Evaluacion Final de Balance de Masa DJSB_358081_80
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BALNCE MASICO Y ENERGETICO DE PROBLEMAS AMBIENTALES
EVALUACIÓN FINAL
DAISSY JANETH SIERRA BARRERA
Código: 37.577.716
GRUPO: 358081_80
TUTOR
CLAUDIA PATRICIA DÁVILA
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y DISTANCIA UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
DICIEMBRE DE 2014
DESCRIPCIÓN DEL DIAGRAMA DEL PROCESO
En las lagunas de una planta de tratamiento de aguas residuales, el exceso de nitrógeno y
fosforo en el agua, hace que crezca una maleza compuesta por algas, esta maleza es
perjudicial porque restringe el paso de la luz solar necesario para la fotosíntesis, además de
impedir el intercambio de CO2 y oxígeno, por lo cual debe ser removida y se define como un
residuo del proceso de tratamiento de aguas residuales.
El consorcio en el que usted labora ha sido contratado para aprovechar esta maleza en la
obtención de algún producto de valor, y propone aprovechar la maleza húmeda y transformarla
en un biocombustible (biodiesel), para lo cual usted debe diseñar un proceso de producción de
biodiesel a partir de la maleza, con el fin de cumplir el objetivo.
El proceso que se utilizara para la transformación de la maleza húmeda biocombustibles es:
1. Secado en tambor rotatorio: a través de esta tecnología se pretende diseminar la maleza
húmeda sobre una gran superficie para la transferencia de calor y masa y proporcionar
un medio eficaz de recogida de la maleza seca. Es un proceso con una eficiencia del
100%.
2. Extracción de aceite a través de la tecnología de secreción directa del aceite. El aceite
se extrae de la maleza seca con una eficiencia del 93% y no requiere ningún tipo de
insumo de entrada.
3. La purificación del aceite se realizara a través de la decantación: el aceite extraído de la
maleza seca se deja decantar por un período no menor a 8 horas. A partir de la
diferencia de densidad, se obtiene una corriente pesada (residuos de aceite) y otra
liviana (aceite). Es un proceso con una eficiencia del 100%.
4. La corriente liviana se llevará a un hidrotatamiento donde se pone en contacto con un
gas rico en hidrógeno en presencia de un catalizador a altas temperaturas y presiones,
lo que permite mejorar la calidad del biodiesel debido a las exigencias como producto
terminado para su comercialización. Es un proceso con una eficiencia del 100% y
requiere de la entrada de un gas rico en hidrogeno.
5. Finalmente se purifica el biodiesel por decantación. Es un proceso con una eficiencia del
100%. Se obtiene una corriente pesada (glicerina) y otra liviana (biodiesel).
Etapa 0. Materia Prima Etapa 1.
Secado
Etapa 2. Extracción de
aceite
Etapa 3. Purificación de
aceite
Etapa 4. Transformación
de aceite
Etapa 5. Purificación de
biodiesel Maleza de PTAR
Tecnologías Seleccionadas
Secado en tambor rotatorio
Secreción directa de
aceite Decantación Hidrotratamiento Decantación
DIAGRAMA DE FLUJO DETALLADO
El diagrama de flujo consta de cinco (5) procesos secado, extracción de aceite, purificación de
aceite, transformación de aceite y purificación del biodiesel.
La entrada del proceso de secado es la maleza húmeda obtenida en la PTAR y las salidas son
vapor de agua como material de desecho y maleza seca y residuos de agua, que a su vez son
las entradas del proceso de extracción de aceite cuyas salidas son aceite y residuos de maleza,
los cuales son insumos del proceso de decantación donde se desecha residuos pesados de
aceite y maleza, y se obtiene como insumo para el proceso de transformación del aceite
purificado. El proceso de hidrotratamiento requiere adicionar un gas rico en hidrogeno que
permitiendo que el aceite purificado se transforme en biodiesel con residuos de aceite que son
las entradas del proceso de purificación del biodiesel. Finalmente se obtiene como producto
biodiesel purificado y como material de desecho residuos de aceite.
TABLA DE RESULTADOS DEL BALANCE DE MATERIA DEL PROCESO
Tecnología Eficiencia Entradas
adicionales
Masa de adicionales
(kg/hora)
Secado en tambor rotatorio 100% Ninguna 0
Secreción directa de aceite 93% Ninguna 0
Decantación 100% Ninguna 0
Hidrotratamiento 100% Hidrogeno 720
Decantación 100% Ninguna 0
BALANCE DE MATERIA POR ETAPA
Etapa Nombre de la
corriente Componente
de la corriente
Flujo másico del
componente (kg/hora)
% del total Flujo total de la
corriente (kg/hora)
Etapa 1. Secado
Entrada Maleza Húmeda
Maleza 7200 90% 8000
Agua 800 10%
Salida 1.1. Vapor Agua 7200 100% 7200
Salida 1.2. Maleza Seca 800 100% 800
Etapa 2. Extracción de aceite
Entrada Maleza Seca
Maleza 800 100% 800
Salida 2.1. Aceite 148,8 18,6% 148,8
Salida 2.2.
Residuos Maleza
56 7,0%
651,2 Aceite no extraído
595,2 74,4%
Etapa 3. Purificación de aceite
Entrada Aceite Extraído
Aceite 148,8 100,00% 148,8
Salida 3.1. Aceite
Purificado 148,8 100% 148,8
Etapa 4. Transformación de aceite
Entrada Aceite Purificado
Aceite Purificado
148,8 17,1% 868,80
Entrada Hidrogeno
Hidrogeno 720 82,9%
Salida 4.1. Biodiesel 148,8 17,1%
868,80 Salida 4.2.
Residuo Hidrogeno
720 82,9%
Etapa 5. Purificación de biodiesel
Entrada Biodiesel
Biodiesel 148,8 100% 148,8
Salida 5.1. Biodiesel Purificado
148,8 100% 148,8
BALANCE DE ENERGÍA
BALANCE DE ENERGIA DEL PROCESO
Etapa
Flujo másico del
componente (kg/hora)
T1(K) T2(K) Cp (Kj/Kg K) Calor
Q
Etapa 1. Secado
Salida 1.1. Vapor Agua 7200 298 373 1,84 993600
Salida 1.2. Maleza Seca 800 298 373 4,18 250800
Etapa 2. Extracción de aceite
Salida 2.1. Aceite 148,8 373 298 2 22320
Salida 2.2.
Residuos Maleza
56 373 393 4,18 4681,6
Aceite no extraído
595,2 373 393 2 23808
Etapa 3. Purificación de aceite
Salida 3.1. Aceite
Purificado 148,8 393 298 2 28272
Etapa 4. Transformación de aceite
Salida 4.1. Biodiesel 148,8 298 423 2,2 40920
Salida 4.2. Residuo
Hidrogeno 720 298 423 14,267 1284030
Etapa 5. Purificación de biodiesel
Salida 5.1. Biodiesel Purificado
148,8 423 298 2,2 40920
JUSTIFICACIÓN DE LA RUTA ESCOGIDA
La ruta escogida para la obtención de biodiesel a partir de maleza húmeda permite obtener la
mayor eficiencia debido a que las tecnologías utilizadas en cada una de las etapas ofrecen un
porcentaje de eficiencia entre el 93% al 100% por tanto no se está desperdiciando insumos en
cada uno de los procesos. El 80% de las tecnologías utilizadas no requieren de entradas
adicionales por tanto representa una reducción de costos en el proceso productivo y el adicional
que se emplea en el 20% de las tecnologías utilizadas es hidrógeno gaseoso, usando
catalizadores, alta temperatura y presión.
La inversión que se debe realizar en el montaje del proceso productivo es relativamente
económica y las tecnologías utilizadas en cada uno de los procesos se encuentran al alcance
de cualquier tipo de organización. Las tecnologías utilizadas en las diferentes etapas del
proceso productivo generan poco material de desecho por tanto no representa un impacto
ambiental grave adicional se minimizan los vertimientos que pueden afectar las fuentes hídricas
y el suelo. Adicional se puede dar uso a los residuos de maleza que se obtiene en el proceso de
extracción de aceite y el vapor de agua obtenido en la etapa de secado se puede utilizar para
generar energía a algún proceso productivo.
La eficiencia térmica del proceso productivo es alta dado que la cantidad de calor que se utiliza
en las diferentes etapas del proceso productivo está en un rango de 4681,6 Kj a 1284030 kJ lo
que demuestra que se puede obtener una autosuficiencia energética a través del uso de
biodiesel generado.
CONCLUSION
Realizando este trabajo puedo llegar a la conclusión que las etapas que fueron seleccionadas
cumplen con un patrones importantes tanto para el medo ambiente como para la obtención del
biodiesel, es una técnica amigable con el ambiente, adicional se extrae la gran parte de la
maleza y no se obtienen tantos residuos, dando un buen porcentaje de biodiesel.
Esto también nos enseñó que en un proceso se debe buscar las mejores técnicas para la
extracción de cualquier producto a trabajar.
BIBLIOGRAFIA
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bioethanol production process from algae biomass:comparison of SSF, SSCF and Acid
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González, Ángel, Alexander Guzmán, andViatcheslav Kafarov. "Evaluación of Different Routes
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proceso de obtención de etanol a partir de la fruta del banano Energy and exergy analysis of
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Antioquia , (51), 87-96. Tomado de: http://congreso.pucp.edu.pe/cibim8/pdf/06/06-16.pdf
Material para revisar de balance de energía tomado el 22 de noviembre de 2014
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358081/contenido_/BALANCES_DE_ENERGIA.pdf
Información sobre métodos de
extracción: http://www.uac.edu.co/images/stories/publicaciones/revistas_cientificas/prospectiva/
volumen-7-no-2/articulo6-v7n2.pdf