Sulfato de Amonio Ind Colombiana
Sulfato de Amonio Ind Colombiana
Sulfato de Amonio Ind Colombiana
_______________________________
Presidente del jurado
_______________________________
Jurado 1
_______________________________
Jurado 2
3
DIRECTIVAS DE LA UNIVERSIDAD
Secretario General
4
Las directivas de la Universidad de
América, los jurados calificadores y el
cuerpo docente no son responsables
por los criterios e ideas expuestas en el
presente documento. Estos
corresponden únicamente a los autores
5
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por haberme permitido llegar a este punto con salud para lograr mis
objetivos y a mis padres, por acompañarme en todo momento con sus consejos,
valores, amor y motivación constante para culminar mi carrera profesional.
A mis abuelas, por sus oraciones diarias para salir adelante en mi profesión.
Le doy gracias a Dios por permitirme terminar con esta meta sin desfallecer, y a la
Virgen María por acompañarme en estos 5 años de esfuerzo, y en cada momento
de dificultad y bendición.
Y a “Pechiche” que me acompañó durante una gran parte y me dio uno de los
regalos más hermosos que pude recibir en estos 5 años.
Por último, agradezco a mi compañero de proyecto con quien se forjó una amistad
que espero perdure gran parte de nuestras vidas.
6
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN 20
1. GENERALIDADES 21
1.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PLANTA 21
1.2 MARCO TEÓRICO 23
1.2.1 Procesos para obtener sulfato de amonio. 23
1.2.1.1 Proceso directo. 23
1.2.1.2. Proceso indirecto. 25
1.2.1.3. Proceso semidirecto. 26
1.2.1.4. Proceso sistema BASF. 26
1.3. FERTILIZANTES 28
1.3.1. Fertilizantes nitrogenados. 28
1.3.2. Sulfato de amonio. 28
1.4. MATERIAS PRIMAS 29
1.4.1. Hidróxido de amonio 29
1.4.1.1 Propiedades físicas 29
1.4.1.2 Usos 29
1.4.2 Ácido sulfúrico 30
1.4.2.1 Propiedades físicas. 30
1.4.2.2 Usos 30
2. SELECCIÓN DE MÉTODO 31
2.4 SELECCIÓN DE LA RUTA 31
2.4.1 Proceso directo. 31
2.4.2 Proceso indirecto. 32
2.4.3 Proceso semidirecto. 32
2.4.4 Sistema BASF. 33
2.5 MATRIZ COMPARATIVA 34
2.6 DESARROLLO EXPERIMENTAL DEL MÉTODO SELECCIONADO 34
2.6.1 Metodología. 35
2.6.2 Obtención del producto. 35
2.6.3 Cristalización. 36
2.6.4 Filtración. 37
2.6.5 Secado. 37
2.6.5.1 Curva de secado. 37
2.7 CARACTERIZACIÓN DEL SULFATO DE AMONIO 38
2.7.1 Nitrógeno amoniacal. 38
2.7.2 Acidez libre. 39
2.7.3 Humedad. 40
2.8 DISEÑO DE EXPERIMENTOS 40
2.9 RESULTADOS DEL PROCESO BASADO EN LA
EXPERIMENTACIÓN 41
2.9.1 Reacción. 41
7
2.9.2 Cristalización. 43
2.9.3 Filtrado. 44
2.9.4 Secado. 45
2.10 REQUERIMIENTOS DE MASA A NIVEL LABORATORIO 47
2.11 REQUERIMIENTOS DE ENERGÍA A NIVEL LABORATORIO 48
2.11.1 Requerimientos de energía reactor. 48
2.11.1.1 Calor de reacción. 48
2.11.1.2 Cambio de entalpía de los reactivos a la entrada 50
2.11.1.3 Cambio de entalpía de producto a la salida 50
2.11.2 Requerimientos de energía cristalizador. 52
2.11.3 Requerimientos de energía en el secado. 53
2.12 CARACTERIZACIÓN DE SULFATO DE AMONIO 53
2.12.1 Nitrógeno amoniacal. 53
2.12.2 Humedad. 55
2.12.3 Acidez libre. 55
2.13 CONCLUSIONES 56
4. EVALUACIÓN FINANCIERA 68
4.4 DIAGNÓSTICO 68
4.5 ANÁLISIS PEST 69
4.5.1 Factores económicos 69
4.5.2 Factores políticos 71
4.5.3 Factores ambientales 71
4.6 MERCADO POTENCIAL 72
4.7 SUPUESTOS GENERALES 76
4.8 COSTOS DE MATERIA PRIMA 77
4.9 COSTO DE EQUIPOS 77
8
4.10 COSTOS DE OPERACIÓN 78
4.10.1 Mano de obra directa. 78
4.10.2 Costos indirectos. 79
4.10.3 Costos energéticos. 79
4.10.4 Reactor-cristalizador. 79
4.10.4.1 Agitador. 79
4.10.4.2 Enfriamiento. 80
4.10.4.3 Calentamiento. 80
4.10.5 Filtro. 81
4.10.6 Secado. 81
4.11 GASTOS PREOPERATIVOS. 81
4.12 ACTIVOS FIJOS. 82
4.13 VENTAS 82
4.14 FLUJO DE CAJA 83
5. CONCLUSIONES 90
6. RECOMENDACIÓNES 91
BIBLIOGRAFÍA 92
ANEXOS 96
9
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Relación concentración ácido-base 35
Tabla 2. Relación cantidad de volumen ácido-base 36
Tabla 3. Solubilidad sulfato de amonio en agua 37
Tabla 4. Flujos de reacción 42
Tabla 5. Temperatura inicial y final reacción 42
Tabla 6. Tiempo de cristalización 44
Tabla 7. Peso inicial y final en la filtración 45
Tabla 8. Materia prima laboratorio. 47
Tabla 9. Calor de formación de sustancias. 49
Tabla 10. Porcentaje de nitrógeno amoniacal. 53
Tabla 11. Porcentaje de humedad inicial 55
Tabla 12. Porcentaje de acidez libre 56
Tabla 13. Perfil de oportunidades y amenazas económicas 70
Tabla 14. Perfil de oportunidades y amenazas políticas 71
Tabla 15. Perfil de oportunidades y amenazas ambientales 72
Tabla 16. Producción de fertilizantes en Colombia. 73
Tabla 17. Venta de fertilizantes en Colombia. 74
Tabla 18. Importaciones de fertilizantes a Colombia. 75
Tabla 19. Porcentaje de inflación. 76
Tabla 20. Índice de precios al consumidor. 77
Tabla 21. Costo anual materia prima 77
Tabla 22. Costo de equipos 78
Tabla 23. Valores por concepto de salario mínimo en Colombia 78
Tabla 24. Costos Indirectos. 79
Tabla 25. Gastos Preoperativos. 81
Tabla 26. Activos Fijos. 82
Tabla 27. Precio potencial de venta. 83
Tabla 28. Flujo de caja del proyecto de viabilidad técnica y financiera de
Sulfato de Amonio, dado en pesos colombianos corrientes 84
Tabla 29. Amortización préstamo 85
Tabla 30. Indicadores. 85
Tabla 31. Resultados de corriente en reactor por estequiometría 109
Tabla 32. Resultados de corriente en cristalizador por estequiometría 110
Tabla 33. Resultados de corriente en filtración por estequiometría 111
Tabla 34. Resultados de secado en proceso experimental 112
Tabla 35. Resultados de eficiencia por estequiometría de reacción 113
Tabla 36. Resistencia química de materiales 122
10
LISTA DE ECUACIONES
pág.
11
LISTA DE DIAGRAMAS
pág.
12
LISTA DE CUADROS
pág.
13
LISTA DE GRÁFICOS
pág.
14
LISTA DE IMÁGENES
pág.
15
LISTA DE ANEXOS
pág.
16
GLOSARIO
1
CHAMBA HERRERA, Leonardo. Glosario de términos útiles en nutrición y fertilización.
[consultado 04 de febrero de 2016]. Disponible en Internet:
http://servicios.educarm.es/templates/portal/ficheros/websDinamicas/20/glosario_fertilizant
es.pdf p.1
2
Ibíd., p. 3.
3
Ibíd., p. 9.
4
Ibíd., p. 9.
5
Ibíd., p. 9.
6
Ibíd., p. 13.
7
Ibíd., p. 14.
8
Ibíd., p. 18.
17
NITRÓGENO (N): el nitrógeno es un constituyente de toda célula viva. Es parte de
la clorofila, de las proteínas y de otras muchas substancias que forman el cuerpo
de los animales y plantas. Como fertilizante lo requieren en grandes cantidades
todos los cultivos. Promueven el crecimiento de las hojas y tallos y aumenta el
vigor de las plantas. Da brillo a las hojas y mejora su calidad. Aumenta el
contenido proteínico de los cultivos que se destinan a la alimentación y ayuda a
elevar los rendimientos de muchas cosechas. Da un color oscuro saludable a las
hojas que contienen clorofila. Mucho nitrógeno puede perjudicar la calidad del
tabaco y de las frutas; puede retardar la madurez, causar “el acame” y aumentar la
susceptibilidad a las enfermedades. La deficiencia de nitrógeno puede
reconocerse por el color pálido, delgado y verde amarillento de las hojas,
crecimiento lento y bajos rendimiento.9
9
Ibíd., p. 22.
10
Ibíd., p. 23.
18
RESUMEN
19
INTRODUCCIÓN
Los fertilizantes son sustancias que contienen nutrientes, los cuales ayudan a
mejorar la composición química, física y biológica del suelo, el cual genera que
las plantas se desarrollen más rápido por la fácil captación de los nutrientes. En
este caso el fertilizante denominado “Sulfato de Amonio” es un fertilizante químico.
En este proyecto se describen las características del sulfato de amonio, el proceso
de obtención y sus características, y un detallado estudio financiero que permitió
establecer la viabilidad del proyecto
Este proyecto de grado tiene el propósito de ampliar el mercado actual de
Fertilizantes Colombianos S.A. y apoyar el desarrollo del entorno agrícola del país,
considerando que el Sulfato de Amonio tiene múltiples características para ser
usado como fertilizante único o parte de un fertilizante compuesto. Además de la
necesidad de producto en el área de cobertura geografía de Fertilizantes
Colombianos S.A. y la demanda de sus productos.
La importancia del presente trabajo radica en que, existe materia prima suficiente
para darle un uso diferente y obtener un producto que complemente a los demás
productos que tiene la empresa en la actualidad. Además de los beneficios
monetarios que este proyecto podría aportar a la empresa, cuenta con unos
beneficios Ambientales, teniendo en cuenta que se evitaran vertimientos de
sustancias químicas a fuentes hídricas.
20
1. GENERALIDADES
Planta de Arcilla
Planta de Clarificación y Potabilización de Agua
Planta de Suavización y Desmineralización de Agua
Planta de Energía Eléctrica
Generación de vapor
21
Imagen 1. Ubicación geográfica de la empresa Fertilizantes Colombianos S.A.
22
1.2 MARCO TEÓRICO
11
RAMIREZ TRIANA, Luz Aida. Producción de sulfato de amonio. Trabajo de Grado
Ingeniería Química. Bogotá D.C.: Fundación Universidad de América, Facultad de
Ingeniería Química, 1996. 229 p.
23
Diagrama 1. Proceso de obtención de Sulfato de Amonio de forma directa
24
1.2.1.2. Proceso indirecto. En el proceso indirecto se hace reaccionar amoniaco con agua y dióxido de carbono
para obtener carbonato de amonio:
El carbonato de amonio obtenido se hace reaccionar con agua y yeso para generar la obtención del sulfato de
amonio:
(𝑁𝐻4 )2 𝐶𝑂3 (𝐴𝐶) + 𝐶𝑎𝑆𝑂4 (𝐴𝐶) + 𝐻2 𝑂 → (𝑁𝐻4 )2 𝑆𝑂4 (𝐴𝐶) + 𝐶𝑎𝐶𝑂3 (𝑠)
“Esta última mezcla obtenida como producto de la reacción es filtrada para eliminar el carbonato de calcio y
posterior a esto el sulfato de amonio obtenido es cristalizado, molido y tamizado para su comercialización”12.
12
Ibíd.
25
Cuadro 2. Corrientes obtención forma indirecta
Corriente Composición
1 Amoniaco con agua y dióxido de carbono
2 Carbonato de amonio
3 Yeso y agua
4 Mezcla reactante
5 Carbonato de calcio
6 Sulfato de amonio en solución
7 Agua
8 Cristales secos
9 Producto terminado
13
Ibíd.
14
Ibíd.
26
Diagrama 3. Diagrama del proceso de obtención de sulfato de amonio del sistema BASF
27
1.3. FERTILIZANTES
28
la piel y ojos produce irritación. La Pontifica Universidad Javeriana 15 amplía la
información acerca del Sulfato de Amonio. (Ver Anexo A)
1.4.1.2 Usos
15
Ficha de datos de seguridad: sulfato de amonio. Bogotá: Pontificia Universidad
Javeriana. [Consultado en febrero 13 del 2016]. Disponible en Internet:
http://portales.puj.edu.co/doc-quimica/fds-labqca-dianahermith/(NH4)2SO4.pdf
16
Derecho a Saber: hojas informativas sobre sustancias peligrosas. Estados Unidos: New
Jersey Department of Health[Consultado el 13 de febrero del 2016]. Disponible en
<http://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/0103sp.pdf>
29
1.4.2 Ácido sulfúrico
1.4.2.2 Usos
17
Guía 4 Ácido Sulfúrico: Colombia: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios
Ambientales de Colombia – Ideam [consultado el 13 de febrero del 2016]. Disponible en
<http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/018903/Links/Guia4.pdf>
30
2. SELECCIÓN DE MÉTODO
Por último, el mantenimiento y limpieza del equipo será sencillo porque se trata de
un solo equipo principal utilizado. Deberá realizarse el mantenimiento preventivo
programado con el fin de mantener el equipo en óptimas condiciones.
31
Cuadro 4. Ventajas y desventajas proceso directo
Ventajas Desventajas
Obtención de materias primas Control de temperatura reacción
Operaciones unitarias sencillas
Reacción sencilla
Mantenimiento equipos
Diseño
En cuanto al diseño, es de considerar que generaría costos para diseñar los dos
reactores necesarios en el proceso.
32
Finalmente, si el reactor tiene especificaciones especiales, así mismo requeriría un
cuidadoso trabajo de limpieza y mantenimiento; los repuestos serían más caros y
así aumentan los costos del mantenimiento. Los mantenimientos podrían tardar
más por la especificidad de las piezas del equipo en este proceso.
33
2.5 MATRIZ COMPARATIVA
Adquisición
Procesos de materias Operaciones Diseño Mantenimiento
primas
Directo X X X X
Indirecto X
Semidirecto X
Sistema
X X
BASF
Cuenta con la materia prima para el proceso, las operaciones requeridas son
pocas y sencillas, y el mantenimiento al único equipo reactor requerido es sencillo
de realizar.
34
En la actualidad estas corrientes de hidróxido de amonio y ácido sulfúrico son
arrojadas al sistema de drenaje de la empresa, con destino final en las quebradas
de los alrededores de las instalaciones.
35
Siendo las cantidades a adicionar las siguientes:
36
Para las condiciones finales, ya una vez obtenido los cristales, se miden la
temperatura y el peso. Este procedimiento se realizó para cada posible
combinación que se estableció en la reacción.
Tabla 3. Solubilidad sulfato de amonio en agua
Temperatura (°C) Solubilidad (g) Solubilidad (g/100 g agua)
20 75.4 0.75
30 78.0 0.78
40 81.0 0.81
60 88.0 0.88
80 95.3 0.95
100 103.3 1
Fuente: 1 PERRY, R. Perry´s chemical engineers handbook. Octava
edición. McGraw-Hill Professional. 2007.
37
2.7 CARACTERIZACIÓN DEL SULFATO DE AMONIO
La caracterización del producto obtenido se realiza con base a la norma NTC 99,
la cual indica las especificaciones que debe tener el Sulfato de Amonio para ser
considerado un fertilizante.
Donde:
38
C: Volumen de solución valorada de ácido sulfúrico o clorhídrico usado en el
ensayo en blanco, en mililitros.
D: Volumen de solución de hidróxido de sodio o potasio gastados en el ensayo en
blanco, en mililitros.
Na: Normalidad de la solución valorada de ácido sulfúrico o clorhídrico.
Nb: Normalidad de la solución valorada de hidróxido de sodio o potasio.
M: Peso de la muestra en gramos.
1,4: Peso equivalente del nitrógeno por 100.
0,049(𝑉1 𝑁1 − 𝑉2 𝑁1 )
𝐴= 𝑥 100
𝜌
Donde
39
V2: Volumen de la solución de hidróxido de sodio o potasio empleada en la
valoración del blanco, en mililitros.
ρ: Masa de la muestra ensayada, en gramos.
𝑚1 − 𝑚2
𝐻= 𝑥 100%
𝑚1
Donde
40
Establecer las variables independientes y los efectos que éstas puedan
generar a las variables respuesta a estudiar.
Seleccionar los niveles a los cuales las variables del proceso van a mostrar un
rendimiento necesario o mayor.
Con base al proceso experimental que se llevará a cabo, se observó que el diseño
que más se ajusta al proceso de investigación es el diseño experimental completo
al azar.
# 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 = (∏ 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙𝑒𝑠 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 ) ∗ 𝐹
Este tipo de diseño no solo determina el efecto que tiene el nivel de cada factor a
estudiar, sino que también estudia la interacción que estos pueden tener,
permitiendo determinar cómo los niveles de un factor afectan la conducta de las
variables respuesta, sobre los niveles del otro factor.
41
reacción como consecuencia de la lenta evaporación de agua. A continuación se
relacionan los pesos de entrada y salida en cada muestra.
42
Imagen2. Momento de mezcla del ácido
sulfúrico y el hidróxido de amonio.
Observación de temperatura
43
Tabla 6. Tiempo de cristalización
Muestra Tiempo de cristalización
(min)
1 178,4
2 177,9
3 169,3
4 170,9
5 162,1
6 163,6
7 168,4
8 167,6
9 158,6
10 157,2
11 152,4
12 153
44
Tabla 7. Peso inicial y final en la filtración
Muestra Peso inicial Peso final
(g) (g)
1 125,0 96,3
2 127,1 94,1
3 154,6 122,1
4 156,3 118,8
5 161,5 127,2
6 164,8 128,4
7 126,2 103,5
8 125,4 102,0
9 159,7 128,8
10 158,1 125,5
11 196,4 159,6
12 197,5 159,3
45
Gráfico 1. Curva de Secado
51,00
50,00
49,00
48,00
Muestra 1
47,00 Muestra 2
46,00 Muestra 3
Muestra 4
45,00
Muestra 5
Peso(g)
44,00 Muestra 6
Muestra 7
43,00
Muestra 8
42,00 Muestra 9
Muestra 10
41,00
Muestra 11
40,00 Muestra 12
39,00
38,00
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00
Tiempo (min)
46
La gráfica tiene dos secciones. En la primera, la velocidad de secado es constante
(ante crítico) que corresponde al tramo desde un contenido de humedad alto hasta
un contenido de humedad más bajo que se acerque a los requerimientos. En la
segunda, la velocidad de secado disminuye pero se llega a la humedad necesaria
para que sea considerado un fertilizante. Además, cada una de las muestras
cumple con este requerimiento.
522,35
g
467.0
4g
53%
47%
467,04 522,35
Ácido sulfúrico
Hidróxido de
amonio
47
Teniendo en cuenta que el agua no sólo se forma en el proceso sino que además
entra a éste, haciendo parte de las disoluciones.
𝑚𝑜𝑙 35.04
2 ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 ∗ 0.5 𝑙 ∗ = 35.04 𝑔 𝑑𝑒 ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜
𝑙 1 𝑚𝑜𝑙
Por tanto la cantidad de agua que entra en los 522.35 g de solución de hidróxido
de amonio es 487.31
En el ácido sulfúrico ingresa la siguiente cantidad de agua:
𝑚𝑜𝑙 98.079
1 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑢𝑙𝑓ú𝑟𝑖𝑐𝑜 ∗ 0.5 𝑙 ∗ = 49.0395 𝑔 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑢𝑙𝑓ú𝑟𝑖𝑐𝑜
𝑙 1 𝑚𝑜𝑙
48
Ecuación 5. Entalpía de reacción.
Calor de formación de
Sustancia
sustancias
Ácido -811,32
Sulfúrico
Hidróxido -366,5
de amonio
Sulfato de -1173,1
Amonio
Agua -285
-285,84 Agua
49
Como consecuencia de que los calores de formación se encuentran en función de
la masa, es necesario multiplicar cada calor de formación por la cantidad
involucrada.
∆𝐻𝑅 = ((∆𝐻𝑓 (𝑁𝐻4 )2 𝑆𝑂4 ∗ 𝑚(𝑁𝐻4 )2 𝑆𝑂4 ) + (∆𝐻𝑓 𝐻2 𝑂 ∗ 𝑚𝐻2 𝑂 )) − (∆𝐻𝑓 𝐻2 𝑆𝑂4 ∗ 𝑚 𝐻2 𝑆𝑂4
+∆𝐻𝑓 𝑁𝐻4 𝑂𝐻 ∗ 𝑚𝑁𝐻4 𝑂𝐻 )
∆𝐻𝑅 = −30327.244 𝐾𝑗
∆𝐻1 = 0
50
Ácido sulfúrico
𝑇𝑟
∆𝐻2 = 𝑚𝑖 ∫ 𝐶𝑝𝑖 ∗ 𝑑𝑇
𝑇𝑐
Sulfato de amonio
Agua
∆𝐻2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∆𝐻2 ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 + ∆𝐻2 𝑎𝑔𝑢𝑎 + ∆𝐻2 𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜
+∆𝐻2 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑢𝑙𝑓ú𝑟𝑖𝑐𝑜
51
Se tiene que:
𝑄𝑅 = −6758.622 𝑘𝑐𝑎𝑙
El reactor cuenta con una chaqueta de enfriamiento que recibe el calor producido
por la reacción exotérmica e impide que sobrepase los límites de 60 °C,
temperatura en la cual se inicia la evaporación de sulfitos.
− 𝑄𝑅 = 𝑄𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑄𝑎𝑔𝑢𝑎 = 6758.22 𝑘𝑐𝑎𝑙
6758.22 𝑘𝑐𝑎𝑙 = 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ 𝐶𝑝𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 )
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 157.0108 𝑚3
𝑄 = 17.4673 𝑊
52
2.11.3 Requerimientos de energía en el secado. El tiempo de secado
permite determinar la cantidad de energía que utiliza en los cristales de sulfato de
amonio para lograr que estos tengan la humedad necesaria.
𝑄 = 0.8923 𝑤
53
Gráfico 4. Porcentaje de nitrógeno amoniacal
Muestra 01
24,79%
Muestra 02
25,00%
Muestra 03
23,37%
Muestra 04
22,35%
Muestra 05
21,08%
Muestra 06
20,82%
Muestra 07
23,06%
Muestra 08
23,35%
Muestra 09
22,54%
Muestra 10
22,74%
Muestra 11
21,98%
Muestra 12
22,32%
54
2.12.2 Humedad. La humedad inicial se determinó mediante la norma NTC
35 antes del proceso de secado. Se tomaron las condiciones de 130 °C
durante 5 horas a presión atmosférica y se eliminó el agua de cada muestra
durante el tiempo determinado.
55
Tabla 12. Porcentaje de acidez libre
Porcentaje Acidez libre
Muestra
(%)
1 0,22
2 0,26
3 0,20
4 0,22
5 0,24
6 0,22
7 0,25
8 0,24
9 0,23
10 0,23
11 0,22
12 0,23
2.13 CONCLUSIONES
56
3. DISEÑO DEL PROCESO
Del capítulo anterior, se toma el proceso que será dimensionado y cuenta con las
siguientes etapas:
57
Considerando que la diferencia entre el volumen del reactor y el cristalizador no es
significativa, se plantea que estos dos equipos se incluyan en una sola etapa del
proceso y permitir así una disminución significativa en costos.
3.4 EQUIPOS
Indicador de nivel
Indicador de presión
Válvulas para controlar los flujos de entrada y salida
Por ser una empresa de propiedad estatal con varias décadas de existencia,
cuenta con contratistas de confianza para la adquisición de equipos.
58
El material seleccionado tanto del agitador como del reactor debe ser resistente a
los efectos que pueden ocasionar tanto las materias primas como el producto, y
las altas temperaturas de la ciudad dónde estará ubicado.
Además, el reactor debe contar con los siguientes accesorios que permitan su
total funcionamiento:
Controlador de temperatura
Indicador de temperatura
Indicador de presión
Indicador de nivel
Válvulas para controlar los flujos de entrada y salida
Como los cristales del producto obtenido son corrosivos y abrasivos, se hace
necesario utilizar materiales adecuados.
Las principales ventajas de los reactores por lotes, radican en su diseño simple y
económico, la poca instrumentación que requieren y la flexibilidad que ésta tiene.
18
MINAYO ALDAZ, Diana Belén. Diseño del proceso de obtención de sulfato de amonio
(fertilizante) a partir de hidróxido de amonio y ácido sulfúrico existentes en las bodegas
del Consejo Nacional de Control de Sustancias Estupefacientes y Psicotrópicas
(CONSEP). Trabajo de Grado Ingeniera Química y Agroindustrial. Quito: Escuela
Politécnica Nacional, 2014. 217 Pag.
59
Variables de diseño19:
El tiempo total por corrida Bath se obtiene mediante la suma del tiempo de
reacción, el tiempo de cristalización y el tiempo de limpieza y adecuación:
19
FOGLER, H Scott.Elements of chemical reaction engineering.4a edición.México.Person
Education.2008.1112 p.
20
Ibíd.
60
Ecuación 10. Tiempo en el Reactor-Cristalizador
t= 6 horas
Las ecuaciones que relacionan las variables de diseño citadas anteriormente con
el volumen de reacción son las siguientes:
Horas
lotes disponibilidad horaria operativa del equipo ( año )
cantidad lotes por año ( )=
año Horas
Tiempo total por lote ( )
Lote
lotes lotes
cantidad lotes por año ( ) = 462
año año
Ton
Capacidad de producción requerida anual ( ) *1.2
Año
Capacidad por lote=
lotes
cantidad lotes-año ( )
año
ton
Capacidad por lote = 3,9
lote
Se deben producir 3,9 toneladas por lote de mezcla reactante. Estimando las
proyecciones que tiene la empresa, se aumenta un 10% más para ampliar la
capacidad de producción, es decir, en total se podrán producir 4,3 toneladas de
mezcla, lo que permitirá una producción de 234 Kg de Sulfato de Amonio por
Batch.
61
Se establece un aumento de seguridad, este es del 30 por ciento. Un parámetro
establecido para reactores Batch con el fin de evitar principalmente riesgos de
seguridad y para no operar el equipo a máxima capacidad.21
Teniendo en cuenta lo anterior se tiene que:
Los parámetros del diseño del reactor son delimitados por Stanley Walas 22 en el
texto Chemical Process Equipment Selection and Design. Para recipientes donde
dé lugar a reacciones químicas en fase liquida, el diámetro del tanque deberá ser
máximo una tercera parte de la altura del recipiente con el propósito de que la
mezcla reactante se encuentre lo más homogénea posible.
El diámetro total del agitador no deberá superar la tercera parte del diámetro del
recipiente y el espesor de las paletas una octava parte del diámetro total del
agitador. Además la distancia entre el agitador y el fondo del tanque debe ser dos
terceras partes de la altura total del tanque.
Existen tres tipos principales de agitadores: tipo aspa, tipo turbina y tipo paleta. El
primero de ellos está indicado para sistemas de viscosidad no superior a los 2000
cP y para tamaños de partícula entre los 0.1 a 0.5 mm; el segundo está diseñado
para favorecer altos números de Reynolds en procesos que requieran altos
regímenes de revoluciones y torque. Los dos primeros se indican usualmente para
21
COUPER, J.R; PENNEY, W.R; FAIR, J.R. Chemical process equipment: selection and
design. 3a. Edición. Amsterdam, Butterworth-Heinemann. 2012. 864 p.
22
WALAS, Stanley M. Chemical process equipment: selection and design. Boston.
Butterworths. 1988. 774 p.
62
sistemas de fase líquida o con sólidos en suspensión de alta o mediana
flotabilidad según Cheremisinoff.23
23
CHEREMISINOFF, Nicholas. Handbook of chemical processing equipment.Boston.
ButterworthHeinemann. 2000. 558 p.
63
3.4.3 Filtro. El filtro seleccionado es tipo prensa porque la empresa ya lo
posee, y las características son las necesarias en el proceso: filtra mezclas
sólidas y líquidas mediante el bombeo de los sólidos entre cada par de
bastidores y una vez llenos, mediante un tornillo se van oprimiendo unos
contra otros expulsando el agua saturada a través de la tela. Los filtros prensa
pueden comprimir y deshidratar sólidos hasta obtener del 25% al 60% por
peso del solido compactado. 24
3.4.4 Secador
Los secadores mecánicos más comunes son los de bandejas y los secadores
rotativos. El secador de bandejas trabaja de la siguiente forma: el aire caliente
pasa a través de las bandejas que tiene el producto y le quita la humedad al sólido
mientras éste sigue avanzando. En los secadores rotatorios en aire circula dentro
de un cilindro que contiene el producto y gira sobre su eje central. La rotación que
tiene aumenta los gradientes de temperatura y humedad, secando el producto.
El secador que se utiliza en el proceso debe ser un equipo que opere con
cantidades bajas de producto. Al momento de diseñarlo es más importante la
eficiencia energética y la productividad que el costo inicial del equipo o el
mantenimiento del mismo.
24
El funcionamiento del filtro de prensa. ¿Qué son los filtros de prensa? En:
Quiminet.com, información y negocios segundo a segundo. [En línea]. (30, enero, 2008)
Disponible en: http://www.quiminet.com/articulos/el-funcionamiento-del-filtro-prensa-
23843.htm
64
El secador que se seleccionó fue el rotativo tipo tambor que funciona con aire
caliente. Este tipo de secadores funcionan para sólidos que no son térmicamente
sensibles y se caracterizan por su facilidad de construcción y operación.
25
MINAYO. Op. cit., p. 31.
65
De esta manera se asegura un buen funcionamiento del proceso y se evitan las
paradas no programadas y la fuga de materiales que puedan causar daños
importantes a equipos o personas.26
Las sustancias químicas para determinar la resistencia son tanto, materias primas
como producto. A pesar de que en el proceso se utilizan corrientes de baja
concentración, los materiales deben soportar soluciones concentradas teniendo en
cuenta que puede ser usado con concentraciones mayores.
La resistencia a la corrosión (ver Anexo G) que deben tener los materiales para la
construcción de los equipos son:
26
HELMBOLDT, Otto. Aluminum compounds inorganic. Ullmann´s encyclopedia of
industrial chemistry. Séptima edición. Volume 1. Wiley-VCH. 2011.
66
Cada material debe contar con el espesor adecuado que permita una operación
segura y una duración prolongada de los equipos.
67
4. EVALUACIÓN FINANCIERA
4.4 DIAGNÓSTICO
En la demanda del producto se cuenta con el crecimiento del ingreso per cápita en
China, India y otros países de mercados emergentes, que presionan la demanda
de fertilizantes para producir alimentos requeridos por sus numerosas
poblaciones. Esto necesariamente genera un aumento en el valor de los insumos.
27
Fertilizantes en el mundo [en línea].Argentina: Grupo fosfatos agrominerales, 2016,
[Consultado 02 de febrero de 2016]. Disponible en Internet:
http://fosfatos.gl.fcen.uba.ar/index.php/fertilizantes/consumo-y-reservas/
28
Fertilizantes y bioinsumos agrícolas [en línea]. Colombia: Instituto Colombiano
Agropecuario ICA, 2016. [Consultado 02 de febrero de 2016]. Disponible en Internet:
http://www.ica.gov.co/getdoc/a5c149c5-8ec8-4fed-9c22-62f31a68ae49/Fertilizantes-y-Bio-
insumos-Agricolas.aspx
68
Abocol, Ecofértil S.A., Yara Colombia Ltda., Nutrición de Plantas S.A. y C.I. de
Azúcares y Mieles S.A. – Ciamsa.
Para analizar las influencias de los diferentes factores del macro-entorno que
afectan a la empresa Fertilizantes Colombianos S.A., podemos utilizar la
herramienta de análisis PEST, que agrupa dichas influencias en cuatro grandes
categorías: Políticas-legales, Económicas, Socio-culturales y Tecnológicas
(PEST). Aunque estén separadas en categorías, todas las variables se relacionan
entre sí. Cuando uno de los factores cambia, afecta al entorno competitivo de la
organización.
Las puntuaciones que se aplican al análisis PEST indican a mayor número (3) una
mayor oportunidad o amenaza, y a menor número (1) una menor oportunidad o
amenaza.
69
Cabe resaltar que entre 80-90% de los fertilizantes que se comercializan en
Colombia son vendidos por siete empresas que dominan el mercado. Es de inferir
que hay un mercado estable y sin perturbaciones significativas en el sistema.
29
Agricultura, valor agregado (% del PIB) [En línea]. Estados Unidos: El Banco Mundial,
2016. [Consultado 02 de febrero de 2016]. Disponible en Internet:
http://datos.bancomundial.org/indicador/NV.AGR.TOTL.ZS
70
4.5.2 Factores políticos. A principios de los años 90, se inició el desarrollo de
una nueva política económica en la cual se permitía una liberación en las
importaciones entre otros factores, lo que ha ocasionado al país, la llegada de
productos agrícolas a un menor precio.
Existen factores que perturban el desarrollo agrícola, entre los cuales se encuentra
el desplazamiento forzado de la población campesina como consecuencia del
conflicto armado interno. Esto afecta negativamente los ingresos porque, en un
gran porcentaje, las personas desplazadas vivían del sector agrícola. Se debilitó
así el crecimiento de los diferentes sectores de la agroindustria.
71
Ayudaría a mejorar la relación entre la naturaleza y el ser humano, y permitiría a la
empresa cumplir con los requerimientos ambientales para vertimientos
industriales.
SUMA 9 4
PROMEDIO 3 1,33
72
En Colombia, el Instituto Colombiano Agropecuario ICA lleva los cálculos de
producción, venta e importación de fertilizantes que se consideran en la presente
investigación.
Es así como la producción de fertilizantes en el año 2013 fue de mil 429 millones
851 mil 104 kilogramos, y en el año inmediatamente anterior fue de mil 365
millones 776 mil 815 kilogramos y en el año 2011 fue de mil 648 millones 300 mil
226 kilogramos, con lo cual se observa una variación en producción de este tipo
de productos30.
30
Fertilizantes y bioinsumos agrícolas [en línea]. Colombia: Instituto Colombiano
Agropecuario ICA, 2016. [Consultado 02 de febrero de 2016]. Disponible en Internet:
http://www.ica.gov.co/getdoc/a5c149c5-8ec8-4fed-9c22-62f31a68ae49/Fertilizantes-y-Bio-
insumos-Agricolas.aspx
73
Gráfico 5. Producción de fertilizantes en Colombia
1.800.000.000
1.600.000.000
1.400.000.000
1.200.000.000
Kilogramo
1.000.000.000
800.000.000
600.000.000
400.000.000
200.000.000
0
Año 2011 Año 2012 Año 2013
Producción por Kg. 1.648.300.226 1.365.776.815 1.429.851.104
La venta de fertilizantes en el año 2013 fue de mil 671 millones 955 mil 546 kg, en
el año inmediatamente anterior fue de mil 545 millones 55 mil 195 kg y en el año
2011 fue 2 mil 100 millones 350 mil 119 kg, con lo cual se observa una variación
en la venta de estos productos31.
31
Ibíd.
74
Gráfico 6. Venta de fertilizantes en Colombia
2.500.000.000
2.000.000.000
Kilogramo
1.500.000.000
1.000.000.000
500.000.000
0
Año 2011 Año 2012 Año 2013
Venta por Kg. 2.100.350.119 1.545.055.195 1.671.955.546
Las importaciones anuales por su parte, también son variables. En el año 2013 fue
de mil 139 millones 254 mil 838 kg, en el año 2012 fue de mil 164 millones 424 mil
628 kg y en el año 2011 fue de mil 107 millones 172 mil 82 kg32.
Año Importaciones de
fertilizantes
2011 1.107.172.082
2012 1.164.424.628
2013 1.139.254.838
32
Ibíd.
75
Gráfico 7. Importaciones de fertilizantes a Colombia
1.170.000.000
1.160.000.000
1.150.000.000
1.140.000.000
Kilogramo
1.130.000.000
1.120.000.000
1.110.000.000
1.100.000.000
1.090.000.000
1.080.000.000
1.070.000.000
Año Año Año
2011 2012 2013
Importaciones por Kg. 1.107.172.082 1.164.424.628 1.139.254.838
Teniendo en cuenta lo anterior, una gran parte del consumo anual de fertilizantes
en Colombia se realiza en importados aunque existen empresas dedicadas a la
importación y transformación, para su posterior venta.
Para la realización del análisis financiero se proponen unos valores, los cuales son
el porcentaje de inflación e índices de precios al productor, estos valores se hallan
mediante un promedio de los últimos años con respecto a cada uno de ellos, por
ende en las siguientes tablas se observa a fondo dichos valores:
Año 1 3,43%
Porcentaje Año 2 3,63%
de Año 3 3,48%
inflación Año 4 3,33%
Año 5 3,19%
76
Tabla 20. Índice de precios al consumidor.
Año 1 2,71%
Índice de Año 2 3,51%
Precios al Año 3 3,72%
Consumidor Año 4 3,80%
Año 5 3,50%
77
Tabla 22. Costo de equipos
Precio
Equipos Características
(Pesos)
Tanque de almacenamiento 1 Cobre $32.853.204
Tanque de almacenamiento 2 Acero inoxidable 316 $19’524.730
Reactor – Cristalizador Acero inoxidable 316 $94’320.123
Transporte e instalación de $32´273.573
equipos
Total costo de equipos $178.971.630
78
Ecuación 15. Costo Total anual.
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑚𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑏𝑟𝑎 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 = 𝑠𝑎𝑙𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑥 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑥 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜𝑠 𝑥 12
Costos Indirectos
Materiales indirectos $ 4.320.000,00
Servicio de energía $ 106.895.575,00
Servicio de telefonía $ 1.440.000,00
Seguros $ 3.334.902,00
Papelería $ 1.000.000,00
Cafetería $ 1.000.000,00
Impuestos $ 4.400.941,00
Capacitación de empleados $ 9.000.000,00
Servicio de alcantarillado $ 1.700.000,00
TOTAL $ 133.091.418,00
79
Ingeniería Química de la Universidad de California en Estados Unidos. 33 Fue
necesario tener presente la viscosidad y densidad de la mezcla reactante. La
viscosidad fue proporcionada por el Departamento de Ingeniería de
Fertilizantes Colombianos S.A. y se encontró en 1.03 cP. La densidad fue
determinada en el laboratorio y arrojó un valor de 990 kg/m3.
33
CheCalc: aplicación libre para cálculos [en línea]. California: Universidad de California,
2015. [Consultado 02 de febrero de 2016].Disponible en Internet:
http://checalc.com/agitation.html
34
BIEGLER, L.T; GROSSMANN, I. E; WESTERBERG, A. W. Systematic methods of
chemical process design.Prentice Hall. 1997. 808 p.
80
La tonelada de vapor de baja presión teniendo en cuenta que es residual tiene un
costo estimado de 98.750 en los cuales se incluye el tratamiento del agua antes
de convertirse en vapor.
Estos gastos son los iniciales antes de poner en marcha el proyecto, en este caso
aquí podemos observar los gastos de adecuación del terreno, asesorías legales,
etc.
81
4.12 ACTIVOS FIJOS.
Los activos fijos con los que va a contar la empresa para la producción de sulfato
de amonio van a ser los siguientes, los cuales van a estar desglosado en la
siguiente tabla.
Activos Fijos
Computador de escritorio $ 1.500.000,00
Teléfono fijo $ 80.000,00
Impresora $ 600.000,00
Lote $ 240.000.000,00
Tanque de almacenamiento 1 $ 32.853.204,00
Tanque de almacenamiento 2 $ 19.524.730,00
Reactor-cristalizador $ 94.320.123,00
Puesto de trabajo $ 500.000,00
TOTAL $ 389.378.057,00
4.13 VENTAS
35
Fertilizantes y bioinsumos agrícolas [en línea]. Op. cit.
82
Tabla 27. Precio potencial de venta.
Año 1 $ 886.240,00
Precio Año 2 $ 913.358,00
Potencial Año 3 $ 942.038,00
de Venta Año 4 $ 971.241,00
Año 5 $ 1.000.961,00
Se cotizó con una empresa que comercializa el Sulfato de Amonio para tener un
comparativo de precios de mercado (ver Anexo H). El valor de cada tonelada
métrica era de $784.000 pesos colombianos.
83
Tabla 28. Flujo de caja del proyecto de viabilidad técnica y financiera de Sulfato de Amonio, dado en pesos
colombianos corrientes
84
Tabla 29. Amortización préstamo
TABLA DE AMORTIZACIÓN DEL PRÉSTAMO
CONDICIONES
FINANCIERAS
MONTO: $ 150.000.000
PLAZO: 12 MESES
INTERES: 0,07 NOMINAL
ANUAL
AMORTIZACION MENSUAL
CUOTAS CAPITAL INTERESES AMORTIZACION SALDO
0 $ 155.569.772
1 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 142.605.624
2 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 129.641.476
3 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 116.677.329
4 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 103.713.181
5 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 90.749.033
6 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 77.784.886
7 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 64.820.738
8 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 51.856.591
9 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 38.892.443
10 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 25.928.295
11 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ 12.964.148
12 $ 12.500.000 $ 464.148 $ 12.964.148 $ -
85
cual en este caso nos da un porcentaje positivo, el cual nos indica que con la
inversión realizada se va a generar una ganancia, otro de los indicadores en el
cual se baso fue en la tasa interna de retorno en este caso es positivo el cual nos
indica que va a haber una rentabilidad para la empresa con respecto a la inversión
realizada, entre más alto sea la TIR mas alto será el rendimiento, el valor presente
neto nos indica el valor final de los 5 años en la actualidad y comparándola con la
inversión de 500 millones de pesos es muy buena ganancia para la empresa en el
periodo de 5 años, y finalmente el WAAC nos indica que la relación entre el capital
propio y el capital ajeno, por ende este nos indica que el capital propio es mucho
mayor.
86
Gráfico 6. Punto de equilibrio.
PUNTO DE EQUILIBRIO
600.000.000
500.000.000
PESOS
400.000.000
300.000.000
200.000.000
100.000.000
-
1 2 3 4 5 6
87
Gráfico 7. Flujo neto del proyecto.
88
Y para finalizar el capítulo financiero se puede observar en las ultimas 2 gráficas el
punto de equilibrio y flujo neto del proyecto, el primero se saca matemáticamente
mediante la relación del margen de contribución de unidades y el margen de
contribución en pesos, esto nos indica que en aproximadamente un año y medio
se recupera la inversión y gastos realizados, esto si en condiciones ideales, por
ende se pasa a observar el flujo de neto del proyecto, este nos dice más
exactamente en cuanto tiempo la empresa empieza a ver las ganancias el cual es
entre el año 3 y 4 que se recupera la total de la inversión, generando el retorno de
la inversión desde el punto de vista financiero.
89
5. CONCLUSIONES
90
6. RECOMENDACIONES
Por último, se propone el estudio de nuevas mezclas haciendo uso del Sulfato
de Amonio y otros productos de la empresa. Estos nuevos productos diversifican
la producción de la empresa y ofrece diferentes alternativas al mercado.
91
BIBLIOGRAFÍA
BANCO MUNIDAL. Agricultura, valor agregado (% del PIB) [En línea]. Estados
Unidos: El Banco Mundial, 2016. [Consultado 02 de febrero de 2016]. Disponible
en Internet: http://datos.bancomundial.org/indicador/NV.AGR.TOTL.ZS
COUPER, J.R; PENNEY, W.R; FAIR, J.R. Chemical process equipment: selection
and design. 3a edición. Ámsterdam. Butterworth-Heinemann. 2012. 864 p.
92
Departamento Nacional de Estadística DANE Importancia de los fertilizantes
nitrogenados. Boletín mensual Insumos y factores asociados a la producción
agropecuaria.. Septiembre, 2012, Número 3. [Consultado 04 de marzo de 2015].
Disponible en Internet:
http://www.dane.gov.co/files/investigaciones/agropecuario/sipsa/insumos_factores
_de_produccion_septiembre_2012.pdf
QUIMINET. El funcionamiento del filtro de prensa. ¿Qué son los filtros de prensa?
En: Quiminet.com, información y negocios segundo a segundo. [En línea]. (30,
enero, 2008). Disponible en: http://www.quiminet.com/articulos/el-funcionamiento-
del-filtro-prensa-23843.htm
93
__________________ NTC 35. Abonos o Fertilizantes. Determinación de la
humedad, del agua libre y total. Bogotá D.C. 1998.
94
ANEXOS
95
ANEXO A.
CARACTERIZACIÓN DEL SULFATO DE AMONIO
96
ANEXO A (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL SULFATO DE AMONIO
97
ANEXO A (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL SULFATO DE AMONIO
98
ANEXO A (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL SULFATO DE AMONIO
99
ANEXO A (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL SULFATO DE AMONIO
100
ANEXO A (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL SULFATO DE AMONIO
101
ANEXO B.
CARACTERIZACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE AMONIO
102
ANEXO B (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE AMONIO
103
ANEXO B (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE AMONIO
104
ANEXO B (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE AMONIO
105
ANEXO B (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE AMONIO
106
ANEXO B (CONTINUACIÓN).
CARACTERIZACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE AMONIO
107
ANEXO C.
COTIZACIÓN SULFATO DE AMONIO CON EMPRESA CIAMSA S.A.
108
ANEXO D.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. REACCIÓN
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 = 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 = 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑠
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 = 𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎r𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
La variación del peso de las corrientes es poco significativa pero se debe a que
hay un aumento en la temperatura durante la reacción, que no es suficiente para
saturar la mezcla.
109
2. CRISTALIZACIÓN
110
3. FILTRADO
111
4. SECADOR
A continuación se muestra los resultados del secado los cuales se dieron como
consecuencia de la experimentación y sirven de referencia para el posterior
dimensionamiento del proceso.
112
Una vez filtrados los cristales de Sulfato de Amonio, fue necesario eliminar la
mayor parte de la fase líquida para cumplir con los requerimientos mínimos.
Además el tiempo de secado para cada muestra será determinado mediante las
curvas de secado.
5. EFICIENCIA
La eficiencia tomada para la resolución del proyecto fue de 93%, porque las
muestras que se tomaron fueron las 1 y 2. Se consideró la eficiencia más alta que
se encontró en la parte experimental.
113
ANEXO E.
BALANCE DE MASA A NIVEL INDUSTRIAL
1. SECADO
0.243 ∗ 20.46 %
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 6 = ( ) 𝑡𝑜𝑛 + 0.243 𝑡𝑜𝑛
79.54 %
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 6 = 0.30 𝑡𝑜𝑛
114
2. FILTRADO
0.3 ∗ 28 %
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 = ( ) 𝑡𝑜𝑛 + 0.3 𝑇𝑜𝑛
72 %
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 = 0.12 𝑡𝑜𝑛 + 0.3 𝑡𝑜𝑛
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 = 0.42 𝑡𝑜𝑛
3. CRISTALIZACIÓN
115
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 = 𝐴𝑔𝑢𝑎
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 = 𝐿𝑖𝑐𝑜𝑟𝑀𝑎𝑑𝑟𝑒 (𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜𝑑𝑒𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜)
Teniendo en cuenta que la corriente 4 es en promedio el 10.8% de la entrada al
proceso de cristalización entonces:
0.42 ∗ 89.2 %
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 = ( ) + 0.42 𝑡𝑜𝑛
10.8 %
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 = 3.9 𝑡𝑜𝑛
4. REACCIÓN
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 = 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 = 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑠
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 = 𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
116
ANEXO F.
CÁLCULOS GENERALES
1. CALOR DE REACCIÓN
117
2.3 AGUA
328.15
1 𝐾𝑔
∆𝐻2 𝐴𝑔𝑢𝑎 = 18.015𝑔 ∗ ∗∫ (18.02)𝑑𝑇
1000 𝑔 293
1 𝐾𝑔
∆𝐻2 𝐴𝑔𝑢𝑎 = 18.015𝑔 ∗ ∗ 651.423
1000 𝑔
∆𝐻2 𝐴𝑔𝑢𝑎 = 11.758 𝑘𝑐𝑎𝑙
2.5 TOTAL
∆𝐻2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∆𝐻2 𝐻𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜𝑑𝑒𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 + ∆𝐻2 𝐴𝑔𝑢𝑎 + ∆𝐻2 𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜𝑑𝑒𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 + ∆𝐻2 á𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠𝑢𝑙𝑓ú𝑟𝑖𝑐𝑜
∆𝐻2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 44.96 𝑘𝑐𝑎𝑙 + 11.758 𝑘𝑐𝑎𝑙 + 123.24 𝑘𝑐𝑎𝑙 + 309.80 𝐾𝑐𝑎𝑙
∆𝐻2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 44.96 𝑘𝑐𝑎𝑙 + 11.758 𝑘𝑐𝑎𝑙 + 123.24 kcal + 309.80 Kcal
∆H2 total = 489.758 kcal
3. CALOR
QR = ∆H2 − ∆H1 + ∆HR
QR = 489.758 kcal − 0 + − 7248.38 kcal
QR = −6758.622 kcal
− QR = Qagua
Qagua = 6758.22 kcal
118
4. MASA AGUA
7. REACTOR-CRISTALIZADOR
119
Ton
Capacidad de producción requerida anual ( ) *1.2
Año
Capacidad por lote=
lotes
cantidad lotes-año ( )
año
Ton
1500 (Año) *1.2 ton
Capacidad por lote= =3,9
lotes lote
462 ( )
año
capacidad por lote (ton)
Volumen de reacción=
densidad global
4300 Kg
volumen de reacción (m3 )= =4,34m3
Kg⁄
990
m3
volumen seguro del reactor(m )=volumen de reacción(m3 )*1.3
3
8. EVALUACIÓN FINANCIERA
120
VPN= -$178'971.630+
$58'145.849 $67'124.882 $77'191.821 $88'470.996 $101'100.675
+ + + +
(1+7%)1 (1+7%)2 (1+7%)3 (1+7%)4 (1+7%)5
VPN= $136'588.760
121
ANEXO G.
MATERIALES PARA LA FABRICACIÓN DE LOS EQUIPOS
122
http://www.manflex.es/sites/manflex.es/files/Tabla%20Resist%C3%A9ncia%20
Qu%C3%ADmica%20MANFLEX.pdf
Tabla 18 (Continuación).Resistencia Química de materiales
123
ANEXO H.
COTIZACIÓN DE EQUIPOS CON PROYECTOS, CONSTRUCCIONES Y
SUMINISTROS CAM – PAL
124
125
126
ABREVIATURAS
°C: Celsius
M: Molar
g: Gramos
ml: Mililitros
Min: Minutos
Kg: Kilogramos
cP: Centipoise
127