratamiento de agua para satisfacer las necesidades de agua potable de la población
¿QUE SE PUEDE HACER FRENTE A LOS PROBLEMAS AMBIENTALES?
Las consecuencias de los problemas ambientales causados por la actividad natural de nuestro planeta, se pueden
• prevenir,
• mitigar o
• corregir. Pobladora con protección respiratoria en las cercanías del volcán Ubinas, Moquegua, Perú (2014)
ERUPCIÓN DEL VOLCÁN CALBUNCO (23-04-15)
Fuente: http://cdn.larepublica.pe
IMPACTOS DE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES
En el caso de los impactos de los problemas ambientales causados por las actividades humanas (industriales), estos se pueden evitar, controlar, mitigar, corregir (tratar) o no hacer nada.
Planta para producir ácido sulfúrico con la finalidad de disminuir la cantidad de gases ácidos que se emiten al
ambiente, durante la tostación de sulfuros
¡NO OLVIDAR!
• Las aguas residuales contaminadas se pueden tratar para el reuso o para otros usos.
• Los suelos se pueden remediar.
• Los residuos sólidos se pueden reaprovechar o minimizar lo que va a relleno
Remediación de suelos
Pero… en algunos de ellos no hacer nada es la única solución a los impactos que causan.
¿QUÉ HACER PARA PREVENIR LOS PROBLEMAS AMBIENTALES GENERADOS POR LA ACTIVIDAD
INDUSTRIAL?
INGENIERÍA AMBIENTAL
INGENIERÍA QUÍMICA
1. Industria, empresa, planta industrial y proceso industrial. Características de la industria química.
2. Proceso químico industrial
3. Proceso industrial sostenible. Características (Innovador, eficiente, seguro, limpio y contribuye al desarrollo sostenible)
4. Fundamentos para el diseño de procesos industriales sostenibles: Química Verde, Ingeniería Verde, Producción Más Limpia y Ecología Industrial.
5. Evaluación de la sostenibilidad de un proceso industrial.
SESIÓN 1 – SEGUNDA PARTE PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES
RELACIÓN ENTRE INDUSTRIA, EMPRESA, PLANTA INDUSTRIAL Y PROCESO INDUSTRIAL
INDUSTRIA DE UN PAÍS
SECTOR INDUSTRIAL QUÍMICO
SUB SECTOR INDUSTRIAL PINTURAS
SUB SECTOR INDUSTRIAL ENVASES
SUB SECTOR INDUSTRIAL PIGMENTOS
EMPRESA FABRICANTE DE PINTURAS “B”
COMPONENTE ORGANIZATIVO
COMPONENTE OPERATIVO
SECTOR INDUSTRIAL “X”
SECTOR INDUSTRIAL “Y”
EMPRESA FABRICANTE DE PINTURAS “A”
EMPRESA FABRICANTE DE PINTURAS “C”
PLANTA INDUSTRIAL
PROCESO QUÍMICO
INDUSTRIAL
IMPORTANCIA DEL MEDIO AMBIENTE PARA LA INDUSTRIA
• En el medio ambiente están los recursos naturales, que son fuente de materia prima, insumos y energía (no renovable y renovable) a los procesos industriales.
• Provee a la industria de sumideros [con una determinada (y limitada) capacidad de carga] para la disposición de sus residuos.
• Incentiva al uso de tecnologías más limpias e innovadoras.
• Introduce nuevas y mejores condiciones para la competencia.
RECURSOS NATURALES DEL AMBIENTE COMO MATERIA PRIMA PARA LA INDUSTRIA QUÍMICA
• Recursos no renovables (p.e. gas natural)
• Recursos no renovables con servicios reciclables (p.e. minerales metálicos –pirita-)
• Recursos renovables
(p.e. bosques madera)
• Recursos ambientales (p.e. aire limpio calidad de vida)
CARACTERÍSTICAS DE LA INDUSTRIA QUÍMICA
1. Rápido crecimiento.
2. Investigación y desarrollo intenso.
3. Competencia a nivel nacional e internacional.
4. Intensidad de capital y economía de escala.
5. Rápida obsolescencia de equipos y maquinarias ( no necesariamente de procesos.
DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE CATALIZADORES INDUSTRIALES
Tipo: Pellet Tipo: Cilindro hueco (Sección circular)
Tipo: Cilindro hueco (Sección estrella)
6. Libertad de acceso a mercados en función de posibilidades de inversión.
7. Los productos se tranzan en mercados internacionales.
8. Disponibilidad fluctuante de materias primas, muchas de las cuales son commodities.
9. Preocupación por la seguridad e higiene industrial, el medio ambiente y la calidad de vida en general
10. Otras.
CARACTERÍSTICAS DE LA INDUSTRIA QUÍMICA
CEMENTO
LOS PRODUCTOS ELABORADOS POR LA INDUSTRIA QUÍMICA DEBEN …
… satisfacer una necesidad individual o corporativa. … reportar “utilidad” al consumidor. … cumplir con especificaciones técnicas (pe. Normas
Técnicas Peruanas). … ser ofrecidos a precios “competitivos”. … incorporar en su composición la mayor cantidad de
materiales que han sido usados en su elaboración. … ser “inocuos” durante el uso o su degradación.
MATERIA PRIMA E INSUMOS
PREPARACIÓN 1 PREPARACIÓN 2 REACCIÓN 1 (A)
REACCIÓN 2 SEPARACIÓN (A) PURIFICACIÓN
R1
SUB PRODUCTO
PRODUCTOS
R2
¿QUÉ ES UN PROCESO QUÍMICO INDUSTRIAL ?
CATALIZAOR
MATERIA PRIMA E INSUMOS
PREPARACIÓN 1 PREPARACIÓN 2 REACCIÓN 1 (A)
REACCIÓN 2 SEPARACIÓN (A) PURIFICACIÓN
R1
SUB PRODUCTO
PRODUCTOS
R2
ETAPAS: ACTIVIDADES UNITARIAS
CATALIZAOR
MATERIA PRIMA E INSUMOS
PREPARACIÓN 1 PREPARACIÓN 2 REACCIÓN 1 (A)
REACCIÓN 2 SEPARACIÓN (A) PURIFICACIÓN
R1
SUB PRODUCTO
PRODUCTOS
R2
EL DISEÑO DE UN PQI IMPLICA LA RUTA CON LA MENOR CANTIDAD DE ETAPAS (O ACTIVIDADES UNITARIAS)
CATALIZAOR
PIS
PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE
PARADIGMA
¿QUÉ ES UN PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE?
Es un proceso químico industrial eficiente, limpio,
seguro, que incorpora innovaciones tecnológicas y
qué contribuye al Desarrollo Sostenible.
Planta de pasta celulósica ENCE, Pontevedra, España
41
PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE
PROCESO QUÍMICO
SOSTENIBLE
UTILIZA T Y P “BAJAS” Y CATALIZA-
DORES UTILIZA M.P. E INSUMOS
MENOS TÓXICOS
SEGURO INTERNA-
MENTE
SEGURO EXTERNA-
MENTE
GENERA MENOS
RESIDUOS
VALORIZA SUS
RESIDUOS
PRODUCTOS MENOS TÓXICOS
UTILIZA RECURSOS NATURALES
RENOVABLES
EFICIENTE
LIMPIO
SEGURO
CONTRIBUYE AL DESARROLLO SOSTENIBLE
Fuente: Jorge Loayza, 2014
INNOVADOR
COMPONENTE SOCIO-CULTURAL
COMPONENTE ECONÓMICO
COMPONENTE AMBIENTAL
Fuente: Mariana Loayza. 2007
Bienestar socio – cultural - económico
(y equidad)
Materias primas para la producción industrial y sumidero de
residuos y desechos industriales
Calidad de vida y respeto
a los derechos de los
humanos y los no humanos
DESARROLLO SOSTENIBLE
FUNDAMENTOS EN LOS QUE SE BASA EL DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES
ANTECEDENTES Y PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES
1) Principios de la Ingeniería para el diseño de procesos
2) Química Verde 3) Ingeniería Verde 4) Diseño integrado de la cuna a la cuna 5) Biomimetismo 6) Ecología industrial 7) Producción Más Limpia y Ecoeficiencia
(c) JORGE LOAYZA - 2014 46
PROCESOS
INDUSTRIALES
SOSTENIBLES
DISEÑO
TRADICIONAL
DE LA
INGENIERÍA
QUÍMICA
INGENIERÍA
VERDE
QUÍMICA
VERDE
DISEÑO
INTEGRADO DE
LA CUNA A LA
CUNA
BIOMIMETISMO
PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA PARA EL DISEÑO DE PROCESOS Y PLANTAS INDUSTRIALES
• Selección de etapas para transformar las materias primas e insumos en productos y subproductos, mediante el consumo racional de diversa fuentes de energía.
• Selección de equipos para favorecer la transferencia de masa y el ahorro de energía.
• Diseño de equipos para efectuar reacciones químicas con elevados rendimientos.
• Minimización de costos asociados a la producción, sin descuidar la reducción de costos ambientales (control de contaminantes, tratamiento de residuos y manejo de desechos).
LA QUÍMICA VERDE Y LA SÍNTESIS IDEAL
Utiliza materiales fácilmente disponibles
Reacción simple
Operación segura
Rendimiento del 100%
Minimiza la cantidad de
solventes
Un sólo paso
Cero residuos
Ambiental- mente
saludable
SÍNTESIS IDEAL
PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE
N° PRINCIPIO
1 Prevenir la generación de residuos
2 Economía de los átomos
3 Síntesis químicas menos peligrosas (tóxicas)
4 Diseño de productos químicos seguros
5 Empleo de disolventes seguros
6 Disminución del consumo de energía
7 Empleo de materias primas provenientes de recursos renovables
8 Reducción de productos derivados
9 Uso de procesos catalíticos (homogéneos, heterogéneos y microheterogéneos)
10 Diseño para la degradación
11 Análisis de contaminantes en tiempo real
12 Minimización de riesgos de accidentes químicos
ANÁLISIS DE CASOS
QUÍMICA VERDE INGENIERÍA
VERDE
(c) JORGE LOAYZA - 2015 51
CASO: PRODUCCIÓN DE ÁCIDO ADÍPICO
Benceno Ciclohexano Ácido adípico
Oxidación H2, Ni Raney
versus
PRODUCCIÓN DE ÁCIDO ADÍPICO
• El método tradicional utilizaba benceno (cancerígeno demostrado), pero actualmente se utiliza un proceso biotecnológico (con bacterias genéticamente modificadas - OGM), donde el compuesto de partida es la glucosa.
• La glucosa se obtiene a partir de un recurso natural renovable
(o a partir de residuos agroindustriales). • Aquí se pueden identificar cuatro principios de la Química
Verde:
Economía atómica. Empleo de materias primas renovables. Utilización de sustancias menos tóxicas o inocuas. Uso de biocatalizadores
(c) JORGE LOAYZA - 2014 52
¿CÓMO CUANTIFICAR LA ECONOMÍA ATÓMICA?
CÁLCULO DE LA ECONOMÍA FRACCIONARIA DE LOS ÁTOMOS
ii
pp
M
MEFA
PRODUCTO DESEADO
REACTIVOS NETOS
CASO: PRODUCCIÓN DE IBUPROFENO
ECONOMÍA DEL ÁTOMO
Sustancia Coeficiente
R1a
Coeficiente
R1b
Coeficiente
R1c
Coeficiente
R1d
Coeficiente
R1e
Coeficiente
R1f
Cantidad neta
(coeficientes)
Masa molar
(Peso molecular
o Peso fórmula)
Producto
(cantidad
neta x masa
molar)
1 C10H14 -1 -1 134 -134
2 C4H6O3 -1 -1 102 -102
3 AlCl3 -1 -1 133.5 -133.5
4 H2O -6 +1 +1 -2 -6 18 -108
5 C12H16O +1 -1 0
6 CH3COOH +1 +1
7 AlCl3.6H2O +1 +1
8 C4H7O2Cl -1 -1 122.5 -122.5
9 NaOC2H5 -1 -1 68 -68
10 C16H22O3 -1 +1 0
11 C2H5OH +1 +1
12 NaCl +1 +1
13 HCl -1 -1 36.5 -36.5
14 C13H18O +1 -1 0
15 C2H5OOCCl +1 +1
16 NH2OH -1 -1 33 -33
17 C13H19ON +1 -1 0
18 C13H17N +1 -1 0
19 C13H18O2 +1 +1 206 206
20 NH3 +1 +1
CÁLCULO DE LA ECONOMÍA FRACCIONARIA DE LOS ÁTOMOS
28.0335.36685.1221085.133102134
206
ii
pp
M
MEFA
TALLER – ECONOMÍA DEL ÁTOMO
CALCULAR LA ECONOMÍA FRACCIONARIA DEL ÁTOMO (EFA) PARA EL PROCESO
MEJORADO DE PRODUCCIÓN DE IBUPROFENO
CÁLCULO DE LA ECONOMÍA FRACCIONARIA DE LOS ÁTOMOS DEL NUEVO PROCESO
77.0282102134
206
ii
pp
M
MEFA
¿QUÉ SE PUEDE CONCLUIR?
SÍNTESIS DE IBUPROFENO
• Síntesis catalítica a partir del isobutilbenceno (Síntesis Verde). El nuevo proceso genera 23% de productos secundarios y residuos, mientras que el proceso convencional que utilizaba la protección de grupos funcionales generaba 72% de productos secundarios y residuos (Basf).
• El proceso tradicional constaba de seis pasos y 28% de los átomos permanecían en el producto, el nuevo proceso consta de tres pasos (con reacciones catalíticas selectivas) y casi el 77% de los átomos de los reactantes permanecen en el ibuprofeno.
(c) JORGE LOAYZA - 2015 59
• En el nuevo proceso se pueden identificar varios principios de la Química Verde (Green Chemistry, enunciados por Paul Anastas y John Warner en el año 1998):
- Economía atómica. - Empleo de agentes catalíticos selectivos. - Reducción de productos derivados.
PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA VERDE
N° PRINCIPIO
1 Emplear sistemas de identificación, análisis y evaluación del impacto ambiental integradas en la ingeniería de procesos y del producto.
2 Preservar y conservar los ecosistemas naturales a la vez que se satisface las necesidades humanas y se protege la salud (y el bienestar).
3 Usar el concepto del ciclo de vida con un enfoque de ingeniería de procesos.
4 Conseguir que toda la materia y la energía que entra y sale de un sistema sea manejada en forma eficiente y segura.
5 Minimizar el agotamiento de fuentes naturales de recursos y energía.
6 Prevenir la generación de residuos.
7 Desarrollar y aplicar soluciones de ingeniería a los problemas ambientales, teniendo en cuenta la localización geográfica, los intereses de la comunidad y sus manifestaciones culturales.
8 Mejorar, innovar e inventar tecnologías nuevas (limpias) para alcanzar la sostenibilidad.
9 Involucrar activamente a las comunidades en el desarrollo de las soluciones de ingeniería a los problemas surgidos por las actividades industriales.
DISEÑO INTEGRADO DE LA CUNA A LA CUNA (McDonough y Braungard, 2002)
• Reconcepción de los sistemas y de sus problemas.
• La reconcepción es más beneficiosa que la reingeniería y esta a su vez de la simple optimización
(c) JORGE LOAYZA - 2015 62
BEN
EFIC
IOS
Reconcepción del problema
Reingeniería del sistema
Optimización del sistema actual
BIOMIMETISMO (Janine Benyus, 1997)
El biomimetismo se inspira en la naturaleza para poder tomar ideas y resolver problemas.
En la hoja de una planta minúsculos reactores realizan la función fotosintética y la falla de uno o varios de estos reactores, no induce en ningún caso a la falla global del proceso. Por ello, se está buscando la intensificación de los procesos utilizando microrreactores.
(c) JORGE LOAYZA - 2014 63
DISEÑO DE CATALIZADORES TIPO MONOLITO (O PANAL DE ABEJA)
TRACTOR – ARAÑA PARA LA TALA DE ÁRBOLES
¿CÓMO HACER SOSTENIBLES LOS PROCESOS INDUSTRIALES?
• USO DE
TECNOLOGÍAS LIMPIAS
• APLICACIÓN DE
MEDIDAS DE TIPO ORGANIZATIVO
ESTRATEGIA EMPRESARIAL PREVENTIVA
PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA (PML o P+L)
¿QUÉ ES LA PRODUCCIÓN MÁS LÍMPIA?
Es una moderna estrategia de gestión ambiental:
• Busca prevenir la contaminación en la fuente (origen) y ahorrar costos (al interior de la empresa).
• La producción más limpia comprende:
* la tecnología limpia, y
* las actitudes y prácticas gerenciales de mejoramiento continuo de la gestión ambiental de la empresa.
• Es un proceso dinámico y sistemático.
Objetivo
Programas macros
y conceptos
Estrategías
empresariales
Sistemas de
manejo o de gestión ambiental
Herramientas de
manejo o de gestión
Desarrollo sostenible
Agenda 21, Convenios
Ecoeficiencia, Producción Más Limpia
ISO 14000, Ecodiseño, Responsabilidad Integral, TQM
Ecoetiquetado y ecosellos
LA PIRÁMIDE DE LA GESTIÓN AMBIENTAL PARA EL DESARROLLO SOSTENIBLE
Fuente: Van Hoof Bart, 2000.
PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA Y EFICIENCIA
Los procesos ineficientes no optimizan el uso de las materias primas e insumos (entradas), y generan residuos en exceso, los que se llevan parte de los beneficios económicos (beneficios privados).
Optimizando el uso eficiente de las entradas las empresas pueden reducir los residuos, los costos y la contaminación, a la vez que incrementan su rentabilidad y su competitividad.
LA PREVENCIÓN EVITA LOS COSTOS DE LA INEFICIENCIA
COSTOS DE LA INEFICIENCIA
• Costos de materia prima (materia prima deteriorado o materia prima perdida)
• Costos de hora-hombre y hora-maquina perdida (mano de obra, energía, inversión)
• Costos de manejo de desperdicios
(mano de obra, espacio, infraestructura)
• Costos por impuestos ambientales, multas, otros.
BENEFICIOS POR LA ADOPCIÓN DE LA PRODUCCIÓN MÁS LÍMPIA
• Reducción de los costos por la compra inadecuada de materias primas, insumos y combustibles.
• Procesos más eficientes y rendimientos comparativos mayores.
• Reducción de costos en servicios. • Reducción de costos debido al tratamiento de residuos. • Reducción de costos debido a operaciones de
mantenimiento. • Ingresos adicionales debido a la comercialización de
residuos o materiales reaprovechados. • Prevención de accidentes industriales, laborales e
enfermedades profesionales.
PROCESO INDUSTRIAL
BENEFICIOS POR LA ADOPCIÓN DE LA PRODUCCIÓN MÁS LÍMPIA
DESEMPEÑO DE LA EMPRESA
• Mejoramiento de la imagen pública de la empresa dentro de la comunidad
• Reconocimiento (y aceptación) de los productos y servicios en mercados nacionales e internacionales.
• Ahorro de dinero por pago de tasas, multas y otros
CONTROL VERSUS PREVENCIÓN
Nunca 100% eficiente
Complicado
Inversiones sin ganancias (gastos)
Sin oportunidades de innovación del proceso
Menos residuos
Menos perdida de
materiales
Inversiones con ganancias
Oportunidades de innovación del proceso
Control Prevención
IMPORTANCIA DE LA MATERIA PRIMA
• PROCESO PRODUCTIVO
• CALIDAD DEL PRODUCTO
• RESIDUOS GENERADOS • RENTABILIDAD DEL PROCESO
MATERIA PRIMA
ENRIQUECIMIENTO DE LA MATERIA PRIMA
AUMENTO DE LOS COMPONENTES
VALIOSOS CONCENTRACIÓN
ENERGÍA UTILIZADA EN LOS PROCESOS
• ELÉCTRICA • TÉRMICA • SOLAR • EÓLICA • QUÍMICA • OTRAS
FUNCIONAMIENTO DE LOS PROCESOS
PARA LA OBTENCIÓN DE UN PRODUCTO
ESPECÍFICO
TIPOS DE ENERGÍA Aluminio: 18000 -20000 kw-h/TM H2SO4: 60 – 100 kw-h/TM
PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES
CASOS: 1) A partir de recursos naturales no
renovables 2) A partir de recursos naturales
renovables
PROCESO INDUSTRIAL A PARTIR DE RECURSOS NO RENOVABLES
PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO CONCENTRADO
PROCESO INDUSTRIAL “SOSTENIBLE” PARA PRODUCIR ACIDO SULFÚRICO
REDUCCIÓN DE TAMAÑO
RECUPERACIÓN DE CALOR
CLASIFICACIÓN
DEPURACIÓN DE LOS GASES
OXIDACIÓN CATALÍTICA
ABSORCIÓN
GENERACIÓN DE VAPOR
ACIDO SULFÚRICO
(98,5 %)
PIRITAS
Elaboración: Loayza Jorge, 2008
FLOTACIÓN TOSTACIÓN
CALCINA
GASES DE TOSTACIÓN
R2
SO2, SO3
HACIA LA OBTENCIÓN DE HIERRO FUNDIDO
A ALMACENAMIENTO PARA LUEGO OBTENER
OTROS METALES
VAPOR DE SERVICIO PARA SER USADO EN DIVERSAS
ÁREAS DE LA PLANTA VAPOR AGUA
YACIMIENTO
EXTRACCIÓN
ABSORCIÓN
H2SO4(c)
H2SO4(c)
R1 COLAS
AIRE SECO
AIRE SECO
R3
POLVO
PROCESO INDUSTRIAL A PARTIR DE RECURSOS RENOVABLES
CASO: RECURSOS FORESTALES
1. Producción primaria: - Elaboración de tablas (o tablones) - Elaboración de pulpa
2. Reaprovechamiento de los residuos
3. Producción secundaria - Elaboración de artículos de madera
1. PROCESO DE MANUFACTURA DE TABLAS (PRODUCCIÓN PRIMARIA)
MATERIA PRIMA
TALA
DESCORTEZADO
PLANTACIÓN (BOSQUE SEMBRADO) R1
R2
(A)
RESIDUO DESCRIPCIÓN
R1 Aserrín verde
R2 Cortezas
TROZADO
ASERRADO
CANTEADO
DESPUNTADO
PRESERVADO
SECADO
ACEPILLADO
TABLAS
ASERRADERO
R3
R4
R5
R6
R7
R9
R8
(A)
RESIDUO DESCRIPCIÓN
R3 Recortes
R4 Aserrín verde
R5 Aserrín verde
R6 Recortes
R7 Aguas residuales
R8 Agua evaporada
R9 Viruta, Polvillo
2. PRODUCCIÓN DE PULPA Y PAPEL A PARTIR DE RECURSOS FORESTALES
(PRODUCCIÓN PRIMARIA)
PROYECCIÓN DE VIDEOS SOBRE LA PRODUCCIÓN DE PASTA DE
CELULOSA
CASO: BOTNIA
CASO: ENCE
CONFLICTOS SOCIO AMBIENTALES
(c) JORGE LOAYZA - 2014 85
(c) JORGE LOAYZA - 2014 86
(c) JORGE LOAYZA - 2008 87
Planta Botnia, Fray Bentos, Noviembre, 2007
TALLER
PROCESO UTILIZADO EN UNA PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE PASTA DE
CELULOSA
Tomando como referencia la información proporcionada indicar:
1. Etapas del proceso utilizados en la Planta Botnia 2. Ciclos de la planta 3. Diagrama de bloques del proceso
BOSQUE NATURAL TALA DESCORTEZADO ASTILLADO COCCION
LAVADO
BLANQUEO
PULPA BLANQUEADA
COMPUESTOS AZUFRE
EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS
DE AZUFRE
AGUAS RESIDUALES
AGUA
COMPUESTOS DE CLORO
EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS
DE CLORO
SECADO
Especies maderables R1
ENERGÍA
ENERGÍA
DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA
PRODUCCIÓN “SUCIA” PROCESO NO SOSTENIBLE (O INSOSTENIBLE)
R2 R3
R4
R5
R6
R7
PROCESO SOSTENIBLE PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA
BOSQUE PLANTADO TALA DESCORTEZADO ASTILLADO COCCION
LAVADO
BLANQUEO
PULPA BLANQUEADA
COMPUESTOS AZUFRE
EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS
DE AZUFRE
AGUAS RESIDUALES
AGUA
TOTALMENTE LIBRE DE CLORO
(TLC)
EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS
DE CLORO
SECADO
Especies maderables R1
ENERGÍA
ENERGÍA
PRODUCCIÓN “LIMPIA” PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE
R2 R3
R4
R5
R6
R7
a R a R a R
a R
a R
(c) JORGE LOAYZA - 2008 91
ELABORACIÓN DE PAPEL
¿QUIÉNES HACEN POSIBLE QUE LA OPERACIÓN DE UNA PLANTA
INDUSTRIAL SEA SOSTENIBLE?
MATERIAS PRIMAS E INSUMOS
MAQUINARIAS Y EQUIPOS
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Y CONTROL
SISTEMAS DE DEPURACIÓN
DE GASES, AGUAS Y SUELOS
SERVICIOS DE DISEÑO Y SIMULACIÓN DE PROCESOS
SERVICIOS DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS
SERVICIOS DE SISTEMAS DE
GESTIÓN
SERVICIOS DE SEGURIDAD Y
PREVENCIÓN DE ACCIDENTES
PLANTA
INDUSTRIAL
(PROCESO
INDUSTRIAL
SOSTENIBLE)
PROVEEDORES
INDICADORES DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROCESO INDUSTRIAL
SOSTENIBLE
1. Tecnológicos
2. Económicos
3. Ambientales
TIPOS DE INDICADORES DE UN PROCESO
QUÍMICO INDUSTRIAL
Tecnológicos:
1) Conversión
2) Selectividad
3) Rendimiento
Económicos:
Eficiencia
(c) JORGE LOAYZA - 2014 95
Planta de Oxígeno
(c) JORGE LOAYZA - 2014 96
INDICADORES TECNOLÓGICOS
(CON RESPECTO A 1 TON DE H2SO4)
VARIABLE
SIMPLE
ABSORCIÓN
(AZUFRE)
DOBLE ABSORCIÓN
(AZUFRE)
DOBLE
ABSORCIÓN
(PIRITA 48%)
ALIMENTACIÓN 334 kg 329 kg 750 kg
ENERGÍA (kw-h) 40 40 85
AGUA DE
ENFRIAMIENTO (25°C) m3 35 40 60
PRODUCCIÓN DE
VAPOR (TM) 1,1 -1,3 1,0 – 1,2 1,0 - 1,2
RENDIMIENTO
(OXIDACIÓN) 98-98,5 99,5-99,85 99,5-99,7
RENDIMIENTO
(ABSORCIÓN) 98 99,99 99,99
INDICADORES DE UN PROCESO
QUÍMICO INDUSTRIAL
Ambientales:
1) Ecoeficiencia Este concepto significa
añadir más valor a los productos y servicios, consumiendo menos materias primas, previniendo riesgos y generando cada vez menos contaminación a través de procedimientos ecológica y económicamente eficientes.
(c) JORGE LOAYZA - 2014 97
INDICADORES AMBIENTALES
2) Directos: Generación de residuos por unidad de tiempo 3) Normalizados Generación de residuos por unidad de tiempo por unidad de productos.
98
(c) JORGE LOAYZA - 2014 99
PROCESOS
INDUSTRIALES
SOSTENIBLES
PRINCIPIOS
DE LA
INGENIERÍA
QUÍMICA
INGENIERÍA
VERDE QUÍMICA
VERDE
DISEÑO
INTEGRADO DE
LA CUNA A LA
CUNA
BIOMIMETISMO
ECOLOGÍA
INDUSTRIAL
FUNDAMENTOS
(c) JORGE LOAYZA - 2014 100
ECOLOGÍA INDUSTRIAL
En la naturaleza la definición de “residuo” no existe como tal, ya que los desechos de unos individuos son los alimentos (o materia prima) o fuente de energía, de otros.
Los procesos industriales deben encadenarse productivamente.
Se deben utilizar energías renovables.
ENCADENAMIENTO PRODUCTIVO COMO UNA APLICACIÓN DE LA ECOLOGÍA
INDUSTRIAL
CASO:PARQUES INDUSTRIALES ECOEFICIENTES (PIE)
• Un parque industrial ecoeficiente (PIE) está constituido por un grupo de plantas industriales localizadas en una misma área geográfica.
• Estas empresas buscan mejorar su desempeño económico y ambiental.
• El trabajo coordinado les permite obtener un beneficio colectivo mayor, que trabajando individualmente.
• Existen dos tipos: PIE que agrupa a empresas que realizan diferentes actividades productivas (Parque Ecológico Industrial Fairfield, Baltimore) y PIE en que las empresas realizan la misma actividad (PIE de curtidores en San Benito, Bogotá).
(c) JORGE LOAYZA - 2015 102
PARQUES INDUSTRIALES ECOEFICIENTES
PARQUE INDUSTRIAL DE KALUNDBORG
(c) JORGE LOAYZA - 2015 103
Statoil, Kalundborg, Dinamarca
INTERRELACIONES EN KALUNDBORG
(c) JORGE LOAYZA - 2008 Fuente: ECOMUNDO N° 11, Octubre, 2006 104
VIDEO
EJERCICIO
IDENTIFICAR LOS ENCADENAMIENTOS PRODUCTIVOS EN EL PARQUE INDUSTRIAL
DE KALUNDBORG - DINAMARCA
(c) JORGE LOAYZA - 2015 105
PLANTA QUE GENERA RESIDUOS
RESIDUO GENERADO
PLANTA QUE REAPROVECHA LOS
RESIDUOS
PRODUCTO OBTENIDO
(O PARA PRODUCIR)
TALLER
RECONVERSIÓN INDUSTRIAL
PRODUCCIÓN DE CEMENTO
(c) JORGE LOAYZA - 2014 107
Caliza
Tolva
MLC
Enfriador
AGUA
Filtro
Silo carbón
Pulverizado
ML 1
Hazemag
Carbón
Pensilvania
Tolva
DIAGRAMA DE FLUJO PRODUCCION DE CLINKER
VIA HUMEDA
Caliza
Tolva
MLC
Enfriador
AGUA
Filtro
Silo carbón
Pulverizado
ML 1
Hazemag
Carbón
Pensilvania
Tolva
Caliza
Tolva
MLC
Enfriador
AGUA
Filtro
Silo carbón
Pulverizado
ML 1
Hazemag
Carbón
Pensilvania
Tolva
Hazemag
CarbónCarbón
Pensilvania
Tolva
DIAGRAMA DE FLUJO PRODUCCION DE CLINKER
VIA HUMEDA
(c) JORGE LOAYZA - 2008 108
35
DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO
Silo
Crudo
Tolva Enfriador
ML1
H 1
Silo carbon
Pulverizado
ML 1
CL 1
CL 2
CL3
CL 4
CL 5
PC 1
PX1
Silos Granel
Silos Empaque Empacadoras
Puzolana
Tolva
TolvaYeso
ML1
ML2
Pensilvania
Carbón
SP 1
Tolva
Caliza
Hazemag
Tolva
Prehomogenizacion
Correctivo 1 Correctivo 2MixGamma-Metrics
Escoria
Silos de Silos de ClinkerClinker
(c) JORGE LOAYZA - 2014 109
INDICADOR ANTES DESPUÉS Aumento (+) Reducción (-)
% Aumento (+) % Reducción (-)
Producción de cemento (TM/año)
Consumo total de agua (L/TM cemento)
Consumo total de energía
(MJ/TM clinker)
Emisiones atmosféricas (mg/Nm3)
Material particulado
NOx
SOx
RESULTADOS DEL TALLER RECONVERSIÓN INDUSTRIAL
EJERCICIO PROPUESTO
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE
APROVECHAMIENTO INTEGRAL DEL ALGODÓN