Ingeniería Química
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Trabajos finales de grado de la carrera de Ingeniería Química IQ2024-03-28T10:48:05ZEstudio de factibilidad de la instalación de una planta de acetaldehído a partir de bioetanol
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Estudio de factibilidad de la instalación de una planta de acetaldehído a partir de bioetanol
Jozami, Matías Sharif; Malarczuk, Lucila; Novoa, Carmen; Pomponio, Agustín
La descarbonización de la industria, y en particular de la industria química, es una idea que ha ganado notable popularidad y fuerza en las últimas décadas. La búsqueda de formas de reemplazar las tradicionales vías de producción de energía, combustibles y productos químicos basadas en hidrocarburos y derivados del petróleo ha dado lugar a la aparición de alternativas más ambientalmente sustentables.
En Argentina, en un intento de lograr una matriz de combustible de mayor sostenibilidad, la legislación nacional ha impuesto desde 2010 un corte obligatorio con bioetanol a las naftas empleadas para transporte vehicular. Esta medida fomentó la instalación de plantas productoras de bioetanol, producido principalmente a partir de maíz y caña de azúcar. Sin embargo, el estancamiento del porcentaje de corte en un valor del 12%, sumado a la regulación estatal ejercida sobre el precio de venta del bioetanol, ha provocado una merma en la producción y un menor incentivo en apostar al crecimiento del mercado de este biocombustible.
A partir del proyecto de diseño de una planta de bioetanol a partir de remolacha, efectuado en el marco del Trabajo Final de Ingeniería Química en el año 2018, se propone en este proyecto la concepción de una nueva planta para la síntesis de acetaldehído, empleando ese mismo bioetanol como materia prima. De esta forma, se busca orientar recursos hacia la diversificación de la matriz productiva, valiéndose de materia prima disponible a partir de la cual es posible continuar con la cadena de agregado de valor.
El acetaldehído es un compuesto de gran interés en la industria química y sus ramificaciones (farmacéutica, alimenticia, de pinturas, entre otras). Se concibe entonces la posibilidad de instalar una planta con una capacidad de 20.000 toneladas anuales de acetaldehído de alta pureza.
El presente proyecto representa un diseño preliminar de las instalaciones y los principales equipos necesarios para su funcionamiento. Se alcanza una profundidad de ingeniería básica, sin adentrarse en las especificaciones propias de una etapa de ingeniería de detalle, previstas para una instancia más avanzada de un proyecto.
Se decide sintetizar el acetaldehído mediante la ruta de deshidrogenación catalítica del etanol. Se obtiene de la misma reacción hidrógeno como subproducto, y como resultado de una reacción secundaria, acetato de etilo. Ambos compuestos cuentan con valor comercial, por lo que es de interés separarlos en especificación para su posterior comercialización.
Se diseña un sistema de reactores que consta de dos lechos fijos rellenos de catalizador de cromita de cobre, y se seleccionan las condiciones operativas que resultan favorables para maximizar la selectividad hacia la formación de acetaldehído.
Posteriormente, se profundiza en el esquema de separación y purificación. Se proyecta la instalación de una subplanta de separación de hidrógeno que incluye un separador flash, un compresor y un absorbedor, junto a los compresores específicos para su almacenamiento como gas comprimido. Luego, en un tren de cinco destiladores se separa tanto el acetaldehído y el acetato en especificación, como el etanol no convertido para su recirculación al sistema de reactores.
Se implementa el método Pinch para integrar energéticamente las corrientes de proceso que requieren intercambio de calor. De esta forma, se aprovecha la carga térmica de corrientes que deben enfriarse para calefaccionar corrientes ávidas de calefaccionarse. Para aquellas corrientes que no puedan integrarse energéticamente, se suministra o extrae energía empleando fluidos auxiliares: agua de enfriamiento, agua helada, refrigerante, vapor de agua y fluido calefactor. Se definen los intercambiadores de calor necesarios, así como los demás equipos auxiliares de la planta (bombas, compresores, eyectores).
En función del diseño completo de la planta, se estima la inversión requerida para su puesta en funcionamiento, los costos operativos y los potenciales ingresos por venta. A partir de estos resultados, se calculan los flujos de caja anuales y se estima la rentabilidad del proyecto. Se realiza un análisis comparativo entre los resultados económicos de la planta original de bioetanol con y sin el agregado de las nuevas instalaciones de acetaldehído. Por otro lado, se efectúa un estudio de sensibilidad frente a cambios en la capacidad de la planta, el costo de la materia prima y el precio de venta del acetaldehído.
Por último, se lleva a cabo un estudio de impacto ambiental de la planta. Se identifican las fuentes de impacto presentes, y se proponen diversas medidas preventivas y correctivas en función de la clasificación del riesgo asociado a cada fuente.
Mail de los autores Agustín Pomponio <aguspomponio99@gmail.com>; Matias Sharif Jozami <matiassharifjozami@gmail.com>; Lucila Malarczuk <lamalarczuk@gmail.com>; Carmen Novoa <novoacarmen20@gmail.com>
2023-06-12T00:00:00ZEstudio de factibilidad de producción de acetaldehído a partir de bioetanol
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Estudio de factibilidad de producción de acetaldehído a partir de bioetanol
Bandiera, Delfina; Espinach, Clara; Laboratto, Lucas; Stefano, Micaela
El mercado del bioetanol como reemplazo o complemento de los combustibles fósiles se ha mostrado en ascenso durante los últimos años. Sin embargo, se ve afectado negativamente por la regulación estatal y por el precio de la materia prima. El presente estudio se enfoca en bioetanol producido a partir de maíz. El precio de este cereal depende fuertemente de políticas gubernamentales, las cuales son impredecibles a largo plazo. Por este motivo, entre otros, surge la necesidad de analizar su posible diversificación y utilización en la industria química para la producción de acetaldehído. Esta sustancia es de mayor valor agregado y su mercado se encuentra en crecimiento debido a su utilización como producto intermedio en la fabricación de otros compuestos importantes a nivel industrial.
En el presente trabajo, se estudia la factibilidad económica de diversificar un porcentaje de la producción de bioetanol de una planta industrial preexistente hacia la síntesis de acetaldehído, realizando el proyecto completo de inversión necesario. La propuesta consiste en realizar la diversificación del 6,15 % del bioetanol fabricado, y así, diseñar una planta con una capacidad productiva nominal de 11.300 ton/año de acetaldehído 99,7 % p/p. Ésta cantidad fue seleccionada de acuerdo con un exhaustivo estudio de mercado.
La producción de acetaldehído a partir de bioetanol se realizará mediante la deshidrogenación catalítica del mismo, utilizando cromita de cobre como catalizador sólido.
El catalizador comercial a utilizar es el Cu-1234 de la empresa BASF La utilización de este catalizador a una temperatura de operación de 250-300 °C, garantiza una selectividad hacia acetaldehído del 99 %.
Adicionalmente, se obtiene hidrógeno como producto secundario de reacción, lo que resulta muy relevante y beneficioso dada su amplia aplicación en la industria y su creciente uso como fuente de energía renovable. También, se obtiene una pequeña fracción de acetato de etilo, en la reacción secundaria, que será comercializado a pequeña escala según las especificaciones de mercado.
La planta industrial donde se llevará a cabo el proceso se ubicará en un anexo al establecimiento industrial que provee el bioetanol, en el Parque Industrial de Pergamino, Buenos Aires.
Mail de los autores Delfina Bandiera <delfibandiera@gmail.com>, Clara Spinach <espinachclara@gmail.com>, Lucas Laboratto <lucaslaboratto@gmail.com>, Micaela Stefano <micaelastefano2@gmail.com>
2023-06-23T00:00:00ZEstudio de prefactibilidad para la producción de acetaldehído a partir de bioetanol
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Estudio de prefactibilidad para la producción de acetaldehído a partir de bioetanol
Cuadrado, Manuela; Krum, Franco; Mesiano, Ian; Pérez, Paula
Este trabajo desarrolla el estudio de prefactibilidad para la producción de acetaldehído a partir de bioetanol. El objetivo principal de este trabajo es diseñar la planta productiva y así poder dimensionar los equipos involucrados, con el fin de realizar, posteriormente, un estudio de rentabilidad y decidir si es conveniente continuar con el estudio del proyecto.
En un principio, se selecciona la ruta química de producción: la deshidrogenación catalítica del etanol. La razón principal es que no se requiere de otro reactivo para que se lleve a cabo la reacción y, además, porque tiene como co-producto un compuesto de alto valor agregado: el hidrógeno. Dentro de los productos secundarios, también se obtiene acetato de etilo en proporciones apreciables. Con estos productos, se analizan las tendencias que tienen sus mercados en el país y en el mundo.
En lo que respecta al producto principal, se conoce que, a nivel nacional, el acetaldehído no se produce desde el año 2017, cuando la única empresa que lo elaboraba cerró sus puertas. En cambio, a nivel global, este mercado estuvo en alza los últimos años debido a que este producto es intermediario para la síntesis de otros compuestos importantes en la industria, tales como la piridina y sus bases, resinas poliméricas y tinturas (producidas a partir de acetaldehído), así como también es utilizado como conservante en la industria alimenticia.
Respecto a los productos secundarios, para el hidrógeno se observa que tanto a nivel nacional como global, su mercado se encuentra en auge. Esto, debido a que es considerado vector energético y uno de los combustibles del futuro. Actualmente, todas las tecnologías para su producción se encuentran en constante desarrollo y perfeccionamiento, por lo que es un producto de gran interés en el mercado. Es conveniente, entonces, comercializar este subproducto para poder aumentar el beneficio obtenido por la venta de acetaldehído. El acetato de etilo, por su parte, presenta una estructura de mercado similar a la del acetaldehído: a nivel nacional, este compuesto dejó de producirse debido al cierre de la empresa productora hasta el momento; a nivel global, este compuesto es ampliamente utilizado en la industria de las pinturas y los adhesivos (entre otros rubros), y se prevé que en el futuro su demanda se incremente considerablemente. Dado que este producto tiene un precio de venta competitivo en el mercado, se decide comercializarlo y de esta manera obtener un mayor beneficio.
Para definir la capacidad de producción, se cuenta con datos de mercado del producto principal para el año 2020, siendo China uno de los principales consumidores a nivel mundial, con aproximadamente un 50 % del consumo total de acetaldehído para ese año. Por este motivo, y teniendo en cuenta las fuertes relaciones comerciales de Argentina con este país, se decide producir un 1,5 % de la cantidad consumida por China -según los datos obtenidos para ese año- obteniéndose un valor de capacidad a instalar de 8.500 Ton/año para producir acetaldehído al 99,7 % p/p de pureza. En cuanto a la localización de la planta, se concluye que es conveniente que la planta permanezca en el mismo lugar que la planta productora de bioetanol, en la provincia de Tucumán.
Mail de los autores Ian Mesiano <ianmesiano@gmail.com>
2023-04-24T00:00:00ZDiseño de una planta de producción de acetaldehído
http://rinfi.fi.mdp.edu.ar/xmlui/handle/123456789/715
Diseño de una planta de producción de acetaldehído
Antunez, Manuel; Di Donatis, Lucas; Mateos, Ailín
El presente proyecto busca realizar un estudio de factibilidad para la incorporación de una planta de producción de acetaldehído en una empresa productora de bioetanol. El estudio de factibilidad permitirá analizar la conveniencia o no de incorporar una etapa adicional al proceso productivo de bioetanol. La ruta de reacción a utilizar será la deshidrogenación catalítica del etanol.
Una primera aproximación a la hora de definir la capacidad de producción se realiza apuntando a la inserción del 50% del mercado de exportación y un 1.23 - 1.76 % del mercado mundial. De esta manera, se establece a priori que la planta propuesta sería capaz de producir 16000 toneladas/año de acetaldehído.
Como segunda premisa, y frente a falta de motivos para instalar la planta de acetaldehído en un sitio particular, se establece que la misma se encontrará junto con la ya instalada planta de producción de bioetanol en Acheral, Tucumán. Finalmente, respecto a la calidad de la materia prima (etanol), se encuentra que la planta que lo produce lo hace de forma tal de que se obtenga un 98.74 % p/p de pureza.
Mail de los autores Ailín Mateos <ailinmateos98@gmail.com>
2022-11-12T00:00:00Z