INSTITUTOTECNOLOGICO

DE MINATITLAN

“PRODUCCION DE ACETATO DE ETILO,

APARTIR DEL ACETALDEHIDO Y ETANOL”

AUTORES:

Del Ángel Martin José Daniel

Figueroa Hurtado Leonila Jazmín

Méndez Cruz José Valente

Ordaz De Castro Hidday Gpe.

Rodríguez Córdova Oscar A.

SEMINARIO DE PROYECTOS

Pág.1

SEP DGEST SNEST

INDICEIntroducción 4

Objetivos 5

Justificación 6

Capitulo 1.- Estudio de mercado

1.1 Estudio de mercado 9

1.2 Propiedades físicas y químicas 9

1.3 Propiedades químicas 9

1.4 Manejo 10

1.4.1 Equipo de protección personal 10

1.5 Riesgos 10

1.5.1 Riesgos de fuego y explosión 10

1.6 Efectos de salud 10

1.7 Desechos 11

1.8 Almacenamiento 11

1.9 Requisitos de transporte y empaque 11

1.10 Aplicaciones de acetato de etilo 11

1.11 Datos de acetaldehído materia prima para producir acetato de etilo 12

1.12 Estado físico; aspecto 12

1.13 Peligros físico 12

1.14 Peligros químicos 12

1.15 Vías de explosión 12

1.16 Vendedores de la materia prima (acetaldehído) 13

1.17 Compradores de acetaldehído 13

1.18 compradores de (acetato de etilo) 13

Capitulo 2.- Marco teórico

2.1 Propiedades químicas 15

2.2 Síntesis química 16

Pág.2

2.3 Aplicaciones del etanol 18

2.4 Los esteres 19

2.5 Reacción de esterificación 21

2.5.1 Propiedades físicas 22

2.5.2 Propiedades químicas 22

2.5.3 Hidrólisis alcalina- saponificación 22

2.6 Usos 23

2.7 Esterificación 23

2.7.1 Química de la esterificación 23

2.8 Mecanismos químicos 24

2.9 Esterificación de Fischer 25

2.10 Aplicaciones 26

2.11 Aplicaciones en el laboratorio 26

2.12 Seguridad y riesgo 27

2.12.1 Identificación de los peligros 27

2.12.2 Primeros auxilios 27

2.12.3 Medidas de luchas contra incendios 28

2.12.4 Medidas que deben tomarse en caso de vertido accidental 28

2.12.5 Manipulación y almacenamiento 29

2.12.6 Controles de explosión / protección individual 29

2.12.7 Propiedades físico-químico 30

2.12.8 Estabilidad y reactividad 30

2.13 Compresores 31

2.14 Intercambiador de calor 32

2.15 Reactores 33

2.16 Torres de destilación 35

2.17 Bombas 36

Capitulo 3.- Desarrollo del proyecto

3.1 Problemática 39

3.2 Metodología 39

3.3.1 Calculo de cambiador 39

Pág.3

3.3.2 Calculo de la caída de presión 44

3.3.3 Calculo de la torre de destilación 45

3.3.4 Calculo de costos de equipo 47

Capitulo 4.- Cálculos y resultados

4.1 Cálculos 49

4.2 Resultados 60

4.3 Análisis de resultados 61

Conclusión y recomendaciones 62

Anexos 64

Referencias bibliográficas 85

Pág.4

INTRODUCCIÓNEn la actualidad los posibles caminos de síntesis del acetato de etilo, sólo se han

empleado hasta ahora dos procedimientos industriales. La materia de partida,

según el país, es el etanol o el acetaldehído. En EE.UU., donde el alcohol es muy

barato, se estatifica con ácido acético en presencia de un catalizador ácido. Si la

transformación tiene lugar en una columna de funcionamiento continuo, se obtiene

un rendimiento del 99%. El acetato de etilo también se forma, junto a otros

numerosos productos, en la oxidación de n-butano y se le puede aislar

económicamente, como, por ejemplo, por la UCC en EE.UU. En otros países, en

los que se dispone de suficiente acetaldehído como en Japón o en Alemania

Federal, o donde el etanol se encarece por impuestos fiscales, se emplea

preferentemente, como proceso de obtención, la reacción de Tischenko con

acetaldehído: Los esteres son las sales alcohólicas, tanto de los ácidos

inorgánicos como de los ácidos carboxílicos. Los esteres líquidos se han

empleado como sustitutos de esencias de algunas frutas debido a su olor

agradable. Si se pone en contacto una base inorgánica con un ácido inorgánico,

se forman agua y la sal correspondiente, de modo cuantitativo. En cambio, si se

mezcla un alcohol con un ácido carboxílico, La velocidad de formación de la sal

disminuye continuamente hasta llegar a un estado en el que, aparentemente, ya

no hay formación del éster el sistema se encuentra en estado de equilibrio.

Frecuentemente el equilibrio es desfavorable para la formación de la sal. Se puede

favorecer la esterificación empleando un exceso de alguno de los reactivos o

eliminando alguno de los productos. Por ejemplo, con exceso de etanol o por

destilación del éster, respectivamente.

Pág.5

OBJETIVO GENERAL

El objetivo de nuestra empresa es el de elaborar y comercializar acetato de

etilo, a partir del acetaldehído para la distribución en las diferentes industrias como

la textil, alimenticia, cosmética, farmacéutica y pinturas.

OBJETIVOS

ESPECIFICOS

Cumplir con el proceso de obtención del acetato de etilo de 100,000

tonelada anuales.

Proponer un modelo para el proceso de acetato de etilo.

Satisfacer la demanda en la región y en el país.

Pág.6

JUSTIFICACIÓN

El acetato de etilo es y será uno de los productos químicos mas usados en la industria de las pinturas, textiles, alimenticia, etc. Debido a que la producción de este producto es baja en el mercado nacional y existe una gran demanda del mismo hemos elaborado este proyecto de ingeniería con el fin de dar a conocer el proceso de obtención de acetato de etilo específicamente en la zona sur de Veracruz. Para poder lograr el resultado esperado es necesario contar con el equipo y materia prima necesario.

Es de suma importancia considerar también si este proyecto es factible para su implementación, por lo cual analizaremos los costos de producción, costos de equipos, y costos de las materias primas. El resultado de un producto de calidad dependerá en gran medida del uso y aprovechamiento correcto de los equipos. Consideramos también ciertas limitantes como el tiempo de planeación del proyecto, algunas datos sobre las condiciones en las reacciones que se llevaran a cabo, así como costos de tuberías y válvulas por los cual se estimaron los montos de inversión requeridos.

Pág.7

Pág.8

CAPITULO

1

ESTUDIO DE

MERCADO

1.1 ESTUDIO DE MERCADO

Nombre Comercial: Acetato de etilo

Nombre Químico: Acetato de etilo

Sinónimos: Ester acético, éter acético, etil éster del ácido acético, etanoato de

etilo.

Familia Química: Ésteres

Fórmula: CH3COOC2H5

1.2 PROPIEDADES FÍSICAS y QUIMICAS:

Peso molecular: 88.1

Punto de ebullición: 77 ºC 

Peso específico (agua=1): 0.90220/4

Peso específico (aire=1): 3 

Punto de fusión: -83 ºC 

Límites de explosividad (% vol. en aire): 2.5 - 11.5.

Presión de vapor (mm de Hg): 100 (a 27 °C)

Punto de inflamación (Flash point): -4 °C

Temperatura de auto ignición: 426 °C

Solubilidad: 1 ml es miscible con 10 ml de agua (a 25 °C), su solubilidad

aumenta al bajar la temperatura. Forma azeótropo con agua (6.1 % peso/peso)

con punto de ebullición de 70.4 °C y con etanol y agua (9 % y 7.8 % peso/peso,

Pág.9

respectivamente) que ebulle a 70.3 °C. Miscible en etanol, acetona, cloroformo y

éter.

1.3 PROPIEDADES QUIMICAS:

Productos de descomposición: monóxido y dióxido de carbono. En general es

incompatible con agentes oxidantes, bases, ácidos y humedad. Reacciona

vigorosamente con ácido clorosulfónico, dihidroaluminato de litio y clorometil

furano y óleum. Se ha informado de reacciones muy violentas con tetra aluminato

de litio, hidruro de litio y aluminio y terbutóxido de potasio.

1.4MANEJO:

1.4.1 Equipo de protección personal:

Para el uso de este producto químico es necesario en un lugar bien ventilado,

utilizando bata, lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de hule natural o

neopreno (no usar PVC) para evitar un contacto prolongado de este producto con

la piel. No deben utilizarse lentes de contacto. Al trasvasar pequeñas cantidades

con pipeta, utilizar pro pipetas, nunca aspirar con la boca.

1.5 RIESGOS:

1.5.1 Riesgos de fuego y explosión:

El acetato de etilo es un producto inflamable y volátil por lo que existen riesgos

de fuego y explosión. Sus vapores pueden llegar a un punto de ignición, prenderse

y transportar el fuego al lugar que los originó además, pueden explotar si se

prenden en un área cerrada. Puede generar mezclas explosivas con aire a

temperatura ambiente.

1.6 EFECTOS DE SALUD

INHALACIÓN: Causa dolor de cabeza, náuseas e incluso pérdida de la

conciencia y puede sensibilizar las mucosas, inflamándolas. En concentraciones

altas causa convulsiones y congestión de hígado y riñones. Sin embargo, aún a

concentraciones bajas causa anemia.

Pág.10

CONTACTO CON LA PIEL: El contacto constante o prolongado a este

compuesto provoca resequedad, agrietamiento, sensibilización y dermatitis.

CONTACTO CON LOS OJOS: Una exposición prolongada causa el

oscurecimiento de las córneas.

INGESTIÓN: Irrita las membranas mucosas. En experimentos con conejos se

ha observado pérdida de coordinación, probablemente debido a la hidrólisis rápida

a ácido acético y etanol.

CARCINOGENIA: No se ha observado la generación de tumores en pulmón en

animales de laboratorio expuestos a este producto.

MUTAGENIA: No se ha observado incremento en la frecuencia de intercambio

de cromátidas hermanas en trabajadores expuestos a este disolvente.

1.7 DESECHOS:

Pequeñas cantidades pueden evaporarse en una campana de extracción, pero

si la cantidad es grande, es mejor incinerarla.

1.8 ALMACENAMIENTO:

Debe ser almacenado alejado de fuentes de ignición y de la luz directa del sol,

en un área bien ventilada. Cantidades grandes de este producto, deben

almacenarse en tanques metálicos conectados a tierra.

1.9 REQUISITOS DE TRANSPORTE Y EMPAQUE:

Transportación terrestre: Marcaje: 1173. Líquido inflamable. HAZCHEM: 3

(Y) E

Transportación marítima: Código IMDG: 3075 Clase: 3.2 Marcaje: Líquido

inflamable.

Transportación aérea: Código ICAO/IATA: 1173 Clase: 3 Cantidad máxima

en vuelo comercial: 5 l Cantidad máxima en vuelo de carga: 60 l

1.10 APLICACIONES DEL ACETATO DE ETILO:

Producción de tintas de impresión para la industria grafica. Producción de thinners y solvente de pinturas en industria de pinturas.

Pág.11

En la industria de adhesivos y colas derivados de la celulosa. En la industria alimenticia, en productos de confitería, bebidas, dulces. En esencias artificiales de frutas. En la extracción de cafeína a partir del

café. Remoción de sustancias resinosas en la industria del caucho. En la elaboración de cueros artificiales y para revestir y decorar artículos de

cuero. Disolvente de compuestos utilizados para revestir y decorar objetos de

cerámica. Solvente para la elaboración de varios compuestos explosivos. En la industria fotográfica, como solvente para la fabricación de películas a

base de celulosa. Ingrediente de preparaciones cosméticas (perfumes, esmaltes, tónicos

capilares) y farmacéuticas. En la industria del papel, para la elaboración de papeles aprestados y para

recubrir y decorar objetos de papel. En la industria textil, para la preparación de tejidos de lana para teñido. En

procesos de limpieza y para la elaboración de textiles aprestados. Reactivo para la manufactura de pigmentos.

1.11 DATOS DE ACETALDEHIDO, MATERIA PRIMA PARA PRODUCIR -ACETATO DE ETILO-

ACETALDEHIDO

SINONIMOS: Etanal,Aldehído acético,Etil aldehído

FORMULA: C2H4O/CH3CHO

Masa molecular: 44.1

1.12 ESTADO FISICO; ASPECTO Gas o líquido incoloro, de olor acre.

1.13 PELIGROS FISICOS El vapor es más denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible ignición en punto distante.

1.14 PELIGROS QUIMICOS 

La sustancia puede formar peróxidos explosivos en contacto con el aire. La sustancia puede polimerizar bajo la influencia de ácidos, materiales alcalinos y bajo la presencia de trazas metálicas, con peligro de incendio o explosión. 

Pág.12

La sustancia es un agente reductor fuerte y reacciona violentamente con oxidantes, originando peligro de incendio y explosión.

1.15 VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalación y por ingestión.

Datos fisicoquímicos

Límites de explosividad: 4 - 57 % Vol. en aire Concentración máxima permitida en lugares de trabajo: 50 ppm (90 mg/m3)

Técnicamente se obtiene el etanal por hidratación del acetileno en presencia de sales de mercurio (II):

En el laboratorio se puede obtener por oxidación de etanol.

1.16 VENDEDORES DE LA MATERIA PRIMA (ACETALDEHIDO)

Complejo Petroquímico Morelos SA. DE CV

Complejo petroquímica cangrejera SA DE CV

Cicsa (Carso, infraestructura y construcción, SAB de CV)

1.17 COMPRADORES DE (ACETALDEHIDO)

Grupo Celanese S. de RL. de CV.

Grupo petroquímico beta SA de CV

1.18PRODUCTORES DE (ACETATO DE ETILO)

Celanese S. de RL. de CV.

Grupo petroquímico beta SA de CV

1.19 COMPRADORES DE (ACETATO DE ETILO)

Grupo Comex SA. De CV.

Grupo idesa : Carretera Coatzacoalcos-Minatitlán km.7.5 Col. Tierra nueva

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DuPont México SA. de CV.

Adydsa del Sureste SA. de CV.

Principales Compradores de Acetato de etilo en

Latino América.

Grafica. 1.20 Principales Exportadores de Acetato de Etilo.

PRODUCCIONAÑO 2004 2005 2006 2009 2010

PRODUCCION 36 41 42 45 47 TON/AÑOMILES DE

PESOS 612 867 901 1050 1700MILES DE

PESO

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Grafica 1.21 producción de toneladas al año de Acetato de Etilo obtenida del anuario

estadístico de las industrias petroquímicas.

Ton/Año Acetato de EtiloMéxico 365,000

Venezuela 600,000Argentina 91,250

Bolivia 240,000Perú 146,000

Colombia 12,000,000

Grafica 1.22 Producción de Acetato de Etilo en ton/año.

Grafica 1.23 escala de producción en miles de pesos del año(2003-2010)

Tabla. 1.24 Producción de importaciones y exportaciones de acetato de etilo.

IMPORTACIONES EXPORTACIONESAÑO 2004 2005 2006 2009 2010 2004 2005 2006 2009 2010

PRODUCCION 37 42 43 46 48 1 1 1 2 2MILES DE

PESOS 662 933 977 990 1010 50 66 68 72 75

Pág.15

PRODUCCION DE ACETATO DE ETILO:

Debido a la alta demanda del mercado de acetato de Etilo, sacamos una media

Estándar y la producción mínima es 30,250 ton/año por lo cual para estar dentro de la

escala de productores de acetato de etilo decidimos producir 100,000 ton/año.

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CAPITULO

2

MARCO

MARCO TEORICO

El acetato de etilo según la IUPAC, y de otras formas es un éster de fórmula

CH3-COO-CH2-CH3. Su nombre antiguo es éter de vinagre, en alemán Essig-Äther,

de donde proviene el término "Esther" o Ester .

El acetato de etilo es un líquido incoloro, característico de los ésteres, no

residual. Es miscible con hidrocarburos, cetonas, alcoholes y éteres y poco soluble

en agua. Se emplea en arte como disolvente universal.

2.- PROPIEDADES QUÍMICAS

Estabilidad: El acetato de etilo es estable a temperatura ambiente en

recipientes cerrados y bajo condiciones normales de manipuleo y

almacenamiento. El calor contribuye a la inestabilidad. * En presencia de

agua puede hidrolizar lentamente a etanol y ácido acético.

Polimerización: No se produce polimerización.

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CAPITULO

2

MARCO

Incompatibilidad química: El acetato de etilo reaccionará vigorosamente con

ácido clorosulfónico, t-butóxido de potasio, hidruro de litio, aluminio y 2-

clorometil furano.

El contacto con nitratos, ácidos, álcalis u oxidantes fuertes puede causar

fuego o explosión.

Productos de descomposición: La descomposición térmica oxidativa del

acetato de etilo puede producir vapores de monóxido y dióxido de carbono.

El acetato de etilo es comúnmente utilizado en esencias naturales de frutas,

como solvente de nitrocelulosa, barnices y lacas, en la manufactura de piel

artificial, películas y placas fotográficas, seda artificial, perfumes y

limpiadores de telas, entre otros.

Para el uso de este producto es necesario un lugar bien ventilado,

utilizando bata, lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de hule

natural o neopreno (no usar PVC), para evitar un contacto prolongado con

la piel.

Debe ser almacenado alejado de fuentes de ignición y de luz directa del sol,

en un área bien ventilada. Grandes cantidades de este producto deben

almacenarse en tanques metálicos conectados a tierra.

2.2.- SÍNTESIS QUÍMICA

Es un prometedor disolvente para la síntesis comercial de la vitamina E

Además, el acetato de etilo posee una muy buena capacidad de solvatación con

respecto al reactivo y permite reducir la temperatura de proceso a 80 °C, que

ciertamente incrementaría la calidad del producto (vitamina E). Sin embargo, hay

algunos problemas relativos a la regeneración del acetato de etilo, en comparación

con los anteriores disolventes utilizados en este proceso (acetato de butilo), ya

que es más soluble en agua, más volátil, y está más sujeto a hidrólisis bajo las

condiciones de síntesis.

Pág.18

La síntesis del acetato de etilo se lleva a cabo en el laboratorio de forma

sencilla mediante la denomina reacción de Esterificación de Fischer. En dicha

reacción, un ácido carboxílico (R-COOH, Ácido Acético) reacciona con un alcohol

(R´-OH; Alcohol isoamílico) en presencia de un catalizador ácido (generalmente

ácido sulfúrico ó clorhídrico) para formar el éster y agua.

La reacción es de equilibrio por lo que una vez alcanzado éste, aún quedarán

cantidades apreciables de los reactivos de partida junto con los productos de

reacción. La reacción no obstante, se puede desplazar hacia la formación de

productos mediante la adición de un exceso de uno de los reactivos, el más barato

y/ó más fácil de eliminar de la mezcla de reacción normalmente.

.CH3CH2OH + CH3COOH ⇌ CH3COOCH2CH3 + H2O

Otro método de preparar ésteres es emplear no el ácido en sí, sino su cloruro,

el etanoato de etilo se puede obtener por la acción del alcohol sobre el cloruro del

ácido etanoico. Otro método de obtención, aunque no económicamente viable,

consiste en hacer reaccionar las sales de plata de los ácidos con halogenuro de

alquilo, el etanoato de etilo se puede preparar en presencia de etanoato de plata y

yoduro de etilo. Es insoluble en agua y se disuelve con facilidad en disolventes

orgánicos. Reacciona con el agua para formar ácido acético y etanol, una reacción

que es catalizada por la presencia de ácidos.

EL ACETATO DE ETILO SE OBTIENE POR MEDIO DE ACETALDEHIDO

El etanal o acetaldehído es un compuesto orgánico de fórmula C H 3CHO. Es un

líquido volátil, incoloro y con un olor característico ligeramente afrutado.

El etanal es producto de partida en la síntesis de plásticos, pinturas, lacas, en la

industria del caucho, de papel y la curtición del cuero. Incluso se utiliza como

conservante de carnes u otros productos alimenticios.

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Técnicamente se obtiene el etanal por hidratación del acetileno en presencia de

sales de mercurio (II):

En el laboratorio se puede obtener por oxidación de etanol. Se forma por

ejemplo con dicromato de potasio, reacción que es utilizada en la detección del

etanol en el aire espirado.

El acetaldehído puede ser producido por oxidación del butano o nafta ligera, o

por hidratación del etileno. Cuando el butano o la nafta ligera son calentados con

aire en la presencia de varios iones metálicos, incluyendo los de manganeso,

cobalto y cromo; se forma el peróxido y luego se descompone para producir ácido

acético según la ecuación química:

Generalmente, la reacción se lleva a cabo en una combinación de temperatura

y presión diseñadas para ser lo más caliente posibles mientras se mantiene al

butano en fase líquida. Unas condiciones de reacción típicas son 150 °C y 55 atm.

Se pueden formar subproductos, que incluyen a la butanona, acetato de etilo,

ácido fórmico, y ácido propiónico. Estos subproductos también son de valor

comercial, y las condiciones de reacción pueden ser modificadas para producir

más de ellos si son económicamente útiles. Sin embargo, la separación de ácido

acético de los subproductos agrega costo al proceso.

Bajo condiciones similares, y usando catalizadores similares a los usados para

la oxidación del butano, el acetaldehído puede ser oxidado por el oxígeno en el

aire para producir ácido acético

Pág.20

Usando catalizadores modernos, esta reacción puede tener un rendimiento de

ácido acético superior al 95%. Los principales subproductos son el acetato de

etilo, ácido fórmico y formaldehído, todos ellos con un punto de ebullición menor

que el del ácido acético, y se pueden separar fácilmente por destilación.

ETANOL

El compuesto químicoetanol, conocido como alcohol etílico, es un alcohol que

se presenta en condiciones normales de presión y temperatura como un líquido

incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C.

Mezclable con agua en cualquier proporción; a la concentración de 95% en

peso se forma una mezcla azeotrópica.

Su fórmula química es C H 3-C H 2-OH (C2H6O), principal producto de las bebidas

alcohólicas como el vino (alrededor de un 13%), la cerveza (5%) o licores (hasta

un 50%).

A temperatura y presión ambientes es un líquido incoloro y volátil que está

presente en diversas bebidas fermentadas. Desde la antigüedad se obtenía el

etanol por fermentación anaeróbica de una disolución con contenido

O en azúcares con levadura y posterior destilación.

Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación azeotrópica en una

mezcla con benceno o ciclohexano. De estas mezclas se destila a temperaturas

más bajas el azeótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua, mientras

que el etanol se queda retenido. Otro método de purificación muy utilizado

actualmente es la absorción física mediante tamices moleculares. A escala de

laboratorio también se pueden utilizar desecantes como el magnesio, que

reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de magnesio.

2.3 APLICACIONES DEL ETANOL

Pág.21

Es un buen disolvente, y puede utilizarse como anticongelante. También es un

desinfectante. Su mayor potencial bactericida se obtiene a una concentración de

aproximadamente el 70%.

La industria química lo utiliza como compuesto de partida en la síntesis de

diversos productos, como el acetato de etilo (un disolvente para pegamentos,

pinturas, etc.), el éter dietílico, etc.

También se aprovechan sus propiedades desinfectantes.

[]2.4 LOS ESTERES

Los ésteres son compuestos orgánicos derivados de ácidos orgánicos o

inorgánicos oxigenados en los cuales uno o más protones son sustituidos por

grupos orgánicos alquilo (simbolizados por R').

Etimológicamente, la palabra "éster" proviene del griego Essig-Äther (éter de

vinagre), como se llamaba antiguamente al acetato de etilo.

En los ésteres más comunes el ácido en cuestión es un ácido carboxílico. Por

ejemplo, si el ácido es el ácido acético, el éster es denominado como acetato. Los

ésteres también se pueden formar con ácidos inorgánicos, como el ácido

carbónico (origina ésteres carbónicos), el ácido fosfórico (ésteres fosfóricos) o el

ácido sulfúrico. Por ejemplo: el sulfato de dimetilo es un éster, a veces llamado

"éster dimetílico del ácido sulfúrico". Mostrado en la fig. 2.4

Ester (éster de

ácido carboxílico)

Éster carbónico

(éster de ácido

carbónico)

Éster fosfórico

(triéster de ácido

fosfórico)

Éster sulfúrico

(diéster de ácido

sulfúrico)

Pág.22

Fig. 2.4 Diferencia de esteres

Un ensayo recomendable para detectar ésteres es la formación de

hidroxamatos férricos, fáciles de reconocer ya que son muy coloreados:

Ensayo del ácido hidroxámico: la primera etapa de la reacción es la conversión

del éster en un ácido hidroxámico (catalizado por base). En el siguiente paso éste

reacciona con cloruro férrico produciendo un hidroxamato de intenso color rojo-

violeta.

En bioquímica son el producto de la reacción entre los ácidos grasos y los

alcoholes.

En la formación de ésteres, cada radical OH (grupo hidroxilo) del radical del

alcohol se sustituye por la cadena -COO del ácido graso. El H sobrante del grupo

carboxilo, se combina con el OH sustituido, formando agua.

En química orgánica y bioquímica los ésteres son un grupo funcional

compuesto de un radical orgánico unido al residuo de cualquier ácidooxigenado,

orgánico o inorgánico.

Los ésteres más comúnmente encontrados en la naturaleza son las grasas, que

son ésteres de glicerina y ácidos grasos (ácido oleico, ácido esteárico, etc.)

Principalmente resultante de la condensación de un ácido carboxílico y un

alcohol. El proceso se denomina esterificación: en la sig., figura 2.4.1

Un éster cíclico es una lactona.

Pág.23

Fig. 2.4.1 Ester cíclico

2.5 REACCIÓN DE ESTERIFICACIÓN

Los esteres se forman por reacción entre un ácido y un alcohol. La reacción se

produce con pérdida de agua. Se ha determinado que el agua se forma a partir del

OH del ácido y el H del alcohol. Este proceso se llama esterificación.

Pueden provenir de ácidos alifáticos o aromáticos.

Se nombran como sales, remplazando la terminación de los ácidos por oato

seguido del nombre del radical del alcohol.

Ejemplo: etanoato de propilo es un éster formado a partir del ácido etanoico y el

alcohol propílico.

2.5.1 PROPIEDADES FÍSICAS

Los de bajo peso molar son líquidos de olor agradable, similar al de la esencia

de las frutas que los contienen. Los ésteres de ácidos superiores son sólidos

cristalinos, inodoros. Solubles en solventes orgánicos e insolubles en agua. Su

densidad es menor que la del agua. .

2.5.2 PROPIEDADES QUÍMICAS

Hidrólisis ácida:

Por calentamiento con agua se descompone en el alcohol y el ácido de los que

Pág.24

proviene.

Éster + agua ------------- ácido + alcohol

Con un exceso de agua la reacción es total. Es un proceso inverso a la

esterificación.

CH3.CO.O.CH3 + H2O ------------ CH3.CO.OH + H.CH2.OH

2.5.3 HIDRÓLISIS ALCALINA - SAPONIFICACIÓN

En presencia de un hidróxido y con exceso de agua y calor, se produce una

reacción que da como productos el alcohol y la sal del ácido del que proviene.

Esta sal es el jabón lo que da el nombre a la reacción.

Éster + hidróxido -------------- sal de ácido + alcohol.

2.6 USOS

Formiato de etilo: esencia de grosella, ron

Acetato de etilo: esencia de manzana y pera. Solvente de la nitrocelulosa.

Butirato de etilo: esencia de durazno.

Acetato de butilo: solvente de la nitrocelulosa. Lacas; barnices; plásticos; vidrios

de seguridad; perfumes.

Acetato de amilo: solvente de lacas y barnices.

2.7 ESTERIFICACION

Pág.25

Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster. Un éster

es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un ácido

carboxílico y un alcohol.

Comúnmente cuando se habla de ésteres se hace alusión a los ésteres de

ácidos carboxílicos, substancias cuya estructura es R-COOR', donde R y R' son

grupos alquilo. Sin embargo, se pueden formar en principio ésteres de

prácticamente todos los oxácidos inorgánicos. Por ejemplo los ésteres carbónicos

derivan del ácido carbónico y los ésteres fosfóricos, de gran importancia en

Bioquímica, derivan del ácido fosfórico

2.7.1 QUÍMICA DE LA ESTERIFICACIÓN

Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado muchos procesos para

obtener ésteres. El más común es el calentamiento de una mezcla del alcohol y

del ácido correspondiente en presencia de cantidades catalíticas de ácido

sulfúrico, utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el

rendimiento de la reacción (esterificación de Fischer-Speier). El ácido sulfúrico

sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que

absorbe el agua formada en la reacción (a veces es sustituido por ácido

fosfóricoconcentrado). En general, este procedimiento requiere de temperaturas

elevadas y de tiempos de reacción largos presentando por tanto inconvenientes;

El alcohol puede sufrir reacciones de eliminación formando olefinas, esterificación

con el propio ácido sulfúrico o la formación del correspondiente éter simétrico. De

igual modo el ácido orgánico que se pretende esterificar puede sufrir

descarboxilación.

Pág.26

Por esto a menudo se utilizan derivados del ácido más activos. En la síntesis

del ácido acetilsalicílico por ejemplo (el éster entre el grupo hidroxilo del ácido

salicílico y del ácido acético) se parte del anhidruro del ácido acético y del ácido

salicílico que actúa como alcohol. En vez de agua se libera una molécula de ácido

acético que puede ser separada fácilmente del producto:

O (OCCH3)2 + HO (C6H4) COOH -> HOOCCH3) + H3CCOO (C6H4) COOH

Otro proceso es la utilización del cloruro del ácido (R-COCl) (variante de

Einhorn) y el alcohol en la presencia de piridina. En este caso se libera ácido

clorhídrico que reacciona directamente con la piridina del medio para dar el

hidrocloruro de piridina. Las condiciones de esta reacción son muy suaves ya que

no requiere la presencia de ácidos o bases fuertes y se puede llevar a cabo a

temperatura ambiente o incluso inferior. Por esto permite la síntesis de

compuestos en presencia de grupos funcionales muy sensibles.

Existen aún procesos de menor importancia como la adición de un ácido a una

olefina, etcétera, que igualmente forman ésteres.

2.8 MECANISMO QUÍMICO

La reacción de la esterificación pasa por un ataque nucleofílico del oxígeno de

una molécula del alcohol al carbono del grupo carboxílico. El protón migra al grupo

hidroxilo del ácido que luego es eliminado como agua. El rol del catalizador es el

de aumentar la actividad carbonílica (la carga parcial positiva sobre el átomo de

carbono) por protonación de uno de los oxígenos del ácido. Lo mismo se puede

conseguir utilizando derivados más activos del ácido como los haluros o los

anhidruros.

2.9 ESTERIFICACION DE FISCHER

La esterificación de Fischer-Speier o esterificación de Fischer es un tipo

especial de esterificación que consiste en la formación de un éster por reflujo de

Pág.27

un ácido carboxílico y un alcohol, en presencia de un catalizador ácido. La

reacción fue descrita por vez primera por Emil Fischer y Arthur Speier en 1895. La

mayoría de ácidos carboxílicos son aptos para la reacción, pero el alcohol debe

ser generalmente un alcohol primario o secundario. Los alcoholes terciarios son

susceptibles a la eliminación, y los fenoles suelen ser muy poco reactivos para dar

rendimientos útiles. Los catalizadores más comúnmente usados para una

esterificación de Fischer incluyen al ácido sulfúrico, ácido toxico y un ácido de

Lewis como el triflato de escandio (III).La reacción suele llevarse a cabo sin un

solvente, particularmente cuando hay un gran exceso de reactante, o en un

solvente no polar. Los tiempos de reacción comunes varían de 1 a 10 horas a

temperaturas de 60-110°C.

Se puede favorecer la esterificación empleando un exceso de alguno de los

reactivos o eliminando alguno de los productos. Por ejemplo, con exceso de etanol

o por destilación, respectivamente.

La esterificación de Fischer es una reacción catalizada por ácido: mostrada en

la sig. Figura 2.9.1

Figura 2.9.1 esterificación de Fischer

2.10 APLICACIONES

Industria química

Pág.28

Producción de tintas de impresión para la industria gráfica.

Producción de thinners y solventes de pinturas en industria de pinturas.

En la industria de adhesivos y colas derivados de la celulosa.

En la industria alimenticia, en productos de confitería, bebidas, dulces.

En esencias artificiales de frutas.

Remoción de sustancias resinosas en la industria del caucho.

En la elaboración de cueros artificiales y para revestir y decorar artículos de

cuero.

Disolvente de compuestos utilizados para revestir y decorar objetos de

cerámica.

Solvente para la elaboración de varios compuestos explosivos.

En la industria fotográfica, como solvente para la fabricación de películas a

base de celulosa.

Ingrediente de preparaciones cosméticas (perfumes, esmaltes, tónicos

capilares) y farmacéutica.

En la industria del papel, para la elaboración de papeles aprestados y para

recubrir y decorar objetos de papel.

En la industria textil, para la preparación de tejidos de lana para teñido, en

procesos de limpieza y para la elaboración de textiles aprestados.

Reactivo para la manufactura de pigmentos.

El uso directo en el procesado de medicamentos y de alimentos no se

recomienda.

2.11 APLICACIONES EN EL LABORATORIO

En el laboratorio, el acetato de etilo es comúnmente usado en mezclas para

cromatografía líquida y extracción. Es raramente seleccionado como un disolvente

de reacción porque es propenso a la hidrólisis y a la transesterificación. El acetato

de etilo es muy volátil y tiene un bajo punto de ebullición. Debido a estas

propiedades, puede recuperarse de una muestra por calentamiento de la misma

en un baño de agua y ventilando con aire comprimido.

Pág.29

2.12 SEGURIDAD Y RIESGOS

2.12.1 IDENTIFICACIÓN DE LOS PELIGROS

Fácilmente inflamable. Irrita los ojos. La exposición repetida puede provocar

sequedad o formación de grietas en la piel. La inhalación de vapores puede

provocar somnolencia y vértigo.

2.12.2 PRIMEROS AUXILIOS

Ingestión: Enjuagar la boca, dar a beber abundante agua, precaución al

vomitar (existe riesgo de aspiración). Laxantes: sulfato sódico (1 cucharada

sopera en 250 ml de agua). Administrar aceite de vaselina como laxante (3

ml/kg). No administrar aceite de ricino. No beber leche. Pedir atención

médica.

Inhalación: Trasladar a la persona al aire libre. En caso de asfixia proceder

a la respiración artificial. En caso de que persista el malestar, pedir atención

médica.

Contacto con piel: Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua

abundante o ducharse y solicitar atención médica.

Contacto con los ojos: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos

(quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad), después consultar a

un médico.

2.12.3 MEDIDAS DE LUCHA CONTRA INCENDIOS

Medios de extinción adecuados:

Pág.30

AFFF, espuma resistente al alcohol, polvos, dióxido de carbono.

Medios de extinción que no deben utilizarse: Agua a presión.

Riesgos especiales:

Inflamable. Mantener alejado de fuentes de ignición. Los vapores son más

pesados que el aire, por lo que pueden desplazarse a nivel del suelo. Riesgo de

inflamación por acumulación de cargas electrostáticas. Puede formar mezclas

explosivas con aire. En caso de incendio pueden formarse vapores tóxicos.

2.12.4 MEDIDAS QUE DEBEN TOMARSE EN CASO DE VERTIDO

ACCIDENTAL

Precauciones individuales: No fumar, ni provocar chispas en el área del vertido,

conectar los equipos a tierra, Los equipos usados serán antideflagrante. Evitar el

contacto la sustancia. Llevar ropa protectora adecuada con equipo autónomo de

respiración. Restringir el acceso al área del vertido.

Precauciones para la protección del medio ambiente: No permitir el paso al

sistema de desagües. Evitar la contaminación del suelo, aguas y desagües. Avisar

rápidamente al personal especializado, bomberos y agentes de la autoridad.

Métodos de limpieza: Recoger con materiales absorbentes arena o tierra secas

y depositar en contenedores para residuos para su posterior eliminación de

acuerdo con las normativas vigentes.

Limpiar los restos con agua abundante.

2.12.5 MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO

Pág.31

Manipulación: Usar máscara con filtro para vapores orgánicos tipo A. Usar

equipo autónomo de respiración si la exposición es prolongada. Utilizar guantes de

protección, botas de goma, PVC, cloruro de polivinilo o similares. Protegerse los

ojos con gafas herméticas. Usar aparatos/instrumentos protegidos antideflagrante.

Ventilar adecuadamente los lugares de trabajo. Evitar cargas electrostáticas.

Mantener alejado de las fuentes de ignición.

Almacenamiento: A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes, ácidos

y bases. Mantener en lugar frío, seco. Almacenar herméticamente cerrado.

2.12.6 CONTROLES DE EXPOSICIÓN / PROTECCIÓN INDIVIDUAL

Valores límite de exposición: VLA-ED: 400 ppm ó 1460 mg/m3

Protección respiratoria: En caso de formarse vapores/aerosoles, usar equipo

respiratorio adecuado. Filtro A. Filtro P.

Protección de las manos: Utilizar guantes de neopreno, PVC o de goma.

Protección de los ojos: Usar gafas de seguridad.

Protección cutánea: Ropa protectora al producto.

2.12.7 PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS

Estado físico: Líquido. Color: Trasparente e incoloro.

Pto. De ebullición (a 1atm): 77 ºC Pto. De fusión: -84ºC

Temperatura de auto ignición: 430°C Densidad relativa: (20/4): 0,902

Presión de vapor: 97 hPa (20°C) Solubilidad: 80 g/l en agua a 20°C

Pág.32

2.12.8 ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD

Estabilidad: Estable en condiciones adecuadas al almacenamiento.

2.13.COMPRESORES

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir como aparece en la figura 2.13.

2.13.1 TIPO DE COMPRESORES

Clasificación según el método de intercambio de energía: Hay diferentes tipos de compresores de aire, pero todos realizan el mismo trabajo: toman aire de la atmósfera, lo comprimen para realizar un trabajo y lo regresa para ser reutilizado.

El compresor de desplazamiento positivo. Las dimensiones son fijas. Por cada movimiento del eje de un extremo al otro tenemos la misma reducción en volumen y el correspondiente aumento de presión y temperatura. Normalmente son utilizados para altas presiones o poco volumen. Por ejemplo el inflador de la bicicleta. También existen compresores dinámicos. El más simple es un ventilador que usamos para aumentar la velocidad del aire a nuestro entorno y refrescarnos. Se utiliza cuando se requiere mucho volumen de aire a baja presión.

El compresor de émbolo: Es un compresor de aire simple. Un vástago impulsado por un motor (eléctrico, diesel, neumatico, etc.) es impulsado para levantar y bajar el émbolo dentro de una cámara. En cada movimiento hacia abajo del émbolo, el aire es introducido a la cámara mediante una válvula. En cada movimiento hacia arriba del émbolo, se comprime el aire y otra válvula es abierta para evacuar dichas moléculas de aire comprimidas; durante este movimiento la primera válvula mencionada se cierra. El aire comprimido es guiado a un tanque de reserva. Este tanque permite el transporte del aire mediante distintas mangueras. La mayoría de los compresores de aire de uso doméstico son de este tipo.

El compresor de tornillo: Aún más simple que el compresor de émbolo, el compresor de tornillo también es impulsado por motores (eléctricos, diesel,

Pág.33

neumáticos, etc.). La diferencia principal radica que el compresor de tornillo utiliza dos tornillos largos para comprimir el aire dentro de una cámara larga. Para evitar el daño de los mismos tornillos, aceite es insertado para mantener todo el sistema lubricado. El aceite es mezclado con el aire en la entrada de la cámara y es transportado al espacio entre los dos tornillos rotatorios. Al salir de la cámara, el aire y el aceite pasan a través de un largo separador de aceite donde el aire ya pasa listo a través de un pequeño orificio filtrador. El aceite es enfriado y rehusado mientras que el aire va al tanque de reserva para ser utilizado en su trabajo.

Sistema Pendular Taurozzi: consiste en un pistón que se balancea sobre un eje generando un movimiento pendular exento de rozamientos con las paredes internas del cilindro, que permite trabajar sin lubricante y alcanzar temperaturas de mezcla mucho mayores.

Reciprocantes o Alternativos: utilizan pistones (sistema bloque-cilindro-émbolo como los motores de combustión interna). Abren y cierran válvulas que con el movimiento del pistón aspira/comprime el gas. Es el compresor más utilizado en potencias pequeñas. Pueden ser del tipo herméticos, semi-hermeticos o abiertos. Los de uso domestico son herméticos, y no pueden ser intervenidos para repararlos. los de mayor capacidad son semi-hermeticos o abiertos, que se pueden desarmar y reparar.

Rotativo-Helicoidal (Tornillo, Screw): la compresión del gas se hace de manera continua, haciéndolo pasar a través de dos tornillos giratorios. Son de mayor rendimiento y con una regulación de potencia sencilla, pero su mayor complejidad mecánica y costo hace que se emplee principalmente en elevadas potencias, solamente.

Rotodinámicos o Turbo máquinas: Utilizan un rodete con palas o álabes para impulsar y comprimir al fluido de trabajo. A su vez éstos se clasifican en:

o Axialeso Radiales

Pág.34

Fig.2.13 Compresor

2.14 INTERCAMBIADOR DE CALOR

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.

Pág.35

Fig.2.14 Los intercambiadores de calor pueden clasificarse según como sea:

Intercambiadores de contacto directo: son aquellos dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla física completa.

Intercambiadores de contacto indirecto:

- Alternativos: ambos fluidos recorren un mismo espacio de forma alternada, la mezcla entre los fluidos es despreciable.

- De superficie: son equipos en los que la transferencia de calor se realiza a través de una superficie, cilíndrica o plana, sin permitir el contacto directo.

Existen dos tipos de intercambiadores de contacto indirecto: los cambiadores de flujo paralelo (intercambio líquido - líquido) y los cambiadores de flujo cruzado (intercambio líquido - gas)

2.15 REACTORES

Un reactor químico es un equipo en cuyo interior tiene lugar una reacción química, estando éste diseñado para maximizar la conversión y selectividad de la misma con el menor coste posible. Si la reacción química es catalizada por una enzima purificada o por el organismo que la contiene como en la figura 2.15.

Existen varias formas de clasificarlos:

- Según el modo de operación:

Pág.36

Reactores discontinuos: son aquellos que trabajan por cargas, es decir se introduce una alimentación, y se espera un tiempo dado, que viene determinado por la cinética de la reacción, tras el cual se saca el producto.

Reactores continuos: son todos aquellos que trabajan de forma continua.

Según las fases que albergan:

Reactores homogéneos: tienen una única fase, líquida o gas.

Reactores heterogéneos: tienen varias fases, gas-sólido, líquido-sólido, gas-líquido, gas-líquido-sólido.

Dentro de la idealidad pueden suponerse tres tipos de reactores homogéneos:

Reactores discontinuos: trabajan en estado no estacionario y el más sencillo sería un tanque agitado.

Reactores continuos tipo tanque agitado (CSTR): estos reactores trabajan en estado estacionario, es: decir que sus propiedades no varían con el tiempo. Este modelo ideal supone que la reacción alcanza la máxima conversión en el instante en que la alimentación entra al tanque. Es decir, que en cualquier punto de este equipo las concentraciones son iguales a las de la corriente de salida.

Reactores en flujo pistón (PFR): estos reactores trabajan en estado estacionario. Es decir, las propiedades en un punto determinado del reactor son constantes con el tiempo. Este modelo supone un flujo ideal de pistón, y la conversión es función de la posición.

Fig. 2.15 Reactor

Pág.37

2.16 TORRES DE DESTILACION

La destilación es un método para separar los componentes de una solución;

depende de la distribución de las sustancias entre una fase gaseosa y una líquida, y

se aplica a los casos en que todos los componentes están presentes en las dos

fases. En vez de introducir una nueva sustancia en la mezcla, con el fin de obtener

la segunda fase (como se hace en la absorción o desorción de gases) la nueva fase

se crea por evaporación o condensación a partir de la solución original.

La destilación se refiere a separar soluciones en que todos los componentes son

apreciablemente volátiles. Mediante la manipulación adecuada de las fases, o

mediante evaporaciones y condensaciones repetidas, es generalmente posible

lograr una separación tan completa como se requiera y recobrar, en consecuencia,

los dos componentes de la mezcla con la pureza deseada. En la destilación, la

nueva fase difiere de la original por su contenido calorífico, pero el calor se

incrementa o se elimina sin dificultad; por supuesto, debe considerarse

inevitablemente el costo de aumentarlo o eliminarlo.

Al mismo tiempo, la destilación posee ciertas limitaciones como proceso de

separación. El gas que puede crearse a partir de un líquido mediante la aplicación

de calor, consta, inevitablemente, solo de los componentes que se encuentran en el

líquido. Por lo tanto, ya que el gas es químicamente muy similar al líquido, el cambio

de composición resultante por distribuir los componentes entre las dos fases

generalmente no es muy grande. Es más, en algunos casos el cambio de

composición es tan pequeño que el proceso no es práctico; más aún, puede

suceder que no haya ningún cambio en la composición.

No obstante la separación directa que comúnmente es posible por destilación, en

productos puros que no requieren procesamiento posterior, tal vez ha hecho de ésta

la más importante de todas las operaciones de transferencia de masa. En la Fig. 2.3

se muestran diferentes torres de destilación.

Pág.38

2.17 BOMBAS

Siempre que tratemos temas como procesos químicos, y de cualquier circulación

de fluidos estamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas.

El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea,

transformara la energía mecánica en energía cinética,

generando presión y velocidad en el fluido.

Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones.

Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo

adecuado son: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo

de gases a bombear (la eficiencia de cada bomba varía según el tipo de gas).

Las bombas se clasifican en tres tipos principales:

De émbolo alternativo.

De émbolo rotativo.

Roto dinámicas.

Pág.39

Figura 2.3 Torres de destilación.

Los dos primeros operan sobre el principio de desplazamiento positivo, es decir,

que bombean una determinada cantidad de fluido (sin tener en cuenta las fugas

independientemente de la altura de bombeo).

El tercer tipo debe su nombre a un elemento rotativo, llamado rodete, que comunica

velocidad al líquido y genera presión.

La carcaza exterior, el eje y el motor completan la unidad de bombeo.

En su forma usual, la bomba de émbolo alternativo consiste en un pistón que tiene

un movimiento de vaivén dentro de un cilindro.

Un adecuado juego de válvulas permite que el líquido sea aspirado en una

embolada y lanzado a la turbina de impulsión en la siguiente.

En consecuencia, el caudal será intermitente a menos que se instalen recipientes

de aire o un número suficiente de cilindros para uniformar el flujo.

Aunque las bombas de émbolo alternativo han sido separadas en la mayoría de los

campos de aplicación por la bomba roto dinámica, mucho más adaptable, todavía

se emplean ventajosamente en muchas operaciones industriales especiales.

Las bombas de émbolo rotativo generan presión por medio de engranajes o rotores

muy ajustados que impulsan periféricamente al líquido dentro de la carcasa cerrada.

El caudal es uniforme y no hay válvulas. Este tipo de bombas es eminentemente

adecuado para pequeños caudales (menores de 1 pie3/s y el líquido viscoso).

Las variables posibles son muy numerosas. En la siguiente Fig.1.2 se muestra a

continuación la imagen de una bomba convencional. .

Pág.40

Pág.41

CAPITULO

3

DESARROLLO DEL PROYECTO

Figura 1.2 Bomba centrifuga.

3.1 PROBLEMÁTICA

La causa principal por lo cual desarrollamos este proyecto es por la baja

producción en el mercado de acetato de etilo, para abastecer la industria que así

lo requiera.

3.2 ALCANSE DEL PROYECTO

Llegar a producir 100,000 toneladas al año para tener un alto índice de tasa de

retorno.

3.3 LIMITACIONES DEL PROYECTO

- Falta de datos sobre las condiciones de reacción.

-Tiempo para el desarrollo detallado del proyecto.

- No se consideran los costos de las tuberías y válvulas por lo cual la inversión

es aproximada.

3.4 DESCRIPCION DEL PROCESO

Fig 3.1 Diagrama del proceso

Pág.42

Fig 3.2 Flujo de aire y acetaldehído

Se proporciona los valores de la alimentación al reactor para la reacción de oxidación.

En la entrada de aire son:

2.016kmolmin

deO2 el cual representael 21%

7.616kmolmin

de N2 representael 79%

En la alimentación de acetaldehído es de:

1050.001kmolmin

deacetaldehido alimentado

Pág.43

Fig3.3 Condiciones del reactor

La reacción se lleva a cabo en un reactor de gibbs a las condiciones de P=1 atm y T=80 °C

i

Fig. 3.4 Flujos a la salida del reactor

A la salida del reactor se obtiene una producción de:

4.033kmolmin

de acido acetico

El nitrógeno alimentado que entra al reactor sale debido que es un gas inerte, a la salida se

tiene una fracción vaporizada igual a 1.

Fig 3.5 Intercambiador de calor

La salida del reactor se alimenta a un enfriador para poder condensar el acido acético.

Pág.44

Fig.3.6 Tanque flash

A la salida del enfriador se hace pasar por un tanque flash para poder separar el nitrógeno del

acido acético debido a que se encuentran en diferentes estados gas y líquidos.

Fig 3.7 reactor de esterificacion

El acido acético que sale del tanque flash se hace reaccionar con 3.33kmolmin

deetanol en un

reactor de gibbs a la condiciones de P= 15 atm y T= 150 °C.

En la salida del reactor se obtienen una producción de:

1.538kmolmin

deacido acetico

Pág.45

7.63kmolmin

deagua

0.399kmolmin

deetanol sin reaccionar

2.62kmolmin

deacetatode etilosin reaccionar

Ahora se empieza a separar los productos en torres de destilación donde se elije el clave ligero

(acetato de etilo) con una fracción de 0.99 y el clave pesado (agua) con una fracción de 0.01 en

domo.las composiciones en domo son de:

0.399kmolmin

deetanol

2.59kmolmin

deacetato deetilo

Por último se separa el etanol del acetato de etilo con una fracción de 0.99 de etanol en domo

y 0.99 de acetato de etilo en el fondo.

2,57kmolmin

de acetatodeetilo

3.5 METODOLOGIA

3.4.1 Calculo del cambiador

Se debe de conocer las condiciones de procesos para así poder diseñar el

equipo.

Fluido caliente: T1, T2, W, Cp., s, µ, k, Rd, ∆P.

Fluido frio: t1, t2, w, Cp., s, µ, k, Rd, ∆P.

Se debe de determinar la longitud del tubo, diámetro exterior y espaciado

entre los tubos.

1. Balance de calor

Q=wCp∆T

Donde:

Pág.46

Q= calor transferido.

Cp.= calor especifico.

∆T=diferencia de temperaturas.

2. Diferencia verdadera de temperatura.

∆T=MLTD∗FT

MLTD=∆T 1−∆T 2

ln∆T 1∆T 2

Donde:

∆T 1=T 1−t 2

∆T 2=t 1−T 2

Calcular los valores de R y S para obtener Ft.

R=T 1−T 2t 2−t 1

S=t 2−t 1T1−t1

Con los valores de R y S leer el valor de Ft de la fig. 7.

∆T=MLTD∗FT

3. Cálculo de las temperaturas calóricas.

TC=T 2+FC (T 1−T 2 )

tc=t2+FC (t 1−t 2 )

Para el intercambiador.

a) Suponer un valor de UD con ayuda de la tabla 2 Y calcular el valor de la superficie A.

A= QU D∗∆T

Donde:

Pág.47

A=área de transferencia de calor.

UD=coeficiente total para diseño.

Determinar el valor de a” (superficie exterior por pie lin pie2) de la tabla 4.

Calcular el número de tubos del intercambiador.

¿de tubos= AU D∗∆T

b) Suponer un número de pasos por tubos para la caída de presión permitida. Con el número de tubos calculados elegir el diámetro de coraza que tenga el número de tubos más cercano de la tabla 3.

c) Corregir el valor de UD de acuerdo a la superficie correspondiente y al número de tubos corregidos.

Calcular primero por el lado tubos si el valor del coeficiente de película es

mayor que el valor de UD la caída de presión por el lado tubos será satisfactorio.

Fluido lado tubo.

4. Área de flujo at

at= Nt∗a ´ t144 n

Donde:

a´t=área de flujo por tubos de la fig. 4.

n= numero de pasos.

5. Masa velocidad Gt

Gt=wat

6. Numero de Reynolds por tubo.

Pág.48

ℜt=D∗G t

μ

Donde:

D= diámetro interno del tubo leerlo de la tabla 4

µ= viscosidad a tc.

7. Leer el valor de jh de la fig. 8

8. A tc obtener k ( cμk

)13 de la fig 5

9. Calcular el valor de hio /ǿt.

hioǿt

=

Jh∗kD

∗( c∗μk

)1/3

∗DI

DE

Comenzar con el cálculo por el lado coraza.

10.Suponer un espaciado entre los deflectores para la caída de presión permitida

Di5≤B≤ Di

Donde:

B= espaciado entre deflectores.

Di= diámetro interno de la coraza.

11.Área de flujo as

as=Di∗C∗B144 PT

Donde:

PT= pinch

C=claro

C=PT−DEde tubo

Pág.49

12.Masa velocidad lado coraza.

Gs=was

13. Numero de Reynolds lado coraza.

ℜ=De∗Gs

μ

Donde:

De=diámetro equivalente leerlo de la fig. 11.

µ=viscosidad a Tc

14.Leer jh de la fig. 1115.A Tc calcular Cp., k y µ.

16.Calcular hoǿs

hoǿs

= Jh∗kDe

∗( c∗μk

)1/3

17.Calcular la temperatura de la pared Tw.

tw=tc+hohi o

∗(Tc−tc )

18.A Tw calcular la µw del fluido lado coraza.19.Calcular ǿs.

ǿs=¿

20.Coeficiente de película corregido lado coraza.

ho=ho∅ s

∅ s

21. A Tw calcular la µw del fluido lado tubo.22.Calcular ǿ t

Pág.50

ǿ t=¿

23.Coeficiente de película corregido lado tubo.

hio=hio∅t

∅ t

24.Coeficiente total limpio UC.

uc=hiohohio+ho

25.Factor de obstrucción Rd

Rd=U C−U D

U CU D

3.4.2 Calculo de las caídas de presión.

Lado coraza

1. Para el numero de Reynolds lado coraza obtener el valor de f de la fig. 12.2. Calcular el número de cruces.

N+1=12 LB

3. De la fig. 3 buscar el valor de la gravedad especificas para el fluido deseado.

4. Calcular la caída de presión lado coraza ∆ P s.

∆ P s=f G s

2(N+1)5.22∗1010Des∅ s

Lado tubo.

5. Para el número de Reynolds lado tubo obtener el valor de f de la fig. 9.

6. De la fig. 3 leer el valor de la gravedad especifica.

Pág.51

7. Calcular la caída de presión en los tubos en los tramos rectos ∆ Pt .

∆ Pt=f Gt

2 ln

5.22∗1010Ds∅ t

8. Con la masa velocidad lado tubos leer el valor de la caída de presión por retorno de la fig. 10.

∆ pr= 4ns

v2

2g ´

9. Calcular la caída de presión total lado tubo.∆ PT=∆ Pt+∆ pr

3.4.3 Calculo de la torre de destilación

1.- calcular las presiones de vapor de los compuestos apartir de la

ecuación de antoine.

p°=Pc∗e(A1− A2

A3+T)

Donde:

A=constantes de antoine

Pc=presión critica

p°=presionde vapor

2.- calcular las volatilidades relativas a temperatura de alimentación domo

y fondo.

α= PiPj

Donde:

Pi=presión de vapor del clave ligero

Pj=presión de vapor del clave pesado

3.- calcular el número de etapas mínimas por ecuación de fenske

Pág.52

Nmin=log(

X D

1−X D

∗1−XW

XW

)

log~α

Donde:

XD=fracción en el domo

Xw=fracción en el fondo

4.- cálculo de la relación de reflujo minino por underwood.

∑i=1

N α i∗x ifαi−θ

=1−q

Donde:

Θ=constante de underwood.

αi=volatilidad en alimentación.

xif=fracción mol en alimentación

q=fracción liquido en la alimentación.

Rmin=∑i=1

N α i∗x iDαi−θ

−1

Donde:

xiD=fracción mol en alimentación

αi=volatilidad en el destilado.

5.- cálculo del número de etapas reales

N−NminN+1

=RD−RminRD+Rmin

Donde:

N=numero de etapas reales.

Rd=reflujo requerido.

6.- Altura de la torre

H=4+2 (N−1 )+10

La constante 4 representa la separación de 4 ft por encima del plato superior

para separar el liquido arrastrado y el 10 son 10ft pr debajo del plato de cola para

disponer de suficiente capacidad de resanamiento.

Pág.53

H=altura en ft.

7.-diametro de la torre.

Dc=( 4π∗v

∗D∗R+

1∗22.2∗T DV273

∗1

P∗1

3600)

12

Donde:

V =0.761*(1/p)^1/2

DC=diámetro de la columna en metros.

D=flujo del destilado en kgmol/h

R=razón de reflujo

TDV=temperatura de roció del condensador K

P=presión de la columna en atm.

3.4.4 Calculo de costos de equipos

1. Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo de acuerdo

a la fig. 13. Este costo corresponde al año de 1968.

2. Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el material

de construcción y la presión de trabajo.

Leer los valores de los factores:

Fd=tipo de cambiador

Fp=presión de trabajo

Fm=material de construcción

Estos factores de leen de la tabla 7.

Cfob=Cb∗(Fd+Fp )∗Fm si Fd+Fp>1 sumar1a Fd+Fp

3. Obtener el costo del equipo

Leer el costo del modulo desnudo (Fob) de la tabla 8.

COSTOEN EL68=Cfob+Fob

4. Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)

Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )

Pág.54

5. actualizar el costo al año deseado en este caso el 2011 utilizando los

índices tomados de la revista chemical engenieering abril. 2012 encontrados en el

anexo fig. 14.

Cmda2011=Cmda indice del2012indicede1968

6. Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de

costo total del equipo.

Cmda final=1,15Cmda2012

Pág.55

CAPITULO

4

CALCULOS Y

RESULTADOS

4.1 Cálculos realizados para el intercambiador de calor.

1. Calculo de calor transferido.

T1=104 ºF

T2=176 ºF

W=17209 lb/hr

CP= 0.52 Btu/lb ºF

Q=wCp∆T

Q=17209∗0.52∗(176−104 )=694304.96Btu /hr

Cálculo del agua de enfriamiento.

Cp de agua= 1btu/lbºF

Q=69304.96 Btu/hr

∆T=36 ºF

w= QCp∆T

w=69304.961∗36

=17897.36 lb /hr

Pág.56

CAPITULO

4

CALCULOS Y

RESULTADOS

Tomando una longitud de tubo de 16pies, con un diámetro exterior de ¾

pulgadas, arreglo cuadrado y un pinch de 1 pulgada.

2. Diferencia verdadera de temperatura.

T1=176 ºF

T2=77 ºF

t1=104 ºF

t2=113 ºF

∆T 1=T 1−t 2

∆T 1=(176−113 )=63 ° F

∆T 2=t 1−T 2

∆T 2=(104−77 )=27 ° F

MLTD=∆T 1−∆T 2

ln∆T 1∆T 2

MLTD=63−27

ln6327

=° F

Calcular los valores de R y S para obtener Ft.

R=T 1−T 2t 2−t 1

= 176−77113−104

=0.5S=t 2−t 1T1−t 1

=113−104176−104

=0.72

Con los valores de R y S leer el valor de Ft de la fig 7.

FT=0.76

∆T=MLTD∗FT

∆T=42.48∗0.76=36.29 ° F

3. Cálculo de las temperaturas calóricas.

Pág.57

Kc=0,95

∆TC=113−77=36℉

∆Th=176−104=72℉

∆Tc∆Th

=0.5

Con los valores de Kc y la relación de temperaturas leer el valor de FC de la

figura 6.

FC=0.45

TC=T 2+FC (T 1−T 2 )=77+0.45 (176−77 )=136.4℉

tc=t2+FC (t 1−t 2 )=113+0.45(104−113)=96.8℉

Para el intercambiador.

Con un valor de UD= 50 Btu/hrFt2ºF tomado de la tabla 2. Calcular el valor de

A.

Q=644304.96 Btu/hr

∆T=36.29 ºF

A= QU D∗∆T

A=644304.9650∗36.29

=399.06 ft2

Con un valor de a”=0,1963 tomado de la tabla 4.

Se calcula el número de tubos del intercambiador.

¿de tubos= AU D∗∆T

¿de tubos= 399.0650∗36.29

=127.05

Con un número de pasos por lado tubo igual a 2 se corrige el número

de tubos de la tabla 3.

# de tubos corregidos=124

Se corrige el valor de UD de acuerdo al área corregida correspondiente y al

número de tubos corregidos.

Pág.58

Acorregida=longtubo∗a*#tubo

Acorregida=16∗0.1963∗124=384 ft2

U D=Q

Acorregida∗∆T

U D=644304.96384∗36.29

=51.23 Btuhrft℉

4. Fluido lado tubo.Área de flujo at

De la tabla 4 con diámetro de tubo de ¾ de pulgada a´t=0.302

n=2

Nt=124

at= Nt∗a ´ t144 n

at=124∗0.302144∗2

=0.13 ft2

5. Masa velocidad Gt

W=17209 lb/hr

Gt=wat

Gt=172090.13

=132348.64 lbft∗hr

6. Numero de Reynolds por tubo.De la tabla 4. D=0.62 pulgadas

De la figura 4 a temperatura calórica tc µ=0.75 µ *2.42=1,815 lb/fthr

ℜt=D∗G t

μ

ℜt=

0.6212

∗132348.64

1.815=3767.5

7. Con el número de Reynolds el valor de jh de la figura8 es=30

Pág.59

8. A tc k ( cμk

)13 =0.356 de la figura5.

9. Calcular el valor de hio /ǿt.

hioǿt

=

Jh∗kD

∗( c∗μk )13∗DI

DE

hioǿt

=30∗0.3560.051667

=206.7 Btuhr ft2℉

Comenzar con el cálculo por el lado coraza.

10.Suponer un espaciado entre los deflectores para la caída de presión permitida

Di5≤B≤ Di

Di= 15.25 in

3.05≤B≤15.25

B=3.05

11.Área de flujo as

PT= 1 in

DE=0.75 in

C=PT−DEde tubo=1−0.75=0.25 pulgadas

as=Di∗C∗B144 PT

as=¿15.250 .25∗3.05144∗1

=0.0807 ft2

Pág.60

12.Masa velocidad lado coraza.W=17897.36 lb/hr

Gs=was

Gs=17897.360.0807

=221636 lb

ft2∗hr

13. Numero de Reynolds lado coraza.De=0.95/12 in

De la fig 4. µ a Tc=1.2*2.42=2.904 lb/fthr

ℜ=De∗Gs

μ

ℜ=0.0791667∗2216362.904

=6042.09

14.Con el numero de Reynolds jh de la figura 11 es =60

15.A Tc calcular k ( cμk

)13=0.099

16.Calculando hoǿs

hoǿs

= Jh∗kDe

∗( c∗μk )13

hoǿs

= 60∗0.0990.0791667

=75.031 Btuhr ft2℉

17.Calcular la temperatura de la pared Tw.

tw=tc+hohi o

∗(Tc−tc )

tw=96.8+75.03206.7

∗(136.4−96.8 )=107.34℉

18.De la fig 4. A Tw calcular la µw del fluido lado coraza.

Pág.61

µw=1.5 lb/fthr

19.Calcular ǿs.ǿs=¿

ǿs=¿

20.Coeficiente de película corregido lado coraza.

ho=ho∅ s

∅ s

ho=75.0310.96

=77.41 Btu

Ft 2℉ hr

21.De la fig 4 A Tw calcular la µw del fluido lado tubo.µw=0.7 lb/fthr

22.Calcular ǿ t

ǿ t=¿

23.Coeficiente de película corregido lado tubo.

hio=hio∅t

∅ t

hio=206.71.009

=204.72 Btu

Ft 2℉ hr

24.Coeficiente total limpio UC.

uc=204.72∗77.41204.72+77.41

=56.17 Btu

Ft 2℉ hr

25.Factor de obstrucción Rd

Rd=U C−U D

U CU D

Pág.62

Rd=56.17−5056.17∗50

=0.0021 Ft2℉ hrBtu

Cálculo de caídas de presión.

Lado coraza

1. Para el numero de Reynolds lado coraza obtener el valor de f de la figura 12.

f=0.0019

2. Calcular el número de cruces.

N+1=12 LB

=12∗163.05

=62.25

3. De la figura 3 buscar el valor de la gravedad especifica s para el fluido deseado.

S=0.98

4. Calcular la caída de presión lado coraza ∆ P s.

∆ P s=f Gs

2 (N+1 )5.22∗1010Des∅ s

∆ P s=0.0019∗2216362∗62.95

5.22∗1010∗0.0791667∗1.05∗0.96=1.77 lb

¿2

Lado tubo.

5. Para el número de Reynolds lado tubo obtener el valor de f de la figura 9.f=0.00025

6. De la figura3 leer el valor de la gravedad especifica.S=1

7. Calcular la caída de presión en los tubos en los tramos rectos ∆ Pt .

∆ Pt=f Gt

2 ln

5.22∗1010Ds∅ t

Pág.63

∆ Pt=0.00025∗132348.642∗16∗25.22∗1010∗0.0517∗1∗1.009

=.0515 lb¿2

8. Con la masa velocidad lado tubos leer el valor de la caída de presión por retorno de la figura10.

∆ pr= 4ns

v2

2g ´=0.16 lb

¿2

9. Calcular la caída de presión total lado tubo.

∆ PT=∆ Pt+∆ pr=.0515+0.16=0.21lb

¿2

Calculo de la torre de destilación 1

1.- Calcular las presiones de vapor de los compuestos a partir de la ecuación de

antoine.

Presiones parciales del agua

p°=3206.7∗e(7− 7173.79

389+302)=68.77 presion parcial enalimentacio

p°=3206.7∗e(7− 7173.79

389+338)=114.92 presion parcial enel domo

p°=3206.7∗e(7− 7173.79

389+395)=235.27 presion parcial enel fondo

Presiones parciales del acetato de etilo

p°=556∗e(6.33− 5440.049

373.48+302)=99.27 presion parcial enalimentacion

p°=556∗e(6.33− 5440.049

373.48+338)=149.21 presion parcial endomo

Pág.64

p°=556∗e(6.33− 5440.049

373.48+395)=263.08 presion parcial en fondo

2.- calcular las volatilidades relativas a temperatura de alimentación domo y fondo.

α=99.2768.27

=1.44 volatilidad en la alimentacion

α=149.21114.92

=1.29volatilidad endomo

α=263.08235.27

=1.11 volatilidad en fondo

~α=3√1.44∗1.29∗1.11=1.28volatilidad promedio3.- calcular el número de etapas mínimas por ecuación de fenske

Nmin=log(

0.991−0.99

∗1−0.01

0.01)

log1.28=34.46

4.- cálculo de la relación de reflujo minino por underwood.

1.44∗0.2871.44−θ

+ 0.5671−θ

=0

θ=1.2562

Rmin=( 1.29∗0.341.29−1.2562+ 0.641−1.2564 )−1

Rmin=6.97

R=1.5Rmin=1.5∗6.97=10.45

5.- cálculo del número de etapas reales

N−34.46N+1

=10.45−6.9710.45+6.97

N=52.84 etapas

6.- Altura de la torre

H=4+2 (52.84−1 )+10=119.68 ft

7.-diametro de la torre.

Pág.65

V=0.761∗( 118

)12=0.1793

Dc=( 4π∗0.1793

∗132∗10.45+

1∗22.2∗443.5273

∗1

18∗1

3600)

12

=2.39mts

Calculo de la torre de destilación 2

1.- Calcular las presiones de vapor de los compuestos apartir de la ecuación de

antoine.

Presiones parciales del acetato de etilo

p°=556∗e(6.33− 5440.049

373.48+338)=149.21 presion parcial enalimentacion

p°=556∗e(6.33− 5440.049

373.48+312)=111.64 presion parcial endomo

p°=556∗e(6.33− 5440.049

373.48+376)=219.87 presion parcial en fon do

Presiones parciales de etanol

p°=925.3∗e(7.43− 6162.36

359.382+ 338)=114.92 presion parcial enalimentacion

p°=925.3∗e(7.43− 6162.36

359.382+312)=79.73 presion parcial endomo

p°=925.3∗e(7.43− 6162.36

359.382+ 376)=187.5 presion parcial endomo

2.- calcular las volatilidades relativas a temperatura de alimentación domo y

fondo.

α=149.21114.92

=1.29volatilidad en la alimentacion

Pág.66

α=111.6479.73

=1.4 volatilidad endomo

α=219.87187.5

=1.17 volatilidad en fondo

~α=3√1.29∗1.4∗1.17=1.29volatilidad promedio3.- calcular el número de etapas mínimas por ecuación de fenske

Nmin=log(

0.991−0.99

∗1−0.1

0.1)

log1.29=26.64

4.- cálculo de la relación de reflujo minino por underwood.

1.29∗0.241.29−θ

+ 0.761−θ

=0

θ=1.2116

Rmin=( 1.4∗0.241.4−1.2116

+ 0.761−1.2116

)=1

Rmin=1.06

R=2∗Rmin=2∗1.06=2.12

5.- cálculo del número de etapas reales

N−26.64N+1

=2−1.062+1.06

N=39.18etapas

6.- Altura de la torre

H=4+2 (39.18−1 )+10=92.37 ft

7.-diametro de la torre.

V =0.761*(1/p)^1/2V=0.761∗( 118

)12=0.1793

Dc=( 4π∗0.1793

∗32∗2+

1∗22.2∗441273

∗1

18∗1

3600)

12

=0.61mts

Pág.67

Calculo de costos del equipo

Cambiador de calor

1.- Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo de

acuerdo a la figura 13 Este costo corresponde al año de 1968.

Cb= $ 2500

2.- Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el

material de construcción y la presión de trabajo.

Leer los valores de los factores de la tabla 7.

Fd=1.85

Fp=0

Fm=1

Fd+Fp=0.85+0.1=0.95 como el valor es menor a 1 se le suma 1

Fd+Fp=1.85

Cfob=Cb∗(Fd+Fp )∗Fm=2500∗(1.85 )∗1=4625

3.- Obtener el costo del equipo

Leer el costo del módulo desnudo (Fob) de la tabla 8.

Fob=3.39

COSTOEN EL68=Cb∗fob=2500∗3.39=8475

4.- Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)

Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )

CmdaEN EL68=8475+(4625−2500)=106000

5.- Actualizar el costo al año deseado en este caso el 2012 utilizando los

índices tomados de la revista Chemical Engenieering Nov. 2012 encontrados en el

anexo figura 14.

Índice de 1968=113.2

Pág.68

Índice de 2011=593.2

Cmda2012=Cmda indice del2011indicede 1968

=10600 593.2113.2

=55573.6325

6.- Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de

costo total del equipo.

Cmda final=1,15Cmda2012=1.15∗55537.6325=63868.28dolares

Torres de destilación

1.- Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo de este

costo corresponde al año de 1968.

Cb1= $ 11500

Cb2= $ 9000

2.- Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el

material de construcción y la presión de trabajo.

Ft=0.4

Fp=1.2

Fm=1

Fs= 0

Cb1 platos =11000

Cb2 platos=1100

CB 1de platos en68=11000 (0.4+0+1 )=15400

CB 2de platos en68=1100 (0.4+0+1 )=1540

Cfob1= (11500+15400 )∗1∗1.2=32280

Cfob2= (9000+1540 )∗1∗1.2=1264.8

3.- Obtener el costo del equipo

Leer el costo del módulo desnudo (Fob).

Fob=4.34

COSTO1 EN EL68=Cb∗fob=11500∗4.34=140095.2

COSTO2 EN EL68=Cb∗fob=9000∗4.34=54892.32

4.- Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)

Pág.69

Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )

Cmda1 EN EL68=140095.2+(32280−11500 )=160875.2

Cmda2 EN EL68=54892.32+(1264.8−9000)=58540.32

5.- Actualizar el costo al año deseado en este caso el 2012 utilizando los

índices tomados de la revista Chemical Engenieering Nov. 2012 encontrados en el

anexo figura 14.

Índice de 1968=113.2

Índice de 2011=593.2

Cmda12012=Cmda indicedel 2011indicede1968

=160875.2 593.2113.2

=842889.409

Cmda22012=Cmda indicedel2011indicede1968

=58540.32 593.2113.2

=306716.11

6.- Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de

costo total del equipo.

Cmda1 final=1,15Cmda2012=1.15∗842889.409=96922.82dolares

Cmda2 final=1,15Cmda2012=1.15∗102342.72=352723.53dolares

Costo de bombas

1.- Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo de este

costo corresponde al año de 1968.

Cb1= $ 600

Cb2= $ 500

Cb3= $ 500

2.- Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el

material de construcción y la presión de trabajo.

Fm=1

Fo bomba 1 =1.5

Fo bomba 2 y 3=1

Cfob1=600∗1∗1.5=900

Pág.70

Cfob2=500∗1∗1=500

Cfob2=500∗1∗1=500

3.- Obtener el costo del equipo

Leer el costo del módulo desnudo (Fob).

Fob=3.48

COSTO1 EN EL68=Cb∗fob=600∗3.48=2088

COSTO2 EN EL68=Cb∗fob=500∗3.48=1740

COSTOEN EL68=Cb∗fob=500∗3.48=1740

4.- Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)

Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )

Cmda1 EN EL 68=2088+(900−600)=2388

Cmda2 EN EL68=1740+(500−500)=1740

Cmda3 EN EL68=1740+(500−500)=1740

5.- Actualizar el costo al año deseado en este caso el 2012 utilizando los

índices tomados de la revista Chemical Engenieering Nov. 2012 encontrados en el

anexo figura 14.

Índice de 1968=113.2

Índice de 2011=593.2

Cmda12012=Cmda indicedel 2011indicede1968

=2388 593.2113.2

=12511.6855

Cmda22012=Cmda indicedel2011indicede1968

=1740 593.2113.2

=9116.55977

Cmda32012=Cmda indicedel 2011indicede1968

=1740 593.2113.2

=9116.55977

6.- Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de

costo total del equipo.

Cmda1 final=1,15Cmda2012=1.15∗12511.6855=14388.4383dolares

Pág.71

Cmda2 final=1,15Cmda2012=1.15∗9116.55977=10484.038dolares

Cmda3 final=1,15Cmda 2012=1.15∗9116.55977=10484.038do lares

Costo compresor

1.- Con el área el equipo determinar el costo base (Cb) del equipo este costo

corresponde al año de 1968.

Cb= $ 25000

2.- Ajustar el costo base por efecto de la geometría para el equipo, el

material de construcción y la presión de trabajo.

Leer los valores de los factores de la tabla 7.

Fd=1.15

Cfob=Cb∗fd=25000∗(1.15 )∗1=28750

3.- Obtener el costo del equipo

Leer el costo del módulo desnudo (Fob).

Fob=3.21

COSTOEN EL68=Cb∗fob=25000∗3.21=80250

4.- Calcular el costo de la unidad deseada (Cmda)

Cmda EN EL68=COSTOEN EL68+(Cfob−Cb )

CmdaEN EL68=80250+(28750−25000)=84000

5.- Actualizar el costo al año deseado en este caso el 2012 utilizando los

índices tomados de la revista Chemical Engenieering Nov. 2012 encontrados en el

anexo figura 14.

Índice de 1968=113.2

Índice de 2011=593.2

Cmda2012=Cmda indice del2011indicede 1968

=84000 593.2113.2

=440109.5406

6.- Agregar los costos de contingencia GUTHRIE recomienda un 15% de

costo total del equipo.

Cmda final=1,15Cmda2012=1.15∗440109.5406=506125.97dolares

Pág.72

Calculo de inversión

Costo de planta 1 927 397,11 dólaresMaterias primas

Etanol 1 694 931,00 dólaresAcetaldehído 3 469 564,00 dólares

Costo materia prima 5 164 495,00 dólaresCosto energía 4 179,3 dólares

Costo de operación 5 108 674,3 dólaresCosto de ventas 5 700 000,00 dólares

Utilidad bruta 535 505,00 dólaresUtilidad neta 319 590,91 dólares

Tasa de retorno 16.58 %Tiempo de retorno 3.76 años

RESULTADOS OBTENIDOS

1. Cambiador de calor

Rd calculado 0.00219 Rd permitido 0.002UC 56.17 UD 50∆P coraza 1.77 psia ∆P tubo 0.21psia

Coraza TuboT ent 77 °F T 176T sal 113 T sal 104DI 15.25 in De 0.75 in# Bafle 3.05 Long 16 ftClaro 0.25 in # tubo 124

Pinch 1 in arreglo cuadro# pasos 2

2. Torres de destilación

Torre 1 Torre 2N min 36.4 Nmin 26.6N real 52.84 Nreal 40.76Altura 119.68 ft Altura 95.58 ftDiámetro 2.34 mts Altura 95.58 mts

3. Costos de equipos

Cambiador de calor 63868.28 dólaresTorre 1 969322.82 dólares

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Torre2 352723.53 dólaresBomba 1 14358.43 dólaresBomba 2 10484.038 dólaresBomba 3 10484.038 dólarescompresor 506125.97 dólares

4. Inversión

Costo planta 1927397.11 dólaresCosto materia prima 5164495 dólaresCosto energía 4179 dólaresCosto operación 5168674.3 dólaresCosto venta 5700000 dólaresUtilidad bruta 535505 dólaresUtilidad neta 319590 dólaresTasa de retorno 16.58 %

Análisis de resultados

Con los resultados obtenidos se puede observar que la planta diseñada al

producir las 100 000 ton al año que se deseaba de acetato de etilo es factible para

una inversión ya que la tasa de retorno es mayor al 15 %, pero se ha de tomar en

cuenta que para el cálculo del costo de la plata no se tomaron en cuenta los

tramos de tuberías válvulas entre otras.

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CONCLUSIONESAl término de este proyecto podemos concluir que se cumplieron uno de los

objetivos principales que es la producción de 100000 toneladas de acetato de

etilo, así como proponer de forma detallada el modelo para la obtención del

producto.

Los montos de inversión y la tasa de retorno son factibles para poder producir e

invertir en la elaboración del acetato de etilo.

RECOMENDACIONES Es recomendable, al hacer los cálculos de los equipos tener en cuenta

las fracciones y valores de entradas y salidas en los mismos para

aminorar el trabajo.

En cuanto a los costos, es necesario calcular un aproximado de los

equipos y tuberías, para que al concluir los costos sean semejantes a los

reales.

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Manejar graficas, que tengan en cuenta los resultados estadísticos en

caso de que sea un proyecto a gran escala.

Conocer que equipos se requieren en el proceso, debido a que si llegan

a ser erróneos no darán los resultados esperados.

ANEXOS

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FIG. (1). Conductividades térmicas de hidrocarburos líquidos

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FIG. (2). Calores específicos de hidrocarburos líquidos.

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FIG. (3). Gravedades especificas de hidrocarburos.

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Tabla (1). Viscosidades de fracciones del petróleo.

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FIG. (4). Viscosidades de líquidos.

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FIG. (6). Valores de k (cµ/k)1/3 para hidrocarburos.

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FIG. (6).Factor F de temperatura calórica.

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FIG. (7). Factores de corrección MLTD para intercambiadores 1-2.

Pág.85

FIG. (12). Curva de transferencia de calor de lado de tubos.

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Fig. (9). Factores de fricción, para lado de tubo.

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FIG. (10). Perdida por presión por retorno, lado tubos.

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FIG. (11). Curva de transferencia de calor para lado de la coraza con haz de

tubos con deflectores segmentados 25%.

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FIG. (12). Factores de fricción lado de la coraza, para haces de tubos con

deflectores segmentados 25%.

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Tabla 2. Valores aproximados de los coeficientes totales para diseño. Los

valores incluyen un factor de obstrucción total de 0.003 y caída de presión

permisible de 5 a 10 Lb/in2 en la corriente que controle.

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Tabla 3. Disposición de los espejos de tubos (cuenta de tubos) arreglo en

cuadro.

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Tabla 4. Datos de tubos para condensadores e intercambiadores de calor.

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Tabla 5. Factores de obstrucción.

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Fig. (19) Costo base de intercambiadores de calor.

Tabla. (6) Material de la coraza / tubo Fm.

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Tabla. (7) Factores de ajuste.

Tabla. (8) Factores de modulo

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Fig. (14) Indicadores económicos.

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Fig 15 Costo de recipientes de proceso.

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Fig 16 Factores de ajuste para recipientes de proceso

Fig 17 Costo base de platos de una columna de

destilación

REFERENCIAS

BIBLIOGRÁFICAS

1. Alan s. foust. principios de operaciones unitarias. continental (1997)

2. Arturo Jiménez Gutiérrez. diseño de procesos en ingeniería química. editorial reverte s.a. 2003

3. Kern, d.q. procesos de transferencia de calor. cecsa, (1999).

4. Revista chemical engineering. Nov-2011 p 64.

5. Warren l. mc cabe, Julián c smith.mc graw gill, operaciones unitarias en ingenieria química sexta edición.

6. http://es.wikipedia.org/wiki/etanoato_de_etilo

7. http://www.ecured.cu/index.php/etanoato_de_etilo

8. http://quimicaparatodos.blogcindario.com/2009/09/00077-los-esteres.html

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