Proyecto Producción 1-Naftol - Patricia Cabrera García - Román Quevedo Reina
Proyecto Producción 1-Naftol - Patricia Cabrera García - Román Quevedo Reina
Proyecto Producción 1-Naftol - Patricia Cabrera García - Román Quevedo Reina
1-NAFTOL
Análisis y Diseño de Procesos Químicos
RESUMEN
En este proyecto se pretende diseñar una planta de producción de 1-naftol
con una pureza del 99,5%, siendo la capacidad de la misma de 10.000 t/año. Para
ello, el método de obtención seleccionado ha sido la oxidación directa del naftaleno
en presencia de un catalizador biológico.
Por otro lado, para evaluar los riesgos del proceso, se determinó el Índice
Dow de Fuego y Explosión de los equipos de alto riesgo, obteniéndose un nivel de
riesgo ligero.
I
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
ÍNDICE
ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................................................... VI
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................................... X
I
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
II
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
III
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
IV
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
V
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Propiedades físicas del 1-naftol [1] [2] .............................................................. 2
Tabla 2: Coeficientes de la Ley de Antoine [3] ................................................................ 3
Tabla 3: Estimación de los beneficios del proceso 2 ...................................................... 13
Tabla 4: Estimación de los beneficios del proceso 3 ...................................................... 16
Tabla 5: Estimación de los beneficios del proceso 4 ...................................................... 17
Tabla 6: Resumen factores de selección del proceso ..................................................... 19
Tabla 7: Resumen beneficios.......................................................................................... 19
Tabla 8: Composición del aire ........................................................................................ 20
Tabla 9: Propiedades físicas y químicas del nitrógeno................................................... 21
Tabla 10: Propiedades físicas y químicas del oxígeno ................................................... 21
Tabla 11: Propiedades físicas y químicas del naftaleno ................................................. 22
Tabla 12: Características de las corrientes 1-11 ............................................................. 24
Tabla 13: Características de las corrientes 12-22 ........................................................... 24
Tabla 14: Características del silo de almacenaje TK-101 .............................................. 28
Tabla 15: Características del mezclador M-101 ............................................................. 29
Tabla 16: Características de los reactores R-101............................................................ 30
Tabla 17: Características de los separadores V-101 ....................................................... 31
Tabla 18: Características de la bomba P-101 ................................................................. 32
Tabla 19: Características de los intercambiadores E-101 ............................................... 33
Tabla 20: Características del intercambiador E-102....................................................... 34
Tabla 21: Características de la torre de destilación T-101 ............................................. 35
Tabla 22: Características de la válvula VLV-101 .......................................................... 36
Tabla 23: Características del intercambiador E-105....................................................... 37
Tabla 24: Características de la válvula VLV-102 .......................................................... 38
Tabla 25: Características del silo de almacenaje TK-102 .............................................. 38
Tabla 26: Resultados del análisis de riesgo .................................................................... 40
Tabla 27: Coste total de los equipos ............................................................................... 43
Tabla 28: Resumen del presupuesto ............................................................................... 44
Tabla 29: Costes anuales de producción......................................................................... 44
Tabla 30: Capacidades caloríficas. Fuente: Simulador ASPEN-HYSYS ...................... 55
Tabla 31: Coeficientes de la Ley de Antoine. Fuente: Aspen HYSYS .......................... 56
Tabla 32: Datos cambio de fase ...................................................................................... 56
VI
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
VII
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
VIII
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
IX
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Estructura del 1-naftol ....................................................................................... 2
Figura 2: Métodos de obtención del 1-naftol [1] .............................................................. 4
Figura 3: Evolución del mercado mundial del 1-naftol .................................................... 8
Figura 4: Diagrama de bloques del proceso 2 ................................................................ 12
Figura 5: Diagrama de bloques del proceso 3 ................................................................ 14
Figura 6: Diagrama de bloques del proceso 4 ................................................................ 17
Figura 7: Molécula de naftaleno ..................................................................................... 22
Figura 8: Diagrama de flujo del proceso ........................................................................ 23
Figura 9: Diagrama de bloque mezclador M-101 ........................................................... 57
Figura 10: Diagrama de bloque filtro F-101 ................................................................... 59
Figura 11: Diagrama de bloque reactor R-101 ............................................................... 60
Figura 12: Diagrama entálpico ....................................................................................... 66
Figura 13: Diagrama de bloque separador bifásico V-101 ............................................. 70
Figura 14: Diagrama de bloque bomba P-101 ................................................................ 72
Figura 15: Diagrama de bloque intercambiador E-101 .................................................. 74
Figura 16: Diagrama de bloque intercambiador E-102 .................................................. 77
Figura 17: Diagrama de bloque torre de destilación T-101 ............................................ 80
Figura 18: Diagrama de bloque válvula de expansión VLV-101 ................................... 89
Figura 19: Diagrama de bloque intercambiador E-105 .................................................. 90
Figura 20: Diagrama de bloque válvula de expansión VLV-102 ................................... 92
Figura 21: Diagrama de bloque secador B-101 .............................................................. 93
Figura 22: Cabezal toriesférico....................................................................................... 97
Figura 23: Geometría del silo ....................................................................................... 100
Figura 24: Parámetros de diseño de un agitador tipo turbina ....................................... 103
Figura 25: Relación entre el número de potencia y el número de Reynolds ................ 106
Figura 26: Diagrama térmico del intercambiador E-101 .............................................. 120
Figura 27: Gráfica para la determinación del factor de corrección FT [9] .................... 121
Figura 28: Grafica para determinar la holgura en la carcasa ........................................ 125
Figura 29: Diagrama térmico del intercambiador E-102 .............................................. 128
Figura 30: Diagrama térmico del intercambiador E-105 .............................................. 141
Figura 31: Factor de riesgo de la unidad ...................................................................... 169
X
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
XI
MEMORIA
DESCRIPTIVA
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
1.1.1 Introducción
El 1-naftol, también conocido como α-naftol, 1-naftalenol o
1-hidroxinaftaleno, se trata de un compuesto químico cuya fórmula molecular es
C10H8O. A temperatura ambiente se encuentra en estado sólido en forma de cristales
incoloros que, en contacto con el aire o la luz, se oscurecen.
1.1.2 Propiedades
Entre las propiedades físicas del 1-naftol se encuentran:
2
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
LEY DE ANTOINE
𝑩𝑩
𝐥𝐥𝐥𝐥 𝑷𝑷 = 𝑨𝑨 + 𝑻𝑻+𝑪𝑪 T (°C) P (psi)
A B C
7,28421 2077,56 184
3
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
4
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
5
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
1
C10 H8 + O2 → C10 H8 O
2
1.1.5 Riesgos
El 1-naftol presenta una serie de riesgos para la salud que deben ser
conocidos para evitar posibles accidentes debido a un mal uso del mismo. Entre
estos riesgos se encuentra:
1.2.1 Resumen
En la actualidad, el mercado de 1-naftol se trata de un mercado estable puesto
que este producto se destina fundamentalmente a la formación de pesticidas, que
son necesarios durante todo el año. Esto supone una ventaja para la planta de
producción de 1-naftol puesto que se asegura que exista una demanda continua de
dicho compuesto.
6
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
Asimismo, existen una serie de empresas que son líderes en el mercado como
son BASF SE, Arkema Group, Clariant AG, Koppers Inc.; las cuales producen 1-naftol
con una pureza del 99,5% comercializado a un precio de 3,82€/kg.
Por todo ello, se ha seleccionado Francia como país donde situar la planta de
producción, obteniendo la materia prima del país colindante: Bélgica. Además, se
decidió cubrir la demanda necesaria de 1-naftol para producir pesticidas evitando
así la necesidad de importar los mismos. De esta manera, la planta producirá
10000 t/año de 1-naftol al 99,5% de pureza.
1.2.2 Introducción
El diseño de la planta de producción de 1-naftol forma parte de un proyecto
de mayor envergadura destinado a la obtención de Devrinol. De este modo, la mayor
parte del 1-naftol producido será enviado a otra planta donde se empleará como
materia prima para producir Devrinol.
7
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
En cuanto a los actuales líderes del mercado de 1-naftol hay que destacar a
Europa y a las regiones situadas en el sureste asiático, que están cerca de los 50
millones de dólares.
8
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
En cuanto a las principales empresas productoras, hay que destacar BASF SE,
Arkema Group, Clariant AG, Koppers Inc., Rütgers Group y Giovanni Bozzetto SPA
[6]. Dichas empresas producen 1-naftol con una pureza del 99,5 % que se
comercializa a un precio medio de 3,83€/kg.
9
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
1.2.6 Conclusiones
El principal compuesto del Devrinol es la Napropamida, concretamente en
una concentración de 450 g/L. A continuación, se muestra la reacción de obtención
de dicho compuesto empleando como materia prima el 1-naftol [10].
Por todo ello, la planta de 1-naftol requiere una producción de 10.000 t/año
de 99,5% de pureza. Debido a que se requieren ciertos periodos para
mantenimiento, se diseña la planta para trabajar durante 330 días/año.
10
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
2.1 RESUMEN
2.2.1 Proceso 1
El proceso 1 es el proceso de obtención de 1-naftol mediante la sulfonación
de naftaleno y su posterior fusión con álcali cáustico [11].
Este proceso fue el primer proceso que se desarrolló para producir 1-naftol.
No obstante, se ha visto desplazado en el marco industrial debido a que requiere
elevados tiempos de reacción. En concreto hasta 40 horas para la sulfonación del
naftaleno y 6 horas para la fusión con álcali.
2.2.2 Proceso 2
El proceso 2 es el proceso de obtención de 1-naftol mediante la nitrificación,
hidrogenación y posterior hidrólisis, siendo las reacciones:
11
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
Agua
Ác. Nítrico
Preparación de Reactor de
Separación
la alimentación nitrificación
Naftaleno
1-naftol
Preparación de Reactor de Reactor de
Separación Separación
Hidrógeno la alimentación hidrogenación hidrolisis
Sulfato de amonio
Ác. sulfúrico
Por tanto, se puede concluir que los reactivos necesarios en este proceso son:
• Naftaleno.
• Ácido nítrico.
12
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
• Hidrógeno.
• Ácido sulfúrico.
Por otro lado, hay que señalar que, además del 1-naftol se obtienen unos
ciertos subproductos, entre los que destacan:
• Sulfato de amonio.
• Agua.
13
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
Todo ello conlleva que se requiera de grandes equipos para aumentar tanto
la presión como la temperatura de la corriente, así como una mayor inversión en la
adquisición de equipos capaces de soportar estas condiciones.
2.2.3 Proceso 3
El proceso 3 es el proceso Union Carbide [13], patentado en 1997,
caracterizado por obtener 1-naftol mediante hidrogenación, oxidación,
descomposición y deshidrogenación. Las reacciones que tienen lugar son las que se
muestran a continuación:
Nitrógeno
Hidrógeno
Preparación de Reactor de Preparación de Reactor de
Separación
la alimentación hidrogenación la alimentación oxidación
Naftaleno
Aire
Oxígeno
Reactor de Reactor de
Separación Separación 1-naftol
descomposición deshidrogenación
1-Tetralol y agua
14
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
• Naftaleno.
• Hidrógeno.
• Aire.
Por otro lado, aparte del 1-naftol, en el proceso se generan una serie de
subproductos como son:
• Oxígeno.
• Nitrógeno.
• Agua.
• 1-tetralol.
15
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
2.2.4 Proceso 4
El proceso 4 consiste en la oxidación directa del naftaleno para producir
1-naftol [4]. Este método de obtención se encuentra en estudio por el Departamento
de Ingeniería Química y Bioquímica de la Universidad de Iowa y se basa en la
siguiente reacción:
1
C10 H12 + O2 → C10 H12 O
2
16
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
Aire
Naftaleno
Preparación de Reactor de
Separación 1-naftol
la alimentación oxidación
Aire
Este proceso tiene una baja conversión (5%) pero una selectividad del 100%
por lo que como reactivos solo se emplea el naftaleno y el aire, obteniéndose
solamente como producto el 1-naftol.
17
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
Entre los factores técnicos analizados cabe destacar los controles especiales
involucrados y las condiciones de seguridad donde, debido a la alta presión y
temperatura de los procesos 2 y 3 se ha puntuado positivamente al proceso 4.
Asimismo, en el proceso 4 se requiere mucha menos energía que en los otros debido
a la simplicidad de este.
Por otro lado, en cuanto a las materias primas, el proceso que requiere menos
almacenaje tiene menos problemas de manipulación y una mayor disponibilidad es
el proceso 4 puesto que solo necesita naftaleno y aire, el cual se puede conseguir de
manera directa y gratuita.
Como se describió anteriormente, otro factor a analizar son los equipos que
intervienen en el proceso. En el caso del proceso 2, se sabe que debe haber mínimo
tres unidades de reacción, mientras que en el caso del proceso 3, son necesarias
cuatro. En ambos casos, también se necesitan sus correspondientes equipos para el
18
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
19
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
2.4.1 Aire
El aire es una mezcla gaseosa que se encuentra presente en todas partes. Su
composición es la siguiente [14]:
Por este motivo, las propiedades del aire serán una combinación de las
propiedades del oxígeno y del nitrógeno.
2.4.1.1 Nitrógeno
El nitrógeno se encuentra en la naturaleza en forma de gas diatómico (N2).
Entre las propiedades físicas y químicas del mismo se encuentran [15]:
20
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
2.4.1.2 Oxígeno
Al igual que el nitrógeno, el oxígeno se encuentra en la atmósfera en forma
de gas diatómico (O2), y algunas de sus propiedades son las siguientes [16]:
2.4.2 Naftaleno
El naftaleno se trata de un compuesto formado por diez moléculas de
carbono y ocho moléculas de hidrógeno, siendo su estructura la que se muestra en
la Figura 7.
21
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
22
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
TK-101 M-101 F-101 R-101 V-101 P-101 E-101 E-102 T-101 E-103 E-104 VLV-101 E-105 V-102 B-101 TK-102
Reactor
Silo de Filtro de Separador Intercambiador Intercambiador Torre de Válvula de Intercambiador Válvula de Secador Silo de
Mezclador catalítico Bomba Reboiler Condensador
Naftaleno aire bifásico de calor de calor destilación expansión de calor expansión 1-naftol 1-naftol
bifásico
Naftaleno
22 21 20 14
5 V-101
3 Uds
8 9 10 T-101
6
E-101 E-102
Aire 2 4
P-101 A/B mps
F-101 16
15
17
E-103
mps 18
B-101
VLV-102
19
TK-102
1-Naftol
23
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
Corriente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
T (°C) 25,00 25,00 40,10 25,00 45,25 45,25 45,25 45,25 155,00 221,71 180,00
P (kPa) 101,33 101,33 101,33 101,33 101,33 101,33 101,33 209,06 209,06 209,06 203,46
Flujo molar
8,76 93,37 1586,79 93,37 1675,80 1586,79 89,01 1586,79 1586,79 1586,79 2494,58
(kmol/h)
Composición flujo molar (kmol/h)
Naftaleno 8,76 0,00 174,28 0,00 165,56 165,56 0,00 165,56 165,56 165,56 261,65
Oxígeno 0,00 19,61 0,00 19,61 15,25 0,00 15,25 0,00 0,00 0,00 0,00
Nitrógeno 0,00 73,76 0,00 73,76 73,76 0,00 73,76 0,00 0,00 0,00 0,00
Acetato de laurilo 0,00 0,00 1410,13 0,00 1410,13 1410,13 0,00 1410,13 1410,13 1410,13 2229,16
1-naftol 0,00 0,00 2,38 0,00 11,10 11,10 0,00 11,10 11,10 11,10 3,77
Corriente 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
T (°C) 175,00 175,00 175,00 360,52 365,00 360,52 360,52 25,00 175,00 67,71 40,16
P (kPa) 203,46 203,46 203,46 226,56 226,56 226,56 101,33 101,33 101,33 101,33 101,33
Flujo molar
2494,58 916,55 1578,03 5,09 5,09 8,76 8,76 8,76 1578,03 1578,03 1578,03
(kmol/h)
Composición flujo molar (kmol/h)
Naftaleno 261,65 96,14 165,52 0,03 0,03 0,05 0,05 0,05 165,52 165,52 165,52
Oxígeno 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Nitrógeno 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Acetato de laurilo 2229,16 819,03 1410,13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1410,13 1410,13 1410,13
1-naftol 3,77 1,38 2,38 5,06 5,06 8,71 8,71 8,71 2,38 2,38 2,38
24
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
La zona de reacción está formada por 9 reactores R-101 que trabajan por
lotes, de tal forma que a cada uno de ellos le llega una corriente líquida del mezclador
M-101 y una corriente de aire previamente filtrado en el filtro F-101. El resultado
de mezclar las dos corrientes (corriente 3 a 40,10°C y corriente 4 a 25°C) en el
interior de cada reactor tiene como resultado que los reactivos se encuentren a una
temperatura de 40°C y con un ratio de fase orgánica del 40%.
25
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
pasar por una bomba P-101 y por los intercambiadores de calor E-101 y E-102. Cabe
destacar que, por motivos de disponibilidad de equipos, se emplean dos
intercambiadores iguales E-101 que trabajan en paralelo.
Por otro lado, la corriente obtenida por la cola de la torre (corriente 17) está
formada por un 99,5% de 1-naftol y el resto de naftaleno. Sin embargo, como para
comercializar el producto se debe disminuir la presión hasta 1 atm, se emplea una
válvula de expansión (VLV-102). Finalmente, se enfría hasta 25°C haciendo uso de
un secador B-101 y se almacena el producto en el silo TK-102.
26
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
27
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
3.1 INTRODUCCIÓN
28
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
MEZCLADOR M-101
Diámetro del tanque 3,6 m
Altura del líquido en el tanque 3,6 m
Diámetro del agitador 1,2 m
Altura del agitador 0,24 m
Distancia del agitador a la base 1,2 m
Largo de la pala 0,3 m
Ancho del deflector 0,3 m
Espacio entre placa y tanque 72 mm
Potencia del agitador 14.41 kW
Espesor del mezclador 3,93 mm
Material Acero al carbono AISI 1025
29
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
REACTORES R-101
Flujo de alimentación 1680,16 kmol/h
Volumen de catalizador 72,4 m3
Volumen del reactor 746 m3
Diámetro del reactor 9m
Altura del reactor 10,8 m
Tiempo de llenado 0,218 h
Tiempo de vaciado 0,224 h
Tiempo de espera 0,025 h
Espesor cabezal toroidal 8,18 mm
Espesor parte cilíndrica 13,63 mm
Material Acero al carbono AISI 1025
30
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
Las características de cada uno de los separadores bifásicos V-101 son las
siguientes:
SEPARADORES V-101
Flujo de alimentación 560,05 kmol/h
Tiempo de retención 10 min
Volumen del depósito 20,68 m3
Diámetro del depósito 2,54 m
Longitud del depósito 7,62 m
Espesor cabezal toroidal 4,64 mm
Espesor parte cilíndrica 3,1 mm
Material Acero al carbono AISI 1025
31
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
BOMBA P-101
Flujo 1586,79 kmol/h
Presión de aspiración 101,33 kPa
Presión de descarga 209,05 kPa
Potencia 14,85 kW
Por otro lado, como el área de transferencia de calor era bastante elevada se
decidió poner dos intercambiadores de calor en paralelo, de tal forma que el calor
cedido era la mitad del determinado en el balance de energía del equipo.
32
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
INTERCAMBIADOR E-101
Calor intercambiado 2,44·107 kJ/h
Diámetro exterior de los tubos 29 mm
Diámetro interior de los tubos 25 mm
Longitud de los tubos 9m
Distribución de tubos Triangular
Pitch 36,25 mm
Área de intercambio de calor 1174,62 m2
Número de tubos 717
Diámetro de la carcasa 1,187 m
Espacio entre deflectores 474,96mm
Espacio entre pantallas 1,187 m
Número de pantallas 8
Espesor parte cilíndrica 2,97 mm
Espesor cabezal toriesférico 4,41 mm
Material Acero inoxidable AISI 316
33
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
INTERCAMBIADOR E-102
Calor intercambiado 1,5·107 kJ/h
Flujo de vapor de agua 1982,56 kmol/h
Diámetro exterior de los tubos 29 mm
Diámetro interior de los tubos 25 mm
Longitud de los tubos 9m
Distribución de tubos Triangular
Pitch 36,25 mm
Área de intercambio de calor 420,58 m2
Número de tubos 513
Diámetro de la carcasa 0,972 m
Espacio entre deflectores 388,77 mm
Espacio entre pantallas 0,972 m
Número de pantallas 10
Espesor cabezal toriesférico 7,19 mm
Espesor parte cilíndrica 11,82 mm
Material Acero inoxidable AISI 316
34
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
intercambiador de calor para condensar esta corriente. Además, empleará agua fría
como refrigerante.
Por otro lado, el reboiler emplea vapor de media presión (1000 kPa),
consiguiendo así que se evapore la corriente de la cola.
35
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
VÁLVULA VLV-101
Flujo 1578,03 kmol/h
Presión de entrada 203,46 kPa
Presión de salida 101,33 kPa
36
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
INTERCAMBIADOR E-105
Calor intercambiado 1,14·107 kJ/h
Flujo de agua fría 15247,74 kmol/h
Diámetro exterior de los tubos 29 mm
Diámetro interior de los tubos 25 mm
Longitud de los tubos 9m
Distribución de tubos Triangular
Pitch 36,25 mm
Área de intercambio de calor 251,53 m2
Número de tubos 307
Diámetro de la carcasa 0,744 m
Espacio entre deflectores 297,84 mm
Espacio entre pantallas 0,744 m
Número de pantallas 13
Espesor cabezal toriesférico 2,27 mm
Espesor parte cilíndrica 3,17 mm
Material Acero inoxidable AISI 316
37
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
VÁLVULA VLV-102
Flujo 8,76 kmol/h
Presión de entrada 226,56 kPa
Presión de salida 101,33 kPa
38
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
4.1 INTRODUCCIÓN
El análisis de riesgos del proceso se llevó a cabo mediante el cálculo del índice
de riesgos que permite clasificar el riesgo asociado a una planta industrial o a partes
de esta mediante valores numéricos, identificando aquellas áreas o instalaciones de
la planta en la que existe un riesgo potencial. Una vez determinadas las áreas, se
puede realizar un análisis más detallado del riesgo.
39
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
R-101 T-101
IIE 56,7 42,2
Nivel de riesgo Ligero Ligero
Radio de exposición 42 m 35 m
𝐌𝐌𝐌𝐌𝐌𝐌𝐃𝐃𝐫𝐫𝐫𝐫𝐫𝐫𝐫𝐫 91.170,93€ 226.103,67€
Días perdidos 7 días 8 días
BI 61.750,61 70.572,13€
40
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• Área de almacenamiento.
• Área de trabajo.
• Área de procesamiento.
Hay que señalar que la planta se ha diseñado de forma que se pueda construir
de forma razonablemente rápida segura y económica, siendo los costos de
construcción lo más asequibles posibles.
Por otro lado, se intentó agrupar los equipos similares, así como mantener
las líneas de flujo del proceso, minimizando la longitud de las tuberías necesarias en
el proceso. No obstante, debe existir una distancia mínima entre los equipos de
forma que puedan funcionar correctamente, siendo las operaciones de
mantenimiento realizables.
Para que se pueda transitar por la planta es necesario que exista una
carretera rodeando el perímetro de la planta, separado 15 metros de la zona de
proceso. Toda la planta tiene carreteras de 10 metros de ancho.
41
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
posibles zonas de ampliación que cumplen con los mínimos recomendados. Dichas
áreas son:
42
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6.1 INTRODUCCIÓN
43
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
INVERSIÓN TOTAL
CTE 3.832.063,52 €
CTPdirectos 12.262.603,26 €
IF 23.176.320,17 €
Iw 2.317.632,02 €
I 25.493.952,19 €
44
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
6.4 BENEFICIOS
El proceso será rentable siempre que se cumpla que el valor de los ingresos
es mayor que los gastos de producción. En este caso se cumple dicha afirmación
obteniendo unos beneficios anuales de 4.449.115,40 €/año.
45
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Referencia [1]:
- Título: ULLMANN’S Encyclopedia of Industrial Chemistry
- Autores: Fritz Ullmann
- Editorial: WILEY-VHC
- Edición: 7ª edición
Se trata de una colección de enciclopedias disponible en inglés, compuesta
por 40 volúmenes donde se proporciona información de una gran variedad de
compuestos, tanto orgánicos como inorgánicos. Dicha información abarca desde sus
propiedades hasta sus usos y métodos de obtención.
Referencia [4]:
- Título: Biocatalysis for oxidation of naphthalene to 1-naftol: liquid-liquid
biphasic systems and solvent tolerant strains
- Autores: Bhaskara Janardhan Garikipati Satya Venkata
- Supervisor: Tonya L. Peeples
Se trata de una tesis realizada en la Universidad Iowa donde se recoge el
estudio realizado para la obtención de 1-naftol por medio de la oxidación directa de
naftaleno en presencia de un biocatalizador formado por las bacterias Escherichia
Coli soportadas en TOM-Green.
Referencia [18]:
- Título: Balances de materia y energía
- Autores: G.V. Reklaitis, Daniel R. Schneider
- Editorial: McGraw Hill
46
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Referencia [19]:
- Título: Chemical Engeneering Design: Principles, Practice and Economics
of Plant and Process Design
- Autores: Gavin Towler, Ray Sinnot
- Editorial: Elsevier
- Edición: 5ª edición
Se trata de un libro muy completo que sirve como guía para el diseño y
cálculo de plantas de procesos. En él se detalla desde una introducción a los balances
de materia y energía hasta la descripción y métodos de cálculos aproximados de los
principales equipos que se pueden encontrar en una planta química. Del mismo
modo, también proporciona información sobre la evaluación económica de los
proyectos.
47
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
CAPÍTULO 8: BIBLIOGRAFÍA
[5] Turkey 1-Naphthol market research report with growth, latest trends &
forecasts till 2022. Consultado :12/02/2018. Documento en formato HTML
accesible en internet en la dirección:
http://nbpostgazette.com/2018/04/03/turkey-1-naphthol-market-
research-report-with-growth-latest-trends-forecasts-till-2022/
48
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
49
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA DESCRIPTIVA
50
MEMORIA
JUSTIFICATIVA
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
1.1 INTRODUCCIÓN
Matemáticamente sería:
𝑑𝑑𝑚𝑚𝑆𝑆 Ecuación 1
= 𝑚𝑚̇𝑓𝑓 − 𝑚𝑚̇𝑖𝑖
𝑑𝑑𝑑𝑑
Que de forma simplificada podemos expresar como:
𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆
• Balance global. Se aplica la ecuación general del balance de materia para los
flujos de corriente.
53
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑄𝑄 = ∆𝐻𝐻
𝑇𝑇2
∆𝐻𝐻 = 𝑚𝑚 · � 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑑𝑑𝑑𝑑 Ecuación 3
𝑇𝑇1
∆𝐻𝐻 = � � 0
𝑛𝑛𝑖𝑖 ∆ℎ𝑓𝑓𝑓𝑓 − � 0
𝑛𝑛𝑖𝑖 ∆ℎ𝑓𝑓𝑓𝑓 0
� = ∆𝐻𝐻𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 Ecuación 4
𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
54
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Siendo:
𝑘𝑘𝑘𝑘
• Cp, la capacidad calorífica en �𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐾𝐾�
• T, la temperatura expresada en K.
a b c d e
C10H8 (L) 29,8 0,5275 0 0 0
C10H8O (L) 117 0,3446 0 0 0
C14H28O2 (L) 156,5 0,3505 0 0 0
O2 29,56 -9,13E-03 3,86E-05 -3,31E-08 9,02E-12
N2 29,44 -4,57E-03 1,33E-05 -5,68E-09 3,40E-13
C10H8 (V) -54,3 7,90E-01 -5,84E-04 2,04E-07 -2,61E-11
C10H8O (V) -46,84 8,62E-01 -7,54E-04 3,34E-07 -6,00E-11
C14H28O2 (V) -31,28 8,88E-01 -7,47E-04 3,61E-07 -8,09E-11
H2O (L) 276,4 -2,09 8,13E-03 -1,41E-05 9,37E-09
H2O (V) 33,65 -5,72E-03 2,32E-05 -1,17E-08 1,88E-12
Por otro lado, en aquellos equipos donde tenga lugar un cambio de fase, se
debe tener en cuenta tanto la temperatura a la que se produce como el calor latente
de dicho fenómeno.
𝑏𝑏
ln 𝑃𝑃 = 𝑎𝑎 + + 𝑑𝑑 ln 𝑇𝑇 + 𝑒𝑒 𝑇𝑇𝑓𝑓
𝑇𝑇 + 𝑐𝑐
55
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
a b c d e f
C10H8 85,8616 -9555,6 0 -10,1247 3,955E-06 2
C10H8O 9,2149746 -2077,56 -89,15 0 0 0
C14H28O2 68,8451 -8051,1 0 -7,4786 8,092E-18 6
Además, dado que el calor latente del cambio de fase se conoce a presión
atmosférica, es necesario estimar su valor a la presión a la que se trabaja. Esto se
puede realizar mediante la siguiente ecuación:
𝒌𝒌𝒌𝒌
𝑳𝑳𝒗𝒗,𝒃𝒃 � � 𝑻𝑻𝒃𝒃 (℃) 𝑻𝑻𝒄𝒄 (℃)
𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌
C10H8 4,31E+04 218 475,2
C10H8O 5,08E+04 279 641,85
C14H28O2 3,87E+04 150 323,9
22
M-101
1 3
DATOS DE PARTIDA
𝑭𝑭𝟐𝟐𝟐𝟐
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 165,52 kmol/h
𝑭𝑭𝟐𝟐𝟐𝟐
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 𝑶𝑶 2,38 kmol/h
Corriente 22
𝑭𝑭𝟐𝟐𝟐𝟐
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟐𝟐𝟐𝟐 𝑶𝑶𝟐𝟐 1410,13 kmol/h
𝑭𝑭𝟐𝟐𝟐𝟐 1586,79 kmol/h
𝑭𝑭𝟑𝟑𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 174,28 kmol/h
𝑭𝑭𝟑𝟑𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 𝑶𝑶 2,38 kmol/h
Corriente 3
𝑭𝑭𝟑𝟑𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟐𝟐𝟐𝟐 𝑶𝑶𝟐𝟐 1410,13 kmol/h
𝑭𝑭𝟑𝟑 1586,79 kmol/h
57
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• Entalpía corriente 1:
𝑇𝑇
𝐻𝐻1 = 𝐹𝐹1 · ∫𝑇𝑇 1 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿10 𝐻𝐻8 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
𝑇𝑇 𝑇𝑇
𝐻𝐻22 = 𝐹𝐹𝐶𝐶22
10 𝐻𝐻8
· ∫𝑇𝑇 22 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿10 𝐻𝐻8 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝐶𝐶22
10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
· ∫𝑇𝑇 22 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝐶𝐶22
14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2
·
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
𝑇𝑇22
∫𝑇𝑇 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
22 𝑇𝑇 22 𝑇𝑇
𝐻𝐻22 = 165,52 · ∫298,15(29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 2,38 · ∫298,15(117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 +
22 𝑇𝑇
1410,13 · ∫298,15(156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
• Entalpía corriente 3:
𝑇𝑇 𝑇𝑇
𝐻𝐻3 = 𝐹𝐹𝐶𝐶310 𝐻𝐻8 · ∫𝑇𝑇 3 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿10 𝐻𝐻8 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝐶𝐶310 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 · ∫𝑇𝑇 3 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝐶𝐶314 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 ·
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
𝑇𝑇3
∫𝑇𝑇 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
313,25 313,25
𝐻𝐻3 = 174,28 · ∫298,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 2,38 · ∫298,15 (117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 +
313,25
1410,13 · ∫298,15 (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
58
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑇𝑇22 = 40,16℃
2 4
F-101
DATOS DE PARTIDA
Flujo corriente 4 (𝑭𝑭𝟒𝟒 ) 93,37 kmol/h
Composición oxígeno (𝑿𝑿𝟒𝟒𝟎𝟎𝟐𝟐 ) 21%
Composición de nitrógeno (𝑿𝑿𝟒𝟒𝑵𝑵𝟐𝟐 ) 79%
Debido a que no existe reacción y a que solo hay una corriente de entrada y
otra de salida, el balance de materia es bastante trivial, obteniendo que la corriente
de entrada de aire al proceso (corriente 2) debe ser las misma que la corriente 4.
59
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
3
R-101
DATOS DE PARTIDA
Producción de C10H8O 8,71 kmol/h
Conversión 5%
Selectividad 100%
Temperatura 40°C
Concentración C10H8 60 g C10H8/L C14H28O2
Densidad C14H28O2 0,865 kg/L
Ratio fase orgánica 40%
60
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 1 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑙𝑙𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 100 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑙𝑙𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8
𝐹𝐹𝐶𝐶310 𝐻𝐻8 = 8,71 · ·
ℎ 1 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 5 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑙𝑙𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝐶𝐶310 𝐻𝐻8 = 174,28
ℎ
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 128,174 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 1 𝐿𝐿 𝐶𝐶14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 𝐿𝐿
𝐹𝐹𝐶𝐶314 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 = 174,28 · · = 3,72 · 105
ℎ 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 0,06 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 ℎ
𝐿𝐿 𝐶𝐶14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 0,865 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 1 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2
𝐹𝐹𝐶𝐶314𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 3,72 · 105 · ·
ℎ 1 𝐿𝐿 𝐶𝐶14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 228,376 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝐶𝐶314 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 = 1410,13
ℎ
𝑃𝑃 𝑃𝑃𝑃𝑃
𝑃𝑃 𝑉𝑉 = 𝑛𝑛 𝑅𝑅 𝑇𝑇 → 𝜌𝜌 =
𝑅𝑅 𝑇𝑇
1 · 31,9988 𝑔𝑔
𝜌𝜌 = = 1,25
0,082 · 313,15 𝐿𝐿
61
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝐿𝐿 𝐶𝐶14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 60 𝐿𝐿 𝑂𝑂2 1,25 · 10−3 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑂𝑂2 1 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑂𝑂2
𝐹𝐹𝑂𝑂42 = 3,72 · 10 5
· · ·
ℎ 40 𝐿𝐿 𝐶𝐶14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 1 𝐿𝐿 𝑂𝑂2 31,9988 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑂𝑂2
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝑂𝑂42 = 19,61
ℎ
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹4 = 𝐹𝐹𝑁𝑁42 + 𝐹𝐹𝑂𝑂42 = 19,61 + 73,76 = 93,37
ℎ
Por otro lado, de la corriente 3, falta por definir la cantidad de 1-naftol que se
recircula en el proceso. Dicho flujo se calculó en el apartado 1.2.8.1 (2,38 kmol/h).
De esta forma, se definió las entradas del reactor, siendo posible el balance
de materia en dicho equipo.
• Naftaleno:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝐶𝐶510 𝐻𝐻8 = 𝐹𝐹𝐶𝐶310 𝐻𝐻8 − 𝐹𝐹𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 = 174,28 − 8,71 = 165,56
𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 ℎ
• Oxígeno:
1 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝑂𝑂52 = 𝐹𝐹𝑂𝑂42 − 𝐹𝐹𝑂𝑂2 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = 19,61 − · 8,71 = 15,25
2 ℎ
• Nitrógeno:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝑁𝑁52 = 𝐹𝐹𝑁𝑁42 = 73,76
ℎ
62
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• 1-naftol:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝐶𝐶510 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 𝐹𝐹𝐶𝐶310 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 + 𝐹𝐹𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 2,38 + 8,71 = 11,10
𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 ℎ
• Acetato de laurilo:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝐶𝐶514 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 = 𝐹𝐹𝐶𝐶314 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 = 1410,13
ℎ
63
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• Entalpía corriente 3:
𝑇𝑇 𝑇𝑇
𝐻𝐻3 = 𝐹𝐹𝐶𝐶310 𝐻𝐻8 · ∫𝑇𝑇 3 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿10 𝐻𝐻8 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝐶𝐶310 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 · ∫𝑇𝑇 3 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝐶𝐶314 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 ·
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
𝑇𝑇3
∫𝑇𝑇 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
3 𝑇𝑇 3 𝑇𝑇
𝐻𝐻3 = 174,28 · ∫298,15(29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 2,38 · ∫298,15(117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 +
3 𝑇𝑇
1410,13 · ∫298,15(156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
• Entalpía corriente 4:
𝑇𝑇 𝑇𝑇
𝐻𝐻4 = 𝐹𝐹𝑂𝑂42 · ∫𝑇𝑇 4 𝐶𝐶𝑝𝑝𝑂𝑂2 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝑁𝑁42 · ∫𝑇𝑇 4 𝐶𝐶𝑝𝑝𝑁𝑁2 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
𝐻𝐻4 = 0
𝑇𝑇 𝑇𝑇
𝐻𝐻3−4 = 𝐹𝐹𝐶𝐶3−4
10 𝐻𝐻8
· ∫𝑇𝑇 3−4 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿10𝐻𝐻8 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝐶𝐶3−4
10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
· ∫𝑇𝑇 3−4 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿10𝐻𝐻8 𝑂𝑂 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝐶𝐶3−4
14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2
·
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
𝑇𝑇3−4 𝑇𝑇 𝑇𝑇
∫𝑇𝑇 𝐶𝐶𝑝𝑝𝐶𝐶𝐿𝐿14𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝑂𝑂3−4
2
· ∫𝑇𝑇 3−4 𝐶𝐶𝑝𝑝𝑂𝑂2 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐹𝐹𝑁𝑁3−4
2
· ∫𝑇𝑇 3−4 𝐶𝐶𝑝𝑝𝑁𝑁2 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
313,15 313,15
𝐻𝐻3−4 = 174,28 · ∫298,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 2,38 · ∫298,15 (117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 +
313,15 313,15
1410,13 · ∫298,15 (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 19,61 · ∫298,15 (29,56 − 9,13 · 10−3 𝑇𝑇 +
64
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
313,15
3,86 · 10−5 𝑇𝑇 2 − 3,31 · 10−8 𝑇𝑇 3 + 9,02 · 10−12 · 𝑇𝑇 4 ) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 73,76 · ∫298,15 (29,44 −
𝑇𝑇3 = 40,10℃
1.2.3.2.2 Reacción
Para realizar el balance de energía se determinó en primer lugar la energía
liberada debido a la reacción haciendo uso de la Ecuación 4. Los datos necesarios
para ello son las entalpías de formación estándar, que se muestran en la siguiente
tabla [1]:
° °
∆𝐻𝐻𝑟𝑟° = ∑𝑛𝑛∆𝐻𝐻𝑓𝑓,𝑝𝑝 − ∑ 𝑛𝑛 ∆𝐻𝐻𝑓𝑓,𝑟𝑟
𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘
∆ℎ𝑟𝑟° = −95,4 − 151,06 = −246,46 = −2,46 · 105
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
65
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
∆𝐻𝐻1 = ∆𝐻𝐻𝐶𝐶3−4
10 𝐻𝐻8
+ ∆𝐻𝐻𝑂𝑂3−4
2
+ ∆𝐻𝐻𝑁𝑁3−4
2
+ ∆𝐻𝐻𝐶𝐶3−4
10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
+ ∆𝐻𝐻𝐶𝐶3−4
14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2
Ecuación 9
• Naftaleno:
298,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶3−4
10 𝐻𝐻8
= 174,28 · ∫313,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
∆𝐻𝐻𝐶𝐶3−4
10 𝐻𝐻8
= −4,99 · 105 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
• Oxígeno:
298,15
∆𝐻𝐻𝑂𝑂3−4
2
= 19,61 · ∫313,15 (29,56 − 9,13 · 10−3 𝑇𝑇 + 3,86 · 10−5 𝑇𝑇 2 − 3,31 ·
∆𝐻𝐻𝑂𝑂3−4
2
= −8,68 · 103 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
66
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• Nitrógeno:
298,15
∆𝐻𝐻𝑁𝑁3−4
2
= 73,76 · ∫313,15 (29,44 − 4,57 · 10−3 𝑇𝑇 + 1,33 · 10−5 𝑇𝑇 2 − 5,68 ·
∆𝐻𝐻𝑁𝑁3−4
2
= −3,22 · 104 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
• 1-naftol:
298,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶3−4
10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
= 2,38 · ∫313,15 (117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
∆𝐻𝐻𝐶𝐶3−4
10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
= −2,69 · 103 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
• Acetato de laurilo:
298,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶3−4
14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2
= 1410,13 · ∫313,15 (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
∆𝐻𝐻𝐶𝐶3−4
14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2
= −5,58 · 106 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
∆𝐻𝐻1 = −4,99 · 105 − 8,68 · 103 − 3,22 · 104 − 2,69 · 103 − 5,58 · 106
• Naftaleno:
313,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶510𝐻𝐻8 = 165,56 · ∫298,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
67
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• Oxígeno:
313,15
∆𝐻𝐻𝑂𝑂52 = 15,25 · ∫298,15 (29,56 − 9,13 · 10−3 𝑇𝑇 + 3,86 · 10−5 𝑇𝑇 2 − 3,31 ·
• Nitrógeno:
313,15
∆𝐻𝐻𝑁𝑁52 = 73,76 · ∫298,15 (29,44 − 4,57 · 10−3 𝑇𝑇 + 1,33 · 10−5 𝑇𝑇 2 − 5,68 ·
• 1-naftol:
313,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶510𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 11,10 · ∫298,15 (117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
• Acetato de laurilo:
313,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶514 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 = 1410,13 · � (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
298,15
∆𝐻𝐻2 = 4,74 · 105 + 6,75 · 103 + 3,22 · 104 + 1,25 · 104 + 5,58 · 106
∆𝐻𝐻2 = 6,10 · 106 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
68
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Este calor liberado por la reacción a 40°C es absorbido por los productos,
produciendo un aumento de la temperatura en los mismos. Por tanto, la
temperatura de la corriente 5 se determinó como:
Donde:
∆𝐻𝐻5 = ∆𝐻𝐻𝐶𝐶510𝐻𝐻8 + ∆𝐻𝐻𝑂𝑂52 + ∆𝐻𝐻𝑁𝑁52 + ∆𝐻𝐻𝐶𝐶510 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 + ∆𝐻𝐻𝐶𝐶514 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 Ecuación 12
• Oxígeno:
𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝑂𝑂52 = 15,25 · ∫313,15
5
(29,56 − 9,13 · 10−3 𝑇𝑇 + 3,86 · 10−5 𝑇𝑇 2 − 3,31 ·
• Nitrógeno:
𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝑁𝑁52 = 73,76 · ∫313,15
3
(29,44 − 4,57 · 10−3 𝑇𝑇 + 1,33 · 10−5 𝑇𝑇 2 − 5,68 ·
• 1-naftol:
𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝐶𝐶510𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 11,10 · ∫313,15
3
(117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
• Acetato de laurilo:
𝑇𝑇3
∆𝐻𝐻𝐶𝐶514 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 1410,13 · � (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
313,15
𝑇𝑇5 = 45,25℃
69
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
5 V-101
Por tanto, teniendo en cuenta que no hay reacción, el balance que se realizó
es el que se muestra a continuación:
70
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• Naftaleno:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝐶𝐶510 𝐻𝐻8 = 𝐹𝐹𝐶𝐶610 𝐻𝐻8 = 165,56
ℎ
• Oxígeno:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝑂𝑂52 = 𝐹𝐹𝑂𝑂72 = 15,25
ℎ
• Nitrógeno:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝑁𝑁52 = 𝐹𝐹𝑁𝑁72 = 73,76
ℎ
• 1-naftol:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝐶𝐶510 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 𝐹𝐹𝐶𝐶610 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 11,10
ℎ
• Acetato de laurilo:
𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐹𝐹𝐶𝐶514 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 = 𝐹𝐹𝐶𝐶614 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 = 1410,13
ℎ
𝐹𝐹6 = 𝐹𝐹𝐶𝐶610 𝐻𝐻8 + 𝐹𝐹𝐶𝐶610 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 + 𝐹𝐹𝐶𝐶614 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 165,56 + 11,10 + 1410,13 = 1586,79 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
71
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
8
6
P-101
72
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
73
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
21 20
8 9
E-101
𝐹𝐹8 = 𝐹𝐹9
𝐹𝐹20 = 𝐹𝐹21
74
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
DATOS DE PARTIDA
𝑻𝑻𝟖𝟖 45,25°C
𝑻𝑻𝟗𝟗 155°C
𝑻𝑻𝟐𝟐𝟐𝟐 175°C
Donde:
• Naftaleno:
428,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶810𝐻𝐻8 = 165,56 · ∫318,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
• 1-naftol:
428,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶810𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 11,10 · ∫318,15 (117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
• Acetato de laurilo:
428,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶814𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 1410,13 · ∫318,15 (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
75
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
107 𝑘𝑘𝑘𝑘
∆𝐻𝐻8 = 4,89 ·
ℎ
• Naftaleno:
𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝐶𝐶20
10 𝐻𝐻8
21
= 165,56 · ∫448,15(29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
• 1-naftol:
𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝐶𝐶20
10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
21
= 11,10 · ∫448,15(117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
• Acetato de laurilo:
𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝐶𝐶20
14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2
21
= 1410,13 · ∫448,15(156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑇𝑇21 = 67,7℃
76
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
9 10
E-102
mps
𝐹𝐹9 = 𝐹𝐹10
DATOS DE PARTIDA
𝑻𝑻𝟗𝟗 155°C
𝑻𝑻𝟏𝟏𝟏𝟏 221,7°C
𝑷𝑷𝟗𝟗 = 𝑷𝑷𝟏𝟏𝟏𝟏 209,1 kPa
𝑻𝑻𝟏𝟏𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 400°C
𝑻𝑻𝟐𝟐𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 180°C
𝑷𝑷𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 1000 kPa
77
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• Naftaleno:
𝐶𝐶 𝐻𝐻 𝑂𝑂 4
641,85 − 181,35 0,38
𝐿𝐿𝑣𝑣10 8 = 5,08 · 10 · � � = 3,58 · 104 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
641,85 − 279
• Acetato de laurilo:
𝜆𝜆𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑣𝑣 = 3,6 · 104 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘
78
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Donde:
• Naftaleno:
454,49 494,86
∆𝐻𝐻𝐶𝐶910𝐻𝐻8 = 165,56 �∫428,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 4,53 · 104 + ∫454,49 (−54,3 +
• 1-naftol:
454,49 494,86
∆𝐻𝐻𝐶𝐶910𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 11,10 · �∫428,15 (117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 3,58 · 104 + ∫454,49 (−46,84 +
• Acetato de laurilo:
454,49
∆𝐻𝐻𝐶𝐶914𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 1410,13 · �∫428,15 (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 5,56 · 104 +
494,86
∫454,49 (−31,28 + 0,888 𝑇𝑇 − 7,47 · 10−4 𝑇𝑇 2 + 3,61 · 10−7 𝑇𝑇 3 − 8,09 · 10−11 𝑇𝑇 4 ) 𝑑𝑑𝑑𝑑�
457,27
∆𝐻𝐻𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 · �∫673,15 (33,65 − 5,72 · 10−3 𝑇𝑇 + 2,32 · 10−5 𝑇𝑇 2 − 1,17 ·
453,1
10−8 𝑇𝑇 3 + 1,88 · 10−12 𝑇𝑇 4 ) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 5,56 · 104 + ∫457,27(−31,28 + 0,888 𝑇𝑇 − 7,47 ·
79
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Para que esta separación pueda tener lugar, es necesario que parte del
destilado y del condensado se recircule al equipo tras pasar por un condensador y
un reboiler respectivamente. El condensador emplea agua fría mientras que el
rerboiler emplea vapor de media presión.
14
E-104
12
11
cw 13
10 T-101
16
15
E-103 17
mps
80
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Por tanto, los valores con los que se realizó el balance de materia de la torre
T-101 son los que se muestran en la Tabla 47.
DATOS DE PARTIDA
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 2,12·104 kg/h
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 𝑶𝑶 1,60·103 kg/h
Corriente 10
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟐𝟐𝟐𝟐 𝑶𝑶𝟐𝟐 3,22·105 kg/h
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏 3,45·105 kg/h
Corriente 14 𝑿𝑿𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 𝑶𝑶 0,1%
𝑿𝑿𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 0,5%
𝑿𝑿𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 𝑶𝑶 99,5%
Corriente 17
𝑿𝑿𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟐𝟐𝟐𝟐 𝑶𝑶𝟐𝟐 0%
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏 1,26·103 kg/h
• 1-naftol:
𝐹𝐹𝐶𝐶10
10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
= 𝑋𝑋𝐶𝐶1410𝐻𝐻8 𝑂𝑂 · 𝐹𝐹14 + 𝑋𝑋𝐶𝐶1710 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 · 𝐹𝐹17
81
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• Naftaleno:
𝐹𝐹𝐶𝐶10
10 𝐻𝐻8
= 𝑋𝑋𝐶𝐶1410 𝐻𝐻8 · 𝐹𝐹14 + 𝑋𝑋𝐶𝐶1710 𝐻𝐻8 · 𝐹𝐹17
𝑋𝑋𝐶𝐶1410𝐻𝐻8 = 6,17%
• Acetato de laurilo:
𝐹𝐹𝐶𝐶10
14 𝐻𝐻28 𝑂𝑂2
= 𝑋𝑋𝐶𝐶1414 𝐻𝐻28𝑂𝑂2 · 𝐹𝐹14
Por tanto, los resultados del balance de materia realizado son los que
siguientes:
82
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Por otro lado, también se fijó una temperatura de las corrientes salida del
reboiler y del condensador, teniendo en cuenta que debe haber un cambio de fase.
Los flujos de las corrientes recirculadas se determinaron en el cálculo de la torre
(apartado 2.3.9.5 ).
DATOS DE PARTIDA
𝑻𝑻𝟏𝟏𝟏𝟏 180°C
𝑻𝑻𝟏𝟏𝟏𝟏 =𝑻𝑻𝟏𝟏𝟏𝟏 =𝑻𝑻𝟏𝟏𝟏𝟏 175°C
𝑷𝑷𝟏𝟏𝟏𝟏 =𝑷𝑷𝟏𝟏𝟏𝟏 =𝑷𝑷𝟏𝟏𝟏𝟏 =𝑷𝑷𝟏𝟏𝟏𝟏 203,46 kPa
𝑻𝑻𝟏𝟏𝟏𝟏 =𝑻𝑻𝟏𝟏𝟏𝟏 360,52 kPa
𝑻𝑻𝟏𝟏𝟏𝟏 400°C
𝑷𝑷𝟏𝟏𝟏𝟏 =𝑷𝑷𝟏𝟏𝟏𝟏 =𝑷𝑷𝟏𝟏𝟏𝟏 226,56 kPa
𝑻𝑻𝟏𝟏𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 400°C
𝑻𝑻𝟐𝟐𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 370°C
𝑷𝑷𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 1000 kPa
𝑻𝑻𝟏𝟏𝒄𝒄𝒄𝒄 30°C
𝑻𝑻𝟐𝟐𝒄𝒄𝒄𝒄 40°C
𝐅𝐅𝟏𝟏𝟏𝟏 =𝐅𝐅𝟏𝟏𝟏𝟏 5,09 kmol/h
DATOS DE PARTIDA
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 261,65 kmol/h
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 𝑶𝑶 3,77 kmol/h
Corriente 11
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟐𝟐𝟐𝟐 𝑶𝑶𝟐𝟐 2229,16 kmol/h
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏 2494,58 kmol/h
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 0,03 kmol/h
Corriente 15 𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 𝑶𝑶 5,09 kmol/h
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏 5,09 kmol/h
83
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
1.2.8.2.1 Reboiler
Para plantear el balance del reboiler se tuvo en cuenta que la corriente que
se obtiene por la cola de la columna se encuentra a la temperatura a la que se
produce el cambio de fase (360,52°C). De esta forma, se calienta hasta 370°C previo
a introducirse a la torre de forma que se asegure que se encuentra en estado vapor.
• Naftaleno:
Donde:
• Naftaleno:
638,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1510𝐻𝐻8 = 0,03 · �3,17 · 104 + ∫633,67 (−54,3 + 0,79 𝑇𝑇 − 5,84 · 10−4 𝑇𝑇 2 + 2,04 ·
• 1-naftol:
638,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1510𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 11,10 · �4,61 · 104 + ∫633,67 (−46,84 + 0,862 𝑇𝑇 − 7,54 · 10−4 𝑇𝑇 2 +
84
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑘𝑘𝑘𝑘
∆𝐻𝐻9 = 2,4 · 105
ℎ
643,15
∆𝐻𝐻𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 · ∫673,15 (33,65 − 5,72 · 10−3 𝑇𝑇 + 2,32 · 10−5 𝑇𝑇 2 − 1,17 ·
1.2.8.2.2 Condensador
En el caso del condensador, la corriente que se obtiene por la cabeza de la
torre se encuentra a la temperatura de condensación (180°C) por lo que se enfriará
hasta 175°C para asegurar que toda la corriente se encuentra en estado líquido. Por
este motivo, al igual que en el caso del reboiler, se calculó previamente el calor
latente de condensación, sabiendo que:
• Naftaleno:
𝐶𝐶 𝐻𝐻 4
475,2 − 180 0,38
𝐿𝐿𝑐𝑐10 8 = −4,31 · 10 · � � = −4,54 · 104 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
475,2 − 218
• 1-naftol:
𝐶𝐶 𝐻𝐻 𝑂𝑂 4
641,85 − 180 0,38
𝐿𝐿𝑐𝑐10 8 = −5,08 · 10 · � � = −3,6 · 104 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
641,85 − 279
• Acetato de laurilo:
85
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Donde:
• Naftaleno:
448,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1110𝐻𝐻8 = 261,65 �−4,54 · 104 + ∫453,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑�
• 1-naftol:
448,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1110𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 3,77 · �−3,6 · 104 + ∫453,15 (117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑�
• Acetato de laurilo:
448,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1114𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 2229,16 · �−5,56 · 104 + ∫453,15 (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑�
86
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
457,27
∆𝐻𝐻𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝐹𝐹𝑐𝑐𝑐𝑐 · ∫673,15 (−31,28 + 0,888 𝑇𝑇 − 7,47 · 10−4 𝑇𝑇 2 + 3,61 · 10−7 𝑇𝑇 3 −
o Naftaleno
454,49 𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1010𝐻𝐻8 = 165,56 · �∫298,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 4,53 · 104 + ∫454,49
10
(−54,3 +
𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1010𝐻𝐻8 = 1,34 · 1013 + 165,56 · ∫454,49
10
(−54,3 + 0,79 𝑇𝑇 − 5,84 · 10−4 𝑇𝑇 2 + 2,04 ·
o 1-naftol
454,49 𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1010𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 11,10 · �∫298,15 (117 + 0,3446 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 3,58 · 104 + ∫454,49
10
(−46,84 +
87
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1010𝐻𝐻8 𝑂𝑂 = 1,17 · 106 + 11,10 · ∫454,49
10
(−46,84 + 0,862 𝑇𝑇 − 7,54 · 10−4 𝑇𝑇 2 + 3,34 ·
o Acetato de laurilo
454,49
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1014𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 1410,13 · �∫298,15 (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 5,56 · 104 +
𝑇𝑇
∫454,49(−31,28 + 0,888 𝑇𝑇 − 7,47 · 10−4 𝑇𝑇 2 + 3,61 · 10−7 𝑇𝑇 3 − 8,09 · 10−11 𝑇𝑇 4 ) 𝑑𝑑𝑇𝑇�
10
𝑇𝑇
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1014𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 1,33 · 108 + 1410,13 · ∫454,49
10
(−31,28 + 0,888 𝑇𝑇 − 7,47 · 10−4 𝑇𝑇 2 +
448,15 448,15
𝐻𝐻14 = 165,52 · ∫298,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 2,38 · ∫298,15 (117 + 0,3446 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 +
448,15
1410,13 · ∫298,15 (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
633,67 448,15
𝐻𝐻17 = 0,05 · ∫298,15 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 8,71 · ∫298,15 (117 + 0,3446 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑇𝑇10 = 221,71℃
88
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
20 14
VLV-101
89
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
22 21
E-105
cw
𝐹𝐹21 = 𝐹𝐹22
90
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Donde:
• Naftaleno:
313,31
∆𝐻𝐻𝐶𝐶21
10 𝐻𝐻8
= 165,52 · ∫340,86 (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
∆𝐻𝐻𝐶𝐶21
10 𝐻𝐻8
= −9,22 · 105 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
• 1-naftol:
313,31
∆𝐻𝐻𝐶𝐶21
10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
= 2,38 · ∫340,86 (117 + 0,3446𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
∆𝐻𝐻𝐶𝐶21
10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
= −1,51 · 104 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
• Acetato de laurilo:
313,31
∆𝐻𝐻𝐶𝐶914𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 1410,13 · ∫340,86 (156,5 + 0,3505 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑
438,15
∆𝐻𝐻𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝐹𝐹𝑐𝑐𝑐𝑐 · ∫328,15 (−31,28 + 0,888 𝑇𝑇 − 7,47 · 10−4 𝑇𝑇 2 + 3,61 · 10−7 𝑇𝑇 3 −
91
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
17 18
VLV-102
92
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
18
B-101
19
93
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Además, se tuvo que tener en cuenta que se producía un cambio de fase (de
líquido a sólido), siendo los calores latentes de solidificación los siguientes:
𝒌𝒌𝒌𝒌
𝑳𝑳𝒇𝒇 � � 𝑻𝑻𝒃𝒃 (℃)
𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌
C10H8 1,92+04 80,26
C10H8O 1,57+04 95
Por tanto, las capacidades caloríficas del naftaleno y del 1-naftol en estado
sólido se calcularon como:
94
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• Nafaleno:
353,41
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1810𝐻𝐻8 = � (29,8 + 0,5275 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 − 1,92 · 104 + 151,8 · (25 − 80,26)
633,67
𝑘𝑘𝑘𝑘
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1810 𝐻𝐻8 = −5,364 · 103
ℎ
• 1-naftol:
368,15
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1810 𝐻𝐻8 𝑂𝑂 =� (117 + 0,3446 𝑇𝑇) 𝑑𝑑𝑑𝑑 − 1,57 · 104 + 151,8 · (25 − 95)
633,67
𝑘𝑘𝑘𝑘
∆𝐻𝐻𝐶𝐶1810 𝐻𝐻8 = −9,1 · 105
ℎ
95
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
2.1 INTRODUCCIÓN
96
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Siendo:
𝐿𝐿 = 𝐷𝐷
𝑟𝑟 = 0,06 𝐿𝐿
97
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑃𝑃 · 𝐷𝐷 Ecuación 27
𝑡𝑡 = + 𝐶𝐶1 + 𝐶𝐶2
2 · 𝑆𝑆 · 𝐸𝐸 − 1,2 · 𝑃𝑃
Siendo:
0,885 · 𝑃𝑃 · 𝐿𝐿 Ecuación 28
𝑡𝑡 = + 𝐶𝐶1 + 𝐶𝐶2
𝑆𝑆 · 𝐸𝐸 − 0,1 · 𝑃𝑃
Siendo C1 y C2 determinadas de la misma forma que en el apartado anterior.
98
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Señalar que el silo debe estar sujeto por la correspondiente estructura que
permita una aireación adecuada y que sea capaz de soportar la presión debido a la
carga que se encuentra en el interior del equipo.
𝑭𝑭𝟏𝟏𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖
Flujo (kg/h) 1,12·103
Densidad (kg/m3) 1160
𝑘𝑘𝑘𝑘 1 𝑚𝑚3 24 ℎ
𝑉𝑉 = 1,12 · 103 · · · 3 𝑑𝑑í𝑎𝑎𝑎𝑎 = 69,72 𝑚𝑚3
ℎ 1160 𝑘𝑘𝑘𝑘 1 𝑑𝑑í𝑎𝑎
99
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• 𝑑𝑑 = 0,2 𝑚𝑚
• 𝛼𝛼 = 25°
• 𝛽𝛽 = 30°
𝐷𝐷
𝐻𝐻1 = · tan 𝛼𝛼 = 0,233 · 𝐷𝐷
2
𝐷𝐷 − 𝑑𝑑 𝐷𝐷 − 0,2 𝐷𝐷 − 0,2
𝐻𝐻3 = = =
𝛽𝛽 30 1,155
2 tan � 2 � 2 tan � 2 �
𝐷𝐷 − 0,2
0,233 · 𝐷𝐷 + 𝐻𝐻2 + Ecuación 29
1,155
2=
𝐷𝐷
100
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Por otro lado, se calculó el volumen relativo a cada uno de los tramos en
función del diámetro:
𝜋𝜋 𝜋𝜋
𝑉𝑉1 = · 𝐷𝐷2 · 𝐻𝐻1 = · 𝐷𝐷2 · 0,233 · 𝐷𝐷 = 0,061 · 𝐷𝐷3
12 12
𝜋𝜋 · 𝐷𝐷2
𝑉𝑉2 = · 𝐻𝐻2 = 0,785 · 𝐷𝐷2 · 𝐻𝐻2
4
76,69 = 0,061 · 𝐷𝐷3 + 0,785 · 𝐷𝐷2 · 𝐻𝐻2 + 0,227 · (𝐷𝐷3 − 0,23 ) Ecuación 30
101
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
3,04 · 4210
𝐶𝐶2 = 0,1 · � + 1� = 0,40 𝑚𝑚𝑚𝑚
2 · 2500 · 0,85 − 1,2 · 3,04
3,04 · 4210
𝑡𝑡 = + 1 + 0,40 = 4,42 𝑚𝑚𝑚𝑚
2 · 2500 · 0,85 − 1,2 · 3,04
𝑘𝑘𝑘𝑘 1 𝑚𝑚3 1ℎ
𝑉𝑉𝑙𝑙 = 3,22 · 105 · · · 5 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 31,02 𝑚𝑚3
ℎ 865 𝑘𝑘𝑘𝑘 60 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
102
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝜋𝜋 · 𝐷𝐷𝑡𝑡2 𝜋𝜋 · 3,62
𝑉𝑉𝑑𝑑 = · 𝐻𝐻 = · 3,6 = 36,64 𝑚𝑚3
4 4
𝐻𝐻 3,6
𝐻𝐻𝑇𝑇 = = = 4,8 𝑚𝑚
0,75 0,75
Donde:
103
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
RELACIONES DE DISEÑO
𝑫𝑫𝒂𝒂 𝐽𝐽 𝐿𝐿� = 1�
�𝑫𝑫 = 𝟏𝟏�𝟑𝟑 �𝐷𝐷 = 1�12 𝐷𝐷𝑎𝑎 4
𝒕𝒕 𝑡𝑡
𝑯𝑯� = 𝟏𝟏 𝐸𝐸� = 1 𝑓𝑓
𝑫𝑫𝒕𝒕 𝐷𝐷𝑎𝑎 �𝐷𝐷 = 0,02
𝑡𝑡
PARÁMETROS DE DISEÑO
𝑫𝑫𝒕𝒕 3,6 m
𝑯𝑯 3,6 m
𝑫𝑫𝒂𝒂 1,2 m
𝑾𝑾 0,24 m
𝑬𝑬 1,2 m
𝑳𝑳 0,3 m
𝑱𝑱 0,3 m
𝒇𝒇 0,072 m
104
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑁𝑁 · 𝐷𝐷𝑎𝑎2 · 𝜌𝜌 Ecuación 31
Re =
𝜇𝜇
Donde:
50
· 1,22 · 865
Re = 60 = 1,29 · 106
8,06 · 10−4
105
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
P = NP · 𝑁𝑁 3 · 𝐷𝐷𝑎𝑎5 · 𝜌𝜌 Ecuación 32
Siendo:
• 𝑃𝑃, la potencia.
• 𝑁𝑁𝑃𝑃 , el número de potencia.
503
P = 6· · 1,25 · 865 = 7473 𝑊𝑊 = 7,47𝑘𝑘𝑘𝑘
60
Donde, considerando una eficiencia del motor del 70% y unas pérdidas por
fricción del 35% se concluyó:
7,47 · 1,35
𝑃𝑃 = = 14,41 𝑘𝑘𝑘𝑘
0,7
106
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
107
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Por otro lado, para que la reacción tenga lugar es necesario que se emplee un
catalizador biológico formado por bacterias Escherichia Coli en presencia de una
proteína: tolueno ortomonoxigenasa modificado, también conocido como TOM-
Green. De esta forma, la reacción ocurre en la interfase entre el fluido y el sólido, por
lo que el área interfacial debe ser grande para conseguir una velocidad de reacción
significativa. Para conseguir esta área interfacial, el catalizador debe tener una
estructura interna porosa.
108
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝜋𝜋 · 𝐷𝐷2 𝜋𝜋 · 92
𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = · 𝐻𝐻 = · 10,8 = 687,07 𝑚𝑚3
4 4
746,04
𝑉𝑉𝑇𝑇 = = 678,21 𝑚𝑚3
1,1
109
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
DENSIDADES
40°C 1,25 kg/m3
Oxígeno
45,25°C 1,23 kg/m3
40°C 1,09 kg/m3
Nitrógeno
45,25°C 1,07 kg/m3
Acetato de laurilo 865 kg/m3
• Oxígeno:
𝑘𝑘𝑘𝑘 1 𝑚𝑚3
𝑄𝑄𝑂𝑂2 = 6,27 · 102 · = 5,04 · 102 𝑚𝑚3 /ℎ
ℎ 1,25 𝑘𝑘𝑘𝑘
• Nitrógeno:
𝑘𝑘𝑘𝑘 1 𝑚𝑚3
𝑄𝑄𝑁𝑁2 = 2,07 · 103 · = 1,89 · 103 𝑚𝑚3 /ℎ
ℎ 1,09 𝑘𝑘𝑘𝑘
• Acetato de laurilo:
𝑘𝑘𝑘𝑘 1 𝑚𝑚3
𝑄𝑄𝐶𝐶14𝐻𝐻28 𝑂𝑂2 = 3,22 · 105 · = 3,72 · 102 𝑚𝑚3 /ℎ
ℎ 865 𝑘𝑘𝑘𝑘
Por tanto:
𝑄𝑄𝑒𝑒 = 5,04 · 102 + 1,89 · 103 + 3,72 · 102 = 2,77 · 103 𝑚𝑚3 /ℎ
Del mismo modo, para calcular el caudal de salida, se recalculó los caudales
de los compuestos gaseosos debido a que la densidad variaba al hacerlo la
temperatura.
• Oxígeno:
𝑘𝑘𝑔𝑔 1 𝑚𝑚3
2
𝑄𝑄𝑂𝑂2 = 4,88 · 10 · = 3,98 · 102 𝑚𝑚3 /ℎ
ℎ 1,23 𝑘𝑘𝑘𝑘
110
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• Nitrógeno:
𝑘𝑘𝑘𝑘 1 𝑚𝑚3
3
𝑄𝑄𝑁𝑁2 = 2,07 · 10 · = 1,93 · 103 𝑚𝑚3 /ℎ
ℎ 1,07 𝑘𝑘𝑘𝑘
Por tanto:
𝑄𝑄𝑠𝑠 = 3,98 · 102 + 1,93 · 103 + 3,72 · 102 = 2,70 · 103 𝑚𝑚3 /ℎ
𝑚𝑚3 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 3
𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 62,92 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 1 𝑚𝑚3 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝.
= 2,47 · 10 · ·
𝑚𝑚3 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 1 𝑚𝑚3 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟. 1300 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝.
𝑚𝑚3 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
= 0,12
𝑚𝑚3 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
111
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑉𝑉𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝. 1
𝑉𝑉𝑇𝑇 = 𝑉𝑉𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟. + 𝑉𝑉𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝. = + 𝑉𝑉𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝. = � + 1� 𝑉𝑉𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝.
0,12 0,12
𝑉𝑉𝑇𝑇 678,21
𝑉𝑉𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝. = = = 72,40 𝑚𝑚3
1 1
0,12 + 1 0,12 + 1
𝑉𝑉𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟. 605,82
𝑡𝑡𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 = = = 0,219 ℎ
𝑄𝑄𝑒𝑒 2,77 · 103
𝑉𝑉𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟. 605,82
𝑡𝑡𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 = = = 0,225 ℎ
𝑄𝑄𝑠𝑠 2,70 · 103
112
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
3,04 · 9000
𝐶𝐶2 = 0,1 · � + 1� = 0,74 𝑚𝑚𝑚𝑚
2 · 2500 · 0,85 − 1,2 · 3,04
3,04 · 9000
𝑡𝑡 = + 1 + 0,74 = 8,19 𝑚𝑚𝑚𝑚
2 · 2500 · 0,85 − 1,2 · 3,04
𝐿𝐿 = 𝐷𝐷 = 9000 𝑚𝑚𝑚𝑚
Teniendo en cuenta que los tres separadores son iguales, se detalla el cálculo
de uno de ellos. Como datos de partida se tienen los resultados propios al balance
de materia de este equipo, que son:
114
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Líquido Gas
Flujo (kg/h) 1,07·105 8,51·102
Densidad (kg/m3) 865 1,10
Donde:
Donde se obtuvo:
865 − 1,10
𝑢𝑢𝑡𝑡 = 0,07 � = 1,96 𝑚𝑚/𝑠𝑠
1,10
• Líquido:
𝑘𝑘𝑘𝑘 1 𝑚𝑚3 1ℎ
𝑄𝑄𝑙𝑙 = 1,07 · 105 · · = 3,45 · 10−2 𝑚𝑚3 /𝑠𝑠
ℎ 865 𝑘𝑘𝑘𝑘 3600 𝑠𝑠
• Gas:
𝑘𝑘𝑘𝑘 1 𝑚𝑚3 1ℎ
𝑄𝑄𝑣𝑣 = 8,51 · 102 · · = 2,15 · 10−1 𝑚𝑚3 /𝑠𝑠
ℎ 1,1 𝑘𝑘𝑘𝑘 3600 𝑠𝑠
115
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝐿𝐿 𝐿𝐿/𝐷𝐷 · 𝐷𝐷 3 · 𝐷𝐷
𝑡𝑡𝑣𝑣 = = −2
= −2
= 5,490 · 𝐷𝐷3
𝑢𝑢𝑣𝑣 0,546 · 𝐷𝐷 0,546 · 𝐷𝐷
ℎ𝑣𝑣 0,5 · 𝐷𝐷
𝑡𝑡𝑠𝑠 = = = 1,701 · 𝐷𝐷
𝑢𝑢𝑠𝑠 0,29
1,701
5,490 · 𝐷𝐷3 = 1,701 · 𝐷𝐷 → 𝐷𝐷 = � = 0,56 𝑚𝑚
5,490
𝐿𝐿 = 3 · 𝐷𝐷 = 3 · 0,56 = 1,67 𝑚𝑚
3
𝜋𝜋 · 𝐷𝐷2
𝑉𝑉𝑙𝑙 = 𝐴𝐴𝑙𝑙 · 𝐿𝐿 + 0,08089 · 𝐷𝐷 = 0,5 · · 𝐿𝐿 + 0,08089 · 𝐷𝐷3
4
𝜋𝜋 · 0,562
𝑉𝑉𝑙𝑙 = 0,5 · · 1,67 + 0,08089 · 0,563 = 0,22 𝑚𝑚3
4
116
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑉𝑉𝑙𝑙 0,22
𝑡𝑡𝑙𝑙 = = = 6,30 𝑠𝑠 = 0,11 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑄𝑄𝑙𝑙 3,45 · 10−2
El tiempo de retención obtenido fue de 0,11 minutos. Este valor está bastante
por debajo del tiempo recomendado para este tipo de equipos, que suele situarse
alrededor de 10 minutos. Debido a esto, se multiplicaron las dimensiones obtenidas
en el apartado anterior por el siguiente factor de mayoración.
3 10
𝑓𝑓 = � = 4,57
0,11
117
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝐻𝐻 · 𝑔𝑔 · 𝜌𝜌𝑚𝑚 · 𝑄𝑄 Ecuación 34
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 =
𝜂𝜂
Siendo:
∆𝑃𝑃 Ecuación 36
𝐻𝐻 =
𝜌𝜌𝑎𝑎 · 𝑔𝑔
Donde:
118
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Para seleccionar qué corriente debe circular por la carcasa y qué corriente
debe circular por los tubos se deben tener en consideración los siguientes principios
[7]:
• El fluido que tenga una mayor presión y/o temperatura debe circular por los
tubos.
• El fluido más corrosivo debe circular por los tubos.
• El fluido que más ensucie debe circular por los tubos.
119
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Por otro lado, una vez seleccionado que fluido circula por cada parte del
intercambiador, se debe elegir el número de pasos por tubo. En este caso, se ha
elegido 4 paso por carcasa y 8 pasos por tubo.
Fluidos a través de
tubos T20=175,00 °C
Fluido a través de
carcasa
T9=155,00 °C
T21=67,71°C
T8=45,25 °C
1 2
120
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝐹𝐹𝑇𝑇 ≈ 0,8
121
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
INTERCAMBIADOR E-101
Diámetro interno (di) 25 mm
Espesor (e) 2 mm
Diámetro externo (d0) 29 mm
Longitud 9m
Distribución Triangular
Donde:
122
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
1
𝑈𝑈0 =
𝑑𝑑
𝑑𝑑0 · ln 0
𝑑𝑑𝑖𝑖 1
ℎ𝑖𝑖 + 𝑟𝑟𝑖𝑖 + 𝑟𝑟0 +
2 · 𝑘𝑘𝑚𝑚 ℎ0
Siendo:
En este caso, por simplificación, puesto que se conocen los dos compuestos
que intervienen en el intercambiador E-101(mezclas de naftaleno, 1-naftol y acetato
de lurilo), se consultó en tablas el valor del coeficiente global de transferencia de
calor (120 Btu/ft2 °F·h, o lo que es lo mismo 681,48 W/m2·°C) [9].
123
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝐴𝐴0
𝑁𝑁𝑡𝑡 = Ecuación 41
𝜋𝜋 · 𝑑𝑑0 · 𝐿𝐿
1174,62
𝑁𝑁𝑡𝑡 = ≈ 1433 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
𝜋𝜋 · 29 · 10−3 · 9
587,31
𝑁𝑁𝑡𝑡 = ≈ 717 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
𝜋𝜋 · 29 · 10−3 · 9
1
𝑁𝑁𝑡𝑡 𝑛𝑛1
𝐷𝐷𝑏𝑏 = 𝑑𝑑0 � � Ecuación 42
𝐾𝐾𝑡𝑡
Donde:
124
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Pitch triangular
Número de
1 2 4 6 8
pasos
Kt 0,319 0,249 0,175 0,0743 0,0365
n1 2,142 2,207 2,285 2,499 2,675
Pitch cuadrado
Número de
1 2 4 6 8
pasos
Kt 0,215 0,156 0.158 0,0402 0,031
n1 2,207 2,291 2,263 2,617 2,643
1
717 2,675
𝐷𝐷𝑏𝑏 = 0,029 � � = 1,17 𝑚𝑚
0,0365
125
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
9000
𝑁𝑁º 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = ≈ 8 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
1187,41
126
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
DATOS DE PARTIDA
𝑭𝑭𝟗𝟗 1586,79 kmol/h
𝑻𝑻𝟗𝟗 155 °C
𝑻𝑻𝟏𝟏𝟏𝟏 221,71 °C
𝑭𝑭𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 47,8 kmol/h
127
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑻𝑻𝟏𝟏𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 400 °C
𝑻𝑻𝟐𝟐𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 180 °C
Q 8,76·107 kJ/h
U 851,85 W/m2K
Fluidos a través de
tubos T1mps=400,0 °C
Fluido a través de
carcasa
T2mps=180,0 °C
T10=221,71 °C
T9=155,0 °C
1 2
128
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Di tubos 25 mm
L tubos 9m
Número de tubos 513
Diámetro de bancada 0,95 m
Diámetro carcasa 0,97 m
Espacio entre deflectores 388,77 mm
Espacio entre pantallas 0,97 m
Número de pantallas 10
129
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Para poder escoger los componentes claves del sistema, primero se debe
conocer la temperatura de ebullición de cada compuesto, así como la temperatura
crítica:
130
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
131
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Por tanto, la presión de la cabeza será de 2,01 atm y la presión del fondo de
2,24 atm.
𝑃𝑃𝑖𝑖0 Ecuación 45
𝐾𝐾𝑖𝑖 =
𝑃𝑃
Además, puesto que:
𝑦𝑦𝑖𝑖𝑖𝑖 Ecuación 46
𝐾𝐾𝑖𝑖 =
𝑥𝑥𝑖𝑖𝑖𝑖
Se puede determinar la composición de la fase vapor en cada corriente.
Compuesto x 𝑷𝑷𝟎𝟎 K y
C10H8 0,1049 38,93 0,19 2,01·10-2
C10H8O 0,0015 33,36 0,16 2,48·10-4
C14H28O2 0,8936 223,05 1,10 0,98
132
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Compuesto x 𝑷𝑷𝟎𝟎 K Y
C10H8 0,0056 1153,24 5,09 2,86·10-2
C10H8O 0,9944 221,32 0,98 0,97
𝑦𝑦 𝑥𝑥
log ��𝑥𝑥𝐷𝐷,𝐿𝐿𝐿𝐿 � · �𝑦𝑦𝑅𝑅,𝐻𝐻𝐻𝐻 ��
𝑅𝑅,𝐿𝐿𝐿𝐿 𝐷𝐷,𝐻𝐻𝐻𝐻
𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = Ecuación 47
log 𝛼𝛼𝑖𝑖,𝑗𝑗
Siendo:
• R, el fondo de la columna.
• D, la cabeza de la columna
• 𝛼𝛼, la volatilidad, que se determina mediante la siguiente expresión:
A su vez:
Por tanto:
𝐾𝐾𝑖𝑖
𝛼𝛼𝑖𝑖 =
𝐾𝐾𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂
Tal y como se muestra en la Tabla 82, el valor de 𝜃𝜃 que cumple con esta
ecuación es 𝜃𝜃 = 1,0039.
134
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑅𝑅
= 1,4 → 𝑅𝑅 = 1,4 · 0,4149 = 0,5808
𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐺𝐺 + 𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 Ecuación 51
𝑁𝑁 = −
𝐺𝐺 − 1
135
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
0,549 + 11
𝑁𝑁 = − ≈ 26 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒
0,549 − 1
2 0,206
𝑁𝑁𝑅𝑅 𝑥𝑥𝐻𝐻𝐻𝐻,𝐹𝐹 𝑥𝑥𝐿𝐿𝐿𝐿,𝐵𝐵 𝐵𝐵 Ecuación 53
= �� �� � � ��
𝑁𝑁𝑆𝑆 𝑥𝑥𝐿𝐿𝐿𝐿,𝐹𝐹 𝑥𝑥𝐻𝐻𝐻𝐻,𝐷𝐷 𝐷𝐷
Siendo:
0,206
𝑁𝑁𝑅𝑅 0,0070 0,0056 2 8,76
= �� �� � � �� = 0,338
𝑁𝑁𝑆𝑆 0,1043 0,0015 1578,03
𝑁𝑁𝑅𝑅 + 𝑁𝑁𝑆𝑆 = 26
𝑁𝑁𝑅𝑅 26
+1=
𝑁𝑁𝑆𝑆 𝑁𝑁𝑆𝑆
26
𝑁𝑁𝑆𝑆 = = 19,43
0,338 + 1
136
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Donde:
𝑦𝑦 0,1049
𝛼𝛼𝑎𝑎 (𝐶𝐶10 𝐻𝐻8 𝑂𝑂) = = = 18,66
𝑥𝑥 0,0056
𝑁𝑁 − 1 26 − 1
𝑁𝑁𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = = = 32,15 ≈ 33 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
𝐸𝐸0 0,78
137
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑁𝑁𝑅𝑅 32,15
+1=
𝑁𝑁𝑆𝑆 𝑁𝑁𝑆𝑆
32,15
𝑁𝑁𝑆𝑆 = = 24,03
0,338 + 1
Donde:
Por tanto:
138
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Donde:
2
865 − 11,61 1/2
𝑢𝑢𝑣𝑣 = (−0,171 · 0,6 + 0,27 · 0,6 − 0,047) � � = 0,458 𝑚𝑚/𝑠𝑠
11,61
3,22 · 105
4 · 𝑉𝑉𝑣𝑣 4 ·
𝐷𝐷 = � = � 3600 = 4,63 𝑚𝑚
𝜋𝜋 · 𝜌𝜌𝑣𝑣 · 𝑢𝑢𝑣𝑣 𝜋𝜋 · 11,61 · 0,458
139
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
140
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
En este caso, recirculado circulará por el interior de los tubos puesto que es
el fluido que más ensucia, habiéndose seleccionado 2 pasos por tubos y 1 paso por
carcasa. Para determinar el factor de corrección del incremento de temperatura
logarítmico, se consultó la gráfica correspondiente a dicha configuración,
obteniéndose de la misma fuente bibliográfica que la Figura 27.
DATOS DE PARTIDA
𝑭𝑭𝟐𝟐𝟐𝟐 1578,03 kmol/h
𝑻𝑻𝟐𝟐𝟐𝟐 67,71 °C
𝑻𝑻𝟐𝟐𝟐𝟐 40,16 °C
𝑭𝑭𝒄𝒄𝒄𝒄 15247,75 kmol/h
𝑻𝑻𝟏𝟏𝒄𝒄𝒄𝒄 30 °C
𝑻𝑻𝟐𝟐𝒄𝒄𝒄𝒄 40 °C
Q 1,15·107 kJ/h
U 851,85 W/m2K
Fluidos a través de
tubos
T21=67,71 °C
Fluido a través de
carcasa
T22=40,16 °C
T2cw=40,0 °C
T1cw=30,0 °C
1 2
141
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
143
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 𝑭𝑭𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑪𝑪𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝟖𝟖 𝑶𝑶
Por último, el cálculo del espesor del silo TK-102 fue resulto mediante la
aplicación del código ASME. Para este equipo, se optó por emplear acero al carbono
para su construcción. De este modo, se obtuvo el siguiente resultado:
144
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝐶𝐶 = 1,218 𝐹𝐹𝑀𝑀 exp[11,662 − 0,6104 (ln 𝑉𝑉) + 0,04536 (ln 𝑉𝑉)2 ] Ecuación 57
Siendo:
• V, el volumen en galones.
• 𝐹𝐹𝑀𝑀 , el factor de material que en el caso del acero al carbono se estima
en 2,7.
145
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Equipo C (€)
F-101 6.899,00
146
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Donde:
Donde:
147
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝐶𝐶($) = 1,218 · �𝑓𝑓1 𝐶𝐶𝑏𝑏 + 𝑁𝑁𝑓𝑓2 𝑓𝑓3 𝑓𝑓4 𝐶𝐶𝑇𝑇 + 𝐶𝐶𝑝𝑝1 � Ecuación 61
Donde:
𝐿𝐿 𝑇𝑇𝑏𝑏
𝐶𝐶𝐵𝐵 = 1,218 exp[7,123 + 0,1478 (ln 𝑊𝑊) + 0,02488 (ln 𝑊𝑊)2 + 0,01580 � � ln � �
𝐷𝐷 𝑇𝑇𝐷𝐷
148
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
• t, es el espesor de la torre.
• N, es el número de platos.
• 𝑓𝑓, son unos factores que depende del tipo de material. Para el acero
inoxidable AISI 316, estos factores son:
o 𝑓𝑓1 = 2,1
o 𝑓𝑓2 = 1,189 + 0,0577 𝐷𝐷
o 𝑓𝑓3 = 0,95
o 𝑓𝑓4 = 2,25/(10414)𝑁𝑁
Equipo C (€)
V-101 9.780
V-102 9.780
149
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
1$ = 0,843€
Año de
Equipo Unidades C (€)
referencia
TK-101 1 2006 65.446,30
M-101 1 2006 9.707,04
F-101 1 2017 5.814,82
R-101 9 2006 159.806,50
V-101 3 2006 55.700,59
P-101 2 2006 55.673,91
E-101 2 2006 245.417,70
E-102 1 2006 171.337,09
T-101 1 2006 473.026,73
VLV-101 1 2017 9.780,00
E-105 1 2006 101.313,52
VLV-102 1 2017 9.780,00
B-101 1 2006 253.934,38
TK-102 1 2006 68.919,09
150
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝐼𝐼 Ecuación 63
𝐶𝐶 = 𝐶𝐶𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 · � �
𝐼𝐼𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
Donde:
151
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
ÍTEM CTE
Equipos principales,
SÓLIDOS-
coste total de FLUIDOS SÓLIDOS
FLUIDOS
adquisición
f1: montaje de los
0,3 0,5 0,6
equipos
f2: tuberías 0,8 0,6 0,2
f3: instrumentación y
0,3 0,3 0,2
control
f4: instalación eléctrica 0,2 0,2 0,15
f5: ingeniería civil 0,3 0,3 0,2
f6: edificios y
0,2 0,2 0,1
estructuras
f7: revestimiento y
0,1 0,1 0,05
pintura
f8: offsites 0,3 0,4 0,4
f9: ingeniería y diseño 0,3 0,25 0,2
f10: contingencias 0,1 0,1 0,1
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 · (1 + 𝑓𝑓1 + 𝑓𝑓2 + 𝑓𝑓3 + 𝑓𝑓4 + 𝑓𝑓5 + 𝑓𝑓6 + 𝑓𝑓7 ) Ecuación 64
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 = 12.262.603,26 €
152
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
153
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
3.2.1.1 Electricidad
Aquellos equipos de la planta que demandan electricidad directamente se
tratan del mezclador M-101 y la bomba P-101. El consumo de cada uno de ellos se
muestra en la Tabla 103.
Equipo Potencia
M-101 14,41 𝑘𝑘𝑘𝑘
P-101 14,85 𝑘𝑘𝑘𝑘
154
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
4,18 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐸𝐸 = 1000 𝑘𝑘𝑘𝑘 · · 10℃ = 41800 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
1 𝑘𝑘𝑘𝑘 · ℃
1 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 41800 𝑘𝑘𝑘𝑘 · = 17,29 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
2417 𝑘𝑘𝑘𝑘
Por otro lado, también se consideraron unas pérdidas por fricción del 0,3%,
tomando el valor de:
𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 17,29
𝑊𝑊𝑝𝑝𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 = − 𝑊𝑊𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 = − 3 = 1,32 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
5−1 4
155
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑀𝑀 1000�
𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 = · Δ𝑃𝑃 = 3600 · (266,5) = 9,87 · 10−2 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝜂𝜂 · 𝜌𝜌 0,75 · 1000
1000
𝑃𝑃𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 = · 2,2048 · 0,5 · 0,041 = 9,04 · 10−2 𝐻𝐻𝐻𝐻 = 6,74 · 10−2 𝑘𝑘𝑘𝑘
60 · 8,337
0,061 € 1ℎ
𝐶𝐶𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = (9,87 + 6,74) · 10−2 𝑘𝑘𝑘𝑘 · · ·= 1,013 · 10−5 €/𝑘𝑘𝑘𝑘
1 𝑘𝑘𝑘𝑘ℎ 1000 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟ó𝑛𝑛 = 1,013 · 10−5 + 2,997 · 10−5 = 4,01 · 10−5 €/𝑘𝑘𝑘𝑘
1 𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑒𝑒 = · 1000 · (3264,39 − 483) = 3090433,33 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
90 ℎ 𝑘𝑘𝑘𝑘
Por lo que, empleando gas natural como combustible, con un precio estimado
de 13,89€/GJ [12], se obtuvo un coste de:
𝑘𝑘𝑘𝑘 13,89 € 1ℎ
𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = 3090433,33 · 6
· = 4,293 · 10−2 €/𝑘𝑘𝑔𝑔
ℎ 10 𝑘𝑘𝑘𝑘 1000 𝑘𝑘𝑘𝑘
Por otro lado, se estimaron los costos relativos a la reposición de agua, que
se situó en un 10% del vapor de media presión consumido.
157
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
€ 1ℎ
𝐶𝐶𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟ó𝑛𝑛 = 0,661 · = 6,605 · 10−4 €/𝑘𝑘𝑘𝑘
ℎ 1000 𝑘𝑘𝑘𝑘
0,061 € 1ℎ
𝐶𝐶𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 14 𝑘𝑘𝑘𝑘 · · ·= 8,54 · 10−4 €/𝑘𝑘𝑘𝑘
1 𝑘𝑘𝑘𝑘ℎ 1000 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ó𝑛𝑛 = 4,293 · 10−2 + 6,605 · 10−4 + 8,54 · 10−4 = 4,44 · 10−2 €/𝑘𝑘𝑘𝑘
158
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Donde:
• 𝐸𝐸𝑆𝑆 , indica el número de equipos del proceso que trabajan con sólidos.
• 𝐸𝐸𝐹𝐹 , indica el número de equipos del proceso que trabajan con fluidos.
Equipo Unidades
Mezclador 1
Reactor 9
Separador bifásico 3
Intercambiador de calor 3
Columna de destilación 1
Secador 1
TOTAL 18
159
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
5 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 48 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠
Disponibilidad operario = · = 240 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡/𝑎𝑎ñ𝑜𝑜
1 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 1 𝑎𝑎ñ𝑜𝑜
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
1095 𝑎𝑎ñ𝑜𝑜
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 4,56
240 𝑎𝑎ñ𝑜𝑜
14 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑎𝑎𝑠𝑠 2036,83 €
𝐶𝐶𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 = 30 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 · · = 855.468,60 €/𝑎𝑎ñ𝑜𝑜
1 𝑎𝑎ñ𝑜𝑜 1 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
160
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
COSTES DIRECTOS
Concepto Coste (€/año)
Materias primas 5.025.179,17
Tratamiento de residuos 0,00
Servicios 14.772.223,64
Trabajo de operarios 855.468,60
Trabajos de oficina y supervisión 153.984,35
Mantenimiento y reparaciones 1.390.579,21
Suministros de operación 208.586,88
Cargas de laboratorio 128.320,29
Patentes y royalties 1.014.579,28
Total 23.548.921,42
161
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
3.3 BENEFICIOS
Finalmente, para conocer los beneficios de la planta, se comparó los costes
totales de producción con los ingresos generados en la venta de 1-naftol. Dichos
ingresos se calcularon teniendo en cuenta el precio de venta del producto
(3,827 €/kg) y la producción (10.000 t/año).
Por tanto:
162
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Tras realizar este análisis se puede conocer grado de peligro, así como el área
de explosión de cada equipo, el máximo daño probable a la propiedad, los máximos
días de indisponibilidad y el daño derivado de la pérdida de producción [13].
163
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Hay que recordar que en el reactor R-101 se trabaja con aire, naftaleno,
acetato de laurilo y 1-naftol mientras que en la torre de destilación intervienen todos
los compuestos anteriores a excepción del aire.
Nivel NF NR
0 No inflamable Estable
1 Se inflama a partir de 366,15 K Inestable en caso de calentamiento
Inestable en caso de cambio
2 Se inflama por debajo de 366,15 K
químico
Puede explotar en caso de choque o
3 Se inflama por debajo de 310,15 K
calentamiento
4 Se inflama por debajo de 298,15 K Puede explotar súbditamente
164
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
FACTOR DE MATERIAL
Inflamabilidad o NFPA
combustibilidad de 325M NR = 0 NR = 1 NR = 2 NR = 3 NR = 4
líquidos y gases o 49
No combustible NF = 0 1 14 24 29 40
F.P. > 93,3°C NF = 1 4 14 24 29 40
93,3°C ≥ F.P. > 37,8°C NF = 2 10 14 24 29 40
37,8 > F.P. ≥ 22,8°C
NF = 3 16 16 24 29 40
F.P.< 22,8°C & B.P. ≥ 37,8
F.P.< 22,8°C & B.P. < 37,8 NF = 4 21 21 24 29 40
Polvo o niebla combustible
St-1 (KSt ≤ 200 bar m/s) 16 16 24 29 40
St-2 (200 bar m/s < KSt ≤ 300 bar
21 21 24 29 40
m/s)
St-3 (KSt > 300 bar m/s) 24 24 24 29 40
Sólidos combustibles
Denso > 40mm de
NF = 0 4 14 24 29 40
espesor
Abierto < 40mm de
NF =1 10 14 24 29 40
espesor
Espuma, fibra, polvo, etc. NF = 2 16 16 24 29 40
𝑁𝑁𝐹𝐹 = 1
𝑁𝑁𝑅𝑅 = 1
Equipo NF NR FM
Reactor R-101 1 1 14
Torre de destilación T-101 2 1 14
A continuación, se recoge en una tabla los riesgos generales del proceso junto
con el rango del factor de penalización. Dentro de ese rango, a cada unidad de las
seleccionadas en el apartado anterior se le asignó un valor.
166
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
167
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Por tanto:
168
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
Donde:
𝐼𝐼2017 567,5
𝐹𝐹𝐹𝐹 = = = 1,78
𝐼𝐼1986 318,4
170
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
171
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝐹𝐹𝐵𝐵𝐵𝐵𝑅𝑅−101 = 0,93
𝐹𝐹𝐵𝐵𝐵𝐵𝑇𝑇−101 = 0,93
172
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
173
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀
𝐵𝐵𝐵𝐵 = 0,7 · 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
30
Donde:
Por tanto:
7
𝐵𝐵𝐼𝐼𝑅𝑅−101 = 0,7 · 378.064,97 · = 61.750,61€
30
8
𝐵𝐵𝐼𝐼𝑇𝑇−101 = 0,7 · 378.064,97 · = 70.572,13€
30
R-101 T-101
Factor material 14 14
IIE 56,7 42,2
Radio de exposición 42 m 35 m
Valor de sustitución 264.954,75€ 784.265,27€
MPPD 98.033,26€ 243.122,23€
Factor de bonificación efectivo 0,93 0,93
𝑴𝑴𝑴𝑴𝑴𝑴𝑫𝑫𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓 91.170,93€ 226.103,67€
Días perdidos 7 días 8 días
BI 61.750,61 70.572,13€
174
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
CAPÍTULO 5: BIBLIOGRAFÍA
[3] Guía del código ASME Sección VIII División 1. Tomo. Consultado: 26/04/2018.
Documento en formato HTML accesible por internet en la dirección:
https://es.slideshare.net/siceaingenieria/guia-del-codigo-asme-seccion-viii-
division-1-tomo-1
[5] Tablas técnicas del acero inoxidable. Catálogo Irestal Group. Consultado:
26/04/2018. Documento en formato PDF accesible en internet en la
dirección:
http://data.irestal.com/files/files/2012030204152933979.pdf
[7] “Chemical Process Equipment Selection and Desing” (Third Editition). J.R. Couper,
W.R. Penney, J.R. Fair, S.M. Walas, 2012
175
PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL MEMORIA JUSTIFICATIVA
[9] “Perrys Chemical Engineers Handbook”. (8th Edition). Don W- Green, Robert
H. Perry, 2008.
176
PLANOS
TK-101 M-101 F-101 R-101 V-101 P-101 E-101 E-102 T-101 E-103 E-104 VLV-101 E-105 V-102 B-101 TK-102
Reactor
Silo de Filtro de Separador Intercambiador Intercambiador Torre de Válvula de Intercambiador Válvula de Secador Silo de
Mezclador catalítico Bomba Reboiler Condensador
Naftaleno aire bifásico de calor de calor destilación expansión de calor expansión 1-naftol 1-naftol
bifásico
Naftaleno
22 21 20 14
5 V-101
3 Uds
8 9 10 T-101
6
E-101 E-102
Aire 2 4
P-101 A/B mps
F-101 16
15
17
E-103
mps 18
B-101
Corriente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
VLV-102
T (°C) 25,00 25,00 40,10 25,00 45,25 45,25 45,25 45,25 155,00 221,71 180,00 19
P (kPa) 101,33 101,33 101,33 101,33 101,33 101,33 101,33 209,06 209,06 209,06 203,46
Flujo molar
8,76 93,37 1586,79 93,37 1675,80 1586,79 89,01 1586,79 1586,79 1586,79 2494,58
(kmol/h)
Composición flujo molar (kmol/h) TK-102
Naftaleno 8,76 0,00 174,28 0,00 165,56 165,56 0,00 165,56 165,56 165,56 261,65
Oxígeno 0,00 19,61 0,00 19,61 15,25 0,00 15,25 0,00 0,00 0,00 0,00
1-Naftol
Nitrógeno 0,00 73,76 0,00 73,76 73,76 0,00 73,76 0,00 0,00 0,00 0,00
Acetato de laurilo 0,00 0,00 1410,13 0,00 1410,13 1410,13 0,00 1410,13 1410,13 1410,13 2229,16
1-naftol 0,00 0,00 2,38 0,00 11,10 11,10 0,00 11,10 11,10 11,10 3,77
Corriente 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
T (°C) 175,00 175,00 175,00 360,52 365,00 360,52 360,52 25,00 175,00 67,71 40,16 PROYECTO PLANTA DE PRODUCCIÓN DE 1-NAFTOL
P (kPa) 203,46 203,46 203,46 226,56 226,56 226,56 101,33 101,33 101,33 101,33 101,33
Flujo molar DIAGRAMA DE FLUJO
(kmol/h)
2494,58 916,55 1578,03 5,09 5,09 8,76 8,76 8,76 1578,03 1578,03 1578,03 PLANO
Composición flujo molar (kmol/h)
PETICIONARIO ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Y CIVILES
Naftaleno 261,65 96,14 165,52 0,03 0,03 0,05 0,05 0,05 165,52 165,52 165,52 DE LA UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA
Oxígeno 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
PATRICIA CABRERA GARCÍA ESCALA: NÚMERO:
Nitrógeno 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 AUTORES S/E 1
ROMÁN QUEVEDO REINA
Acetato de laurilo 2229,16 819,03 1410,13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1410,13 1410,13 1410,13
1-naftol 3,77 1,38 2,38 5,06 5,06 8,71 8,71 8,71 2,38 2,38 2,38 FECHA: UNIDAD DE COTA:
FIRMA 05/2018 -----
Comedor
Sala de control Administración
180 m2
250 m2 500 m2
10
16
Estación de
bomberos
700 m2
LEYENDA
200 m2
R-101
Vigilancia
Aseos
Laboratorio Centro
120 m2
400 m2 médico
200 m2 TK-101: Silo de almacenamiento
R-101 de naftaleno
STOP
STOP
R-101 M-101: Mezclador
STOP
STOP
R-101: Reactor biocatalítico
15
bifásico
R-101
V-101 V-101 V-101 V-101: Separador bifásico
7
R-101 P-101 A: Bomba
STOP
R-101
B-101: Secador
5
15 E-105
STOP
,6 ,22 ,46
TK-102: Silo de almacenamiento
R-101 ∅3 ∅4 ∅4
F-101 de 1-naftol
9,5 9,5
Almacén
M-101 TK-101 TK-102 450 m2
STOP
W
15
STOP
S N
STOP
Zona de ampliación E
5000 m2
SILO DE ALMACENAJE °
TK-102 25
0,98
1,04
25°
∅4,21
3,97
∅4,46
4,19
60
°
3,47
60
°
0,2
3,69
0,2
0,24
Detalle "1"
"1" Escala 1:25
3,6
1,2
1,2
R0
,5 "2"
4
8,19
R9
13,63
10,8
R2,54
∅2,54
7,63
715
∅1190
9000
1190
307 x ∅25
∅740
INTERCAMBIADOR DE CALOR
E-102
740
9000
3,15
0,6
23,4
1. Factores técnicos
2. Materias primas
3. Residuos y subproductos
Tabla 123: Comparación residuos y subproductos
4. Equipos
Tabla 124: Comparación equipos
5. Costes
Tabla 125: Comparación de costes