diseño de una planta ciclohexano

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMONFACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA Diseño de una planta química de producción de ciclohexano Docente: Juan Rios del Prado Estudiante: Aguilar Andia Sergio Camacho Galarza Carmen Flores Antezana Andrea Carla Pérez Alcoba Noemí Sarabia Heredia Grover Carrera: Ingeniería Química CBBA-BOLIVIA INDICE 1. RESUMEN EJECUTIVO 2. ANTECEDENTES DEL PROYECTO 3. INTRODUCCION 4. JUSTIFICACION 5. ESTUDIO DE MERCADO 5.1 Descripción del Producto 5.2 Análisis de la Demanda – Oferta 5.3 capacidad de la planta 6. MATERIA PRIMA E INSUMOS 4.1 Clasificación de materias primas 4.2 Costo de materias primas 4.3 Fuentes de materia prima 7. UBICACIÓN Y EMPLAZAMIENTO 8. INGENIERÍA DEL PROYECTO 8.1. Métodos de producción de Ciclohexano 8.2. Modelos cinéticos propuestos 8.3. Diagrama de proceso 8.4. Descripción del proceso 8.5. Criterio de selección de equipos 8.6. Ecuaciones de diseño de equipos 8.7. Balances de masa y energía. 9. PLANIFICACIÓN Y EJECUCIÓN DEL PROYECTO 10. EVALUACIÓN FINANCIERA 11. BIBLIOGRAFIA 11.1 Libros 11.2 Sitios de internet PROCESO DE PRODUCCION DE CICLOHEXANO 1.- RESUMEN EJECUTIVO PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO2 La industria petroquímica ha tenido un importante avance en los últimos años, favorecida en gran parte por el desarrollo de los plásticos. Ello ha animado a gran parte de la empresas, a invertir en la producción de fibras sintéticas, que es de importancia en el mercado, destacándose las variedades de nylon, y en concreto el nylon 6 y nylon 6,6, cuya producción deriva de una serie de productos intermedios obtenidos a partir del ciclohexano. El ciclohexano es el producto estrella en la producción de nylon 6 y nylon 6,6. Gracias a estos dos compuestos es posible disponer en la actualidad de una extensa gama de prendas de vestir, alfombras, material para el recubrimiento de cables, gomas de neumáticos, componentes eléctricos y electrónicos, etc. Todos estos productos han facilitado enormemente la actividad humana y que son necesarios para el desarrollo de la misma. El presente trabajo está enfocado al diseño del proceso de producción de un planta de ciclohexano, mediante la hidrogenación del benceno, en un reactor multitubular de lecho fijo, usando como catalizador el HTC-400 (16% Ni y 84% Al 2O3), que alcanza una conversión del 98% de benceno a ciclohexano. La reacción que se produce en la obtención de ciclohexano, es muy exotérmica AH = -51.2 Kcal/mol, las condiciones de temperatura de 204º C y 23 bar de presión que se producen en el reactor es la siguiente: C6H6 + 3H2 → C6H12 La hidrogenación del benceno se realiza en fase vapor, para evitar la isomerización del ciclohexano a metilciclopentano a altas temperaturas. Así como también se trabajará a presión alta con un exceso de hidrógeno, de manera que la relación alimentación hidrogeno- hidrocarburo que entra al reactor es de 6:1. La etapa de purificación y acondicionamiento del producto se lo realiza posteriormente a la salida del reactor, entrando a un separador de fases para que posteriormente vaya a un intercambiador de calor. 2.- INTRODUCCION El crecimiento de la población mundial en las últimas décadas del siglo XX y en el siglo XXI, así como el avance en la ciencia, medios de producción y tecnologías sitúa a la PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO3 obtenido por medio del proceso de hidrogenación del benceno se ha convertido en el producto estrella para la producción de dos de las fibras sintéticas más relevantes dentro del campo de la petroquímica: el nylon 6. gomas de neumáticos. El descubrimiento del petróleo como materia prima para la producción de combustibles y base de la Industria Petroquímica ha supuesto un cambio en la economía mundial y un “boom” productivo permitiendo disponer de productos. 3. el ciclohexano se obtenía directamente por destilación fraccionada de determinadas fracciones de bencina bruta. con el único inconveniente de que la pureza del proceso obtenido era. desde principios del siglo XX hasta la actualidad la mayor parte de este producto se obtiene por medio del proceso de hidrogenación de benceno. alfombras. pero que hace apenas unas décadas no se conocían. contenido en la materia prima inicial petróleo y obtenido por medio de distintos métodos de procesado. el ciclohexano producido por estos métodos sólo cubría una pequeña parte de la demanda existente de ciclohexano. componentes eléctricos y electrónicos. material para el recubrimiento de cables.6 y el nylon 6. Los procesos posteriores de isomerización del metilciclopentano a ciclohexano permitieron desarrollar patentes en industrias tales como Humble Oil. Shell y Atlantic Richfield (Estados Unidos). tan solo.6. a su vez.ANTECEDENTES En sus origines. Gracias a estos dos compuestos es posible disponer en la actualidad de una extensa gama de prendas de vestir. El ciclohexano. es y sigue siendo el tercer producto base más importante de la actual Industria Petroquímica. etc. Por lo que. productos todos que han facilitado enormemente la actividad humana y que son necesarios para el desarrollo de la misma... hoy imprescindibles. dando lugar PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO4 . El benceno. del 85%. A causa de la fuertemente creciente demanda de ciclohexano como producto básico para la obtención de nylon 6 y nylon 6. mejorando la calidad del producto a casi el 98%.sociedad mundial actual en una época de pleno desarrollo donde la calidad de vida se ha extendido a un mayor número de población gracias al descubrimiento de nuevas materias y productos rentables para la economía tanto a nivel particular como la propia de una región. (1000 a 2000 ton.9%. Así pues.A. la importancia del ciclohexano reside en que se trata del principal precursor para la producción del nylon 6 y el nylon 6. A finales de 1972 la empresa UNIVEX S. las cantidades demandadas eran de poca magnitud. tanto en el ámbito nacional como mundial. El presente trabajo tiene como finalidad poner en práctica. se ha visto conveniente determinar algunos parámetros para lograr este objetivo. en la demanda externa de ciclohexano. de mantenerse el ritmo de consumo actual. aunque puede destinarse a otros usos. principales fibras sintéticas más importantes del siglo XX. 4. Sin embargo. lo que nos permite suponer. el principal destino de la materia ciclohexano se reserva a las grandes empresas de producción y obtención de productos petroquímicos situadas principalmente en Europa central. mediante la elaboración de un diseño de una planta industrial como es el caso de la obtención de ciclohexano. los conceptos teóricos de Ingeniería química.6. arrancó su planta de caprolactama.a multitud de patentes que han desarrollado su propio método para la obtención de este producto tan necesario. para satisfacer las necesidades de una serie de industrias que dependen de él ya sea de manera directa o indirecta. Ya que siempre es necesario conocer cuánto volumen puede ser procesado en un determinado equipo PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO5 . debido a que la producción de hule polibutadieno iniciada en ese mismo año lo requería como solvente. Hoy en día. La producción de ciclohexano se lleva a cabo. año). por lo que ya en 1973 el consumo de ciclohexano llegó a cerca de las 31000 toneladas. Durante 1994 hubo un ligero crecimiento.JUSTIFICACION El ciclohexano es de gran importancia en una gran cantidad de procesos químicos industriales. Ante la necesidad de conocer la capacidad de los equipos de proceso que conforman una planta industrial para determinar el rendimiento total de la misma. En México el consumo de ciclohexano comenzó en 1968. destacando Alemania como principal país productor de compuestos derivados de la industria petroquímica.. que dicha demanda se incrementara razonablemente en los próximos años. A partir de ese año y hasta 1985 el crecimiento promedio anual de la demanda fue de 5. 47 ºC Temperatura critica 280 ºC PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO6 ..1.. Se trata de un compuesto insoluble en agua. Por lo antes mencionado es importante aplicar el diseño e Ingeniería de Plantas como factor importante en el área de producción de una industria.7 ºC Punto de fusión 6. Además de que es importante en cuanto a los costos económicos involucrados para una óptima factibilidad de una planta.Descripción del producto: Ciclohexano Fórmula Química: C6H12 Estructura Química: 5. de olor penetrante similar al del petróleo. Es altamente inflamable. A continuación se destacan las propiedades más importantes del compuesto: PROPIEDADES VALOR Peso molecular 84..ESTUDIO DE MERCADO 5. antes de ser puesta en marcha y de esta forma evitar riesgos durante el proceso productivo. 5.y de esta forma se controla el flujo de materia prima limitado en la entrada de las operaciones básicas.Propiedades físicas y químicas El ciclohexano es un líquido incoloro y transparente.1. normalmente es estable aún bajo exposiciones al fuego.18 g/mol Punto de ebullición 80.1. 1996) 5.1. por oxidación catalítica con aire. Harold A. El ciclohexano se emplea para obtener.1..Producción de Ciclohexano en el mundo El crecimiento global de la industria de ciclohexano es altamente dependiente del crecimiento total de varios de los mercados de países en desarrollo como China. caprolactama.2. y hexametilendiamina.2. India y Arabia Saudita .73 bar Tabla 1: Propiedades del ciclohexano (Wittcoff. 5. que son materias primas para la obtención. de resinas poliéster y poliuretanos. además de Nylon.Análisis de la oferta y demanda 5.Usos Alrededor del 98% del ciclohexano producido es empleado para la fabricación de intermedios de nylon: ácido adípico.Análisis de oferta 5. pinturas.. los dos primeros consumen alrededor del 95%. como solvente para lacas y resinas y en la fabricación de materiales orgánicos. El primero de los intermedios se utiliza para la elaboración de nylon 6. plastificantes y barnices.2. en la extracción de aceites naturales. Además suele emplearse para remover pinturas. Cantidades menores de ciclohexano son destinadas a su uso como disolvente y como agente químico intermedio. ciclohexanol y ciclohexanona. se utiliza también como solventes de lacas y resina.2.1.Densidad a 20ºC 0.6. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO7 .1. como insecticidas y síntesis orgánicas. Su consumo esta mayormente relacionado con la manufactura de nylon y caprolactama de nylon..778 kg/m3 Presión critica 40.. mientras que el segundo de ellos es un monómero del nylon 6.. esto se muestra en la tabla 2. principalmente a nivel de la aplicación ciclohexano en Europa del Este.Empresas productoras de Ciclohexano Debido a que la demanda de ciclohexano está fundamentalmente marcada para la producción de caprolactama. Tabla 2: Principales empresas productoras de ciclohexano Actualmente. En la Tabla: 3 se muestra la capacidad de producción de ciclohexano de CEPSA en los últimos 20 años..1. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO8 . con una capacidad instalada total de 62870 ton/ año. pero se espera que el nivel de consumo para el material en Europa se mantenga estable en el año 2010-2012. 5. La primera de ellas lo utiliza posteriormente para la producción de ciclohexanona y. el cual se destina a la producción de fibras nylon. finalmente.6 en el proyecto de expansión de la segunda fase que se finalizará en 2014. particularmente en China y el medio oriente por Arabia Saudita (Petro Rabigh company) ya que necesitan ciclohexano para la producción de caprolactama y nylon 6. generalmente en el mercado internacional (exportaciones).2. Por el contrato CEPSA.2. (Merchant Research &ConsultingLtd) Nuevas inversiones se centraran en Asía. existen cinco empresas productoras.A pesar de la subida global del mercado de ciclohexano en el mundo. ácido adípico. En la actualidad. representa el 93% de consumo. destina la producción al mercado. en España tan sólo hay dos empresas que fabrican ciclohexano: Quality Chemicals y Cepsa. Europa ha visto un crecimiento de hasta el 2% año. .1.2.3.89 $/Tn. Claramente. el país al que más ciclohexano se exporta es Bélgica. tal y como se observa a raíz de los dates foresides en la Tabla 4. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO9 . es destinado a la exportación a diversos países. donde se muestran los principales países a los que exportan dicha empresa y la cantidad total exportada cada uno de los años. 5. En la gráfica 1 se observa los precios de ciclohexano en diversos años $/TM.UU (2012) es 1434.Tabla 3: Capacidad de producción de ciclohexano de CEPSA (Directorio de Empresas y Productos Químicos) Una gran parte del ciclohexano producido por CEPSA.Precio de comercialización de Ciclohexano a nivel mundial Después de una evaluación de precios de ciclohexano se acordó que la cotización del contrato delta relativo en EE. Tabla 4: Países a los que CEPSA exporta ciclohexano desde España (Base de Datos de Comercio Exterior). Importación de Ciclohexano en Bolivia por productos básicos en dólares estadounidenses anuales .1.. pero para el año 2014 se espera la disponibilidad de una planta de producción de aromáticos..3 millones de toneladas P.4.2.1.2.A..2.European & US Contract Cyclohexane Prices US Europe $/MT Gráfico 1: Precio de comercialización de ciclohexano $/MT 5. el mundo el crecimiento de la demanda de ciclohexano asciende aproximadamente 3% anualmente.Demanda mundial del ciclohexano En la actualidad. En la siguiente figura 1 muestra el consumo mundial de ciclohexano: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 10 ..345 al año. tampoco la producción de benceno que en nuestro caso es la materia prima. 5. donde se podría decir que dentro del grupo de los hidrocarburos cíclicos no es el que menos importa.2.2.. la demanda total de ciclohexano es 5.2.Hidrocarburos cíclicos En los últimos años Bolivia importa alrededor de $26. pero tampoco es el que más importa. que se ubicara en el gran chaco en Tarija.Análisis de la demanda 5. 5.Producción de Ciclohexano en Bolivia Actualmente en el mercado boliviano no se cuentan con empresas que produzcan ciclohexano.1.5. Gráfico 2: Consumidores de Ciclohexano 2011 A pesar de la creciente incertidumbre. sudamericano y en Bolivia se muestra a continuación en la siguiente tabla 5: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 11 .2.8 %. Gran parte de este crecimiento se producirá en China para la demanda de caprolactama en nylon 6 y el ácido adípico..Producción de Ciclohexano La Producción de Ciclohexano a nivel mundial. El Medio Oriente también puede contribuir hacia el final del período del pronóstico. se espera que la demanda mundial de ciclohexano aumente en una tasa promedio anual del 2.6. Se espera que Europa del Este y Central y Sur América Central y experimentar plana con muy poco crecimiento de la demanda de ciclohexano durante el período de pronóstico. se utiliza tanto como materia prima para nylon 6. No se conoce la demanda de ciclohexano en África u Oceanía.2. 5. fibras y resinas y adhesivos de fusión en caliente a base de poliéster para suelas de zapatos y otras aplicaciones. a la espera de la instalación de polímero de nylon anunciada en Chevron Phillips en Arabia Saudita durante 2015-2016.2. [Tm/AÑO] PRODUCCIÓN BOLIVIA [Tm/AÑO] 2014 2015 6251934 6426988 312597 321349 53141 54629 2016 6606944 330347 56159 2017 6791938 339597 57731 2018 6982113 349106 60000 Tabla 5: Producción de ciclohexano Producción de ciclohexano PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN BOLIVIA [Tm/AÑO] PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 12 PRODUCCIÓN SUD. [Tm/AÑO] .AÑO PRODUCCIÓN MUNDIAL [Tm/AÑO] PRODUCCIÓN SUD. 2.Producción Nacional del ciclohexano en Bolivia Producción de ciclohexano en Bolivia PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 13 .2.Gráfica 3: Producción del Ciclohexano 5..3. Xileno 61000 tm/año En el caso de que se cubra el 100% de la producción la planta tendrá una capacidad de 60000 Tn/año de ciclohexano. en el cual se tomaran las siguientes suposiciones: cubriendo el 75% de la producción de Bolivia nuestra capacidad de planta será 60000 Tn/año.1 Parámetros para el cálculo de la planta  Demanda mundial 5.Tolueno 120000 tm/ año ..Capacidad de la Planta La capacidad de planta se refiere a la capacidad de producción que puede llegar a tener una empresa durante un cierto periodo de tiempo.Gráfico 4: Producción nacional del Ciclohexano en Bolivia Para los próximos años se espera que la demanda de ciclohexano.3 millones de tonelada al año  Tasa de crecimiento anual demanda mundial 2. En un periodo de 5 años a partir del año 2014 al 2018. vaya incrementando. 5. con nuevos proyectos como ser la construcción de la planta de aromáticos ubicado en el Gran Chaco en Tarija.benceno 75000 tm/año (80% producción de ciclohexano) . 5.8 %  Demanda insatisfecha 20 %  Producción de aromáticos de la planta de Gran chaco .3.3. como se muestra en la siguiente tabla 6: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 14 . en este caso expresaremos el desarrollo de la producción durante un periodo futuro de 5 años. .MATERIAS PRIMAS E INSUMOS En esta parte se procede a la caracterización de las materias primas de la línea de proceso de producción de ciclohexano. además se describe las características físicas y químicas del catalizador empleado en el reactor. cumpliendo con la demanda en Bolivia que es de 60000 ton/año.AÑO Capacidad de la % Incremento 2014 planta [Tm/ AÑO] 53141 de producción 89% 2015 54629 91% 2016 56159 94% 2017 57731 96% 2018 60000 100% Tabla 6: Capacidad de la planta Capacidad de la planta [Tm/años] Gráfica 5: Capacidad de la planta para 5 años En cuanto a la capacidad de la planta se realizara para una producción de ciclohexano del 100%. 6. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 15 . sin embargo. respectivamente. Es prácticamente insoluble en agua.Benceno Estructura Química: Fórmula Química: C6H6 6.9 Bar Densidad a 20 °C 879. 6. de amplia utilización como disolvente y como reactivo en operaciones industriales.5 °C Temperatura Crítica 289 °C Presión Crìtica 48.1..1..1. pero completamente soluble en alcohol.4 Kg/m3 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 16 . éter y numerosos líquidos orgánicos.Propiedades físicas y químicas El benceno es un líquido incoloro e inflamable. cinética y termodinámicamente favorecida a temperaturas de 773 K o mayores.1 g/mol Punto de Ebullición 80 °C Punto de Fusión 5. El benceno es térmicamente estable y su formación está. Se requiere esta materia prima tan pura como sea posible.Las materias primas necesarias para la fabricación de ciclohexano en la línea de proceso diseñada son benceno e hidrógeno. Requiere por lo tanto temperaturas elevadas para su descomposición térmica o para que se lleven a cabo reacciones de condensación o deshidrogenación.A continuación se presentan las principales propiedades del benceno: PROPIEDAD Peso Molecular VALOR 78. estos reactivos llegan a Refinería con un porcentaje de tolueno y metano. además de la caprolactama (precursora del nylon 6) a través de la ciclohexanona y otros múltiples productos químicos orgánicos como. 1996) 6. epoxi.  Otros derivados minoritarios. usados como agente emulgente y tensioactivos.2.  Los ácidos alquilbencenosulfónicos: base de los detergentes LAS (“linear alkylbenzene sulfonates”). entre los que destacan el nitrobenceno y su derivado la anilina. de los que derivan la iso. 6. existiendo algunos reparos en cuanto al tolueno y ciertas prevenciones respecto a los xilenos. del bifenol y sus resinas derivadas (poliésteres. más o menos acusada en los sectores de las pinturas. que mayoritariamente termina como fenol. y el derivado de ésta el MDI (difenilmetanodiisoctano).Tabla 7: Propiedades del benceno (Wittcoff. materia prima de las resinas fenólicas.y la para-fenilamina. los alquilfenol etoxilados. si bien por sus características carcinogénicas. Se considera que la demanda del benceno tiene la siguiente estructura:  Etilbenceno: destinado a la fabricación de estireno. H. por ejemplo. los productos fitosanitarios. además de los dinitrobencenos. los adhesivos. se está verificando una paulatina reducción de la demanda... respectivamente.  Ciclohexano: obtenido por hidrogenación del benceno para dar ácido adípico y caprolactama.1.Usos Este compuesto aromático es ampliamente utilizado como disolvente. A. De hecho.1. policarbonatos y polisulfonas). ambas materias primas de las poliamidas 6.3.  Cumeno: producto intermedio obtenido por preparación del benceno con propileno.6 y 6.Procesos de fabricación PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 17 . el benceno está explícitamente prohibido en muchas formulaciones. que hace unos años lo empleaban masivamente. El benceno que procede del petróleo es industrialmente producido por reformado y separación.2.El benceno es un componente natural del petróleo. con los que se consigue un producto rico en aromáticos. formando parte del gas interestelar. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 18 . 6. 6. En este sentido. y desalquilación térmica o catalítica de tolueno. sin embargo. La cantidad de benceno recuperado por reformado es normalmente mayor que el obtenido a través de las técnicas de extracción. 50% del cual es benceno. los cuales contienen un 65% de aromáticos. no puede ser separado del crudo por una simple destilación. es necesario obtenerlo empleando algún tipo de energía primaria.1. se generó como el “gas de la gran explosión” que dio lugar al origen del Universo. debe de ser considerado como “un portador de energía” al igual que sucede con la energía eléctrica: ambos proceden de una fuente de energía primaria y son limpios en el punto de consumo.2. y sin embargo..Hidrógeno Fórmula química: H2 Estructura: H-H En la naturaleza.. en la Tierra rara vez se encuentra en estado libre. ya que forma azeótropo con otros hidrocarburos. La recuperación de benceno es más económica si la fracción de petróleo está sujeta a un proceso catalítico o térmico que incremente la concentración de dicho hidrocarburo.Propiedades físicas y químicas El hidrógeno es el elemento más abundante en el Universo. Otros procesos de obtención de benceno son el craqueo de nafta pesada o hidrocarburos ligeros como el propano o butano. se destacan las siguientes: PROPIEDAD VALOR Peso Molecular 2. 1996) 6.El hidrógeno se encuentra mayoritariamente en la naturaleza en forma molecular formando parte de gases.2.268 K Punto de Fusion 14. Este hecho se debe fundamentalmente.Usos El hidrógeno puede emplearse dentro de dos vertientes bien diferenciadas: 1. Entre algunas de sus propiedades más relevantes. A. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 19 .025 K Temperatura Critica 33. además. H.2..447 Kg/m3 Tabla 8: Propiedades del Hidrógeno molecular (Wittcoff.016 g/mol Punto de Ebullición 20. En esta última.169 Bar Densidad a 20 °C 2. Se trata del elemento más ligero y su minúsculo tamaño le permite situarse dentro de cualquier átomo o tipo de enlace destacando dentro de este último su tendencia a formar puentes de hidrógeno.2 K Presión Crítica 13. a su elevada reactividad prácticamente en cualquier entorno. hay que distinguir entre el consumo de hidrógeno en reacciones propiamente dichas y el de aportación a las unidades como materia prima de proceso. de la molécula de agua y de multitud de compuestos orgánicos. En los procesos de obtención de productos industriales tales como la síntesis de amoniaco y fundamentalmente en las instalaciones de una refinería. El papel del hidrógeno como fuente de energía alternativa y renovable. está previsto que se convierta en uno de los posibles sustitutos de los combustibles fósiles en el sector transporte. se destacan los siguientes procesos: Reformado del metano. Métodos basados en la energía solar de alta temperatura que son sistemas centralizados y de gran capacidad de producción. también es preciso distinguir entre dos categorías en base a la naturaleza de la materia prima: procesos químicos de obtención basados en combustibles fósiles y aquellos que emplean como punto de partida alguna fuente de energía renovable. Reformado autotérmico Oxidación parcial catalítica del metano.Procesos de fabricación Dentro de los procesos para la síntesis del hidrógeno. Gasificación del carbón mineral a altas temperaturas.2.Catalizador PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 20 . bacterianas procesos de descomposición por medio de la acción de algas. 6.2. En este sentido. tanto por medio de una conversión directa de su energía química en electricidad a través de la pila combustible.3. se incluyen: Electrolisis de la molécula de agua. siendo este método más rápido que el reformado simple.. los cuales comparten sus procedimientos con los de la energía solar de alta temperatura. Gasificación a alta temperatura de la lignina contenido en la biomasa. Procesos de fermentación de diversa naturaleza: fermentaciones biológicas.3. obteniéndose el llamado “gas de síntesis” (CO e H2). En el primer grupo. Métodos basados en la energía nuclear. como la combustión directa en motores alternativos o turbinas de gas. En un segundo grupo. 6. Reformado con vapor de agua.. Pirolisis. puesto que dicha reacción ocurrirá en los poros del sólido. ya que los catalizadores de Níquel impiden la aparición de la reacción secundaria de isomerización de ciclohexano a metilciclopentano incluso trabajando a 250 ºC. pertenece a la familia de catalizadores denominados HTC. compensando el coste del producto con un consumo menor del mismo para alcanzar el grado de conversión deseado. se descarta el uso de catalizadores compuestos por metales nobles. especialmente recomendados para las reacciones de hidrogenación a nivel industrial. HTC-400. por lo que se va a considerar aquellas que tienen un diámetro de 2-5 mm. y se elige un sistema que emplea como metal activo el Níquel. la superficie disponible para la reacción es un aspecto relevante a tener en cuenta. La segunda de las razones atañe a las condiciones de operación.La elección del catalizador más adecuado para el sistema de reacción descrito en el presente proyecto. Considerando estas razones. un punto más a favor para elegir este tipo de superficie específica reside en un mayor beneficio operativo con respecto a superficies inferiores. se opta por un catalizador de elevada superficie específica. Desde el punto de vista técnico. Además. Desde el punto de vista económico. se basa tanto en consideraciones de índole técnica como económica. hecho que presenta dos ventajas fundamentales:  La principal es que permite alcanzar un alto índice de efectividad en un  proceso que resultará más rentable. Para el caso que se aplica. debido principalmente a que: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 21 . se debe tener en cuenta que el comportamiento del sistema influye en las dimensiones de la partícula catalítica. aconsejadas para trabajar en el caso de que el sistema de reacción se comporte como un lecho inmovilizado. el catalizador que se va a emplear. Siguiendo con las consideraciones económicas. 5 mm Superficie específica 7000 m2/Kg Longitud de partícula 8 mm Tabla 9: Propiedades específicas del catalizador HTC-400 (Johnson Matthey catalizadores) PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 22 . Han alcanzado un rotundo éxito en la conversión de benceno a ciclohexano.5 veces mayor con respecto a catalizadores convencionales. El catalizador HTC-400 seleccionado presenta estructura de trílobe y las siguientes especificaciones técnicas: PROPIEDAD Composición (% en peso) Densidad a 20 °C VALOR 16% Ni. es decir. 84% Al2O3 2702. aumentan la selectividad del sistema de reacción. reduciendo la posibilidad de que aparezcan reacciones secundarias indeseadas.  La velocidad espacial puede llegar a ser hasta 1.7 Kg/m3 Diámetro de Partícula 2.  Son capaces de duplicar la vida útil del catalizador comparado con otros usados en la misma reacción.  Pueden operar a temperaturas superiores. Peter R. UBICACIÓN Y EMPLAZAMIENTO 7. 2006) 7.Figura 2: Morfología de los principales catalizadores para hidrogenación (David S. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 23 . luego mediante el método de factores ponderados hallaremos una posible ubicación. UBICACION DE LA PLANTA La localización de la planta de ciclohexano va a depender de diferentes factores. Pujadó. Jones.1. estos tienen un peso de acuerdo a su importancia. y del benceno se utiliza como constituyente de combustible para motores. las principales aplicaciones para el ciclohexano en nuestro mercado están como diluente para las pinturas.1. combustible para cohetes y últimamente como fuente de energía limpia para automóviles. también se utiliza en los catalizadores de polimerización para fabricación de plásticos como PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 24 . y como componente de algunos solventes.  Mercados Este factor va a depender del uso del ciclohexano. aceites. pinturas. donde estos van hacer considerados como el punto de partida para la disponibilidad de materias primas.Figura 6: Factores que se consideran en la ubicación de planta 7. disolventes de grasa. las lacas y los esmaltes. en especial el hidrogeno se usa en producción de ácido clorhídrico. manufactura de detergentes. La disponibilidad de las materias primas como hidrogeno y benceno.2 Factores a Considerar:  Disponibilidad. pero además al tener como disponibilidad. claro pero antes se tendría que hacer un análisis económico de estas posibilidades. el cual se obtiene en un proceso exotérmico. en el mundo.ser el nylon 6.. el crecimiento de la demanda de ciclohexano asciende aproximadamente 3% anualmente.6.  Suministros de mano de obra Este factor tiene un peso importante a la hora de elegir la ubicación de una planta. en la siguiente tabla se puede apreciar los salarios mínimos en Latinoamérica. En la actualidad. la demanda total de ciclohexano es 5. pero no solo es un factor importante el costo de mano de obra si no también la calidad de mano de obra y también la disponibilidad de esta misma.3 millones de toneladas P.A. el uso del gas natural podría ser una solución a esta. aplicando un sistema de integración energética podemos solucionar una parte de la disponibilidad de energía. catalizador para acrílicos y tipo resinas de poliéster. y como materia prima para los peróxidos y los catalizadores de oxidación. DESCRIPCIÓN 2012 2013 2014 SALARIO MÍNIMO NACIONAL (En bolivianos) 1000 1200 1440 DECRETO SUPREMO (Número) 1213 1549 1988 FECHA DE PROMULGACIÓN 01/05/12 10/04/13 01/05/14 Tabla 10: Salarios en Bolivia Fuente: Gaceta Oficial de Bolivia Instituto Nacional de Estadística PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 25 . tiene como principal materia prima al benceno y al hidrogeno.  Disponibilidad de energía El Proceso de producción de ciclohexano. 6436E09 Tabla 11: Localización de la Empresa. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 26 .9 50730477 7. La selección de estas zonas se basa sobre todo en la disponibilidad de la materia prima. el cual es un producto obtenido en las plantas petroquímicas.9 50730477 7.8278E-10 8. FOA = 0.33392 Cochabamba FOB= 0.7995E-10 2.33285 Tarija Viendo estos factores ponderados el lugar a escoger es Tarija. que llegaría ser el lugar más apropiado para la creación de la planta. Cochabamba y Tarija. Para tal efecto se han identificado tres macro-zonas potenciales siendo las mismas: los departamentos de Santa Cruz. Santa Cruz (B) y Tarija (C). Para la selección de la macro-zona de localización se emplea el método cualitativo por puntos de ponderación (Factores importantes en cada zona).8092E-10 8.9 Transpo rte 225000 270000 315000 Otros Total (Cj) 5914800 1132787 00 378 5914800 1135175 00 978 5914800 1136429 00 978 TOTAL 1 / Cj 8. siendo los resultados los siguientes: Los lugares involucrados en esta tabla son: Cochabamba (A). en nuestro caso el benceno.33322 Santa Cruz * FOC= 0. a cada uno de estos se le ha dado un peso respectivo de acuerdo a su importancia.Como ya hemos enumerado diferentes factores que afectan a la hora de elegir la localización de una planta. Localizac ion mano de obra A 33777600 B 36121200 C 37330200 MP 50730477 7. 7.2 Ubicación exacta de la planta Debido a los factores que se mostraron se eligio que nuestra empresa sera en el parque industrial latinoamericano Figura 7 : Parque industrial latinoamericano PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 27 . Figura 8 : Corredor Bioceanico PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 28 . Los procesos existentes para la obtención de ciclohexano comprenden todos aquellos desarrollados a nivel industrial para suplir las demandas del mercado.1 Métodos de Obtención de Ciclohexano La importancia económica del ciclohexano ha ocasiona gran número de procesos industriales para su obtención.. etc. 8.INGENIERIA DEL PROYECTO La ingeniería del proyecto implica el estudio de los distintos procedimientos o procesos técnicos a través de los cuales se podrían obtener los objetivos del proyecto. Estos procesos difieren principalmente en los siguientes aspectos:  Naturaleza del catalizador. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 29 .  Diseño del reactor. 8. Se obtiene mediante dos procesos principales: la hidrogenación del benceno y el reformado catalítico de la fracción de nafta del petróleo. benceno.  Método utilizado para disipar el calor generado debido a la exotermicidad de la reacción. El ciclohexano se produce en grandes cantidades para utilizarlo como materia prima en la fabricación de fibras de Nylon. ciclopentano.  Condiciones de operación de bajo las cuales se lleva a cabo la reacción en el catalizador.1.8.1 Reformado Catalítico del Petróleo La fracción de Nafta del petróleo contiene ciclohexano. Existen siempre distintas alternativas o posibilidades tecnológicas para ejecutar una determinada iniciativa de inversión por lo que correspondería adoptar una decisión respecto a la cual se presenten sería el más ventajoso dada las características del proyecto. metil y dimetilciclohexano. las reacciones principales son: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 30 . Figura 9: Diagrama simplificado del proceso de fabricación del ciclohexano a partir de la fracción naftenica C6 del petróleo La fracción H reformada y rectificada se une a la fracción B y pasan juntas al reactor de hidrogenación catalítica donde el metilpentano se isomeriza y el benceno se hidrogena. Esta mezcla se destila para separar el pentano más volátil y dimetilpentano menos volátil. En la figura 9 se da un diagrama simplificado de este proceso. por lo que a la fracción naftenica se la somete al reformado catalítico. transformándose en una mezcla de benceno + metilciclopentano con pentano y dimetilciclopentano. La fracción de H se somete al reformado catalítico. en el que la nafta se destila para obtener una fracción de (H) rica en ciclohexano y otra (B) rica en benceno y metilciclohexano.La separación del ciclohexano por destilación fraccionada es difícil. resinas de poliéster y poliuretanos. que son materias primas para la obtención de nylon. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 31 . Ambos productos se usan también. ciclohexanol y ciclohexanona. en menor escala.a) Reformado b) Hidrogenación catalítica e isomerización En circunstancias económicas de gran consumo de aromáticos. la reacción de reformado se utiliza para producir benceno y tolueno. El ciclohexano se usa para obtener. como sucedió en la segunda guerra mundial. como disolventes. por oxidación catalítica con aire. aunque también se emplean el Paladio. el primero consiste en la reacción de hidrogenación en sí. sólo que la fabricación requiere entonces un paso intermedio adicional. más obsoletos y con menor velocidad de reacción y.2 Hidrogenación del Benceno Éste es. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 32 . con mayor registro de temperaturas y catalizado por metales nobles. las especificaciones son menos exigentes. los que se llevan a cabo en fase gaseosa. seguido de un segundo de purificación y acondicionamiento del producto final con el fin de cumplir con las estrictas exigencias de calidad que dicta el mercado. Los más ampliamente utilizados son los de Níquel y Platino. Wolframio y Níquel. todos y cada uno de ellos presentan dos pasos fundamentales.p.m evitando así el envenenamiento del catalizador. Para el resto de los compuestos mencionados. Este método está basado en la reacción catalítica fuertemente exotérmica de hidrogenación del benceno y. como el Platino. por antonomasia. Cobre. los métodos basados en la reacción de hidrogenación. Tipos de catalizador: dependiendo del catalizador que se utilice cambiarán las especificaciones impuestas a la alimentación.8. el contenido en azufre de la alimentación debe ser menor de 1 p.1. Así. se clasifican atendiendo a criterios que influyen en la calidad del producto derivado: Condiciones de operación: permiten distinguir entre los procesos que se desarrollan en fase líquida. más actuales. Si la reacción está catalizada por metales nobles. el método más difundido para la producción de ciclohexano en las plantas petroquímicas a partir de derivados del crudo de petróleo. Independientemente de las características propias de cada proceso. aunque usualmente es éste el compuesto que se emplea como materia prima de partida. Rodio y sulfuros de Molibdeno. El hidrógeno requerido debe someterse a un proceso de pretratamiento con sosa caustica para eliminar el ácido sulfúrico y el dióxido de carbono presente en la corriente. El sistema se compone de un reactor de lecho fijo con catalizador de platino soportado sobre una base de sal de litio. Tras la salida del reactor. así como a un proceso de metanación para la recuperación de monóxido de carbono.m. La alimentación líquida que entra al reactor compuesta de benceno fresco y ciclohexano recirculado se mezcla con una corriente de hidrógeno fresco y recirculado. se precalienta y comprime hasta la temperatura y presión requeridas respectivamente para ser introducida en una serie de dos o tres reactores de lecho fijo donde se trabaja entre los 200-300 ºC a 30 bar de presión. reactor multitubular catalítico de lecho fijo y. reactor de lecho móvil donde el contenido del interior de la unidad se emplea para disipar el calor generado durante la reacción. la corriente producto se somete a una destilación flash para separar el producto de interés de la corriente gaseosa. Siendo así. por último. El control de la temperatura en la unidad de reacción se consigue recirculando una parte de la corriente de producto ya enfriada en el interior del reactor. catalizador capaz de tolerar contenidos de azufre en la alimentación superior a 30 p. Operando del modo descrito se alcanza una conversión prácticamente completa.p. y purgar esta última para su consiguiente recirculación. las opciones pasan por el uso de una serie de reactores de lecho fijo adiabáticos provistos de intercambiadores de calor intermedios. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 33 .Disipación de calor durante la reacción: constituye el aspecto más importante a la hora de controlar el correcto funcionamiento del sistema. 3 Proceso en fase vapor Proceso Bexano Se trata de un método desarrollado por la empresa Stamicarbon y basado en el empleo de dos reactores multitubulares que contienen catalizador de Platino y de Níquel respectivamente.9% tras someterlo a las pertinentes operaciones de purificación y acondicionamiento. y el efluente se dirige a su vez a la segunda unidad de reacción a una temperatura de 220 ºC donde la reacción se completa. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 34 .Figura 10: Proceso para la producción de ciclohexano 8. precalentada previamente con el efluente proveniente del primer reactor. La alimentación. se introduce en el sistema a 30 bar de presión y 370 ºC.1. La pureza del producto final se sitúa en un 99. A la hora de diseñar el proceso de producción más adecuado para la obtención del ciclohexano. las alternativas más importantes: obtener el ciclohexano a través de un proceso de separación de las fracciones de nafta pesada o por medio de la hidrogenación del benceno. Tal y como se ha descrito anteriormente. toma como base los principales procedimientos de operación que componen los métodos de producción de ciclohexano en aquellos procesos que transcurren en fase gaseosa. puesto que la separación de las naftas. está orientada en su totalidad a los procesos de reformado de las gasolinas. Sea cual sea el proceso elegido. las condiciones para el desarrollo de la reacción han sido analizadas y determinadas de manera que sean las más apropiadas para el sistema: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 35 . actualmente. sin duda. el más difundido a nivel industrial.Figura 11: proceso bexano para la producción de ciclohexano 8.2 Elección del proceso de producción de ciclohexano El método seleccionado para la producción de ciclohexano. La hidrogenación del benceno es. lo primero que debe tenerse en cuenta es la materia prima de partida. el método elegido para la producción de ciclohexano estará basado en la hidrogenación del benceno. pudiendo ser incluso superiores a los 40 bar. Por tanto. Hoy en día.Diseño del sistema de reacción . .Temperaturas comprendidas entre los 100-220 ºC. si el catalizador es de níquel pueden alcanzarse los 250 ºC sin riesgo de que se formen productos secundarios. Fase de reacción Para seleccionar el sistema de reacción más adecuado deben contemplarse los siguientes aspectos: -Estado de agregación de la mezcla reaccionante. Proceso de purificación y acondicionamiento del producto final obtenido. . Este proceso exige que la materia prima benceno posea una alta pureza. Como se ha mencionado con anterioridad. .. la clasificación de los procesos existentes para la obtención del producto de interés puede realizarse atendiendo a diversos criterios. la pureza de la materia prima no supone un impedimento para el desarrollo de la reacción puesto que se dispone de tecnologías suficientemente avanzadas que permiten obtener benceno de muy alta pureza y prácticamente libre de azufre.Sistema de disipación de energía PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 36 .Relación de alimentación hidrógeno-hidrocarburo superiores a 6.Comportamiento del lecho catalítico .Presiones que van desde 10-30 bar. Este proceso de hidrogenación del benceno comprenderá dos fases principales:  Fase de reacción para la transformación de la materia prima en el  proceso de interés. presentan las siguientes ventajas frente a los que se desarrollan en fase líquida: . Se recurre para ello la disposición de un reactor multitubular donde se trabajará a mayor temperatura y presión favoreciendo la velocidad de reacción a costa de alcanzar una conversión óptima.  Diseño del sistema de reacción La complejidad de la reacción exige el empleo de un método de operación que ante todo permita llegar a una situación óptima entre la conversión alcanzada en el equilibrio y la velocidad de reacción.Favorecen la separación de sustrato y catalizador. se opta por la elección de un proceso que permita desarrollar la reacción partiendo de una alimentación en fase gaseosa. Dependiendo de un estado de agregación u otro. Los lechos fijos presentan un perfil de temperaturas más acusado con respecto a los de lecho fluidizado. Los procesos desarrollados en fase vapor. sin embargo.Requieren menores tiempos de residencia para alcanzar una misma conversión. . cambiarán las condiciones del proceso. Estado de agregación de la mezcla reaccionante La hidrogenación del benceno puede llevarse a cabo en fase líquida o en fase vapor. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 37 . Comportamiento del lecho catalítico El tipo de lecho a emplear se determinará en base al tamaño de las partículas de catalizador a emplear en el sistema así como a la capacidad del mismo para paliar los problemas derivados de los perfiles de concentración y temperatura desarrollados en el seno del lecho. más actuales. que pese a las altas temperaturas. En base a estos argumentos. se evite la isomerización del ciclohexano a metilciclopentano. Estos tiempos menores permiten. su funcionamiento es más sencillo. que para las mismas condiciones de operación. Una vez analizados todos estos aspectos. teniendo en cuenta que el tamaño de las partículas seleccionadas para la reacción (2. El diámetro de las partículas de catalizador seleccionadas. se opta por el diseño de un reactor multitubular de lecho fijo. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 38 .5 milímetros. además. Las razones que justifican optar por tal diseño del sistema de reacción se basan en que:  La disposición del reactor es el sistema actual más difundido a nivel de  la industria química para reacciones de hidrogenación de benceno. La disipación de calor se ve favorecida al disponer de un reactor  multitubular que incrementan el área de transmisión de calor.5-5 mm) se adecua a las especificaciones para las reacciones que se desarrollan en lechos fijos. el método empleado para desarrollar la reacción se basa en disponer un reactor multitubular de lecho fijo donde la reacción de hidrogenación de benceno tendrá lugar en fase gaseosa y la refrigeración se llevará a cabo por medio de agua procedente de la red de calderas de la Refinería que circulará a través de la carcasa abandonando el sistema como vapor de agua de baja presión. Para ello se dispondrá de un reactor multitubular de lecho fijo. 2. Este tipo de reactor. presentan una mayor área de transferencia para la disipación de la energía generada por la reacción exotérmica. es apropiado para el empleo de reactores de lecho fijo frente a los de lecho fluidizado. ayudará a paliar las deficiencias de los reactores de lecho fijo frente a los de lecho fluidizado con respecto a la aparición de perfiles de temperatura a lo largo de la unidad de reacción.Basados en este hecho y.  Sistema de disipación de energía Es importante pensar en el diseño del sistema más adecuado para disipar la energía que se desprende durante el proceso. 3.1 Diagrama de proceso de HYSYS PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 39 . Diagrama de proceso 8. Fase de purificación y acondicionamiento del producto Desarrollado el proceso de reacción se obtiene una corriente de producto que es necesario purificar con el fin de obtener las especificaciones marcadas por el mercado para la comercialización del producto ciclohexano. Las reacciones desarrolladas en fase gaseosa favorecen la separación entre el sustrato y el catalizador. La corriente líquida resultante de este proceso es la que se someterá a un proceso de enfriamiento que permitirá acondicionarlo para su almacenamiento en depósitos. Donde se eliminará la mayor parte de gases ligeros que no han reaccionado y que se encuentran contenidos en la corriente de producto. El hecho de haber agotado casi en su totalidad la corriente de benceno permite purificar el producto final por medio de un separador de fases gas-liquido. por lo que existe menor posibilidad de que aparezcan las reacciones secundarias de isomerización. 8. así como disminuyen el tiempo de residencia.3. Figura 13: Diagrama de proceso esquemático 8.Figura 12: diagrama del proceso de producción de Ciclohexano en Hysys 8. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 40 . está orientada en su totalidad a los procesos de reformado de las gasolinas. puesto que la separación de las naftas.3.2. sin duda. el más difundido a nivel industrial. Diagrama de proceso esquemático. actualmente.4 Descripción del proceso La hidrogenación del benceno es. La línea de proceso que se va a diseñar se estructura en tres partes fundamentales que son las siguientes: . . el proceso de obtención de ciclohexano se compone de dos etapas fundamentales: _ Etapa de reacción. _ Etapa de purificación y acondicionamiento del producto final.4.Zona de reacción. . el método elegido para la producción de ciclohexano estará basado en la hidrogenación del benceno.Zona de purificación y acondicionamiento del producto final. y para su acondicionamiento depende de un intercambiador. 8. hidrogeno y ciclohexano Equipo de impulsión: compresor Intercambiadores de calor Reactor Válvula Separador de fase. El proceso proyectado presenta las siguientes unidades:      Tanques para el almacenamiento de benceno.Por tanto. A nivel industrial. este proceso exige que la materia prima benceno posea una alta pureza.1 Zona de almacenamiento e impulsión de la alimentación PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 41 . Está formada por los equipos propios para el pretratamiento de la materia prima reaccionante y las unidades de reacción. El corazón de esta sección lo constituye un separador de fases gas – líquido.Zona de almacenamiento de la materia prima y del producto Comprende el sistema de tanques necesarios para depositar la materia prima recibida y el producto y el diseño de los sistemas de impulsión desde el tanque de las materias primas hasta la zona de reacción. níquel sobre alúmina. Debido a la naturaleza propia de la reacción de hidrogenación. 8. Esta corriente se introduce en el intercambiador de carcasa y tubo construido en acero inoxidable AISI 316L aumentando su temperatura hasta 148.Esta primera zona está formada por los depósitos de benceno e hidrogeno contenidos en su correspondiente cubeto e independiente de los depósitos de almacenamiento del producto ciclohexano. donde la temperatura será 204. se optará por el diseño de un reactor tubular de lecho fijo. El producto obtenido por medio de este procedimiento se dirigirá hacia la zona de purificación 8. la alimentación se dirige al reactor (R-110).4 º C y la presión disminuirá debido a la reducción del número de moles. fuertemente exotérmica.3 Zona de purificación y acondicionamiento del producto La purificación del producto consiste en la utilización de una válvula separador de fases gas-líquido. la corriente de benceno se cambiara de fase para que se mezcle con hidrogeno. Tras abandonar el intercambiador.4. El producto se dirige hacia el separador.4. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 42 . Antes de su entrada en el primer intercambiador de calor. La corriente pasara por un intercambiador aumentando la temperatura a 80 C. El reactor contiene en su interior el catalizador de la reacción.2 Zona de reacción Se compone de un intercambiador de calor (E-111) que permiten elevar la temperatura de la corriente y una unidad de reacción para la transformación de la materia prima a ciclohexano. la corriente de benceno se unirá a la de hidrógeno de manera que la relación de alimentación hidrógeno hidrocarburo que entra en la primera unidad de reacción (R-110) será de 6. con el fin de disponer por un lado de la corriente líquida de producto y por otro de la corriente de hidrogeno que no ha reaccionado.9 C. 8. El intercambiador de calor más utilizado en la industria es: 8. y estado de los fluidos. Espacio disponible para la instalación.5. Acción corrosiva de los fluidos.5. Factor económico.2 Intercambiadores de calor de carcasa y tubos Este intercambiador de calor es empleado en la industria química para el proceso de producción de ciclohexano. Criterio de selección de equipos. Los factores principales a tener en cuenta en la elección de un tipo dado de intercambiador para un servicio concreto son los siguientes:        Temperaturas de trabajo. Presiones de las corrientes y pérdidas de presión admisibles. Intercambiador de calor Se emplean ampliamente en la industria química y petroquímica para situar las distintas corrientes de fluido a su nivel térmico adecuado y además para conseguir el máximo ahorro de energía posible. Para ello se integran las distintas corrientes de fluido entre sí enlazando corrientes a calentar con corrientes a enfriar. Este tipo de intercambiadores están compuestos por una carcasa cilíndrica en cuyo interior se dispone un haz de tubos de pequeño diámetro.Tras abandonar el separador la corriente se dirige a un tanque para su almacenamiento. de modo que el consumo de energía adicional sea mínimo. paralelamente al eje del cilindro.5.1. 8. Caudales de los fluidos. Posibilidades de ensuciamiento del aparato. un fluido se hace PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 43 . etc. Es mejor encontrar intercambiadores de calor de 2. en las condiciones y propiedades físicas del proceso. diversos tabiques deflectores colocados en la carcasa hacen que el fluido externo circule en dirección lo más perpendicular posible al haz de tubos. Por todo esto. ya que presentan una gran facilidad de limpieza y mantenimiento. mejorándose la transmisión de calor. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 44 . Estos intercambiadores son los más extendidos. Son idóneos para intercambio de calor de productos de elevado caudal. De la misma manera existe la posibilidad de diseñarlos con varios pasos de carcasa.8.circular por el interior de los tubos. 4. obligan al fluido que circula por el interior de los tubos a recorrer un camino sinuoso por el haz de tubos. pasos de tubos. Añadir que este tipo de cambiadores son muy eficaces y frecuentísimos en la industria. mediante unas placas apropiadamente dispuestas. puesto que las corrientes a enfriar y calentar presentan un caudal muy alto con un calor a intercambiar elevado. así como por su elevada superficie de transferencia. así como una gran superficie de transferencia. Esta elección está basada. en el presente Proyecto se diseñan intercambiadores de calor de contracorriente del tipo carcasa y tubos. Todo esto hace de este tipo de equipos de intercambio de calor los más adecuados para las necesidades térmicas que se requieren. En los extremos del haz de tubos se disponen cabezales del intercambiador que. mientras que el segundo fluido circula por el interior de la carcasa bañando los tubos del haz por su parte exterior.. por lo que será más fácil encontrar un proveedor de este equipo. además. dado su facilidad de limpieza y mantenimiento. Asimismo. La transferencia de calor. Tal y como se ha descrito en los procedimientos para la producción de ciclohexano. es especialmente efectiva si el catalizador está uniformemente repartido en el interior de pequeños tubos que compondrán el sistema de reacción. Este tipo de reactores está especialmente indicado para reacciones gaseosas a gran escala y en ocasiones para reacciones que transcurran en fase líquida. Este tipo de reactor se emplea en la mayoría de los procesos catalíticos que tienen lugar en fase gaseosa. existen tres configuraciones favorables para abordar el control de la temperatura en procesos en los cuales se llevan a cabo reacciones exotérmicas reversibles. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 45 .5.3 El Reactor diseño del sistema de reacción requerido para abordar la reacción de hidrogenación de benceno está basado en la selección del procedimiento más adecuado para disipar el calor generado durante la reacción. además.Figura 14: Intercambiador de carcasa de tubos 8.  Reactor o conjunto de reactores multitubulares catalíticos de lecho fijo. Su configuración es análoga a la de un equipo de intercambio de calor de carcasa y tubos en cuyo interior se sitúa el catalizador empleado en la reacción. El empleo de un único reactor de lecho fijo es adecuado especialmente con las reacciones que transcurren en condiciones adiabáticas. éstas son:  Baterías de reactores de lecho fijo adiabáticos provistos de intercambiadores de calor intermedios entre una y otra unidad de reacción. ventaja importante en el caso de reacciones adiabáticas. En base a estos criterios. se opta por el empleo del reactor multitubular gracias a que:  Su empleo está especialmente indicado para reacciones que transcurren  en fase gaseosa Dispone de una mayor superficie de intercambio de calor para un mismo  tamaño del reactor. está asociado a una menor conversión de los reactivos así como una mayor dificultad técnica para mantener la temperatura del sistema por debajo de un determinado nivel. Dentro de las dos configuraciones posibles para un reactor de lecho fijo. el sistema de reacción diseñado estará  formado por dos reactores multitubulares de lecho fijo operando en las condiciones de trabajo más favorables que permitan realizar un control exhaustivo de las variables temperatura. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 46 . eliminándose los puntos calientes propios de los reactores de lecho fijo. Este tipo de lecho presenta también una menor pérdida de carga a su través y favorece el proceso de regeneración del catalizador no contemplado en el caso de los reactores de lecho fijo. conversión y velocidad de reacción. La principal ventaja de estos reactores reside en el grado de uniformidad que se registra en el control de la temperatura debido al movimiento rápido y continuo de las partículas de catalizador en el interior del lecho. Su principal inconveniente. Reactor de lecho fluidizado donde la disipación de calor se logra recirculando parte del catalizador empleado en la reacción al seno interno del reactor. si se compara con los reactores de lecho fijo. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 47 . trabajar en varias etapas. Los hay disponibles para flujos desde 84. permite un funcionamiento continuo durante largos periodos.5. Compresores centrífugos.247. Los compresores pueden dividirse en dos familias principales:   Compresores alternativos o de desplazamiento positivo. Estos últimos son los compresores centrífugos más sencillos. estos equipos. siendo necesario recurrir al empleo de compresores centrífugos de única etapa. en muchos casos.Figura 15: Reactor multitubular de lecho fijo (levenspiel. Al igual que sucede con las bombas.53 m3·s-1. El impulsor puede ser cerrado con placas o abierto con álabes radiales. Para aplicaciones aeroespaciales.4 Compresor Los compresores son equipos que se emplean para la impulsión de gases a presiones hasta 1000 veces superiores a las existentes en la zona de carga. 2006) 8. motores de combustión o compresores de carga se emplea este tipo de diseño construido con materiales más resistentes y trabajando a grandes velocidades. Este tipo de compresor es el más empleado en la industria de procesos químicos porque su construcción sencilla. también se han seleccionado gráficamente en base al caudal a impulsar y la presión que se desea que la corriente alcance en el punto de descarga.95 m3·s-1 hasta 4. libre de mantenimiento. ya que debido a cuestiones económicas la razón de compresión obtenida en cada una de ellas no debe ser superior a 3 ó 4. La obtención de presiones tan elevadas requiere. El tipo de reactor empleado es un reactor de lecho fijo catalítico cilíndrico empacado.2 Reactor Se empleara el diseño de un reactor tubular de lecho fijo para convertir el benceno en ciclohexano. 2001) PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 48 . empleando como catalizador el HTC-400.Figura 16: Funcionamiento interno de un compresor centrífugo 8. La relación que tiene en el convertidor es: C6H6 + 3H2 → C6H12 Cálculo de las propiedades termodinámicas del sistema Determinación de la capacidad calorífica del sistema Tabla 12: Constantes para el cálculo de la capacidad calorífica (Perry et al.6 Ecuaciones de diseño de equipos 8.6. 2001) Conocidas las propiedades reducidas para el hidrógeno y el metano. ΔCp se obtiene gráficamente: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 49 .ΔCp se calcula gráficamente conociendo los valores de Pr y Tr de los compuestos afectados. Tabla 13: Propiedades criticas del hidrógeno y el metano (Perry et. y para la reacción de hidrogenación de benceno adquiere la siguiente forma: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 50 . los cambios que sufren los reactivos a una presión y temperatura dadas hasta convertirse en los productos a su correspondiente presión y temperatura. es decir. Este ciclo que define el transcurso de la reacción desde el estado inicial al final se conoce como el Ciclo de Born-Haber.Figura 17: Corrección de Cp a altas presiones (Universidad colombiana) Determinación de la entalpía de reacción Para poder conocer la entalpía de reacción del sistema hay que tener en cuenta la forma en que transcurre el ciclo de reacción. μi se refiere a los coeficientes estequiométricos de las especies y ΔHF O a la entalpía de formación de cada uno de los compuestos. Para los elementos en estado puro el valor de esta entalpía es nulo. Así pues los valores correspondientes de esta propiedad para cada compuesto son los siguientes: Tabla 14: Entalpia de los compuestos (carrera-mantilla. llano.En esta correlación.Restrepo M. J.2004) PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 51 .. Cinética de la reacción de hidrogenación Admitiendo que se cumple la Ley de Raoult. se puede expresar: Y las fracciones molares se obtienen como: Determinación de la velocidad de reacción PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 52 . 75∗M β 0= ∗( + ) Dp At ∅3 Para la resolución conjunta de estos balances se utilizó el método de Runge Kutta mp XB PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 53 T [K] P [Bar] .Balance de materia y energía a la unidad de reacción ´ NB0∗¿(1−∅) ' dXB (−R B ) = ¿ dmp −β 0 ∗T ρ p∗At ∗P0 T0 dP = ∗(1+ϵ∗X B ) dmp P ´ M ∗( 1−∅ ) ´ ρ0∗A t∗D p 150∗( 1−∅ )∗μf 1. 657 0.176 428.812 448.134 426.965146 1630.9516863 7 4.74291 3609.077 0.3271863 7 5.05 289.912 453.833732 2620.0267863 7 4.097 0.7026863 7 5.46987 1432.1769863 7 5.3785863 7 6.17715 825.18 0.77014 2224.695 0.283 0.402 437.3034863 7 6.2520863 7 5.6275863 7 5.489 0.345 436.7777863 7 5.240364 3015.578384 4401.713 445.967 461.996582 1828.765 0.218 431.7263863 7 .878 450.298 434.15 0.8014863 7 4.0030863 7 5.[Kgcat] 0 0 422.022782 583.956 458.115 426.650357 4599.154852 1023.939 455.254 433.0781863 7 6.683545 2026.356 0.08 424.974 0.467 440.871 0.798 0.633389 3213.547 441.592 0.197 430.4022863 7 5.369931 4005.5524863 7 5.4773863 7 5.350002 3807.2283863 7 6.665 0.1532863 7 6.253 0.459 0.157 428.1018863 7 5.634 444.9279863 7 5.964731 2817.667524 2422.234 0.20294 4203.473554 1234.562 0.8528863 7 5.8765863 7 4.386 0.453 0.04 424.344377 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 54 6.054271 3411.768 0. 3516798 475.4796.249 6 .944 0.982 5390.988 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 55 4.763 8 4.019673 7 4.986 5786.98 5192.5056 9 4.4265666 472.277394 7 4.675 0.532 0.548006 7 4.984 5589.5761863 467.738 0.2767876 478.6512863 464.5010863 470.841 0.429 0.978 4994. el coeficiente global de transferencia de calor para este tipo de intercambiador.0005 h-ft 2ºF/Btu. Según la referencia [Kern].82 Btu/h-ft2-ºF. por lo tanto: Rrequerido =0.8. es decir 5.6.3 Intercambiador de calor carcasa y tubos Para las corrientes: μfluido caliente =0.001 h-ft 2-ºF/Btu y para la fase vapor es de 0.116 300. se define por tanto que las propiedades de los fluidos involucrados están determinadas a temperatura promedio: Para el fluido Caliente: T P= T 1+T 2 =˚ F 2 Para el fluido Frío: t P= 132.014 cp μfluido frio=0.0015 Btu 2 ft ℉ h PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO . es decir para los gases orgánicos debe ser de 0. se usará un intercambiador de tubo y coraza. El factor de obstrucción para el lado de los tubos.28 y 52.0005=0.02 t 1+t 2 =˚ F 2 Características del intercambiador Debido a que los flujos de las corrientes son muy grandes. debe encontrarse entre 40 y 75 W/m2ºC.001+0.543 cp Debido a que ambas viscosidades son menores a 1 cp. 28 S 0.182 Kj/ Kgmol ºC Cp fluido caliente: 39.La caída de presión permisible en el tubo y la coraza tendrá un valor máximo de 10 lbf pulg 2 . 6 o más pasos en los tubos: R 1.63 R= T 1−T 2 t 2−t 1 S= t 2−t 1 T 1−t 1 De la figura 20 del Kern se calcula FT De acuerdo a lo expuesto en el anterior punto. Cálculo del área de transferencia de calor Cálculo del calor desprendido en la coraza: Teniendo valores de Cp: Cp fluido frio: 36. se debe asumir un coeficiente de diseño igual a 60 Btu/h-ft2-ºF Calculamos el área de transferencia: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .812 Kj/ Kgmol ºC Qc =W ∗Cp∗∆ T Qc = Btu h Cálculo de la temperatura media logarítmica: MLDT= ( T 1−t 2 )−(T 2−t 1 ) T −t ln ⁡ 1 2 T 2 −t 1 =℉ Para 3 pasos en la coraza. AT = Qc Fc∗MLDT∗U D Cálculo del número de tubos Para el cálculo de número de tubos. por lo tanto el área específica será de 0. se asumirá:   Arreglo triangular para los tubos DE de 3/4 plg. 23. asumiremos una longitud de 16 pies. 18 BWG. 18BWG      6 pasos en los tubos 3 pasos en la coraza Pt de 1 plg Diámetro interno de la coraza de 33 plg Distancia entre bafles máxima. con tubos de 3/ 4 plg DE. Número de tubos igual a 760 (asumimos por encima del número calculado 752) Calculo de UD corregido Calculamos el área corregida: } *L*n} rsub {tubos} = {pies} ^ {2} a¿ A T =¿ Calculamos el UD corregido: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO . es decir el diámetro de la coraza.25  plg.3925 2 pie pie lineal } *L} a¿ ntubos= AT ¿ Características del intercambiador Según las tablas 9 y 10 del apéndice del Kern. a s= Di∗C '∗B = pie 2 PT ∗144 G= W lb = 2 as pie ∗h Calculo del diámetro equivalente para la coraza (con arreglo triangular de los tubos): 1 ∗π∗d o2 1 2 4∗( PT ∗0.55 =1 BTU h pie 2 ° F PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 0.14 ) ( ) .14 ( ) ho = 0.36∗ k μ ( μ μp Cp∗μ 13 μ ∗ ∗ k μp ) ( 0.U D= Qc =Btu/hft 2ºF Fc∗MLDT∗A T Calculo para la coraza (fluido caliente) Cálculo del as: C' =PT −do= pulg .86∗PT − ) 2 4 Deq = 1 π∗d o 2 Deq =pies Coeficiente de película en la coraza ho∗De De∗G =0. 652 pulg=0.14 ) ( ) Área específica de la tubería de 3/4 18 BWG di=0.027∗ k μ ( 0.14 ) ( ) .027∗ k μ ( 0.0543 pies aT = a∗¿ tubos = pie 2 ¿ pasos π di 2 4 a= G= w lb = 2 aT pie ∗h μ μp 0.8 ) ( ∗ con: Cp∗μ 31 μ ∗ k μp Posteriormente calculamos: hio=hi di do Cálculo del coeficiente limpio U c= hio∗ho BTU = hio+ho h pie 2 ° F PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 0.Cálculos en los tubos (corriente fría) hi∗De De∗G =0.14 ( ) =1 Y se calcula hi= BTU h pie 2 ° F hi∗De De∗G =0.8 1 Cp∗μ 3 μ ∗ ∗ k μp ) ( 0. por lo tanto hasta el momento nuestro intercambiador.25 16 Cálculo de la caída de presión en los tubos: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .71 pies φ s=1 N +1= 12 =8.75 pie De=0. sin embargo debemos validarlo con las caídas de presión en el tubo y la coraza. es adecuado.269 lbm/ pie pie 2 pulg 2 3 Di=33 pulg=2. las cuales no deben ser superiores a 10 lbf pulg 2 . Calculo de la caída de presión en la coraza Para la caída de presión en la coraza ∆ P= f∗G2s∗Ds∗( N +1 ) 2 gc∗ρ∗De∗φ s Se calcula ℜ . y de la figura 29 del Kern f = ρcaliente =0.Cálculo del factor de obstrucción 2 1 1 h pie ° F Rd= − = U D Uc BTU El cuál sale mayor al Rd requerido ( 0.002 Btu ft 2 ℉ h ).26 23. 2 lbm pie lbm pie =4.17e8 2 lbf s lbf h2 ρ=0.652 pulg=0.f∗G 2s∗L∗n ∆ Fa= 2∗gc∗ρ∗D i∗φ s Conel calculo de ℜ .2 lbm pie lbm pie =4.04266lbm / pie 3 Reemplazando: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO pie 2 pulg 2 .378lbm / pie 3 φ s=1 lbf 2 ∗ pie 2 f ∗G ∗L∗n pie ∆ Fa= = = psi 2 2∗gc∗ρ∗Di∗φ s plg 2 s Caída de presión debida a los pasos de tubo: Gtubo ρ v ∆ Fl= = tubo 2∗g 2∗g 2 gc=32. en la figura26 del Kern encontramos f = Di=0.17e8 2 2 lbf s lbf h ρ=0.0543 pie L=16 pies n=6 pasos gc=32. 2 ∆ Fl= v = pies 2∗g lbf ∗1 pie 2 2 pie ∆ Pl=∆ Fl∗ρ= =psi 2 144 plg Por lo tanto la caída total en el tubo se determina: ∆ Ft =∆ Pl+ ∆ Fa 8.7 Balances de masa y energía 8.7.1 Intercambiador de calor Figura18: Intercambiador E-103 del proceso Nombre Benceno 1 Energía int. Fracción Vapor 0 1 0 Temperatura [°C] 37,78 100,00 0 Presión [Bar] 1,03 1,50 0 Flujo molar [Kmol/h] 98,58 98,58 0 Flujo másico [Kg/h] 7700,00 7700,00 0 Flujo LiqVol [m3/h] 8,73 8,73 0 Entalpia molar [kcal/kmol] 12358,51 21434,87 0 Flujo de calor [kcal/h] 1218288.5 2113026,05 1 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 894737,54 Tabla 15: Datos de corriente de entrada y salida del intercambiador 8.7.2 Tanque mezclador Figura 19: Mezcladora MIX-100 del proceso de ciclohexano Tabla 16: Datos de corriente de entrada y salida de la mezcladora PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 8.7.3 Compresor Figura 20: Compresor K-100 para la recirculación de gases Nombre 8 10 Vapor Temperatura [°C] Presión [Bar] Flujo molar [Kmol/h] Flujo másico [Kg/h] Flujo LiqVol [m3/h] Entalpia molar [kcal/kmol] Flujo de calor [kcal/h] 1 84,504 21,029 5532,370 38116,403 185,515 -1270,673 0,963 57,222 22,750 5532,370 38116,403 185,515 -1761,696 7029835,227 9746352,152 Energía de compresor 0 0 0 0 0 0 0 2716516,83 7 Tabla 17: Datos de corriente de entrada y salida del compresor PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 96 Flujo de calor [kcal/h] 2126268.79 2576336.43 5257.2 450067.08 8489.8.7.5 Reactor PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO Energía int.02 20.00 Flujo molar [Kmol/h] 489.62 148.5 7.4 Intercambiador de calor Figura 21: intercambiador E-132 para calentar la materia prima Nombre 3 4 Vapor 1 1 Temperatura [°C] 61.99 Flujo másico [Kg/h] 8489.7.99 489.02 Entalpia molar [kcal/kmol] 4339.69 Tabla 18: Datos de entrada y salida del intercambiador 8.90 .90 Presión [Bar] 1.08 Flujo LiqVol [m3/h] 20. 6 Intercambiador de calor PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .69 0 -2188228.02 0 13.08 0 8489.25 0 Flujo másico [Kg/h] 8489.99 0 194.90 204.92 Tabla 19: Datos de corriente de entrada y salida del reactor 8.4 0 Presión [Bar] 6.409 4.23 4757564.Figura 22: Reactor GBR-100 para la obtención de ciclohexano Nombre 4 6 5 Energía del reactor Vapor 1 0 1 0 Temperatura [°C] 148.37 0 Entalpia molar [kcal/kmol] 5257.409 0 Flujo molar [Kmol/h] 489.28 0 Flujo LiqVol [m3/h] 20.380 4.4 204.96 .11220 -11220 0 Flujo de calor [kcal/h] 2576336.7. 7.00 Presión [Bar] 8.4 78.Figura 23: Condensador E-102 para enfriar el producto Nombre 5 7 Vapor 1 0.28 Flujo LiqVol [m3/h] 13.37 Entalpia molar [kcal/kmol] -11264.28 8489.37 13.23 -3325813.50 Flujo molar [Kmol/h] 194.5646 Temperatura [°C] 204.7 válvula de separación PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 1137584.82 -17121.034 7.25 194.01 Flujo de calor [kcal/h] -2188228.3 Tabla 20: Datos de entrada y salida del condensador 8.17 Energía int.94 .25 Flujo másico [Kg/h] 8489. 37 9.00 1 Temperatura [°C] 78.57 1433.5646 0.13 110.96 Flujo de calor [kcal/h] -3325813.33 Presión [Bar] 7. PLANIFICACION Y EJECUCION PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .4925 0.00 77.Figura 24: Separador gas-liquido vertical V-100 Nombre 7 9 8 Vapor 0.12 Flujo másico [Kg/h] 8489.5075 0.17 -2946119.17 Tabla 21: Corrientes de entrada y salida del separador gas-liquido vertical Composiciones a la salida del separador de fases Nombre 7 9 8 Benceno 0 0 0 Hidrógeno 0.16 Flujo molar [Kmol/h] 194.25 84.33 77.71 Flujo LiqVol [m3/h] 13.8660 Ciclohexano 0.9964 0.1340 9.50 7.34 Entalpia molar [kcal/kmol] -17121.03 4.16 7.01 -35017.0036 0.28 7055.00 -379694.83 -3447. nivel máximo de ocupación de dichos recursos. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO e inicio de . tecnología a utilizar. recursos disponibles. La distribución en el tiempo de dichas actividades se dividen en tres etapas: Estudio de factibilidad del proyecto. etc. La distribución en el tiempo de dichas actividades y la consideración de los recursos necesarios son las funciones a desarrollar en la planificación de proyectos. Diseño de proyecto operaciones.L a planificación de proyectos es obtener una distribución de las actividades en el tiempo y una utilización de los recursos que minimice el coste del proyecto cumpliendo con los condicionantes exigidos de: plazo de ejecución. 8. Firma de contrato con los financiadores PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO MESES 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 .4.3. ETAPA2: Diseño del proyecto 2. Estudio de mercado del producto 2.1.4. Analisis de materiales e insumos 1. Planificación y ejecucción del proyecto 1.ACTIVIDADES 1.6.2. Negociación de contratos con los financiadores 1. ETAPA1: Estudio de factibilidad del proyecto 1. Mano de obra 1. Ingenieria del proyecto 1. Preinversión 1. Descripción del proyecto 1.5.1.6.9 Impacto ambiental 3.8 Evaluación financier 1. ETAPA3: Inicio de operaciones 3. Organización de la planta y gastos generales 1.1. Ubicación y emplazamiento de la planta 1. Firma de contratos con los construtores de máquinas y equipos 2. Organización y constitución de la empresa 1.7.2.5. Estudio de viabilidad técnico y economico comercial 1. Insumos y otros 3. Firma de contrato con los financiadores de los materiales.5 Compra de materiales primas e insumos 3.8 Verificación y ajustes 3.6 Contrataión y capacitación del personal 3.con los constructores de maquina y equipos 3.9 Puesta en marcha PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .7 Inicio de prueba de funcionamiento y producción 3.4 Compra. montaje e instación de productos 3.3 Construcción de obras civiles 3.2. se evalúan las inversiones fijas: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO . 10. Con los datos obtenidos en la sección anterior. Las inversiones se descomponen en:        Inversión fija Inversión diferida Costos de operaciones Ventas anuales Utilidad bruta Utilidad neta Evaluación económica Inversión fija La inversión fija son bienes materiales que están sujetos a la depreciación como ser:      Terrenos Maquinarias. obras civiles e instalaciones se realizó la cotización mediante un arquitecto. vehículos. Tiene como propósito mostrar la capacidad del proyecto para hacer frente a las obligaciones contraídas con terceros y estudiar la rentabilidad del capital propio.1 Introducción La evaluación financiera mide los méritos internos y externos del proyecto. equipos y vehículos Muebles y enseres Obras civiles e instalaciones Otros Todos los activos que componen esta inversión están valorizados mediante cotizaciones entregados por los proveedores de equipos. En cuanto se refiere a los edificios. sobre dimensiones y condiciones de operación. muebles. se usara indicadores como la tasa interna de retorno (TIR). etc.2 Inversiones Para la realización de la evaluación del proyecto es importante conocer las inversiones que se requieren para el proyecto. enseres. a continuación se muestra en el resumen de los costos que se obtuvieron mediante dichas cotizaciones.10 EVALUACION FINANCIERA 10. maquinarias. para aquellos equipos que no se hallen en dicha recopilación.A. 10.A.N.M.N.I. > 0 se acepta el proyecto.) El valor actual neto generado por un proyecto es el valor actualizado de las diferencias entre las entradas y salidas de efectivo que suceden durante la vida útil de un proyecto a una tasa de interés predefinida.5 Determinación de costos de Inversión La determinación de los costos de equipos se realiza según el método de Guthrie presentado en la recopilación de Jiménez (2003) sobre análisis de costos de inversión. la inversión se debe efectuar si la T. = 0 indiferencia. 10. (tasa de mínima aceptabilidad) es de 16 %.R) Es la tasa a la cual el valor actualizado de los ingresos en efectivo es igual al valor actualizado de la salida de efectivo.4 Tasa interna de retorno (T.10. Se considera una T.3 Valor actual neto (V. < 0 se rechaza el proyecto. Mediante la siguiente ecuación: Cmd =C b∗factor C fob=Cb∗Fm ( Fd + Fp ) Fd=factor tipo de intercambiador Fp=factor de presion Fm=factor material de construccion Cmda =Cmd +(C fob −Cb ) Donde: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .N.    El V.R. El V.A.N. La tasa de descuento a utilizarse en el proyecto es del 16% de acuerdo a la tasa de interés del sector productor de alimento balanceado.A.I. El V. es mayor que la tasa de rechazo o de mínima aceptabilidad.A. 64 ft2 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .6 DISEÑO DE EQUIPOS DETERMINACION DEL COSTO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR Datos Área de transferencia: 107.15 x C mda Donde Cmódulo nos indica el costo real del equipo en la actualidad y C mda modulo corregido en base al módulo desnudo. Fig.Cmda =costo de modulo desnudo ajustado Cmd =costo de modulo desnudo C fob=costo ajustado Cb =costo base Y Cmodulo =1. Valores de índice de construcción de plantas 10. Costo base de intercambiadores de calor Cb =1000 $ Factor modulo Cmd =C b∗factor Cmd =1000∗3.39=3390 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO . 05 C fob=1000∗1.Factor de material de la coraza Fd = 1 Fp = 0 Fm = 1.7 Cmda ( actual ) =11923 $ Cmodulo =11923∗1.05 ( 0+1 ) C fob=1050 Cmda =3390+(1050−1000) Cmda =3440(en e l año 1968) Cmda ( actual ) = 3440∗394.15 Cmodulo =13712 $ DETERMINACION DEL COSTO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR Datos Área de transferencia: 129 ft2 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .1 113. Costo base de intercambiadores de calor Cb =1000 $ Factor modulo Cmd =C b∗factor Cmd =1000∗3.39=3390 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO . 05 C fob=1000∗1.05 ( 0+1 ) C fob=1050 Cmd a=3390+(1050−1000) Cmda =3440(en el año 1968) Cmda ( actual ) = 3440∗394.15 Cmodulo =13712 $ DETERMINACION DEL COSTO DEL REACTOR Volumen del reactor = 3.Factor de material de la coraza Fd = 1 Fp = 0 Fm = 1.89 m3 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .7 Cmda ( actual ) =11923 $ Cmodulo =11923∗1.1 113. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO . Según Jiménez tenemos: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .Para determinar el costo del reactor se lo considera como un recipiente de proceso de características especiales. 01 Fm = 3.Grafica se determinó un costo aproximado De la gráfica encontramos un costo base: Costo base = 1100 De la tabla de ajuste se determina: Fp = 1.67 De esta forma se determina que el costo de sin ajuste: Costo=CostoBase x F p x F m PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO $ us . CostoSinAjustar=1100∗3.37+ ( 4077. 47 x 1 .74 $ us Corrigiendo el valor para el año en curso e introduciendo un margen del 15% para contingencias: Costo Real Total Actual=7054.74 x 3 .01=4077.37 $ us El valor real del equipo se determina por: CostoReal=4077.37 $ us Obteniendo el valor Normalizado suponiendo un factor de módulo de igual a 1: Costo=4077.67∗1. 15=28152 $ us DETERMINACION DEL COSTO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR Datos Área de transferencia: 150 ft2 Costo base de intercambiadores de calor Cb =1000 $ Factor modulo PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .37 x 1=4077.37−1100 ) =7054. Cmd =C b∗factor Cmd =1000∗3.05 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .39=3390 Factor de material de la coraza Fd = 1 Fp = 0 Fm = 1. C fob=1000∗1.1 113.15 Cmodulo =13752 $ 10.06 ( 0+1 ) C fob=1060 Cmda =3390+(1060−1000) Cmda =3450(en el año 1968) Cmda ( actual ) = 3450∗394.7 Cmda ( actual ) =11958 $ Cmodulo =11958∗1. Este dinero es destinado a diferentes pagos para poder hacer el ciclo productivo y finalmente PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .7 RESUMEN DE COSTOS DE MAQUINARIA Y EQUIPOS: Equipos Costo ($) Reactor 28152 Intercambiador 41176 Mezcladores 500 Válvula de separación 16604 Total 86432 Para el cálculo de la inversión fija (IF) IF = IE + IA 10.8 Capital de Trabajo (IW): El capital circulante se relaciona con la inversión inicial debido a que es necesario realizar una primera inversión en diferentes costes de materiales como materias primas y servicios para comenzar la producción. vender el producto, después de empezar la actividad económica, también es necesario este capital para poder hacer frente a los pagos de carácter inmediato. Para poder establecer un valor del capital en circulación, este se aproxima a un rango de entre el 10-30% de las ventas. En una primera aproximación este valor de las ventas puede ser desconocido, se acaba aplicando que el capital circulante es del 10-30% del inmovilizado, el valor estándar es del 20%. 10.9 CALCULO DEL COSTO DE INVERSION: I = IF + IW Costo administrativo CA: CANTIDAD SUELDO Bs/mes TOTAL Gerente general 1 10000 ( $ /año) 18150 Gerente producción 1 7000 12710 Gerente comercialización 1 7000 12710 Ingenieros 3 4000 21780 Técnicos 2 2500 9088 Obreros 20 1500 54471 Limpieza 2 1140 5230 Seguridad 2 1140 5230 Chofer 1 1140 1140 Otros 3 800 2400 Total 36 Utilidad Bruta: PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 142909 La utilidad bruta se obtiene restando el costo de equipos auxiliares, costos de producción a las ventas. R = IV – CA – CP = $ / año Impuestos: I = R * 0.13 = $ / año Utilidad Neta: P = R – i = $ / año 10.10 TASA INTERNA DE RETORNO (TIR): Finalmente, la tasa interna de retorno se evalúa como el cociente entre la utilidad neta y la inversión: TIR = (P / I)*100 Las cantidades de inversión quedan fijadas de acuerdo al análisis económico en el apéndice de evaluación financiera con ayuda de las hojas de cálculo de EXCEL que se encuentran a continuación. COSTO DE FABRICA EN US$ DESCRIPCION CAP.:100% TIPO DE COSTO 1.- MATERIAS PRIMAS, MAT. E INS. AÑO 5 157.038,7 Benceno CV 85.338,0 Hidrogeno CV 49.991,0 Catalizador HTC-400 CV 15.907,0 Barril CV 4.210,0 Etiquetas CV 1.592,7 2.- MANO DE OBRA Gerente de produccion 142.904,0 CF 12.705,0 Operarios de planta CF 54.471,0 Personal eventual CV 75.728,0 3.- GASTOS GENERALES DE FABRICA 5.303,4 Energia electrica CV 223,4 Agua CV 430,0 Deshechos CV 3.400,0 Otros gastos CF 1.250,0 TOTAL COSTO DE FABRICA PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 305.246,1 INVERSIONES FIJAS en US$ DESCRIPCION VIDA UTIL Año 0 terreno 0 15.800 obras civiles 40 47.400 equipos de produccion 10 86.432 equipo auxiliar 5 5.000 muebles de oficina 10 3.000 equipo computacional 3 500 TOTAL 158.132 INVERSIONES FIJAS Y REPOSICIONES DESCRIPCION Año 0 1(20%) 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) terreno VIDA UTIL 0 15.800 0 0 0 0 0 obras civiles 40 47.400 0 0 0 0 0 equipos de produccion 10 86.432 0 0 0 0 0 equipo auxiliar 5 5.000 0 0 0 0 0 muebles de oficina 10 3.000 0 0 0 0 0 equipo computacional 3 500 0 0 500 0 0 158.132 0 0 500 0 0 TOTAL DEPRECIACIONES Y CASTIGOS DESCRIPCION 1(20%) 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) VIDA UTIL Año 0 terreno 0 15.800 0 0 0 0 0 15800 obras civiles 40 47.400 1185 1185 1185 1185 1185 41475 equipos de producción 10 86.432 8643,2 8643,2 8643,2 8643,2 8643,2 43216 equipo auxiliar 5 5.000 1000 1000 1000 1000 1000 0 muebles de oficina 10 3.000 300 300 300 300 300 1500 equipo computacional 3 500 167 167 167 167 167 -333 GKPP 5 5.000 1000 1000 1000 1000 1000 0 163.132 12295 12295 12295 12295 12295 101658 4(100%) 5(100%) TOTAL Valor Resid. RESUMEN DE INVERSIONES DESCRIPCION Año 0 Inversiones Fijas 121500 GKPP 2(60%) 3(100%) 0 0 500 4000 8000 8000 4000 8000 8500 0 0 0 0 5000 Incremento de K trabajo TOTAL DESCRIPCION 1(20%) 126500 COSTO DE FABRICACION DE CICLOHEXANO TM POR AÑO EN US$ TIPO DE COSTO 1 (20%) 2 (60%) 3 (100%) 4 (100%) 1.- MATERIAS PRIMAS, MAT. E INS. PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO 21410 64229 157039 107048 5 (100%) 107048 8 75728 75728 75728 2061 3682 5303 5303 5303 3..5 PVu = 8.5 DESCRIPCION 1(20%) 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) volumen de produccion 53.141 54.721 110.388 383.721 110.731 60.6 6.721 110.629 56.132 380.159 57.741 9 4210 1592.8 4.8 142904 142904 142904 12705 12705 12705 12705 12705 2.6 112612.721 110.6 45436.6451 4 4210 1592.484 267.5 4.2 15907 15907 15907 Barril CV Etiquetas CV 842 318..1 3.205 378.741 9 82321.629 56.000 COSTO UNITARIO 4.5483 8 2526 955.338 301.4 Total COSTO FIJO 110.159 57.741 9 4210 1592.141 54.721 Total COSTO VARIABLE 113.5 7.MANO DE OBRA Gerente de produccion CF Operarios de planta CF 54471 54471 54471 54471 54471 Personal eventual CV 15145.7 4.Materia prima CV 17068 51203 85338 85338 85338 Catalizador CV 3181.617 190.6 6.GASTOS GENERALES DE FABRICA energia electrica CV 45 134 223 223 223 agua CV 86 258 430 430 430 deshechos CV 680 2040 3400 3400 3400 otros gastos CF 1250 1250 1250 1250 1250 TOTAL COSTO DE FABRICA 105792 180523 305246 255255 255255 Total COSTO FIJO 68426 68426 68426 68426 68426 Total COSTO VARIABLE 37366 112097 186829 186829 186829 105792 180523 255255 255255 255255 RESUMEN DE COSTOS DE PRODUCCION EN US$ DESCRIPCION 1(20%) 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) costos de fabrica 105792 180523 305246 255255 255255 costos de administracion 30000 30000 30000 30000 30000 costos de comercializacion 76251 78387 80582 82838 86093 COSTO DE OPERACIÓN 212043 288910 415828 368093 371348 depreciaciones 12295 12295 12295 12295 12295 COSTOS DE PRODUCCION 224338 301205 428123 380388 383643 VOLUMEN DE PRODUCCION 53.922 224.000 COSTO UNITARIO VARIABLE INGRESOS DEL PROYECTO EN US$ PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .643 2.2 5.667 272.411 269.731 60.4 9544. 000 PUNTO DE EQUILIBRIO 17.404 17.352 490.699 464.714 510.ingreso por ventas 451.404 17.404 17.404 17.404 ESTADO DE RESULTADOS EN US$ DESCRIPCION 1(20%) 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) INGRESOS 451699 464347 477352 490714 811658 ventas 451699 464347 477352 490714 510000 0 0 0 0 101658 valor residual valor de rescate de trabajo 0 0 0 0 200000 EGRESOS 232252 309119 436037 388302 391557 costo de operación 212043 288910 415828 368093 371348 3000 2509 1968 1373 719 intereses amortizacion 4914 5405 5946 6540 7194 depreciacion 12295 12295 12295 12295 12295 UTILIDAD BRUTA 219446 155228 41315 102412 420100 impuesto IVA 0 12407 -2467 30628 18025 impuesto IT 13551 13930 14321 14721 15300 base disponible 205895 128891 29461 57062 386776 IUE 51474 32223 7365 14266 96694 UTILIDAD NETA (PERDIDA) 154422 96668 22096 42797 290082 CALCULODEL IMPUESTO IVA EN US$ 0 1(20%) compras IVA 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) 163132 252043 368910 496328 368093 371348 0 451699 464347 477352 490714 510000 V-C (Base Imponible) -163132 199655 95436 -18977 122621 138652 13% de V-C -21207 25955 12407 -2467 15941 18025 ACUMULADO -21207 4748 17155 14688 30628 48653 0 4748 12407 -2467 30628 18025 ventas IVA IVA CALCULO DE IMPUESTOS TOTALES DESCRIPCION 0 1(20%) 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) IVA 0 4748 12407 -2467 30628 18025 IT 0 13551 13930 14321 14721 15300 IUE 0 51474 32223 7365 14266 96694 TOTAL 0 69773 58560 19219 59615 130019 RENTABILIDAD A LA INVERSION 1(20%) 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) DESCRIPCION 0 1 2 3 4 5 INGRESOS 0 451699 464347 477352 490714 811658 ventas 0 451699 464347 477352 490714 510000 valor residual 0 0 0 0 0 101658 PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .347 477. 11 B= 1992173.recuperacion de K trabajo 0 0 0 0 0 200000 EGRESOS 163132 321816 427470 515547 427708 501367 inversiones totales 163132 40000 80000 80500 0 0 costo de operación 0 212043 288910 415828 368093 371348 impuestos 0 69773 58560 19219 59615 130019 -163132 129882 36877 -38195 63005 310291 1 0.62092 163132 292560 353281 387338 292130 311310 0 410635 383757 358641 335164 503976 FLUJO NETO factor (1/(1+i)^n)= COSTO BENEFICIO INVERSION: VAN(10%) = 192422 C= 1799751.509 1.90909 0.68301 0.75131 0.946 6.405 5.373 719 AMORTIZACIONES 0 4.540 7.914 SALDO CORRIENTES DE LIQUIDEZ PARA LA PLANIFICACION FINANCIERA EN US$ DESCRIPCION 0 1(20%) 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) FUENTES 130000 451699 464347 477352 490714 811658 capital social 100000 0 0 0 0 0 credito 30000 0 0 0 0 0 ventas 0 451699 464347 477352 490714 510000 valor residual 0 0 0 0 0 101658 recuperacion de K de trabajo 0 0 0 0 0 200000 EGRESOS 163132 329730 435384 523461 435622 509281 inversiones totales 163132 40000 80000 80500 0 0 costo de operación 0 212043 288910 415828 368093 371348 intereses 0 3000 2509 1968 1373 719 amortizaciones 0 4914 5405 5946 6540 7194 impuestos 0 69773 58560 19219 59615 130019 FLUJO(EXCEDENTE/DEFICIT) -33132 121968 28963 -46109 55091 302377 FLUJO ACUMULADO -33132 88836 117799 71690 126781 429158 CORRIENTES DE LIQUIDEZ .194 CUOTA 0 7.086 19.000 25.914 7.914 7.968 1.914 7.2 TIR = 42.82645 0.SIN CREDITO PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO .914 5.735 7.000 2.0 B/C = 1.194 0 INTERESES 0 3.681 13.9% Interes anual de = SERVICO A LA DEUDA CUOTA FIJA DESCRIPCION 10% 0 1 2 3 4 5 30.914 7. BIBLIOGRAFÍA 11.3% BENEFICIO INVERSION: TIR = 42.683013455 0.1 Libros PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO lo .909090909 0.751314801 0.620921323 COSTO 100000 199961 245309 318364 256818 235492 0 410635 383757 358641 335164 503976 VAN(10%) = 636230 C= 1355944 B/C = 1. de ello podemos concluir que recuperaremos invertido.826446281 0.4692 B= 1992173 TIR = 202. 11.9% Del estudio económico realizado.FLUJO(EXCEDENTE/DEFICIT) -63132 121968 28963 -46109 55091 302377 FLUJO ACUMULADO -63132 58836 87799 41690 96781 399158 RENTABILIDAD AL CAPITAL SOCIAL 1(20%) 2(60%) 3(100%) 4(100%) 5(100%) DESCRIPCION 0 1 2 3 4 5 INGRESOS 0 451699 464347 477352 490714 811658 ventas 0 451699 464347 477352 490714 510000 valor residual 0 0 0 0 0 101658 recuperacion de K trabajo 0 0 0 0 0 200000 EGRESOS 100000 219957 296824 423742 376007 379262 capital social 100000 0 0 0 0 0 costo de operación 0 212043 288910 415828 368093 371348 intereses 0 3000 2509 1968 1373 719 amortizaciones 0 4914 5405 5946 6540 7194 impuestos 0 69773 58560 19219 59615 130019 -100000 231741 167523 53609 114707 432395 FLUJO NETO factor (1/(1+i)^n)= 1 0. utilizando el criterio de la tasa interna de retorno se puede concluir que la construcción de la planta indica la viabilidad ya que un TIR de casi 1% indica que del 100% invertido solo un 1% es recuperado solo en el primer año. com/es/Ciclohexano.reuters.e./planta-de-produccion-de-aromaticos-benceno  http://mcgroup..uk/researches/cyclohexane-cx  http://www.html  http://www..diquima..co./docs/ciclohexano2.290211. 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