“PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES, INNOVACIÓN, … · fajas transportadoras energÍa (a) (c)...

JORGE EDUARDO LOAYZA PÉREZ

“PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES, INNOVACIÓN, SEGURIDAD Y MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS ”

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE PROCESOS

UPSMP - CONGRESO INTERNACIONAL “VISIÓN” 2016 Planta Botnia (Hoy UPM) Fray Bentos. Uruguay

CONTENIDO

• Marco situacional

• Proceso industrial

• Características de un proceso industrial sostenible

• Diseño de procesos industriales Innovación en procesos Indicadores para evaluar la sostenibilidad

• Análisis de casos

• Conclusiones

(c) Jorge Loayza - 2016 2

Digestor de Kamyr para chips de madera

EMPRESA INDUSTRIAL

COMPONENTE ORGANIZATIVO

COMPONENTE OPERATIVO

PLANTA INDUSTRIAL

PROCESO INDUSTRIAL

(MODELO DE ORGANIZACIÓN)

BIENES MALES

POTENCIALES GENERADORES DE CONTAMINACIÓN

PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS

RESIDUOS Y DESECHOS

(EXTERNALIDADES)

APRENDIZAJE

(MODELO DE GESTIÓN)

PRODUCCIÓN

INDUSTRIA NACIONAL

SECTOR INDUSTRIAL


CONOCIMIENTO

CONOCIMIENTO

EMPRESA QUÍMICA



PLANTA INDUSTRIAL

PROCESO INDUSTRIAL

(MODELO DE ORGANIZACIÓN)

BIENES MALES


PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS

RESIDUOS Y DESECHOS

(EXTERNALIDADES)

APRENDIZAJE


PRODUCCIÓN


PLANTA INDUSTRIAL

PROCESO INDUSTRIAL

(RESPONDE AL DISEÑO CONCEPTUAL) (RESPONDE AL DISEÑO REAL Y CORRESPONDE A LA INFRAESTRUCTURA FÍSICA)


¿QUÉ ES?

CARACTERÍSTICAS DE UN PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE

• Innovador (Incorpora innovaciones tecnológicos)

• Eficiente (Tiene en cuenta indicadores tecnológicos y económicos)

• Seguro (Tiene en cuenta los análisis de riesgo ¿Qué puede fallar?)

• Limpio (Emplea la “minimización” de residuos sólidos, líquidos y gaseosos, tiene en cuenta indicadores ambientales)

Planta de Celulosa, ENCE


CARACTERÍSTICAS…

• Contribuye al desarrollo sostenible (Potencia el uso de materias primas renovables, “no” contamina el ambiente y “evita” conflictos socio ambientales)

• Competitivo (sus productos y servicios son de “calidad” y a precios que pueden ser asumidos por el mercado)

• Sostenible empresarialmente

www.proininso.com


EMPRESA QUÍMICA



PLANTA INDUSTRIAL


(RESPONDE AL DISEÑO REAL, CORRESPONDE A LA INFRAESTRUCTURA FÍSICA)

BIENES MALES

(PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS)

(RESIDUOS Y DESECHOS) EXTERNALIDADES

(MODELO DE NEGOCIO)


PRODUCCIÓN


PROCESO INDUSTRIAL RESPONSABLE

MATERIAS PRIMAS*

E INSUMOS

ENERGÍA

*RECURSOS NO RENOVABLES”

(O “AGOTABLES”) RESIDUOS

PRODUCTOS Y SUB

PRODUCTOS

REAPROVECHAMIENTO OTROS

PRODUCTOS

ENERGÍA

MINIMIZA

SUBPRODUCTOS

MINIMIZA

UNA CARACTERÍSTICA …


PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE

MATERIAS PRIMAS*

E INSUMOS

ENERGÍA

*RECURSOS RENOVABLES

(REGENERABLES POR MECANISMOS

BIOLÓGICOS)

RESIDUOS

PRODUCTOS Y SUB

PRODUCTOS

REAPROVECHAMIENTO OTROS

PRODUCTOS

MINIMIZA

ENERGÍA

MINIMIZA

UNA CARACTERÍSTICA …


DISCIPLINAS QUE SE DEBEN CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES

DISEÑO DE INGENIERÍA

QUÍMICA VERDE

INGENIERÍA VERDE

DISEÑO INTEGRADO

DE LA “CUNA A LA CUNA”

BIO MIMETISMO

BENYUS (1997) McDONOUGH Y

BRAUNGART (1992)

ALLEN Y SHONNARD

(2002)

ANASTAS Y WARNER

(1998)

PALMER (2001)

PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES

CERO RESIDUOS

Elaboración: Loayza J. (2010) (c) Jorge Loayza - 2016 11

CASO 1 : PROCESO INDUSTRIAL RESPONSIBLE 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 (RECURSO NATURAL

NO RENOVABLE

EXTRACCIÓN

ABSORCIÓN

H2SO4(c)

H2SO4(c)

R1 COLAS

AIRE SECO

AIRE SECO

R3

POLVO

ACERO

PROCESO INDUSTRIAL RESPONSABLE (PRODUCCIÓN “LIMPIA”)

¿INNOVACIÓN?

12

CASO: ÁCIDO SULFÚRICO (ETAPA OXIDACIÓN CATALÍTICA) TIPOS DE INNOVACIÓN

CRITERIO INNOVACIÓN … CARACTERÍSTICA CHECK

EN GENERAL

TECNOLÓGICA Cambios introducidos en los productos y en los procesos X

SOCIAL Soluciones nuevas a problemas de desempleo

EN MÉTODOS DE GESTIÓN

Realizadas en los ámbitos comercial, financiero, organizativo

SEGÚN EL OBJETO DE LA …

DE PRODUCTO Nuevos productos o mejoramiento de los existentes

DE PROCESO Nuevos procesos de producción o nuevas etapas del proceso X

SEGÚN EL IMPACTO DE LA …

INCREMENTAL Se parte del conocimiento adquirido

RADICAL Se desarrolla a partir de resultados de la investigación X

SEGÚN EL EFECTO DE LA…

CONTINUISTA No alteran ni el mercado ni la funcionalidad básica X

RUPTURISTA Más barato, más simple, más pequeño, más fácil de usar

SEGÚN EL ORIGEN DE LA …

DIRIGIDA POR LA TECNOLOGÍA

Evolución tecnológica natural X

IMPULSADA POR EL MERCADO

Evolución tecnológica dirigida por las exigencias del mercado 13

INDICADORES PARA EVALUAR LA SOSTENIBILIDAD DE UN PROCESO INDUSTRIAL

Eficiencia: 1) Rendimiento de la

reacción 2) Economía fraccionaria

de los átomos (EFA) 3) Otros Económicos:

1) Valor Presente Neto 2) Costo de purificación

del aire 3) Otros Planta electroquímica de Basf en Ludwigshafen (Alemania)

http://www.interempresas.net/Quimica/Articulos/10737-La-quimica-contribuye-a-la-eficiencia-y-la-sostenibilidad.html

Energía: 1) Consumo total

de energía 2) Energía debido

al tratamiento de aguas

3) Otros

Ambientales: 1) Potencial de calentamiento global GWP 2) Potencial de

eutroficación 3) Otros

INDICADORES PARA EVALUAR LA SOSTENIBILIDAD DE UN PROCESO INDUSTRIAL

http://www.ual.es/portales/ingenieriaquimica/imagenes/qatar.jpg

GREENSCOPE

• GREENSCOPE, es el resultado de operar con 139 indicadores en cuatro áreas principales:

Eficiencia (26) , Energía (14), Economía (33) y Medio Ambiente (66)

• Se deben identificar dos estados de referencia para cada indicador de sostenibilidad:

el mejor escenario (valor del indicador 100% de sostenibilidad ó 1) y

el peor escenario (valor del indicador 0% de sostenibilidad ó 0).

Fuente: Ruíz-Mercado G. (2013), GREENSCOPE: A Tool for Chemical Process Sustainability Assessment and Design

66


26


14


33

BOSQUE NATURAL TALA DESCORTEZADO

Especies maderables R1

CASO 2: DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PASTA DE CELULOSA)

PROCESO EN EL BOSQUE

R2

TRANSPORTE ROLOS

DESCORTE- ZADOS

CAMIONES CON CAPACIAD

DE CARGA DE 300 TM

R3

ASERRÍN Y ASTILLAS CORTEZAS

EMISIONES Y RUIDO

(QUEDAN EN LA PLANTACIÓN)


(A)



BOSQUE NATURAL TALA DESCORTEZADO

Especies maderables R1

CASO 2: DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PASTA DE CELULOSA)

PROCESO EN EL BOSQUE

PROCESO NO SOSTENIBLE (O INSOSTENIBLE)

R2

TRANSPORTE ROLOS

DESCORTE- ZADOS

CAMIONES CON CAPACIAD

DE CARGA DE 300 TM

R3

ASERRÍN Y ASTILLAS CORTEZAS

EMISIONES Y RUIDO



(A)

ROLOS DESCOR- TEZADOS

ASTILLADO

COCCION BLANQUEO PULPA BLANQUEADA

COMPUESTOS AZUFRE

EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS

DE AZUFRE

AGUAS RESIDUALES

AGUA CLORO

(Cl2)


DE CLORO

SECADO

R4

ENERGÍA

DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA)

R6 R5 R7

ALMACENAMIENTO TRANSPORTE

LAVADO

ALMACENAMIENTO (B)

(B)

FAJAS TRANSPORTADORAS

ENERGÍA

(A)




ASTILLADO

COCCION BLANQUEO PULPA BLANQUEADA

COMPUESTOS AZUFRE


DE AZUFRE

AGUAS RESIDUALES

AGUA CLORO

(Cl2)


DE CLORO

SECADO

R4

ENERGÍA

DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA)

PROCESO NO SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN “SUCIA”)

R6 R5 R7


LAVADO

ALMACENAMIENTO (B)

(B)


ENERGÍA

(A)

BOSQUE SEMBRADO TALA DESCORTEZADO

Especies maderables

R1

DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA

(PROCESO EN LA PLANTACIÓN)

PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN “LIMPIA”)

R2

TRANSPORTE ROLOS

DESCORTE- ZADOS

R3

INCORPORACIÓN AL SUELO

(Y/O COMPOST)

INCORPORACIÓN AL SUELO

(Y/O COMPOST)

CAMIONES CON MAYOR CAPACIDAD DE CARGA

(> 300 TM)

SUSTITUCIÓN DE COMBUSTIBLES Y/O

CONVERTIDORES CATALÍTICOS

• Explotación forestal controlada • Especies genéticamente modificadas

(A)

¿INNOVACIÓN?



ASTILLADO

COCCION BLANQUEO

PULPA BLANQUEADA

COMPUESTOS AZUFRE

CONCENTRACIÓN DEL LICOR NEGRO Y GENERACIÓN

DE ENERGÍA

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

AGUA TLC

(O2, O3, H2O2)

SECADO

R4

DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA-1)

PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN “LIMPIA”) (HAY INNOVACIÓN EN LA PLANTACIÓN Y EN LA PLANTA INDUSTRIAL)

R6 R5


LAVADO

ALMACENAMIENTO (B)

(B)


ENERGÍA RENOVABLE

PRE-BLANQUEO

1) Enzimático 2) Deslignificación con oxígeno

NO HAY INNOVACIÓN DE PRODUCTO

RECOLECCIÓN E INCORPORACIÓN AL SUELO

(A)

¿INNOVACIÓN?




ASTILLADO

COCCION BLANQUEO

PULPA BLANQUEADA

COMPUESTOS AZUFRE

CONCENTRACIÓN DEL LICOR NEGRO Y GENERACIÓN

DE ENERGÍA

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

AGUA

SECADO

R4

DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA-2)

PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN “LIMPIA”) (HAY INNOVACIÓN EN LA PLANTACIÓN Y EN LA PLANTA INDUSTRIAL)

R6 R5


LAVADO

ALMACENAMIENTO (B)

(B)


ENERGÍA RENOVABLE

PRE-BLANQUEO

1) Enzimático 2) Deslignificación con oxígeno

NO HAY INNOVACIÓN DE PRODUCTO

RECOLECCIÓN E INCORPORACIÓN AL SUELO

(A)

LCE (ClO2)

¿INNOVACIÓN?

CASO: PASTA DE CELULOSA – ETAPA: BLANQUEO TIPOS DE INNOVACIÓN

CRITERIO INNOVACIÓN … CARACTERÍSTICA CHECK

EN GENERAL

TECNOLÓGICA Cambios introducidos en los productos y en los procesos X

SOCIAL Soluciones nuevas a problemas de desempleo

EN MÉTODOS DE GESTIÓN

Realizadas en los ámbitos comercial, financiero, organizativo

SEGÚN EL OBJETO DE LA …

DE PRODUCTO Nuevos productos o mejoramiento de los existentes

DE PROCESO Nuevos procesos de producción o nuevas etapas del proceso X

SEGÚN EL IMPACTO DE LA …

INCREMENTAL Se parte del conocimiento adquirido

RADICAL Se desarrolla a partir de resultados de la investigación X

SEGÚN EL EFECTO DE LA…

CONTINUISTA No alteran ni el mercado ni la funcionalidad básica X

RUPTURISTA Más barato, más simple, más pequeño, más fácil de usar

SEGÚN EL ORIGEN DE LA …

DIRIGIDA POR LA TECNOLOGÍA

Evolución tecnológica natural

IMPULSADA POR EL MERCADO

Evolución tecnológica dirigida por las exigencias del mercado X

28

PULPA BLANQUEADA

MEZCLADO REFINACIÓN REGULACIÓN DE CONSISTENCIA

LAMINACIÓN

SECADO

PAPEL

AGUA

AGUAS BLANCAS

AGUA ADITIVOS

ACABADO

ENERGÍA ENERGÍA

DIVERSOS AGENTES QUÍMICOS

PROCESO PARA LA ELABORACIÓN DE PAPEL


CONCLUSIONES


PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (CORRESPONDE A UNA CONCEPCIÓN INTEGRAL)

INNOVADOR


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• Cadena Edith (2008) Estudio del refinado de pastas de papel utilizando métodos biotecnológicos (enzimas) . Tesis Doctoral de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Terrasa. España.

• Fernández, G. (2007), Gestión de la Innovación. Ingeniería Química. XXXIX

(445), 134-143.

• García, J., Pérez, L., Cocero, M. (2007), Nuevas bases para el diseño de procesos industriales sostenibles. Ingeniería Química. XXXIX

(444), 106-113.

• Loayza, J., Silva, M. (2013)

• Loayza, J., Silva, M. (2015)

• Roncero, M. (2001), Secuencia “TCF” con aplicación de ozono y enzimas para el blanqueo de pastas madereras. Tesis Doctoral de la

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Terrasa. España.


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