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.

ACEITE COMESTIBLE

PQI

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