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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

Junio de 2010

DISEÑO DE PLANTAS

DISEÑO DE UNA PLANTA FARMOQUÍMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA RECOMBINANTE (RHSA)

PROFESORES

AUTORES

M. en C. Carlos Orozco A. Ing. Saúl Hernández I.

Cerón M., Adrián Frasco G., Iván González G., R. Axayacatl Guzmán G., Michel S. Hernández C., Okairi R.

Legaria G., I. Monserrat Nakauma G., J. Alberto Pascual G., Wilfrido Tapia H., V. Antonio Velasco A., Rafael E.

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) ÍNDICE GENERAL

1

INTRODUCCIÓN GENERAL .................................................................................................. 1 1.1

2

OBTENCIÓN DE ALBÚMINA SERICA HUMANA................................................................................. 2

OBJETIVO .......................................................................................................................... 4 2.1 2.2

3

GENERAL ....................................................................................................................................... 4 ESPECIFICOS .................................................................................................................................. 4

TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION............................................................................... 4 3.1 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD INSTALADA ............................................................................ 4 3.2 LOCALIZACIÓN CON BASE A LA UBICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MERCADOS DE CONSUMO Y ABASTECIMIENTO ...................................................................................................................................... 4

4

INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO ....................................................................................... 8 4.1 BASES DE DISEÑO........................................................................................................................... 8 4.1.1 GENERALIDADES........................................................................................................................ 8 4.1.1.1 4.1.1.2 4.1.1.3

4.1.2

TIPO DE PLANTA ....................................................................................................................................... 8 PRODUCTO ................................................................................................................................................ 8 APLICACIÓN DEL PRODUCTO ................................................................................................................... 9

CAPACIDAD INSTALADA, RENDIMIENTO Y FLEXIBILIDAD .......................................................... 10

4.1.2.1 CAPACIDAD INSTALDA ............................................................................................................................10 4.1.2.2 RENDIMIENTO .........................................................................................................................................10 4.1.2.3 FLEXIBILIDAD ...........................................................................................................................................10 4.1.2.3.1 ¿Se requiere prever aumentos de capacidad en futuras ampliaciones? ......................................11 4.1.2.3.2 Requerimientos especiales de operación .......................................................................................11

4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6 4.1.7 4.1.8 4.1.9

ESPECIFICACIONES DE LAS ALIMENTACIONES .......................................................................... 11 ESPECIFICACIONES DE LOS PRODUCTOS .................................................................................. 12 CONDICIONES DE ALIMENTACION EN LÍMITE DE BATERÍA ....................................................... 12 CONDICIONES DE LOS PRODUCTOS EN LÍMITE DE BATERIA ..................................................... 13 ELIMINACION DE DESECHOS .................................................................................................... 13 ALMACENAMIENTO ................................................................................................................. 16 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL.......................................................................................... 17

4.1.9.1 DATOS DEL PROYECTO ...........................................................................................................................17 4.1.9.1.1 NIVELES ..............................................................................................................................................17 4.1.9.1.1.1 NIVEL I. DATOS GENERALES DEL PROYECTO, ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL ..............17 4.1.9.1.1.1.1 PROYECTO .........................................................................................................................17 4.1.9.1.1.1.1.1 Nombre del proyecto. ...............................................................................................17 4.1.9.1.1.1.1.2 Estudio de riesgo y su modalidad ............................................................................17 4.1.9.1.1.2 NIVEL II. ESTUDIO DE RIESGO AMBIENTAL. ............................................................................17 4.1.9.1.1.2.1 Ubicación del proyecto .....................................................................................................17 4.1.9.1.1.2.2 Tiempo de vida útil del proyecto .....................................................................................17 4.1.9.1.1.2.3 En caso de que el proyecto que se somete a evaluación se vaya a construir en varias etapas, justificar esta situación y señalar con precisión ..........................................................................18 4.1.9.1.2 PROMOVENTE ...................................................................................................................................18 4.1.9.1.2.1 Nombre o razón social ..............................................................................................................18

DISEÑO DE PLANTAS |

II

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9.1.2.2 Registro Federal de Contribuyentes del promovente ............................................................18 4.1.9.1.2.3 Nombre y cargo del representante legal .................................................................................18 4.1.9.1.2.4 Dirección del promovente o de su representante legal para recibir notificaciones ............18 4.1.9.1.3 RESPONSABLE DE LA ELABORACIÓN DEL ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL ............................19 4.1.9.1.3.1 Nombre o Razón Social .............................................................................................................19 4.1.9.1.3.2 Registro Federal de Contribuyentes o CURP ...........................................................................19 4.1.9.1.3.3 Nombre del responsable técnico del estudio. Registro Federal de Contribuyentes o CURP. Número de Cédula Profesional .......................................................................................................................19 4.1.9.1.3.4 Dirección del responsable técnico del estudio. ......................................................................19 4.1.9.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ................................................................................................................20 4.1.9.2.1 INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO .......................................................................................20 4.1.9.2.1.1 Naturaleza del proyecto ...........................................................................................................20 4.1.9.2.1.2 Selección del sitio ......................................................................................................................20 4.1.9.2.1.3 Ubicación física del proyecto y planos de localización...........................................................20 4.1.9.2.1.3.1 Terrestre. ...........................................................................................................................21 4.1.9.2.1.3.2 Sistema Ferroviario ...........................................................................................................21 4.1.9.2.1.3.3 Aeropuerto. .......................................................................................................................21 4.1.9.2.1.4 Inversión requerida ...................................................................................................................22 4.1.9.2.1.5 Dimensiones del proyecto ........................................................................................................22 4.1.9.2.1.6 Uso actual de suelo y/o cuerpos de agua en el sitio del proyecto y en sus colindancias ....23 4.1.9.2.1.7 II.1.7 Urbanización del área y descripción de servicios requeridos ......................................23 4.1.9.2.2 CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DEL PROYECTO .........................................................................24 4.1.9.2.2.1 Descripción de la obra o actividad y sus características ........................................................24 4.1.9.2.2.2 Programa general de trabajo ...................................................................................................24 4.1.9.2.2.3 Preparación del sitio .................................................................................................................25 4.1.9.2.2.4 Desviación de cauces ................................................................................................................28 4.1.9.2.2.5 Descripción de las obras y actividades provisionales del proyecto ......................................29 4.1.9.2.2.6 Etapa de construcción ...............................................................................................................29 4.1.9.2.2.7 II.2.8 Descripción de las obras asociadas al proyecto ............................................................29 4.1.9.2.2.8 Generación, manejo y disposición de residuos sólidos, líquidos y emisiones a la atmósfera 30 4.1.9.2.2.9 Infraestructura para el manejo y la disposición adecuada de los residuos ..........................31 4.1.9.2.2.9.1 Tratamiento de los residuos generados por la planta. ..................................................33 4.1.9.2.2.9.1.1 Tratamiento de biomasa ..........................................................................................33 4.1.9.2.2.9.1.2 Tratamiento de los líquidos obtenidos durante todo el proceso de la PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA MEDIANTE Pichia pastoris. ....................................35

4.1.10

SERVICIOS AUXILIARES ........................................................................................................ 36

4.1.10.1 VAPOR .....................................................................................................................................................36 4.1.10.2 CONDENSADO.........................................................................................................................................36 4.1.10.3 AGUA DE ENFRIAMIENTO .......................................................................................................................36 4.1.10.4 AGUA PARA SERVICIOS Y PARA USOS SANITARIOS (AGUA PARA LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO) .....36 4.1.10.5 AGUA POTABLE .......................................................................................................................................37 4.1.10.6 AGUA CONTRA INCENDIOS ....................................................................................................................37 4.1.10.7 AGUA PARA CALDERA .............................................................................................................................37 4.1.10.8 AGUA PARA PROCESO ............................................................................................................................37 4.1.10.9 AIRE DE INSTRUMENTOS ........................................................................................................................38 4.1.10.10 AIRE DE PLANTA .................................................................................................................................38 4.1.10.11 COMBUSTIBLE ....................................................................................................................................38 4.1.10.11.1 Gas..................................................................................................................................................38 4.1.10.11.2 Líquido (no se requiere) ................................................................................................................38 4.1.10.12 REFRIGERACIÓN .................................................................................................................................39

DISEÑO DE PLANTAS |

III

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.10.13 4.1.10.14 4.1.10.15 4.1.10.16 4.1.10.17

4.1.11

INERTES (NO SE REQUIERE), (H2, N2, Ar, CH4) ...................................................................................40 ALIMENTACIÓN DE EERGÍA ELÉCTRICA.............................................................................................40 ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE EMERGENCIA .............................................................40 TELÉFONOS ........................................................................................................................................41 DESFOGUE ..........................................................................................................................................41

SEGURIDAD E HIGIENE ........................................................................................................ 42

4.1.11.1 Requisitos de seguridad en el centro de trabajo...................................................................................42 4.1.11.1.1 Disposiciones generales ..................................................................................................................42 4.1.11.1.2 Techos ..............................................................................................................................................43 4.1.11.1.3 Paredes.............................................................................................................................................43 4.1.11.1.4 Pisos..................................................................................................................................................43 4.1.11.1.5 Escaleras ..........................................................................................................................................44 4.1.11.1.5.1 Escaleras de emergencia exteriores ......................................................................................44 4.1.11.1.5.2 Escaleras con barandales con espacios abiertos. .................................................................45 4.1.11.1.6 Rampas ............................................................................................................................................46 4.1.11.1.7 Escalas ..............................................................................................................................................47 4.1.11.1.7.1 Escalas fijas ..............................................................................................................................47 4.1.11.1.7.2 Escalas móviles (escaleras portátiles). ..................................................................................49 4.1.11.1.8 Puentes y plataformas elevadas ....................................................................................................49 4.1.11.1.8.1 Condiciones de seguridad en el funcionamiento de los sistemas de ventilación artificial 50 4.1.11.1.8.2 Requisitos de seguridad para el tránsito de vehículos.........................................................50 4.1.11.2 Tipo de Señales .......................................................................................................................................51 4.1.11.2.1 Formas Geométricas y Uso .............................................................................................................51

4.1.12 CIVILES Y ARQUITECTÓNICOS .............................................................................................. 53 4.1.13 ELÉCTRICOS ......................................................................................................................... 53 4.2 DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO .............................................................................................. 53 4.3 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO...................................................................................... 55 4.3.1 ÁREA DE ALMACENAMIENTO .................................................................................................. 55 4.3.2 ÁREA DE PRODUCCIÓN ............................................................................................................ 55 4.3.3 ÁREA DE RECUPERACIÓN ......................................................................................................... 57 4.3.4 ÁREA DE PURIFICACIÓN ........................................................................................................... 59 4.4 MEMORIA DEL BALANCE DE MATERIA Y CALOR DEL PROCES0 ...................................................... 61 4.4.1 BALANCE DE MATERIA ............................................................................................................. 61 4.4.1.1 BALACE EN EL TANQUE DE MEDIO F-080 ..............................................................................................61 4.4.1.1.1 PARA EL LOTE DE 4500 L ...................................................................................................................61 4.4.1.1.2 PARA EL LOTE DE 2000 L ...................................................................................................................62 4.4.1.2 BALANCE EN EL TANQUE SEMILLA M-090 .............................................................................................63 4.4.1.3 BALANCE EN EL TANQUE DE PRODUCCIÓN M-100 ...............................................................................64 4.4.1.4 BALANCE EN EL INTERCAMBIADOR H-082 ............................................................................................64 4.4.1.5 BALANCE EN EL TANQUE F-110..............................................................................................................64 4.4.1.6 BALANCE EN LAS CENTRÍFUGAS, DENOTADAS EN CONJUNTO COMO D-200 .....................................65 4.4.1.7 BALANCE DE MATERIA EN EL TANQUE DE BALANCE F-210 Y MÓDULO DE UF D-212.........................66 4.4.1.8 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220 ..................................................66 4.4.1.9 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230 ..................................................67 4.4.1.10 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240 ..................................................68

4.4.2

BALANCE DE CALOR ................................................................................................................. 69

4.4.2.1 CÁLCULO DE LOS CICLOS DE ESTRILIZACIÓN .........................................................................................69 4.4.2.1.1 PARA EL REACTOR SEMILLA M-090..................................................................................................69 4.4.2.1.1.1 FASE DE CALENTAMIENTO........................................................................................................69

DISEÑO DE PLANTAS |

IV

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.4.2.1.1.2 FASE DE ENFRIAMIENTO ...........................................................................................................70 4.4.2.1.2 PARA EL REACTOR DE PRODUCCIÓN M-100 ...................................................................................71 4.4.2.1.2.1 FASE DE CALENTAMIENTO........................................................................................................71 4.4.2.1.2.2 FASE DE ENFRIAMIENTO ...........................................................................................................71 4.4.2.2 CÁLCULOS PARA LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DURANTE LA FERMENTACIÓN ..........................72 4.4.2.2.1 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-100 .............................72 4.4.2.2.2 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-090 .............................75 4.4.2.3 INTERCAMBIADORES DE CALOR H-082, H-083 Y H-083 .......................................................................78

4.5 MEMORIA DEL CÁLCULO DEL EQUIPO DE PROCESO...................................................................... 84 4.5.1 DIMENSIONES DE LOS TANQUES Y BIORREACTORES ................................................................ 84 4.5.1.1 4.5.1.2 4.5.1.3

4.5.2 4.5.3 4.5.4

MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR ............................................. 98 EMORIA DE CÁLCULO DE CENTRIFUGA DE DISCOS D-200....................................................... 109 MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN ......................................... 114

4.5.4.1 4.5.4.2 4.5.4.3 4.5.4.4

4.5.5

MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS BIORREACTORES ...........................................85 MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS TANQUES .......................................................88 CÁLCULO DE LA POTENCIA MÍNIMA DE AGITACIÓN EN LOS BIORREACTORES ...................................91

PARA EL MÓDULO DE UF D-212...........................................................................................................114 PARA EL MÓDULO DE UF D-223...........................................................................................................118 PARA EL MÓDULO DE UF D-233...........................................................................................................123 PARA EL MÓDULO DE UF D-243...........................................................................................................127

COLUMNAS DE CROMATOGRAFÍA ......................................................................................... 132

4.5.5.1 4.5.5.2 4.5.5.3

DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220 ............................................132 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230 ............................................136 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240 ............................................140

4.6 LISTA DE EQUIPOS DEL PROCESO................................................................................................ 145 4.7 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERÍAS ........................................................................ 146 4.7.1 MEMORÍA DE CÁLCULO DE TUBERIAS, BOMBAS Y MOTORES ................................................ 148 4.7.1.1 CÁLCULO DE BOMBAS ..........................................................................................................................148 4.7.1.1.1 CALCULO DE BOMBA L-090 PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-090 ..........................148 4.7.1.1.2 CALCULO DE BOMBA L-100-A PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-100 ......................154 4.7.1.1.3 CALCULO DE BOMBA N-100 PARA DESCARGA DEL BIORREACTOR .............................................160 4.7.1.1.4 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-242 (MÓDULOS) ...............................................................165 4.7.1.1.5 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-232 (MÓDULOS) ...............................................................170 4.7.1.1.6 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-222 (MÓDULOS) ...............................................................178 4.7.1.1.7 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-211 (MÓDULOS) ...............................................................183 4.7.1.1.8 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-231/251/281/241/211/271 (COLUMNAS) .....................188 4.7.1.1.9 CÁLCULO DE BOMBA PARA LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR ................................................195 4.7.1.2 CALCULO DE POTENCIAS DE MOTORES TANQUES..............................................................................197 4.7.1.2.1 POTENCIA MOTOR N-080 PARA AGITAR TANQUE F-080 .............................................................197 4.7.1.2.2 POTENCIA MOTOR N-110 PARA AGITAR TANQUE F-110 .............................................................198 4.7.1.2.3 POTENCIA MOTOR N-210 PARA AGITAR TANQUE F-210 .............................................................198 4.7.1.2.4 POTENCIA MOTOR N-221 PARA AGITAR TANQUE F-221 .............................................................198 4.7.1.2.5 POTENCIA MOTOR N-231 PARA AGITAR TANQUE F-231 .............................................................199 4.7.1.2.6 POTENCIA MOTOR N-241 PARA AGITAR TANQUE F-241 .............................................................199

4.7.2

DESCRIPCION DE LOS SISTEMAS DE CONTROL EN EL PROCESO .............................................. 200

4.7.2.1 4.7.2.2 4.7.2.3 4.7.2.4 4.7.2.5

BIORREACTORES ...................................................................................................................................200 TANQUE DE MEZCLADO .......................................................................................................................200 TANQUES DE ALMACENAMIENTO .......................................................................................................201 CENTRIFUGAS........................................................................................................................................201 INTERCAMBIADORES DE CALOR ..........................................................................................................201

DISEÑO DE PLANTAS |

V

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.2.6

MODULOS DE UF ..................................................................................................................................202

4.8 DIAGRAMAS ISOMETRICOS DE LOS EQUIPOS DE PROCESO ......................................................... 203 4.8.1 TANQUES DE BALANCE .......................................................................................................... 203 4.8.2 FERMENTADORES .................................................................................................................. 204 4.8.3 CENTRIFUGAS ........................................................................................................................ 204 4.8.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR............................................................................................. 205 4.8.5 MODULOS DE UF ................................................................................................................... 206 4.9 HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS DEL PROCESO .................................................... 207 4.9.1 BIORREACTORES .................................................................................................................... 207 4.9.2 TANQUES .............................................................................................................................. 210 4.9.3 CENTRÍFUGAS ........................................................................................................................ 216 4.9.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR............................................................................................. 217 4.9.5 MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN .......................................................................................... 220 4.9.6 COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO .................................................................................... 223 4.9.7 BOMBAS ................................................................................................................................ 226 4.9.8 MOTORES .............................................................................................................................. 229 4.10 HOJAS DE ESPECIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS Y VÁLVULAS ...................................................... 238 4.10.1 CODOS .............................................................................................................................. 238 4.10.2 VÁLVULAS ......................................................................................................................... 239 4.10.3 ACTUADORES .................................................................................................................... 244

5

INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES............................................................... 245 5.1 ÁREA DE SERVICIOS AUXILIARES ................................................................................................. 245 5.1.1 REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS E INSUMOS ........................................................................ 245 5.1.2 BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA ......................................................................................... 245 5.1.3 MOMORIA DE CÁLCULO DE LOS EQUIPOS.............................................................................. 246 5.1.3.1 MÓDULOS DE OSMOSIS INVERSA ........................................................................................................246 5.1.3.1.1 CÁLCULO DE LA BOMBA PARA EL EQUIPO DE OI..........................................................................254 5.1.3.2 COMPRESOR .........................................................................................................................................259 5.1.3.2.1 CAPACIDAD DEL COMPRESOR........................................................................................................259 5.1.3.2.2 CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL COMPRESOR ...............................................................................260 5.1.3.3 CALDERA................................................................................................................................................263

5.1.4 5.1.5 5.1.6

TORRE DE ENFRIAMIENTO ..................................................................................................... 268 LISTA DE EQUIPOS DE SERVICIOS ........................................................................................... 271 HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS DE SERVICIOS AUXILIARES ......................................... 272

5.1.6.1 SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA ...........................................................................................................272 5.1.6.1.1 BOMBA PARA SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA ............................................................................273 5.1.6.2 TORRE DE ENFRIAMIENTO ...................................................................................................................274 5.1.6.3 COMPRESOR .........................................................................................................................................275 5.1.6.4 CALDERA................................................................................................................................................276

5.1.7

DIAGRAMA ISOMÉTRICO DE LOS SERVICIOS DE LA PLANTA ................................................... 277

5.1.7.1 5.1.7.2 5.1.7.3 5.1.7.4

MÓDULO DE OI .....................................................................................................................................277 COMPRESOR .........................................................................................................................................277 CALDERA................................................................................................................................................278 TORRE DE ENFRIAMIENTO ...................................................................................................................280

5.2 DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA ..................................................................................................... 281 5.2.1 ARREGLO DE EQUIPOS EN LAS ÁREAS DE PROCESO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS ÁREAS ... 281

DISEÑO DE PLANTAS |

VI

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 5.2.2 ARREGLO DE EQUIPOS EN LAS ÁREAS DE SERVICIOS AUXILIARES Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS ÁREAS 285 5.2.3 LISTA DE ÁREAS EN LA PLANTA .............................................................................................. 286 5.2.4 PLANO DE DISTRIBUCIÓN DE LAS ÁREAS DE LA PLANTA ......................................................... 289 5.3 DIAGRAMA UNIFILAR DE LA PLANTA .......................................................................................... 292 5.4 PROGRAMA MAESTRO DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO ............................................................... 293 5.4.1 DIAGRAMA DE GANTT PARA LA PROCURACIÓN, CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y ARRANQUE DE LA PLANTA .................................................................................................................................... 293 5.4.2 CUADRO TÉCNICO COMPARATIVO PARA LA ADIQUISICIÓN DE EQUIPOS DE PROCESO ........... 295 5.4.2.1 5.4.2.2 5.4.2.3 5.4.2.4

5.4.3

PROTOCOLO DE ARRANQUE Y OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS DE PROCESO ............................ 302

5.4.3.1 5.4.3.2 5.4.3.3 5.4.3.4 5.4.3.5 5.4.3.6

6

MÓDULOS DE ULTFILTRACIÓN .............................................................................................................295 COMPRESOR .........................................................................................................................................296 CALDERAS ..............................................................................................................................................297 CENTRÍFUGAS........................................................................................................................................301 BIORREACTORES ...................................................................................................................................303 TANQUES DE BALANCE .........................................................................................................................311 MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN ........................................................................................................318 COLUMNAS DE INTERCAMBIO IÓNICO ................................................................................................327 INTERCAMBIADORES DE CALOR ..........................................................................................................334 CENTRÍFUGAS........................................................................................................................................340

ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ECONÓMICA .................................................................. 345 6.1 MONTO DE LA INVERSIÓN DEL BIOPROCESO .............................................................................. 345 6.1.1 COSTO DEL EQUIPO DEL PROCESO ......................................................................................... 345 6.1.2 ESTIMACIÓN DE LA INVERSIÓN FIJA POR EL MÉTODO DE FACTORES DESGLOSADOS ............. 346 6.2 COSTOS DE OPERACIÓN ............................................................................................................. 347 6.2.1 CUADRO DEL PROGRAMA DE OPERACIÓN ............................................................................. 347 6.2.2 CUADRO DE LOS COSTOS TOTALES DE OPERACIÓN ................................................................ 347 6.2.2.1 6.2.2.2 6.2.2.3 6.2.2.4

COSTO DIRECTOS ..................................................................................................................................347 COSTO INDIRECTOS ..............................................................................................................................351 GASTOS GENERALES: MÉTODO DE AMORTIZACIÓN DEL CRÉDITO ....................................................352 VOLUMEN MÍNIMO ECONÓMICO DE OPERACIÓN .............................................................................353

6.3 RENTABILIDAD DEL PROCESO ..................................................................................................... 354 6.3.1 CUADRO DE INGRESOS POR VENTAS ..................................................................................... 354 6.3.2 CUADRO DE ESTADO DE RESULTADOS ................................................................................... 354 6.3.3 CUADRO DE CAPITAL DE TRABAJO ......................................................................................... 355 6.3.4 CUADRO DE FLUJO EFECTIVO ................................................................................................ 356 6.3.5 DETERMINACIÓN DE LA TASA INTERNA DE RETORNO Y DE LA TREMA ................................... 357 6.4 ANÁLISIS DE LA SENSIBILIDAD .................................................................................................... 360 6.4.1 CON RESPECTO AL MÉTODO DE AMORTIZACIÓN DEL CRÉDITO.............................................. 360 6.4.2 CON RESPECTO AL PORCENTAJE DE FINANCIAMIENTO DE LA INVERSIÓN FIJA ....................... 361 6.4.3 PRECIO DE LAS MATERIAS PRIMAS Y PRECIO DEL PRODUCTO ................................................ 362 6.4.4 CAPACIDAD INSTALADA ......................................................................................................... 364 6.4.5 PORCENTAJE DE OPERACIÓN ANUAL ..................................................................................... 364

7

CONCLUSIONES ............................................................................................................. 366

8

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 367 DISEÑO DE PLANTAS |

VII

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Representación 3D de la HSA ...............................................................................................2 Figura 2. División del territorio nacional en 3 zonas (la zona blanca y azul se considera norte) ........5 Figura 3. Especificaciones de las alimentaciones. ............................................................................11 Figura 4. Corredor Industrial Toluca Lerma, Lerma, México (Google Earth).....................................20 Figura 5. Sistema de esterilización continua. ...................................................................................78 Figura 6. Interpolación en la gráfica para obtener Dz/vd .................................................................79 Figura 7. Gráfica para calcular la longitud del brazo de sostenimiento. ...........................................80 Figura 8. Relaciones geométricas de cualquier biorreactor tipo tanque agitado. ............................86 Figura 9. Diagrama para el cálculo del número de Reynolds ............................................................99 Figura 10. Cálculo del número de Pe y el Nr ...................................................................................100 Figura 11. Centrífuga Westfalia SC-150 ..........................................................................................109 Figura 12. Esquema de bombeo para el enfriamiento del biorreactor M-090 durante la fermentación..................................................................................................................................150 Figura 13. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-090 durante la fermentación, donde se muestra la altura que hay desde la bomba hasta donde se tiene que bombear el agua, para calcular NPSH. ...........................................................................................152 Figura 14. Esquema del bombeo de agua para enfriamiento del biorreactor M-100 durante la fermentación..................................................................................................................................156 Figura 15. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-100 durante la fermentación, donde se muestra la altura que existe desde la bomba hasta donde se debe bombear el agua, para el cálculo del NPSH. ..................................................................................158 Figura 16. Esquema de decarga del biorreactor M-100 .................................................................162 Figura 17. Esquema de descarga del biorreactor M-100 donde se indica la altura desde la bomba hasta el lugar donde se debe depositar el medio agotado.............................................................164 Figura 18. Isométricos de los tanques de mezclado F-080 (A), tanque de balance en el que se descarga el medio agotado F-110 (B) y tanque F-210 (C). ..............................................................203 Figura 19. Isométrico de los tanque F-221 (A), F-231 (B) y F-241 (C). ............................................203 Figura 20. Isométrico de los biorreactores semilla M-090 (A) y de producción M-100 (B). ...........204 Figura 21. Isométrico de las centrífugas usadas en el proceso. ......................................................205 Figura 22. Isométrico de los intercambiadores de calor. ................................................................205

DISEÑO DE PLANTAS |

VIII

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Figura 23. Esquema 3D de los módulos de UF D-212, D-233 y D-243. En la figura (a) se observan las conexiones del módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan las dimensiones del cartucho de fibras huecas. .............................................................................206 Figura 24. Esquema 3D del módulos de UF D-223. En la figura (a) se observan las conexiones del módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan las dimensiones del cartucho. ..................................................................................................................................207 Figura 25. kg de vapor seco saturado por caballo caldera hora. ....................................................264 Figura 26. Isométrico del módulo de OI .........................................................................................277 Figura 27. Isométrico del compresor. .............................................................................................277 Figura 28. Sistema de generación de calor indicando sus componentes. ......................................278 Figura 29. Sistema de generación de calor indicando las medidas de cada componente. .............278 Figura 30. Vista superior del sistema para generar vapor y el área que ocupa. .............................279 Figura 31. Isométrico De la torre de enfriamiento .........................................................................280 Figura 32. Distribución De los equipos en la zona 000 y 100. .........................................................281 Figura 33. Distribución de equipos en la zona 200. ........................................................................282 Figura 34. Distribución de equipos en la Zona 200-A. ....................................................................282 Figura 35. Vista Isométrica de las áreas de proceso. ......................................................................283 Figura 36. Vista Fontal del las áreas de proceso .............................................................................283 Figura 37. Acercamiento de cada una de las áreas de proceso ......................................................284 Figura 38. Distribución de equipos en el área de servicios auxiliares. ............................................285 Figura 39. Áreas que conforman a la planta entera. ......................................................................289 Figura 40. Distribución de las áreas en la planta. ...........................................................................290 Figura 41. Plano de distribución de la planta. ................................................................................291 Figura 42. Diagrama unifilar de la planta. ......................................................................................292 Figura 43. Tasa Interna de Retorno por el método gráfico .............................................................358

DISEÑO DE PLANTAS |

IX

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) ÍNDICE DE CUADROS Tabla 1 Criterios de selección para la localización de sitios. ...............................................................5 Tabla 2 Evaluación de la localización. .................................................................................................7 Tabla 3 Evaluación de la ubicación. ....................................................................................................7 Tabla 4 Características del producto. .................................................................................................9 Tabla 5. Especificaciones del producto.............................................................................................12 Tabla 6. Condiciones de alimentación en límites de batería. ...........................................................12 Tabla 7. Condiciones del producto en límites de batería. ................................................................13 Tabla 8 Normas Oficiales Mexicanas ................................................................................................14 Tabla 9. La inversión requerida para la planta .................................................................................22 Tabla 10. Superficies requeridas para el desarrollo del proyecto.....................................................23 Tabla 11. Programa de trabajo calendarizado ..................................................................................25 Tabla 12. Disposición de residuos ....................................................................................................31 Tabla 13. Disposición de residuos peligrosos ...................................................................................32 Tabla 14. Ficha Técnica del Incinerador. ..........................................................................................34 Tabla 15. Guía de selección para señales de seguridad ....................................................................52 Tabla 16 Sistema de enfriamiento del biorreactor de operación M-100 ..........................................76 Tabla 17 Sistema de enfriamiento del biorreactor semilla M-080 ...................................................77 Tabla 18. Algunas condiciones geométricas y de operación de intercambiadores de calor de marcos y placas. ...............................................................................................................................82 Tabla 19 Dimensiones de los biorreactores......................................................................................84 Tabla 20 Dimensiones de los tanques de almacenamiento y de preparación de medio de cultivo.85 Tabla 21 Parámetros que se consideran para los cálculos ..............................................................91 Tabla 22 Evaluación de diferentes VVM para encontrar la menor potencia consumida en el biorreactor de operación M-100. .....................................................................................................96 Tabla 23 Evaluación de diferentes VVM para encontrar la menor potencia consumida en el biorreactor semilla M-090................................................................................................................97 Tabla 24. Geometrías de intercambiadores de calor de marcos y placas. ......................................103 Tabla 25. Dimensiones de la centrifuga base (Westfalia SC-150). ..................................................109 Tabla 26. Propiedades del caldo a tratar. .......................................................................................110 Tabla 27. Dimensiones del tazón ....................................................................................................111 Tabla 28. Comportamiento del tiempo de operación dependiendo del número de centrífugas ...112 DISEÑO DE PLANTAS |

X

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 29. Condiciones de operación del módulo de UF D-212 .......................................................114 Tabla 30. Determinación del flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina. ........115 Tabla 31. Concentraciones, volúmenes y flux finales en el proceso ...............................................116 Tabla 32. Parámetros para diafiltrar ..............................................................................................117 Tabla 33. Condiciones de operación del módulo de UF D-212 .......................................................118 Tabla 34. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina. ........120 Tabla 35. Concentraciones, volúmenes y flux en el proceso de concentración..............................121 Tabla 36. El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros: ...............121 Tabla 37. Condiciones de operación del módulo de UF D-233 .......................................................123 Tabla 38. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina. ........124 Tabla 39. Concentraciones, volúmenes y flux del proceso de concentración. ...............................126 Tabla 40. El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros: ................126 Tabla 41. Condiciones de operación del módulo de UF D-243 .......................................................127 Tabla 42. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina. ........129 Tabla 43. Concentraciones, volúmenes y flux en la concentración. ...............................................130 Tabla 44. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento...........135 Tabla 45. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento...........139 Tabla 46. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento...........144 Tabla 47. Lista de equipos del proceso con algunas características y su precio .............................145 Tabla 48. Requerimientos e insumos de los servicios auxiliares. ...................................................245 Tabla 49. Componentes y concentraciones máximas de sales en el agua potable basados en la NOM-127-SSA1-1994. ....................................................................................................................246 Tabla 50. Requerimientos de vapor ...............................................................................................263 Tabla 51. Condiciones de operación...............................................................................................263 Tabla 52. Agua requerida para alimentación de calderas ..............................................................265 Tabla 53. Consumos de combustible (promedio) en calderas para diversos rendimientos térmicos. .......................................................................................................................................................266 Tabla 54. Dimensiones y requerimientos para calderas d 600 CC. .................................................267 DISEÑO DE PLANTAS |

XI

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 55. Lista de los equipos usados para los servicios auxiliares.................................................271 Tabla 56. Áreas de la planta con los equipos que corresponden a cada una. ................................286 Tabla 57. Nomenclatura de importancia para el sistema SLP.........................................................290 Tabla 58. Cuadro comparativo de adquisiciones para los módulos de Ultrafiltración D-212, D-233 y D-243..............................................................................................................................................295 Tabla 59. Cuadro comparativo de adquisiciones para el módulo de Ultrafiltración D-223. ...........295 Tabla 60. Cuadro de adquisiciones del compresor. ........................................................................296 Tabla 61. Cuadro de adquisiciones para la caldera Wet-Back. .......................................................297 Tabla 62. Cuadro de adquisiciones para tanques suavizadores ocupados para la generación de vapor. .............................................................................................................................................298 Tabla 63. Cuadro de adquisiciones para el tanque. ........................................................................299 Tabla 64. Cuadro de adquisiciones para el sistema de almacenamiento del agua para la caldera.300 Tabla 65. Cuadro de adquisición para centrífugas westfalia SC-150. .............................................301 Tabla 66. Costo de equipo de proceso. ..........................................................................................345 Tabla 67. Inversión fija ...................................................................................................................346 Tabla 68. Programa de operación (ton/año) ..................................................................................347 Tabla 69. Costos de materia prima. ...............................................................................................347 Tabla 70. Mano de obra de operación. ..........................................................................................349 Tabla 71. Gasto de energía eléctrica en la planta. ..........................................................................349 Tabla 72. Costo de agua en la planta. .............................................................................................350 Tabla 73. Costos directos de operación..........................................................................................351 Tabla 74. Costos indirectos de operación. ......................................................................................351 Tabla 75. Costos totales de operación ...........................................................................................352 Tabla 76. Volumen mínimo económico de operación ....................................................................353 Tabla 77. Amortización del crédito. Método de pagos iguales de capital ......................................354 Tabla 78. Ingresos por ventas .........................................................................................................354 Tabla 79. Estado de resultados "PROFORMA"................................................................................355 Tabla 80. Capital de trabajo ...........................................................................................................356 Tabla 81. Flujo de efectivo .............................................................................................................356 Tabla 82. Tasa Interna de Retorno (TIR) .........................................................................................357 Tabla 83. Consideraciones para calcular la TREMA ........................................................................358 Tabla 84. Programa de operación (ton) ..........................................................................................359 DISEÑO DE PLANTAS |

XII

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 85. Ingresos por ventas .........................................................................................................359 Tabla 86. Amortización del crédito método de pagos iguales de capital con 26% de interés anual. .......................................................................................................................................................360 Tabla 87. TIR con la tasa de 16% anual. ..........................................................................................360 Tabla 88. Amortización del crédito método de pagos iguales de capital con 13% de interés anual. .......................................................................................................................................................361 Tabla 89. TIR con el interés de 13% anual. .....................................................................................361 Tabla 90. Análisis de sensibilidad respecto al porcentaje de financiamiento .................................362 Tabla 91. Variación en el precio de materia prima y el comportamiento de la TIR. .......................363 Tabla 92. Variación en el precio de producto y el comportamiento de la TIR. ...............................363 Tabla 93. Comportamiento de la TIR cuando se varía la capacidad instalada. ...............................364 Tabla 94. Variando el aprovechamiento de la capacidad máxima de operación de la planta. .......365

DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL

XIII

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 1

INTRODUCCIÓN GENERAL

La albúmina sérica humana (HSA) es una proteína de cadena simple que posee 585 aminoácidos y un peso molecular de 67 kDa. Se encuentra en gran abundancia en el plasma sanguíneo, siendo la principal proteína de la sangre. El 67% de este polipéptido se encuentra en estado de hélice α. Es sintetizada en el hígado, y es la proteína más abundante en el ser humano. La concentración normal de albúmina en la sangre humana oscila entre 3,5 y 5,0 gramos por decilitro, y supone un 54,31% de la proteína plasmática. Entre las características de la HSA que resultan de importancia para el funcionamiento de nuestro organismo, podemos destacar las siguientes: 

Estabilización de volumen: la HSA es una molécula muy hidrofílica. Esta

característica hace que tenga un rol fundamental en el mantenimiento del volumen de sangre intravasal en el organismo. 

Función de transporte: Una de las principales funciones de la albúmina es la de

transportar y almacenar una amplia variedad de sustancias de bajo peso molecular como bilirrubina, cortisol, hormonas sexuales, ácidos grasos libres y algunos medicamentos. En los neonatos hiperbilirrubinémicos, la bilirrubina se combina con la albúmina limitando así su ingreso a los tejidos hidrofóbicos del cerebro, atenuando con ello la toxicidad en los procesos hemolíticos graves que se presentan a esa edad. La mitad del calcio circulante está combinado con la albúmina, por lo que la interpretación clínica de la disminución del calcio sérico depende de la concentración de la albúmina. Esto se debe a que la fracción biológicamente activa del calcio es la forma ionizada o libre. La HSA constituye la molécula decisiva para el transporte del organismo al hígado de metabolitos hidrofóbicos y tóxicos. Mientras estos metabolitos permanecen unidos a la albúmina, no tienen ningún efecto nocivo sobre el organismo, por lo que podemos decir que la albúmina tiene también un efecto neutralizante de toxinas.

DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL

1

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

Figura 1 Representación 3D de la HSA

Debido a la función de transporte de esta proteína, y a la gran variedad de posibles ligandos que posee, resulta de gran interés el estudio de la formación de complejos con HSA. Una gran cantidad de drogas se transportan a través del torrente sanguíneo complejadas con Albúmina. Esta proteína resulta un verdadero depósito de drogas en el organismo, y las protege de ser modificadas por el metabolismo.

1.1

OBTENCIÓN DE ALBÚMINA SERICA HUMANA

La albúmina humana se puede obtener de plasma o placentas humanas. A nivel industrial se prepara por fraccionamiento de mezclas de plasma obtenido de cientos de donantes sanos. El método utilizado en su obtención fue desarrollado por Cohn en 1940, durante la II Guerra Mundial, y consiste en someter el plasma humano a un proceso de fraccionamiento con etanol frío a diferentes concentraciones y variaciones de temperatura, fuerza iónica y pH para obtener diferentes fracciones o pastas. A partir del descubrimiento del modelo del ADN por Watson y Crick en 1953, se ha avanzado mucho en su manipulación y las aplicaciones. Numerosas investigaciones han permitido comprender cómo portan y transmiten la información genética el ADN y otras moléculas. Desde el DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL

2

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) comienzo del siglo pasado se sabe que algunas enfermedades ocurren debido a fallas metabólicas, por deficiencia en una enzima, proteína ausente o menos activa que la proteína normal. Este conocimiento ha estimulado a muchos investigadores en la búsqueda de alternativas para el tratamiento de enfermedades. Escherichia coli fue el organismo seleccionado inicialmente, para elaborar proteínas recombinantes humanas, sin embargo, E. coli tiene sus desventajas para la producción de proteínas humanas, en razón de que es una procariota y no dispone de mecanismos para la glicosilación de las proteínas luego de la traducción. Esta modificación, que forma parte de las llamadas postraduccionales, se lleva a cabo en más del 90% de las proteínas de mamíferos, la cual puede afectar su función o el reconocimiento de la proteína para dirigirla a un sitio específico. Dado que E. coli no glicosila las proteínas en la expresión de proteínas eucarióticas, se han estudiado otros modelos: células de mamíferos, insectos y levaduras. De estos tres, las células de levaduras son las más empleadas, puesto que combinan características de fácil manipulación genética y rápido crecimiento, propio de los organismos procariota, con una maquinaria subcelular de las proteínas en forma similar a los mamíferos. La estructura de oligosacáridos de la invertasa en S. cerevisiae y P. pastoris fue determinada y comparada con la estructura de los oligosacáridos

de mamíferos. P. pastoris

tiene los

mecanismos para adicionar O-N-oligosacáridos a las proteínas secretadas. Los glicanos de la invertasa secretada por P. pastoris no tienen el residuo de α-1-3 manosa característica en S. cerevisiae, el cual produce alta naturaleza antigénica de las glicoproteínas secretadas por esta última levadura y, por tanto, las hace no aptas para producir sustancias de uso terapéutico. Respecto a los N-oligosacáridos, la ventaja de P. pastoris sobre S. cerevisiae está en la glicosilación que realiza, pues esta se parece más a la que hacen las células humanas. Este microorganismo es capaz de generar modificaciones postraduccionales muy similares a las modificaciones humanas. Además en grandes fermentadores, P. pastoris crece en un medio que consiste en una fuente pura de carbono (glicerol o metanol), biotina, sales, trazas de elementos, agua y no secreta alta cantidad de proteínas endógenas; por consiguiente las proteínas secretadas por el cultivo son relativamente puras, lo que facilita su separación.

DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL

3

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 2

OBJETIVO

2.1

GENERAL -

Desarrollar el proyecto de diseño de una planta de producción de albumina sérica humana recombinante (rHSA).

2.2

ESPECIFICOS -

Establecer las bases de diseño para la construcción de una planta de producción de rHSA.

-

Detallar el proceso de producción de rHSA.

-

Elaborar el estudio de pre factibilidad económico para la construcción de una planta de producción de RHSA.

3 3.1

TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD INSTALADA

Considerando que los tiempos para la elaboración del proyecto, no se llevo a cabo un estudio de mercado, por lo que de forma arbitraria se elige una capacidad instalada de 500 kg de rHSA por año.

3.2

LOCALIZACIÓN CON BASE A LA UBICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MERCADOS DE CONSUMO Y ABASTECIMIENTO

La localización adecuada se evaluará al dividir el territorio nacional en tres regiones: A) Norte B) Centro C) Sureste.

DISEÑO DE PLANTAS | OBJETIVO

4

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

Figura 2. División del territorio nacional en 3 zonas (la zona blanca y azul se considera norte)

En cada región se evaluaran los parámetros considerados con más impacto de acuerdo a las condiciones requeridas para el establecimiento de la planta. Los parámetros evaluados se describen para cada zona:

Tabla 1. Criterios de selección para la localización de sitios.

Parámetro Mano de obra calificada

A De acuerdo a los reporte de INEGI, existe una oferta moderada de técnicos y profesionistas, sin embargo, su cercanía a la frontera norte exige un ingreso por salarios elevado

B La zona con mayor oferta de técnicos y profesionistas. La alta actividad económica hace que los salarios puedan mantenerse fijos, además de que la calidad de vida es relativamente buena.

C Es una zona con bajo desarrollo económico que no sea turismo. Existen limitadas fuentes de técnicos y profesionistas.

Clima y factores ambientales

La temperatura media en esta zona es de 25°C, sin embargo, su

La zona centro Zona húmeda con tiene una alto índice de temperatura precipitaciones. promedio de 18°C,

DISEÑO DE PLANTAS | TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION

5

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

Estimulos fiscales

Infraestructura (carreteras, servicios, comunicaciones)* Cercania con Mercados Materia Prima

ubicación geográfica la hace propensa climas extremos en verano/invierno. Predominan zonas áridas. PROGRAMA EMPRENDE TU NEGOCIO PROGRAMA INICIA TU NEGOCIO IMPULSO A TU NEGOCIO FONDO DE APOYO PARA LA MICRO, PEQUEÑA Y MEDIANA EMPRESA

y su clima es templado, con las estaciones definidas.

Programas de microcréditos para el autoempleo Programa de apoyo a la micro y pequeña empresa Bancarización

Dreditos y facilidades para el establecimiento de nuevas emoresas, que van desde $30’000.00 hasta 1’000’000.00

+++

+++++

++

No se muestra diferencia significativa. Es una zona Debido a que es Es una zona dedicada a una zona cuyas dedicada a actividades actividades actividades económicas económicas económicas enfocadas a la principales son el primarias, lo que transformación de comercio y la reduce el costo de materias primas, lo industria, existe un materias primas y que garantiza la limitado las hace mas selección de líneas abastecimiento de disponibles. de distribución y materias, que es proveedores. compensado por la gran cantidad de vías de comunicación.

Al evaluar los parámetros de acuerdo al método cualitativo por puntos, se obtuvo la siguiente matriz, en la que se califico cada lugar y se multiplico por su grado de impacto (calificación/calificación por grado de impacto). La suma total permitió comparar cada sitio, y así elegir el más adecuado. La localización seleccionada es el área centro.

DISEÑO DE PLANTAS | TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION

6

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 2. Evaluación de la localización.

Parámetro

Grado de impacto

A

B

C

Mano de obra calificada

0.25

8 /2

10/2.5

7/1.75

Clima y factores ambientales

0.15

9/1.35

9/1.35

8/1.20

Estimulos fiscales

0.05

9/0.45

9/0.45

10/0.5

Infraestructura (carreteras, servicios,

0.10

9/0.9

10/1.0

8/0.8

Cercania con Mercados

0.20

10/2.0

9/1.80

8/1.6

Materia Prima

0.25

8/2.0

7/1.75

9/2.25

TOTAL

1.00

5.1

8.85

8.1

comunicaciones)

Establecida la localización en la zona centro, se procede a elegir la ubicación, tomando en cuenta los mismos puntos anteriores se evalúan los siguientes parques industriales: A) Toluca: FRISIA, Toluca-Lerma. Km 535 México-Toluca, Lerma. B) Querétaro: Parque Industrial Querétaro. C) Puebla. Industrial San Jerónimo. Carretera Puebla-Tlaxcala. D) Guanajuato. Industrial DELTA. Carretera León-Silao La matriz resultante se muestra a continuación. La suma total de las evaluaciones permitió elegir la ubicación más adecuada, siendo esta el parque industrial Toluca-Lerma. Tabla 3. Evaluación de la ubicación.

Parámetro

Grado de importancia

A

B

C

D 9/2.25

Mano de obra calificada

0.25

9/2.25 9/2.25

8/2.0

Clima y factores ambientales

0.15

9/1.35

8/1.2

9/1.35 8/1.20

Estímulos fiscales

0.05

8/0.4

9/0.45 10/0.5 10/0.5

Infraestructura (carreteras, servicios,

0.10

10/1.0

9/0.9

9/0.9

10/1.0

Cercanía con Mercados

0.20

10/2.0

9/1.8

8/1.6

10/2.0

Materia Prima

0.25

9/2.25 9/2.25 9/2.25 9/2.25

TOTAL

1.00

comunicaciones)

9.25

8.85

8.60

DISEÑO DE PLANTAS | TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION

9.2

7

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4

INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

4.1

BASES DE DISEÑO

4.1.1

4.1.1.1

GENERALIDADES

TIPO DE PLANTA

Planta de producción de productos recombinantes, clasificada dentro de las farmoquímicas, aunque también puede considerarse una planta biotecnológica.

4.1.1.2

PRODUCTO

La albúmina sérica humana se encuentra en un 50% de proteínas totales en el suero. Contribuye de forma importante a la osmolaridad del suero, pero además tiene la importante propiedad de unirse con facilidad a muchas sustancias diferentes, entre las que se encuentran los diferentes ácidos grasos libres. A través de la fijación, la posterior solubilización y transporte de diversos ácidos grasos, la albúmina facilita el transporte de éstas moléculas hidrófobas al medio predominantemente hidrófilo del plasma. Tiene gran importancia farmacológica la presencia en la molécula de albúmina de lugares capaces de fijar diversos tipos de fármacos, como salicilatos, barbitúricos, sulfaminas, penicilina y warfarina. Pero la interacción es débil y los ligandos son fácilmente desplazados por otras sustancias. Teniendo esto en cuenta, la albúmina no solo participa en la solubilización de los fármacos, sino que también puede determinar la proporción presente en el plasma de fármaco libre (y, por lo tanto, farmacológicamente activo). Especificaciones del producto Albumina Sérica Humana Recombinante Características: cristales blancos o ligeramente amarillentos que pueden sedimentarse en reposo, medida de las partículas es del orden de 10-100μm, ninguna partícula debe de pasar las 150μm. pH. 5.0-8.5. Conservarse a una temperatura de 2-10°C. DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

8

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 4. Características del producto.

SUSTANCIA

CANTIDAD

Globulinas

5.00%

Alcohol bencílico (Agente bacteriostático) 0.90% Seroalbúmina

4.1.1.3

94.10%

APLICACIÓN DEL PRODUCTO

Acción Terapéutica 

Expansor del volumen sanguíneo circulante.



Antibilirrubinémico.



Unión reversible a sustancias endógenas y exógenas.



Secuestro de radicales libres y prevención de la peroxidación lipídica.



Preservación de la integridad microvascular y, como consecuencia, de la formación

de edemas. Indicaciones 

Hipovolemia: en emergencias, con o sin estado de shock.



Hipoproteinemia.



Hiperbilirrubinemia neonatal.



Hemodiálisis.



Como

tratamiento

complementario

en:

quemaduras

severas,

síndrome

respiratorio del adulto, bypass cardiopulmonar, ascitis, nefrosis aguda y síndrome nefrótico agudo, pancreatitis e infecciones intrabdominales, fallas agudas del hígado, y toxemia del embarazo. 

Resuspensión de glóbulos rojos.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

9

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.2 4.1.2.1

CAPACIDAD INSTALADA, RENDIMIENTO Y FLEXIBILIDAD CAPACIDAD INSTALDA

La capacidad de la planta se describe de acuerdo a lo siguiente: a) Capacidad de Diseño: 575 kg/año b) Capacidad Normal: 500 kg/año c) Capacidad Mínima: 425 kg/año

4.1.2.2

RENDIMIENTO

Se considera que el proceso tiene un rendimiento de 60%. Se trabajaran 340 días al año, por lo que el factor de servicio resulta 0.93. Factor de servicio =

4.1.2.3

Días laborados 340 = Días del año 365

FLEXIBILIDAD

La planta deberá seguir operando bajo las siguientes condiciones anormales: a) Falla de electricidad Observaciones:

Si___X___ No__________ La planta deberá contar con una planta eléctrica de emergencia y será conectada a los equipos y áreas fundamentales en el proceso

b) Falla de vapor Observaciones:

Si___X____ No__________ Sin embargo el área de fermentación será la única que no opere

c) Falla de aire Observaciones:

Si________ No____X_____ _______________________________________

d) Otras:

_______________________________________ _______________________________________

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10

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.2.3.1 ¿Se requiere prever aumentos de capacidad en futuras ampliaciones? Si el análisis de mercado indica un crecimiento en la demanda será necesario ampliar la nave de producción; sin embargo con el diseño actual es posible operar a la capacidad de diseño sin ningún problema

4.1.2.3.2 Requerimientos especiales de operación Será necesario el cálculo de la nueva capacidad de a planta así como su subsecuente acondicionamiento de áreas y equipos

4.1.3

ESPECIFICACIONES DE LAS ALIMENTACIONES

Figura 3. Especificaciones de las alimentaciones.

Alimentación

Estado Físico

Impurezas

Impurezas

individuales

totales

(HPLC)

(HPLC)

Glucosa

Sólidos

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Glicerol

Líquido

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Botina

Sólidos

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Solución de Sales

Líquido

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Agua de la red

Líquido

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Cloruro de Sodio

Sólido

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Agua desionizada

Líquido

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Líquido

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Líquido

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Buffer A “Acetato de sodio 25mM” Buffer B “Fosfato de sodio, NaCl, Caprilato de sodio”

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11

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Buffer C “Fosfato de Sodio y NaCl

Líquido

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Líquido

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Sólidos

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

Sólidos

Máx. 0.1%

Máx. 0.1%

0.1M” Buffer E “Fosfato de sodio, NaCl 0.2M” Peptona Extracto de levadura

4.1.4

ESPECIFICACIONES DE LOS PRODUCTOS

Tabla 5. Especificaciones del producto

4.1.5

Alimentación

Estado Físico

rHSA

Sólidos (polvo)

Impurezas individuales (HPLC) max. 0.1%

Impurezas totales (HPLC) max. 0.1%

CONDICIONES DE ALIMENTACION EN LÍMITE DE BATERÍA

En la alimentación a la planta, la línea de alimentación del agua tiene válvulas de seguridad. Tabla 6. Condiciones de alimentación en límites de batería.

Alimentación

Estado

Presión manométrica (Kg/cm2)

Temperatura (°C)

Forma de recibido

Físico

Máx

Normal

Mín

Máx

Normal

Mín

Glucosa

Sólidos

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Costal

Glicerol

Líquido

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Tambo

Botina

Sólidos

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Costal

Solución de Sales

Líquido

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Garrafones

Agua de la red

Líquido

2.5

2

1.5

20.5

15.5*

10.5

Tubería

Cloruro de Sodio

Sólido

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Costal

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

12

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Agua desionizada Buffer A “Acetato de sodio 25mM”

Líquido

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Garrafones

Líquido

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Garrafones

Líquido

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Garrafones

Líquido

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Garrafones

Líquido

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Garrafones

Sólidos

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Costal

Sólidos

1.5

1

0.5

20.5

15.5*

10.5

Costal

Buffer B “Fosfato de sodio, NaCl, Caprilato de sodio” Buffer C “Fosfato de Sodio y NaCl 0.1M” Buffer E “Fosfato de sodio, NaCl 0.2M” Peptona Extracto de levadura

*De datos Tomados del Clima Nacional de México

4.1.6

CONDICIONES DE LOS PRODUCTOS EN LÍMITE DE BATERIA

Tabla 7. Condiciones del producto en límites de batería.

Producto

Estado Físico

Albumina sérica humana recombinante

Sólido

Presión manométrica (Kg/cm2) Máxima Normal Mínima 2.5

2

1.5

Temperatura (°C) Máxima Normal Mínima 15.5

10.5*

Forma de entrega Bolsa de plástico**

5.5

*De a datos Tomados del Clima Nacional de México **Se entregara en bolsas de plástico de polietileno impresas con las características del producto y el nombre de la empresa de 1 kg, en cajas con seis bolsas. 4.1.7

ELIMINACION DE DESECHOS DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

13

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Las Normas Oficiales Mexicanas en materia de Eliminación de desechos producidos por la planta farmoquímica que se buscaron vienen resumidas en la siguiente tabla. Tabla 8. Normas Oficiales Mexicanas

Descarga de aguas residuales NOM-001-ECOL-1996 NOM-001-SEMARNAT-1996

Límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales.

NOM-002-ECOL-1996 NOM-002-SEMARNAT-1996

Límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal.

NOM-003-ECOL-1997

Límites máximos permisibles de contaminantes para las

NOM-003-SEMARNAT-1997

aguas residuales tratadas que se reúsen en servicios al público. Contaminación atmosférica

NOM-034-ECOL-1993 NOM-034-SEMARNAT-1993

Métodos de medición para determinar la concentración de monóxido de carbono en el aire ambiente y los procedimientos para la calibración de los equipos de medición.

NOM-035-ECOL-1993

Métodos de medición para determinar la concentración

NOM-035-SEMARNAT-1993

de partículas suspendidas totales en el aire ambiente y el procedimiento para la calibración de los equipos de medición. Emisiones de fuentes fijas

NOM-043-ECOL-1993 NOM-043-SEMARNAT-1993

Niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de partículas sólidas provenientes de fuentes fijas.

Residuos peligrosos, sólidos urbanos y de manejo especial NOM-052-SEMARNAT-2005

Que establece las características, el procedimiento de identificación, clasificación y los listados de los residuos peligrosos

NOM-053-ECOL-1993 NOM-053-SEMARNAT-1993

Procedimiento para llevar a cabo la prueba de extracción para determinar los constituyentes que

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14

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente NOM-054-ECOL-1993

Procedimiento para determinar la incompatibilidad

NOM-054-SEMARNAT-1993

entre dos o más residuos considerados como peligrosos por la norma oficial mexicana NOM-052-ECOL-1993.

NOM-055-SEMARNAT-2003

Que establece los requisitos que deben reunir los sitios destinados al confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de los radiactivos.

NOM-056-ECOL-1993

Requisitos para el diseño y construcción de las obras

NOM-056-SEMARNAT-1993

complementarias de un confinamiento controlado de residuos peligrosos.

NOM-057-ECOL-1993

Requisitos que deben observarse en el diseño,

NOM-057-SEMARNAT-1993

construcción y operación de celdas de un confinamiento controlado para residuos peligrosos.

NOM-058-ECOL-1993

Requisitos para la operación de un confinamiento

NOM-058-SEMARNAT-1993

controlado de residuos peligrosos.

NOM-087-SEMARNAT-SSA1-2002

Protección ambiental-salud ambiental-residuos peligrosos biológico-infecciosos-clasificación y especificaciones de manejo.

NOM-098-SEMARNAT-2002

Protección ambiental – incineración de residuos, especificaciones de operación y límites de emisión de contaminantes. Comisión Nacional del Agua

NOM-001-CONAGUA-1995

Sistema de alcantarillado sanitario – especificaciones de hermeticidad.

NOM-002-CONAGUA-1995

Toma domiciliaria para abastecimiento de agua potable – especificaciones y métodos de prueba.

NOM-007-CONAGUA-1997

Requisitos de seguridad para la construcción y operación de tanques de agua.

NOM-087-ECOL-SSA1-2002

Protección ambiental-salud ambiental-residuos

NOM-087-SEMARNAT-SSA1-2002

peligrosos biológico-infecciosos-clasificación y

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15

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) especificaciones de manejo.

4.1.8

ALMACENAMIENTO

La planta dispondrá de un espacio libre para el acceso de pipas, carros tanque o cualquier otro tipo de transporte y entrega de las materias primas sólidas y en estado líquido. Las condiciones de almacenamiento de materias primas solidas serán en almacenes destinados para ello, cuyas temperaturas no deberán ser mayores a 25°C. El producto final será almacenado en un almacén destinado para dicho fin. Debido a sus propiedades, se deberá mantener en un cuarto frio, cuya temperatura será de 4°C.

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16

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9 4.1.9.1

ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL DATOS DEL PROYECTO

4.1.9.1.1 NIVELES 4.1.9.1.1.1 NIVEL I. DATOS GENERALES DEL PROYECTO, ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL 4.1.9.1.1.1.1 PROYECTO 4.1.9.1.1.1.1.1 Nombre del proyecto. PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA MEDIANTE Pichia pastoris.

4.1.9.1.1.1.1.2 Estudio de riesgo y su modalidad (En caso, de que la actividad implique la realización de actividades altamente riesgosas).

4.1.9.1.1.2 NIVEL II. ESTUDIO DE RIESGO AMBIENTAL. 4.1.9.1.1.2.1 Ubicación del proyecto Carretera México-Toluca Km 535 Corredor Industrial Toluca Lerma Código Postal 52004. Teléfono Fax

01(72) 79 22 99/79 20 36/792199/ 01 (72) 79 22 49/79 20 17

Mapa (ver mapa)

4.1.9.1.1.2.2 Tiempo de vida útil del proyecto El tiempo de vida útil del proyecto se estima en 30 años, y tardará aproximadamente 48 semanas en poder realizarse la obra, tal como se describe en el programa de trabajo.

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17

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9.1.1.2.3 En caso de que el proyecto que se somete a evaluación se vaya a construir en varias etapas, justificar esta situación y señalar con precisión El proyecto en cuestión se desarrollará en una sola etapa

Presentación de la documentación legal: De ser el caso, constancia de propiedad del predio. El predio pertenece empresa Farmoquímica “FarmaBIO” S.A. de C.V.

4.1.9.1.2 PROMOVENTE

4.1.9.1.2.1

Nombre o razón social

La empresa llevara el nombre de Farmoquímica “FarmaBIO” con la razón social correspondiente a Sociedad Anónima de Capital Variable.

4.1.9.1.2.2 Registro Federal de Contribuyentes del promovente GMM 361228 4D0

4.1.9.1.2.3 Nombre y cargo del representante legal Cerón Montes Adrian, Encargado del estudio del impacto ambiental.

4.1.9.1.2.4 Dirección del promovente o de su representante legal para recibir notificaciones Carretera México-Toluca Km 535 Corredor Industrial Toluca Lerma Código Postal 52004. Teléfono Fax

01(72) 79 22 99/79 20 36/792199/ 01 (72) 79 22 49/79 20 17

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18

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9.1.3 RESPONSABLE DE LA ELABORACIÓN DEL ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL 4.1.9.1.3.1 Nombre o Razón Social Farmoquímica “FarmaBIO” S.A. de C.V. 4.1.9.1.3.2 Registro Federal de Contribuyentes o CURP GMM 361228 4D0

4.1.9.1.3.3 Nombre del responsable técnico del estudio. Registro Federal de Contribuyentes o CURP. Número de Cédula Profesional Cerón Montes Adrian. Encargado del estudio del impacto ambiental y alternativas correspondientes CURP: CEMA870109HMRND06 RFC: CEMA870109 CEDULA PROFESIONAL:

4.1.9.1.3.4 Dirección del responsable técnico del estudio. Tecamac de Felipe Villa Nueva, Col. San Martin Azcatepec Municipio: Tecamac de Felipe Villa Nueva México D.F. C.P. 55748 Tel. 5516036279 e-mail: [email protected]

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19

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9.2

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

4.1.9.2.1 INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO 4.1.9.2.1.1 Naturaleza del proyecto Con el objeto de producir la albumina sérica humana la empresa Farmoquímica “FarmaBIO” S.A. de C.V., se proyecta instalar una planta Farmacéutica-.Biotecnológica. El proyecto se fundamenta, debido al incremento de la demanda de la albumina sérica humana, por lo que la demanda (insificiente)actual de este producto es más que la oferta del mismo.

4.1.9.2.1.2 Selección del sitio El sitio seleccionado para la ubicación de esta planta, se encuentra dentro Corredor Industrial Toluca Lerma por el beneficio y características de los mercados de consumo y abastecimiento. Evaluados por la misma empresa y especificados en los puntos 3.1 al 3.3 del presente trabajo.

4.1.9.2.1.3 Ubicación física del proyecto y planos de localización Se presenta croquis de ubicación de la Planta.

Figura 4. Corredor Industrial Toluca Lerma, Lerma, México (Google Earth).

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20

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) La planta se encuentra ubicado el corredor Industrial Toluca Lerma al norte del Estado de México. ·

Latitud Norte: 19º 09’00´´

·

Longitud Oeste: 99º 29’00’’

·

Altitud: 2,660 m.s.n.m

Las vías de acceso que se tienen para llegar al Complejo de Manufactura Toluca, que son:

4.1.9.2.1.3.1 Terrestre. Autopista México-Toluca hasta y tomar la avenida Paseo Tolloacan hasta llegara a El Rincón del Parque, y girara a la derecha con rumbo a Texcoco hasta interceptar con la calle Lerma y dar vuelta a la izquierda, posteriormente a escasas cuadras se encuentra el Corredor Industrial Toluca Lerma.

4.1.9.2.1.3.2 Sistema Ferroviario La vía más cercana corresponde al ferrocarril México –Toluca localizado en el límite sur del Corredor Industrial de Toluca.

4.1.9.2.1.3.3 Aeropuerto. Aeropuerto de la Ciudad de Toluca al Complejo de Manufactura Toluca Estado, municipio, colonia, calle, código postal, teléfono

El Municipio de Toluca colinda al norte con los municipios de Temoaya y Otzolotepec, al sur con Villa Guerrero y Coatepec Harinas, al este con Lerma, San Mateo Atenco y Metepec, al sureste con Calimaya y Tenango del Valle, y al oeste con Almoloya de Juárez y Zinacantepec. Sus coordenadas geográficas extremas varían de los 19° 04’15” a los 19° 27’10” de latitud Norte, y de los 99°31’40” a los 99°46’50” de Longitud Oeste (INEGI , 1992) y abarca una superficie total de 42,013.5 hectáreas. (Subdirección de Estudios y Consulta del Territorio Estatal, SECTE, 1989. El territorio municipal se conforma por un total de 89 sectores y 24 Delegaciones.

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21

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9.2.1.4

Inversión requerida

Reportar el importe total del capital total requerido (inversión + gasto de operación), para el proyecto. A. pesos M.N.

Tabla 9. La inversión requerida para la planta

Descripción

Inversión (millones de pesos de pesos) Capacidad instalada 100.00 Equipo requerido 200.00 Total capital requerido 300.00 para inversión

B. Precisar el período de recuperación del capital, justificándolo con la memoria de cálculo respectiva.

Con base a la información presentada en el cuadro anterior, el volumen actual de La capacidad de la planta se describe de acuerdo a lo siguiente: a) Capacidad de Diseño: 575 kg/año b) Capacidad Normal: 500 kg/año c) Capacidad Mínima: 425 kg/año

4.1.9.2.1.5 Dimensiones del proyecto Especifique la superficie total requerida para el proyecto, desglosándola de la siguiente manera: a) Superficie total del predio ( en m2 ). La planta industrial Farmoquímica “FarmaBIO” S.A. de C.V. en Toluca tiene una superficie de 500,000 m2. b) Superficie a afectar (en m2 ) con respecto a la cobertura vegetal del área del proyecto, por tipo de comunidad vegetal existente en el predio (selva, manglar, tular, bosque, etc.). Indicar, para cada caso su relación (en porcentaje), respecto a la superficie total del proyecto

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22

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Las superficies a afectar en áreas verdes corresponden a lo desarrollado por la planta de distribución, las cuales se encuentran comprendidas por pasto, ya que dentro del predio en el cual se ubica el complejo de Toluca no existe comunidad vegetal que pueda verse afectada.

Tabla 10. Superficies requeridas para el desarrollo del proyecto

CONCEPTO Planta (construcción)

SUPERFICIE 160 000 m2

PORCENTAJE 32.0%

c) Superficie (en m2) para obras permanentes. Indicar su relación (en porcentaje), respecto a la superficie total.

4.1.9.2.1.6 Uso actual de suelo y/o cuerpos de agua en el sitio del proyecto y en sus colindancias Usos de suelo: sin uso evidente. Las actividades que se pretenden realizar en el presente proyecto son compatibles con el uso de suelo de la zona. De acuerdo a los planes de desarrollo del Municipio de Toluca, que es industrial, lo cual se manifiesta con las múltiples empresas que se han instalado en la zona y de acuerdo a lo indicado en la Licencia de Uso de Suelo otorgada por Gobierno del Estado de México, Secretaría de Desarrollo Urbano y Obras Públicas, Subsecretaría de Desarrollo Urbano y Vivienda, Dirección General de Desarrollo Urbano, Subdirección Regional de Desarrollo Urbano Toluca-Ixtapan de la Sal.

No existen cuerpos de agua presentes dentro de la zona de influencia del proyecto.

4.1.9.2.1.7 II.1.7 Urbanización del área y descripción de servicios requeridos Instalaciones y servicios

Agua potable (0.5 litros/ seg/ha), electricidad (23 kva), drenaje pluvial y sanitario separado, calles pavimentadas, alumbrado, líneas telefónicas de fibra óptica, banquetas, vigilancia y áreas verdes. DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

23

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Giros predominantes en la zona: textil, metal-mecánica y diversas manufacturas.

4.1.9.2.2 CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DEL PROYECTO 4.1.9.2.2.1 Descripción de la obra o actividad y sus características Con la misma orientación del rubro anterior, se recomienda describir lo siguiente: a)

Tipo de actividad o giro industrial. Farmoquímica

b)

La totalidad de los procesos y operaciones unitarias. 18 1. Tanque de medio (1) 2. Intercambiador de placas (3) 3. Tanque semilla (1) 4. Tanque de producción (1) 5. Tanque de balance (5) 6. Centrifuga de discos (1) 7. Módulo de Ultrafiltración (3) 8. Cromatografías de Columna (2) 9. Cristalizador (1)

4.1.9.2.2.2 Programa general de trabajo Para esto se presenta un diagrama de Gantt, donde se plasma el tiempo en el cual se pretende concluir el proyecto.

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24

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 11. Programa de trabajo calendarizado

SEMANAS

Actividad

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

Aprobación del proyecto Asignación del proyecto

48

x x x

x x x

x

x

Ingeniería de

x

x

x

x

x

x

x

x

detalle Construcción

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

de la planta industrial Compra del equipo Servicios

x

x

x

nuevos Revisión

y

x

x

x

x

x

x

detalles Puesta

en

x

x

x

x

servicio Cierre

del

proyecto

4.1.9.2.2.3 Preparación del sitio Dado que el proyecto se realizará en una zona sin construcción se realizaran maniobras de limpieza de zona excavación, a nivelación del terreno, elaboración de concreto reforzado para la construcción, entre otras actividades. Asimismo, en caso de efectuar algún de las siguientes obras, para el desarrollo del proyecto, es conveniente se describa la siguiente información (según corresponda):

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25

x

x

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Rellenos en zonas terrestres Se requerirá de efectuar rellenos para el desarrollo del presente proyecto. a)

Sitios de donde se adquirirá el material para efectuar el relleno. En Toluca

b)

Volumen y tipo de material por emplear en esta actividad, señalando sus características. Según corresponda.

c)

Forma de manejo y traslado del material para efectuar el relleno. En camiones y tráileres de transportación de material.

Rellenos en cuerpos de agua, zonas inundables o marinas: 1.

Nombre del cuerpo de agua o zona inundable por afectar. No aplica.

2. Superficie total por afectar. No aplica. 3. Ubicación en plano, de los sitios en donde se realizarán los rellenos. No aplica. 4. Sitios de donde se adquirirá el material para efectuar el relleno, tipo de material y volumen o cantidad del material por utilizar. No aplica. 5. Forma de manejo y traslado del material para efectuar el relleno. No aplica. 6. Descripción de la técnica constructiva. No aplica. 7. Descripción de métodos por emplear, para garantizar la estabilidad de taludes, en su caso. No aplica.

Obras de dragados de cuerpos de agua y zonas de tiro (Sólo para industrias ubicadas junto al mar o río y cuando el promovente realice el dragado como parte del proyecto industrial):

1) Ubicación en plano, de los sitios en donde se realizarán los dragados, indicando el nombre del cuerpo de agua o zona por afectar. DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

26

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) No aplica a)

Volumen que será dragado.

No aplica b)

Diseño de muestreo para la caracterización del material a dragar.

No aplica. c)

Parámetros que serán analizados en las muestras de material a dragar.

No aplica. d)

Resultados de los análisis CRETIB del material por dragar.

No aplica. e)

Capacidad volumétrica de la zona de tiro.

No aplica f)

Diseño del sitio de tiro.

No aplica. g)

Coordenadas geográficas o UTM de la poligonal que formará el sitio de tiro.

No aplica. h)

Superficie que será afectada por el dragado e indicando la superficie de cada una de las zonas de tiro.

No aplica. i)

Tipo de material a descargar.

No aplica. j)

Características de la corriente en el área de tiro (en caso de que el material sea dispuesto en cuerpos de agua).

No aplica.

Obras de protección (escolleras, espigones, bordos, dársenas, represas, rompeolas, malecones, diques, varaderos y muros de contención).

Tipo, número, dimensiones y material empleado para las estructuras de protección, así como las técnicas constructivas que se utilizarán.

Muelles a)

Área total del muelle. DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

27

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) No aplica b)

Tipo de muelle (fijo o flotante).

No aplica c)

Forma de muelle (marginal, espigón, en “T”, en “U”, etc.).

No aplica d)

Material que se utilizará para su construcción (concreto, madera, plástico reforzado con fibra de vidrio, acero, etc.).

No aplica e)

Profundidad máxima del muelle.

No aplica f)

Tipo de embarcaciones que va a recibir, especificando el calado de las embarcaciones.

No aplica g)

Relación del número de embarcaciones y rutas de navegación en aquellas zonas marinas, litorales o lagunares, las cuales se encuentren dentro de un Área Natural Protegida, indicando la congruencia de la actividad conforme lo establezca su correspondiente Programa de Manejo.

No aplica 4.1.9.2.2.4 Desviación de cauces a)

Justificación

No aplica b)

Nombre del cuerpo de agua.

No aplica c)

Descripción de los trabajos de desvío (anexar planos).

No aplica d)

Tipos de comunidades de flora y fauna que podrían ser afectados.-

No aplica e)

Gasto promedio que será desviado, porcentaje con respecto al volumen total y la afectación a poblaciones o localidades cercanas.

No aplica

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28

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9.2.2.5 Descripción de las obras y actividades provisionales del proyecto Requerirá de la construcción de servicios de apoyo, ya que la planta no cuenta con la infraestructura necesaria para poder dar servicio a los requerimientos del desarrollo del proyecto. Los servicios de apoyo que requerirá serán de agua, luz, drenaje, vapor, línea telefónica, etc.

Utilizando los mismos horarios de trabajo para el personal que estará a cargo de la obra, que los empleados dentro de la planta; por lo que no se requerirá de la instalación de campamentos, ni de dormitorios. 4.1.9.2.2.6 Etapa de construcción Las etapas de construcción son tres principales las cuales son la etapa de contrataciones y compra de material, la etapa de construcción, la cual es la que mas tiempo tarda, y la etapa de cierre del proyecto. En virtud de que la obra a desarrollar se ubicará en una zona aún sin construir se requerirá de obras asociadas como pueden ser campamentos o caminos de acceso o bodegas para el material de construcción. 4.1.9.2.2.7 II.2.8 Descripción de las obras asociadas al proyecto Como obra asociada se identifica a toda aquella obra que complemente a cualquiera de las obras principales, como podrían ser:

Construcción o rehabilitación de caminos de acceso, incluyendo vías férreas. Señalando para ambos casos la longitud, corona, derecho de vía, etc. No se realizarán caminos de acceso. Líneas de transmisión y subestaciones eléctricas (anexar plano con la trayectoria, indicando la superficie de material vegetal que será afectada por los derechos de vía y de la subestación sus características). No aplica. Áreas recreativas y campos deportivos para los trabajadores. DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) No aplica. Sistemas para la captación de agua pluvial o superficie Pozos de agua No aplica. Plantas (instalaciones y equipo) para el tratamiento previo de agua a utilizar o de aguas residuales (señalar la descripción del proceso de tratamiento, capacidad de diseño de la planta, origen de las aguas recibidas, características esperadas, tratamiento y disposición final de los residuos generados (lodos, salmuera), calidad esperada del agua después del tratamiento, destino final del efluente tratado y sitios de descarga o destino de la misma). Se generaran aguas residuales. Provenientes de la planta la cual se le dará un tratamiento térmico par la neutralización de los microorganismos y posteriormente ser utilizada en las aéreas verdes, (Ver tratamiento de aguas residuales) Administrativas (oficinas) o de servicios (patios de servicio, obras para abastecimiento y almacenaje de combustibles y materiales). Se requerirá de la construcción de oficinas administrativas o patios de servicio. Unidades para el registro de parámetros ambientales y de producción, etc., que conlleven la realización de obras adicionales. La compra de un incinerador para la neutralización de la biomasa y se pueda desechar. (ver tratamiento de la biomasa) 4.1.9.2.2.8 Generación, manejo y disposición de residuos sólidos, líquidos y emisiones a la atmósfera Etapa de construcción: En esta etapa los residuos estarán constituidos por restos de material de construcción como lo son pedazos de ladrillos, concreto, restos de celosía, y algunos pedazos de tubería. Etapa de operación: durante esta etapa del proyecto, los residuos estarán constituidos por emisiones a la atmósfera las cuales se verán reducidas al utilizar un combustible más limpio, además de la neutralización de la biomasa y la esterilización del agua de proceso.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9.2.2.9 Infraestructura para el manejo y la disposición adecuada de los residuos El presente proyecto implica generación de residuos, como son la eliminación de la biomasa, esterilización del agua de proceso, principalmente. Tabla 12. Disposición de residuos

NOMBRE

DESTINO

METODO DE DISPOSICIÓN

Arena Basura

APASCO/ECOLTEC CEMEX/PROAMBIENTE RECOLECTORA KING KONG

REUSO REUSO RELLENO SANITARIO

Cable con forro

INSUMOS RECICLABLES

RECICLAJE

Cartón

INSUMOS RECICLABLES

RECICLAJE

Chatarra

INSUMOS RECICLABLES

RECICLAJE

Escombro

RECOLECTORA KING KONG

RELLENO SANITARIO

Escoria Llantas usadas

APASCO/ECOLTEC PROAMBIENTE

REUSO COMBSTIBLE ALTERNO

Madera

INSUMOS RECICLABLES

RECICLAJE

Papel archivo

RECOLECTORA KING KONG

RECICLAJE

Plástico scrap sin metal

PROAMBIENTE

COMBUSTIBLE ALTERNO

Plástico scrap con metal

RIMSA

CONFINAMIENTO

Polietileno

RECOLECTORA KING KONG

RECICLAJE

Rebeba de hierro Rebaba de aluminio

ROCA ACERO INSUMOS RECICLABLES

RECICLAJE RECICLAJE

Residuos del comedor

INSUMOS RECICLABLES

REUSO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Así también y de acuerdo a la instrucción del sistema de administración ambiental, tenemos que para el caso de los residuos peligrosos se cuenta con los siguientes métodos de disposición:

Tabla 13. Disposición de residuos peligrosos

IDENTIFICACIÓN Aceite sucio Baterías usadas

DESTINO PROAMBIENTE GILBERTO CABALLERO C.

METODO DE DISPOSICIÓN Combustible Alterno Reciclaje

Contenedores Vacíos

RECUPERADORA RUMA PROAMBIENTE RIMSA

Combustible Alterno

Filtros Automotrices Lodo con aceite

RIMSA APASCO/ECOLTEC RIMSA Lodo de pintura APASCO/ECOLTEC Lodo elpo APASCO/ECOLTEC Lodos biológicos RIMSA APASCO ECOLTEC Lodo de Tratamiento de agua REIND QUÍMICA industrial RIMSA Metales scrap RIMSA Polvo químico de extintor RIMSA Residuos con aceite PROAMBINTE Residuos médicos TRADEM Resinas RIMSA Selladores RIMSA Solución de ácido sulfúrico RIMSA Solución de amoniaco RIMSA Solventes usados PROAMBIENTE Tambor con silicato de sodio RIMSA Tierra con aceite RIMSA

Confinamiento controlado Confinamiento controlado Combustible Alterno Confinamiento controlado Confinamiento controlado Combustible Alterno Confinamiento controlado Confinamiento controlado Combustible Alterno Incineración Confinamiento controlado Confinamiento controlado Confinamiento controlado Combustible Alterno Confinamiento controlado Confinamiento controlado

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9.2.2.9.1 Tratamiento de los residuos generados por la planta. 4.1.9.2.2.9.1.1 Tratamiento de biomasa Para el tratamiento de la torta que se genera en el filtro presa se tratara con un incinerador para la eliminación de la biomasa y posteriormente su desecho. Datos de entrada al equipo. Peso de los sólidos húmedos: 12500Kg Humedad al 80% Salida del equipo Peso de los sólidos secos: 2500kg Tiempo total de trabajo: 10hrs Características del equipo a usar:  Envolvente de lámina de acero galvanizado acabado epóxico.  Sistema de combustión con doble válvula de seguridad, control automático, control contra falla de flama, sensor de presión y control de protección térmica.  Tablero de mando equipado con control automático de temperatura y temporizadores.  Fuego sobre y por debajo del cuerpo que aumenta la eficiencia de la combustión y la velocidad de cremación.  Quemadores ecológicos de alta eficiencia y baja generación de NOx.  Cámara secundaria integrada que elimina humos,olores y partículas con dos segundos de retención.  Material refractario y aislante de alta calidad para 1,700 ºC.  Puertas de carga y servicio revestidas de material refractario provistas con mirillas, seguros y doble sello cerámico.  Exclusivo diseño que evita el escurrimiento de grasa y fluido.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 14. Ficha Técnica del Incinerador.

Ficha Técnica Modelo

UMCC-PAT 500

Capacidad de cremación

500 Kg /hr

Cámara de ignición

850ºC

Cámara de retención

950ºC

Tiempo de residencia

2 seg

Quemadores

3

Potencia térmica máxima

1,200,000 Kcal/hr

Combustible

Diesel

Gas L.P. (Max)

80 Nm3 /hr

Alimentación eléctrica

3F. 220 V

Consumo eléctrico

12.0 KW

Área mínima requerida

8 X 15 X 4 Mt

Peso del equipo

22,000 Kg

Control de emisiones

1500 LTS/Día

Este equipo requiere de los servicios de electricidad 220 V y gas L.P.

Datos de la Empresa que lo oferta. Incimex Incineradores & Crematorios Elsa No. 84 Col. Gpe. Tepeyac, Mex, D.F. 07840 Tel/ Fax (0155) 5517-4150 (0155) 5537-7532 Planta Fracc. Industrial Peñuelas Santiago de Querétaro, Qro.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.9.2.2.9.1.2 Tratamiento de los líquidos obtenidos durante todo el proceso de la PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA MEDIANTE Pichia pastoris. Los Líquidos obtenidos en el proceso de la producción de albúmina sérica humana mediante pichia pastoris, se esterilizaran para su reutilización, al ser posteriormente procesado como aguas grises y su utilización en aguas de riego en las aéreas verdes de la empresa.

Se utilizara un tanque con chaqueta con las mismas dimensiones que el tanque de producción y las mismas condiciones, exceptuando el incorpora miento del sistema de agitación el cual este tanque no tendrá, este tanque estará fuera de producción.

Sera alimentado por tuberías que provendrán de los diferentes equipos de purificación y concentración como son: Ultrafiltración, Resinas de intercambio, entre otros procesos.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.10 SERVICIOS AUXILIARES 4.1.10.1 VAPOR

Se generará dentro de la misma planta Presión en L.B.: 313 – 475.8 – 791.7 kPa Temperatura en L.B: 135° - 150° - 170° C Calidad: Sin sales (Mg y Ca) Disponibilidad: Siempre disponible

4.1.10.2 CONDENSADO Presión mínima en L.B.: 100 kPa Temperatura: 100 °C

4.1.10.3 AGUA DE ENFRIAMIENTO Fuente de suministro: Suministro municipal Sistema: Torre de enfriamiento Entrada -

Presión en L.B.: 1 – 0.8 –0.7 atm

-

Temperatura en L.B.: 15 °C

-

Disponibilidad: Siempre

-

Presión mínima en L.B.: 0.7 atm

-

Temperatura máxima en L.B.: 32 °C

Salida

Análisis: De sales (Mg y Ca)

4.1.10.4 AGUA PARA SERVICIOS Y PARA USOS SANITARIOS (AGUA PARA LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO) Fuente de suministro: Municipal Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Temperatura en L.B.: 6 – 12 – 18 °C Disponibilidad: Siempre

4.1.10.5 AGUA POTABLE Fuente de suministro: Garrafones Análisis químico: No necesario Análisis Bacteriológico: No necesario Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm Temperatura en L.B.: 8 – 12 – 15 °C Disponibilidad: Siempre

4.1.10.6 AGUA CONTRA INCENDIOS Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm Disponibilidad: Siempre 4.1.10.7 AGUA PARA CALDERA Análisis: Sales (Mg, Ca) Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm Temperatura en L.B.: 8 – 12 – 15 °C Disponibilidad: Siempre

4.1.10.8 AGUA PARA PROCESO Fuente de suministro: Municipal Análisis: De dureza Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm Temperatura en L.B.: 8 – 12 – 15 °C Disponibilidad: Siempre

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.10.9 AIRE DE INSTRUMENTOS Suministro: Compresor Indicar si se integrará a algún sistema fuera de L.B.: Si: X

No:

Capacidad extra requerida: No se requiere Presión del sistema: 14 kg/cm2 Impurezas (fierro, aceite, etc.): Sin impurezas

4.1.10.10 AIRE DE PLANTA Suministrado: Compresor Indicar si se integrará a algún sistema general fuera de L.B. Sí: X No: 2 Presión del sistema: 14 kg/cm 4.1.10.11 COMBUSTIBLE

4.1.10.11.1

Gas

Fuente de suministro: Suministro municipal Naturaleza: Gas natural Composición base húmeda: Metano 95,08; Etano 2,14; Propano 0,29; Butano 0,11; Pentano 0,04; Hexano 0,01; Nitrógeno 1,94; Gas carbónico 0,39 Peso molecular: 16 g/mol Densidad relativa: 0,62 Poder calorífico bajo: 39900 kJ/kg; 9032 kcal/m3 Presión en L.B.: 2 – 1.5 – 1 atm Temperatura en L.B.: 20 – 15 – 12 °C Disponibilidad: Siempre

4.1.10.11.2

Líquido (no se requiere)

Fuente de suministro: DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Naturaleza: Análisis químico: Azufre: Carbón: Metales: Peso específico: Viscosidad: Poder calorífico bajo: Presión en L.B.: Temperatura en L.B.: 9.11.3 Sólido (No se requiere) Fuente de suministro. Naturaleza: Composición base húmeda: Densidad real: Densidad aparente: Tamaño de partícula: Porciento de cenizas: Porciento calorífico bajo: Forma de entrega: Disponibilidad:

4.1.10.12 REFRIGERACIÓN Naturaleza del refrigerante: R-134a Composición: CH2FCF3, 102.03 g/mol Forma de entrega: Cilindros 1750 lb, 125 lb, 30 lb Presión en L.B.: 2 – 1.5 – 1 atm Temperatura en L.B.: 20 – 15 – 12 °C Disponibilidad: Siempre

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.10.13 INERTES (NO SE REQUIERE), (H2, N2, Ar, CH4) Naturaleza: Composición: Forma de entrega en L.B.: Disponibilidad: Presión en L.B.:

4.1.10.14 ALIMENTACIÓN DE EERGÍA ELÉCTRICA Fuente(s) de suministro: Red de distribución comercial Interrupciones Frecuencia: 10 veces/año Duración máxima: 24 h Duración promedio: 2 h Causas: Tormentas y vientos Tensión: 110 V, 220 V y 440 V Número de fases: Trifásica Frecuencia: 60 Hz Factor de potencia, min: 0.9 Capacidad interruptiva de corto circuito: 6 kA Número y secciones de conductores (mm2 o calibre): 4 (0.2043 in), 6 (0.162 in), 10 (0.1019) y 12 (0.08081 in) Material del conductor y aislamiento: Cable de cobre, aislante de polietileno Diámetro y material del ducto: 10 cm, PVC Acometida (subterránea o aérea): Aérea Nivel y coordenadas de la acometida: Aún sin especificar

4.1.10.15 ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE EMERGENCIA Fuente de suministro: Generador auxiliar de emergencia Tensión: 110 V, 220 V, 440 V DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Número de fases: Trifásica Frecuencia: 60 Hz Capacidad interruptiva de corto circuito: 6 kA Número y sección de conductores (material, aislamiento): 4 (0.2043 in), 6 (0.162 in), 10 (0.1019) y 12 (0.08081 in) Acometida (subterránea o aérea): Aérea Nivel y coordenadas de la acometida: Aun sin especificar

4.1.10.16 TELÉFONOS Criterio de comunicaciones externas e internas: Telefonía fija, telefonía móvil y radio Número y sección de conductores (mm2 o calibre): 3 mm Capacidad disponible del conmutador ( si existe): No Acometida (subterránea o aérea): Aérea

4.1.10.17 DESFOGUE Diámetro de cabezales en L.B.: 5 cm Flujo máximo actual: 1 L/s Flujo máximo posible:2 L/s Temperatura máxima en L.B.: 115 °C Causas de desfogue: Desechos

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.11 SEGURIDAD E HIGIENE 4.1.11.1 Requisitos de seguridad en el centro de trabajo 4.1.11.1.1 Disposiciones generales Contar con orden y limpieza permanentes en las áreas de trabajo, así como en pasillos exteriores a los edificios, estacionamientos y otras áreas comunes del centro de trabajo, de acuerdo al tipo de actividades que se desarrollen. Las áreas de producción, de mantenimiento, de circulación de personas y vehículos, las zonas de riesgo, de almacenamiento y de servicios para los trabajadores del centro de trabajo, se deben delimitar de tal manera que se disponga de espacios seguros para la realización de las actividades de los trabajadores que en ellas se encuentran. Tal delimitación puede realizarse con barandales; con cualquier elemento estructural; con franjas amarillas de al menos 5 cm de ancho, pintadas o adheridas al piso, o por una distancia de separación física. Cuando laboren trabajadores discapacitados en los centros de trabajo, las puertas, vías de acceso y de circulación, escaleras, lugares de servicio y puestos de trabajo, deben facilitar sus actividades y desplazamientos. Las escaleras, rampas, escaleras manuales, puentes y plataformas elevadas deben, además de cumplir con lo que se indica en la presente Norma, mantenerse en condiciones tales que eviten que el trabajador resbale al usarlas. Los elementos estructurales tales como pisos, puentes o plataformas, entre otros, destinados a soportar cargas fijas o móviles, deben ser utilizados para los fines a que fueron destinados. En caso de requerir un cambio de uso, se debe evaluar si los elementos estructurales tienen la capacidad de soportar las nuevas cargas y, en su caso, hacer las adecuaciones necesarias para evitar riesgos de trabajo. Los edificios y elementos estructurales deben soportar las cargas fijas o móviles de acuerdo a la naturaleza de las actividades que en ellos se desarrollen, de tal manera que su resistencia evite posibles fallas estructurales y riegos de impacto, para lo cual deben considerarse las condiciones normales de operación y los eventos tanto naturales como incidentales que puedan afectarlos.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.11.1.2 Techos Los techos del centro de trabajo deben: a) Ser de materiales que protejan de las condiciones ambientales externas; b) Utilizarse para soportar cargas fijas o móviles, sólo si fueron diseñados o reconstruidos para estos fines; c) Permitir la salida de líquidos, y d) Soportar las condiciones normales de operación.

4.1.11.1.3 Paredes Las paredes en los centros de trabajo deben: a) Mantenerse con colores tales que eviten la reflexión de la luz, cuando se trate de las caras interiores, para no afectar la visión del trabajador; b) Utilizarse para soportar cargas sólo si fueron destinadas para estos fines, y c) Contar con medidas de seguridad, tales como protección y señalización de las zonas de riesgo, sobre todo cuando en ellas existan aberturas de más de dos metros de altura hacia el otro lado de la pared, por las que haya peligro de caídas para el trabajador.

4.1.11.1.4 Pisos Los pisos del centro de trabajo deben: a) Mantenerse en condiciones tales que de acuerdo al tipo de actividades que se desarrollen, no generen riesgos de trabajo; b) Mantenerse de tal manera que los posibles estancamientos de líquidos no generen riesgos de caídas o resbalones; c) Ser llanos en las zonas para el tránsito de las personas; d) Contar con protecciones tales como cercas provisionales o barandales desmontables, de una altura mínima de 90 cm u otro medio que proporcione protección, cuando tengan aberturas temporales de escotillas, conductos, pozos y trampas, durante el tiempo que se requiera la abertura;

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) e) Contar con señalización de acuerdo con la NOM-026-STPS-1998, donde existan riesgos por cambio de nivel, o por las características de la actividad o proceso que en él se desarrolle.

4.1.11.1.5 Escaleras Las escaleras de los centros de trabajo deben cumplir con lo siguiente: a) Tener un ancho constante de al menos 56 cm en cada tramo recto y, en ese caso, se debe señalizar que se prohíbe la circulación simultánea en contraflujo. Las señales deben cumplir con lo establecido en la NOM-026-STPS-1998; b) Cuando tengan descansos, éstos deberán tener al menos 56 cm para las de tramos rectos utilizados en un solo sentido de flujo a la vez, y de al menos 90 cm para las de ancho superior; c) Todas las huellas de las escaleras rectas deben tener el mismo ancho y todos los peraltes la misma altura, con una variación máxima de ± 0.5 cm; d) En las escaleras con cambios de dirección o en las denominadas de caracol, el peralte debe ser siempre de la misma altura; e) Las huellas de los escalones en sus tramos rectos deben tener una longitud mínima de 25 cm (área de contacto) y el peralte una altura no mayor a 23 cm . Las orillas de los escalones deben ser redondeadas (sección roma o nariz roma); f) La distancia libre medida desde la huella de cualquier escalón, contemplando los niveles inferior y superior de la escalera y el techo, o cualquier superficie superior, debe ser mayor a 200 cm; g) Las huellas de los escalones deben contar con materiales antiderrapantes.

4.1.11.1.5.1 Escaleras de emergencia exteriores Las escaleras de emergencia exteriores deben contar con las siguientes condiciones: a) Ser de diseño recto en sus secciones o tramos; b) En todo momento, ser operadas sin que existan medios que obstruyan u obstaculicen su accionamiento; DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) c) Por cada piso, tener un acceso directo a ellas a través de una puerta de salida que se encuentre al mismo nivel; d) Ser diseñadas de tal forma que drenen con facilidad los líquidos que en ellas pudieran caer y eviten su acumulación; e) Que los pisos y huellas sean resistentes y de material antiderrapante y, en su caso, contar con descansos; f) Estar fijas en forma permanente en todos los pisos excepto en el inferior, en el que se pueden instalar plegables. En este último caso, deben ser de diseño tal que al accionarlas bajen hasta el suelo; g) Estar señalizadas en sus accesos conforme a lo establecido en la NOM-026-STPS-1998, y h) Contar con puertas de acceso, a las que se les dé mantenimiento periódico para evitar su deterioro por el transcurso del tiempo y para garantizar su operación en cualquier momento. Se deben registrar los mantenimientos realizados a las puertas de acceso al menos una vez cada seis meses. Los registros deben contener al menos las fechas de realización del mantenimiento, el tipo de mantenimiento realizado, y los nombres y firmas de las personas involucradas en tal actividad. i) Sus puertas de acceso deben abrir en la dirección normal de salida de las personas; j) Sus cerrojos deben ser de naturaleza tal que abran fácilmente desde adentro; k) Contar, en cada puerta, con su respectivo cierre automático y que permita el libre flujo de las personas durante una emergencia;

4.1.11.1.5.2 Escaleras con barandales con espacios abiertos. Las escaleras con barandales que cuenten con espacios abiertos por debajo de ellos, deben tener al menos una baranda dispuesta paralelamente a la inclinación de la escalera, y cumplir con lo siguiente: a) El pasamanos debe estar a una altura de 90 cm ± 10 cm; b) Las barandas deben estar colocadas a una distancia intermedia entre el barandal y la paralela formada con la altura media del peralte de los escalones. Los balaustres deben estar colocados, en este caso, cada cuatro escalones; c) En caso de no colocar baranda, colocar balaustres en cada escalón; DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) d) Los pasamanos deben ser continuos, lisos y pulidos; e) En caso de contar con pasamanos sujetos a la pared, éstos deben estar fijados por medio de anclas aseguradas en la parte inferior; f) Las anclas referidas en el inciso anterior deben estar empotradas en la pared y tener la longitud suficiente para que exista un espacio libre de por lo menos 4 cm entre los pasamanos y la pared o cualquier saliente, y no se interrumpa la continuidad de la cara superior y el costado del pasamanos; g) Cuando las escaleras tengan un ancho de 3 m o más, deben contar con un barandal intermedio y uno en los extremos; h) Cuando las escaleras estén cubiertas con muros en sus dos costados, deben contar al menos con un pasamanos, y i) Las edificaciones deben tener siempre escaleras o rampas peatonales que comuniquen entre nivel y nivel todos sus niveles, aun cuando existan elevadores o escaleras eléctricas.

4.1.11.1.6 Rampas Las rampas que se utilicen en el centro de trabajo deben cumplir con las siguientes condiciones: a) Las cargas que por ellas circulen no deben sobrepasar la resistencia para la que fueron destinadas; b) No deben tener deformaciones que generen riesgos a los transeúntes o vehículos que por ellas circulen, sin importar si son fijas o móviles. En las rampas móviles se deberá indicar la capacidad de carga máxima; c) Las que se utilicen para el tránsito de trabajadores, deben tener una pendiente máxima de 10%; si son para mantenimiento deben tener una pendiente máxima de 17%, de acuerdo con la siguiente ecuación: P = (H/L) x 100 donde: P = pendiente, en tanto por ciento. H = altura desde el nivel inferior hasta el superior, medida sobre la vertical, en cm. L = longitud de la proyección horizontal del plano de la rampa, en cm.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) d) Deben tener el ancho suficiente para ascender y descender sin que se presenten obstrucciones en el tránsito de los trabajadores; e) Cuando estén destinadas al tránsito de vehículos, deben ser igual al ancho del vehículo más grande que circule por la rampa más 60 cm; f) Cuando la altura entre el nivel superior e inferior exceda de 150 cm, deben contar con barandal de protección lateral; g) Cuando se encuentren cubiertas por muros en sus dos costados, deben tener al menos un pasamanos. No aplica esta disposición cuando la rampa se destine sólo a tránsito de vehículos; h) La distancia libre medida desde cualquier punto de la rampa al techo, o cualquier otra superficie superior sobre la vertical del punto de medición, debe ser mayor a 200 cm. Cuando estén destinados al tránsito de vehículos, debe ser igual a la altura del vehículo más alto que circule por la rampa más 30 cm, como mínimo. Se debe contar con señalamientos que indiquen estas alturas, y i) En las partes abiertas deben contar con zoclos de al menos 10 cm o cualquier otro elemento físico que cumpla con la función de protección.

4.1.11.1.7 Escalas 4.1.11.1.7.1 Escalas fijas a) Deben ser de materiales cuya resistencia mecánica sea capaz de soportar las cargas de las actividades para las que son destinadas y estar protegidas, en su caso, de las condiciones ambientales; b) Los anclajes deben ser suficientes para soportar el peso de los trabajadores que las utilicen; c) Cuando se requiera, deben existir indicaciones sobre restricciones de su uso; d) Deben tener un ancho mínimo de 40 cm, y cuando su altura sea mayor a 250 cm el ancho mínimo será de 50 cm; e) La distancia entre peldaños no debe ser mayor de 38 cm; f) La separación entre el frente de los peldaños y los objetos más próximos al lado del ascenso, debe ser por lo menos de 75 cm; DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) g) En el lado opuesto al de ascenso, la distancia entre los peldaños y objetos sobresalientes debe ser por lo menos de 20 cm; h) Deben tener espacios libres de por lo menos 18 cm, medidos en sentido transversal y hacia afuera en ambos lados de la escala; i) Al medir la inclinación de la escala desde la parte opuesta a la de ascenso, con respecto al piso, ésta debe estar comprendida entre 75 y 90 grados; j) Deben contar con protección circundante de un diámetro de dimensiones tales que permita el ascenso y descenso de los trabajadores de forma segura a partir de 200 cm ± 20 cm del piso y, al menos, hasta 90 cm por encima del último nivel o peldaño al que se asciende; k) Cuando la altura sea mayor a 6 m, debe permitir el uso de dispositivos de seguridad, tales como línea de vida; l) Deben tener descansos por lo menos cada 10 m de altura y éstos deben contar con barandal de protección lateral, con una altura mínima de 90 cm, intercalando las secciones, a excepción de las escalas de las chimeneas; m) En caso de contar con estructuras laterales para el soporte de los peldaños, éstas deben prolongarse por encima del último nivel de acceso de la escala por lo menos 90 cm, ser continuas y mantenerse en tal estado que no causen lesiones en las manos de los trabajadores, y permitir el ascenso y descenso seguro, y n) Las escalas fijas, cuyos peldaños son alcayatas incrustadas o soldadas de forma alternada a ambos costados en los postes que soportan cables de telefonía o de energía eléctrica, deben cumplir con las siguientes condiciones: i. Los peldaños deben ser de materiales con resistencia a la corrosión y resistencia mecánica suficiente para soportar el peso del trabajador; ii. Las distancias entre alcayatas de un mismo costado no deben ser superiores a 90 cm, de tal manera que entre alcayatas alternadas las distancias sean iguales o menores a 45 cm; iii. La alcayata debe sobresalir al menos 20 cm del lugar empotrado o soldado, para soportar al trabajador, y iv. La alcayata debe ser lisa para evitar daños en las manos de los trabajadores.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.11.1.7.2 Escalas móviles (escaleras portátiles). Las escalas móviles deben cumplir con los requerimientos de dimensiones establecidos para escalas fijas, en lo que se refiere al ancho, espacios libres y distancias entre peldaños. Las correderas y guías sobre las que se desplacen las escalas móviles que cuenten con ellas, así como los materiales utilizados en su construcción, deben ser capaces de soportar las cargas máximas a las que serán sometidos y ser compatibles con la operación a la que se destinen. Para las escalas portátiles, debe preverse en su uso que la inclinación cumpla con la siguiente condición: que la separación del punto de apoyo de la escalera en su base con respecto a la vertical, corresponda a una distancia mínima equivalente de un peldaño por cada cuatro peldaños de altura. Sólo se debe permitir el uso de escalas móviles cuando presenten: a) Condiciones de seguridad en su estructura; b) Peldaños completos y fijos; c) Materiales o características antiderrapantes en los apoyos y peldaños (travesaños), y d) Peldaños libres de grasa, aceite u otro producto que los haga resbalosos. En la realización de trabajos eléctricos, se permite el uso de escalas móviles de material metálico, si están aisladas en sus apoyos y peldaños (travesaños). Las escalas móviles deben contar con elementos que eviten el deslizamiento de su punto de apoyo o, en su caso, anclarse o sujetarse.

4.1.11.1.8 Puentes y plataformas elevadas Cuando estén abiertos en sus costados, deben contar con barandales de al menos 90 cm ± 10 cm de altura.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) La distancia libre medida sobre la superficie del piso de los pasadizos o plataformas elevadas por los que circulan trabajadores y el techo, o cualquier superficie superior, no debe ser menor de 200 cm.

4.1.11.1.8.1 Condiciones de seguridad en el funcionamiento de los sistemas de ventilación artificial Cuando se utilicen sistemas de ventilación artificial, éstos deben cumplir con lo siguiente: El aire que se extrae no debe contaminar otras áreas en donde se encuentren laborando otros trabajadores. El sistema debe iniciar su operación antes de que ingresen los trabajadores al área correspondiente para permitir la purga de los contaminantes. Contar con un programa anual de mantenimiento preventivo o correctivo, a fin de que el sistema esté en condiciones de uso. El contenido del programa y los resultados de su ejecución deben conservarse por un año y estar registrados en bitácoras o cualquier otro medio, incluyendo los magnéticos.

4.1.11.1.8.2 Requisitos de seguridad para el tránsito de vehículos El ancho de las puertas donde circulen vehículos deberá ser superior al ancho del vehículo más grande que circule por ellas. Cuando éstas se destinen simultáneamente al tránsito de vehículos y trabajadores, deben contar con un pasillo que permita el tránsito seguro del trabajador, delimitado o señalado mediante franjas amarillas en el piso o en guarniciones. En caso de no contar con el espacio a que se refiere el inciso anterior, se debe colocar al menos un señalamiento de prohibición para el tránsito simultáneo. Las áreas internas de tránsito de vehículos deben estar delimitadas o señalizadas. Las externas deben estar identificadas o señalizadas. Las áreas de carga y descarga deben estar delimitadas o señalizadas. DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Las vías de ferrocarril que se encuentren dentro de los centros de trabajo, deben contar con señalizaciones. Para los cruces de las vías debe existir algún control del riesgo a través de señalamientos, barreras, guardabarreras o sistemas de aviso audibles o visibles. El nivel de piso en ambos lados de los cruceros de las vías de ferrocarril, debe permitir el cruce libre de los vehículos para evitar que queden detenidos sobre la misma. En su caso, los cambiavías deben contar con la señalización correspondiente para ubicar su posición; asimismo, los árboles de cambio deben contar con los dispositivos de seguridad para que sólo personal autorizado pueda operarlo. En las operaciones de carga y descarga de vehículos se deben adoptar las medidas siguientes: a) Frenar y bloquear las ruedas de los vehículos, cuando éstos se encuentren detenidos, y b) En el caso de muelles para carga y descarga de tráileres o autotanques, bloquear por lo menos una de las llantas en ambos lados del vehículo y colocar un yaque para inmovilizarlo cuando esté siendo cargado o descargado. La velocidad máxima de circulación de los vehículos debe estar señalizada en las zonas de carga y descarga, en patios de maniobras, en establecimientos y en otras áreas de acuerdo al tipo de actividades que en ellas se desarrollen para que sea segura la circulación de trabajadores, personal externo y vehículos. Es responsabilidad del patrón fijar los límites de velocidad de los vehículos para que su circulación no sea un factor de riesgo en el centro de trabajo.

4.1.11.2 Tipo de Señales Las señales de seguridad e higiene se clasifican en señales de: Prohibición, Advertencia o Precaución, Obligación e Información. 4.1.11.2.1 Formas Geométricas y Uso Las formas geométricas de las señales de seguridad y su uso se especifican en la tabla No. 15. Colores y su Aplicación

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Los colores que deben utilizarse en la elaboración de señales de seguridad e higiene, se clasifican en colores de seguridad y colores contrastantes. Los colores de seguridad no deben ser utilizados en señales distintas a las contempladas en esta norma. Colores de Seguridad.- Los colores de seguridad y sus usos asociados a éstos, son los que se especifican en la tabla No. 15 “Guía de selección para señales de seguridad”. Colores Contrastantes. - Se deben usar como contrastantes a los colores de seguridad, el negro, el blanco y el magenta, aplicados como se describe en la columna COLOR DEL SIMBOLO de la siguiente tabla “Guía de selección para señales de seguridad”.

Tabla 15. Guía de selección para señales de seguridad

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.1.12 CIVILES Y ARQUITECTÓNICOS Se define más adelante en el proyecto.

4.1.13 ELÉCTRICOS Se define más adelante en el proyecto.

4.2

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO

Se encuentra en el disco de trabajo en un formato de Autocad 2010

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.3 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO La planta de producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (HSAr) tendrá una capacidad instalada de 12 kg de producto por semana, se trabajarán 3 turnos de 8 horas cada uno y la semana laboral será de 7 días. La presentación comercial será en bolsas de plástico de polietileno con 1 kg de producto. El bioproceso está dividido en tres etapas, distribuidas en las siguientes áreas de la planta: área de producción (Área 100), área de recuperación (Área 200) y área purificación (Área 300).

4.3.1 ÁREA DE ALMACENAMIENTO La planta dispondrá de un espacio libre para el acceso de pipas, carros tanque o cualquier otro tipo de transporte y entrega de las materias primas en estado sólido y líquido. Las materias primas pueden ser recibidas en tambos, garrafones, costales u otro tipo de envase.

4.3.2 ÁREA DE PRODUCCIÓN Se inicia la preparación de medio semilla, llenando el tanque F-080 con agua de proceso (corriente 1). Se adiciona: glucosa (corriente 2), peptona (corriente 5), extracto de levadura (corriente 3) y sales (corriente 4), evitando la formación de grumos. Durante esta etapa, se inicia la agitación a una velocidad de 266 rpm para homogenizar el medio. Una vez agitado el medio, se descarga el tanque F-080 a través de la bomba L-081 y es enviado (corriente 6) al tanque semilla M-090. Se inicia el ciclo de esterilización suministrando vapor saturado (corriente 98; 135 ºC) a un flujo de 82.22 lb/min a la chaqueta para calentar el medio de cultivo hasta una temperatura de 121 ºC en un tiempo estimado de 49 min, mantener esta temperatura durante 15 min. El retorno de condensado se envía de regreso a la caldera (corriente 99); después se hace circular agua de enfriamiento (corriente 100; 15 ºC) por la chaqueta a un flujo de 300 lb/min hasta una temperatura de 35 ºC, lo cual se estima que durará un tiempo de 79.26 min; el retorno de agua de enfriamiento (corriente 101) se envía a la torre de enfriamiento para su reuso. Posteriormente se agrega el inóculo (corriente 7) y se opera en lote durante 45 h, de manera simultánea se DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) suministra aire estéril (corriente 110) al tanque M-090 a un flujo de aire de 17 500 L/min (3 vvm), eliminado los exhaustos (corriente 111). Se hace circular agua de enfriamiento (corriente 102; 10 º

C) al tanque de semilla M-090 por la chaqueta hasta una temperatura de 35 ºC, el retorno de agua

de enfriamiento (corriente 103) se envía a la torre de enfriamiento para su reuso. Mientras se lleva a cabo este cultivo en lote, se prepara el medio de cultivo para el tanque de producción M-100. Se llena el tanque F-080 con agua de proceso (corriente 8), se adiciona: glucosa (corriente 9), peptona (corriente 12), extracto de levadura (corriente 10) y sales (corriente 11), evitando la formación de grumos. Durante esta etapa, se inicia la agitación a una velocidad de 120 rpm para homogenizar el medio. Una vez agitado el medio, se descarga el tanque F-080 a través de la bomba L-081 y es enviado (corriente 13) al tanque de producción M-100 hasta un volumen de 25 m3. Se inicia el ciclo de esterilización suministrando vapor saturado (corriente 104; 150 ºC) a un flujo de 165.9 lb/min a la chaqueta para calentar el medio de cultivo hasta una temperatura de 121 ºC en un tiempo estimado de 124.4 min, mantener esta temperatura durante 15 min. El retorno de condensado se envía de regreso a la caldera (corriente 105); después se hace circular agua de enfriamiento (corriente 106; 15 ºC) por la chaqueta a un flujo de 350 lb/min hasta una temperatura de 35 ºC, lo cual se estima que durará un tiempo de 240 min; el retorno de agua de enfriamiento (corriente 107) se envía a la torre de enfriamiento para su reuso. Una vez terminado el cultivo del tanque semilla M-090 se presuriza dicho tanque para inocular (corriente 14) el medio de cultivo del tanque de producción M-100 y se opera en lote durante 45 h; de manera simultánea se suministra aire estéril (corriente 112) al tanque M-100 a un flujo de aire de 70 000 L/min (1.4 vvm), eliminando los exhaustos (corriente 113). Se hace circular agua de enfriamiento (corriente 108; 10 ºC) al tanque de producción M-100 por la chaqueta hasta una temperatura de 35 ºC, el retorno de agua de enfriamiento (corriente 109) se envía a la torre de enfriamiento para su reuso. Por otra parte, mientras se lleva a cabo este cultivo en lote en el tanque M-100, se prepara el medio de cultivo para la alimentación del tanque de producción M-100. Se llena el tanque F-080 con agua de proceso (corriente 15), se adiciona: glucosa (corriente 16), peptona (corriente 19), extracto de levadura (corriente 17) y sales (corriente 18), evitando la formación de grumos. Durante esta etapa, se inicia la agitación a una velocidad de 140 rpm para homogenizar el medio. Una vez agitado el medio, se descarga el tanque F-080 a través de la bomba L-081 y es enviado (corriente 20) al intercambiador de calor de placas F-082 hasta llegar intercambiador de placas F083 inyectando a este vapor saturado (corriente 116; 170 ºC) para calentar el medio de cultivo hasta una temperatura de 163 ºC, el retorno de condensado se envía de regreso a la caldera DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) (corriente 117) para su reuso. El medio de cultivo fresco caliente (corriente 22) pasa al brazo de sostenimiento que consta de una tubería aislada de 1’’ de diámetro y 25 m de longitud, manteniendo una temperatura de 163 ºC durante 0.7 s, con lo cual el medio queda estéril. Posteriormente se hace pasar por el intercambiador de placas F-082 (corriente 22) para que ceda calor el medio estéril al medio de cultivo fresco (corriente 20) que está entrando al ciclo de esterilización (corriente 21) en el intercambiador de placas F-083. Finalmente el medio de cultivo se envía (corriente 23) al intercambiador de placas F-084 para el enfriamiento del medio hasta una temperatura de 35 ºC; para ello se inyecta agua de enfriamiento (corriente 114, 15 ºC), retornando agua de enfriamiento (corriente 115) a la torre de enfriamiento para su reuso. El medio de cultivo fresco estéril se alimentará (corriente 24) bajo este sistema al tanque de producción M-100, durante 26 h llegando a un volumen final de 50 m3.

4.3.3 ÁREA DE RECUPERACIÓN El caldo de fermentación agotado se descarga mediante la bomba L-101 (corriente 25) en un tiempo de 15 minutos hacia el tanque de balance F-110. Posteriormente el medio agotado se transfiere (corriente 26) por medio de la bomba L-111 hacia las centrifugas de discos D-200 a D208 conectadas en paralelo para retirar el concentrado y recuperar el líquido que contiene la HSAr. De las centrifugas de discos D-200 a D-208, el producto filtrado (corriente 27) pasa al tanque de llenado F-210; también se obtiene un residuo sólido de los discos, los cuales son enviados al tratamiento de residuos para su disposición final (corriente 28). En este punto, se pierde producto debido a la humedad de los sólidos (80% de humedad). Este procedimiento se lleva a cabo durante un turno de 7.82 h. La concentración final de 4.21 g/L El filtrado contenido en el tanque F-210 se envía (corriente 29) a través de la bomba L-211 al módulo de ultrafiltración D-212. La solución concentrada se hace circular (corriente 30) al tanque F-210. Se envía nuevamente la solución con proteína concentrada (corriente 29) al módulo de ultrafiltración D-212 por medio de la bomba L-211 hasta alcanzar una concentración de --- g/L. El permeado se envía a los desechos (corriente 31). Mientras se lleva a cabo cada proceso de ultrafiltración, se preparan las columnas de cromatografía para la purificación de la HSAr. En la columna de intercambio catiónico H-220, se realiza un lavado con solución Buffer A (corriente 32) por medio de la bomba L-224, equivalente a DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 2 volúmenes de la columna (CV), la solución de lavado se envía al tratamiento de desechos (corriente 33). El filtrado contenido en el tanque F-210 se envía a la columna de intercambio catiónico H-220 (corriente 34) por medio de la bomba L-211, el agua residual es enviada a los desechos (corriente 35). Se eluye el material no ligado con 3 CV de buffer A (corriente 36) por medio de la bomba L-224, los desechos se retiran (corriente 37). La desorción de la proteína se lleva a cabo con 5 CV de buffer B (corriente 38) por medio de la bomba L-224, transfiriendo la solución con proteína separada del medio agotado (corriente 39) al tanque F-221. La columna de intercambio catiónico H-220 se lava con buffer E (corriente 40), equivalente 2 CV, por medio de la bomba L-224. Los desechos de lavado son retirados (corriente 41). Se realiza un segundo lavado con agua desionizada (corriente 42), equivalente a 4 CV, por medio de la bomba L-224. Los desechos son retirados (corriente 43). La solución de HSAr desorbida almacenada en el tanque F-221 se envía (corriente 44) a través de la bomba L-222 al módulo de ultrafiltración D-223. La solución concentrada se hace circular (corriente 45) al tanque F-221. Se envía nuevamente la solución con proteína concentrada (corriente 44) al módulo de ultrafiltración D-223 por medio de la bomba L-222 hasta alcanzar una concentración de 211.96 g/L. El permeado se envía a los desechos (corriente 46). Se realiza la diafiltración agregando 5 veces el volumen de agua (corriente 47) al tanque F-221 pasando posteriormente la solución (corriente 48) al módulo de ultrafiltración D-223, la solución diafiltrada (corriente 49) se almacena en el tanque F-221. Los desechos (corriente 50) son retirados. Se prepara la columna de interacción hidrofóbica H-230 mediante un equilibrio con 3 CV de buffer C (corriente 51) por medio de la bomba L-234, retirando la solución de desecho (corriente 52). El concentrado almacenado en el tanque F-221 se envía (corriente 53) por medio de la bomba L-222 a la columna de cromatografía de interacción hidrofóbica H-230, desechando los residuos (corriente 54). Nuevamente se hace pasar 2 CV de buffer C (corriente 55) por medio de la bomba L-234. Transfiriendo la solución (corriente 56) al tanque F-231. La proteína se eluye nuevamente con 2 CV de agua desionizada (corriente 57). Se transfiere la solución de proteína (corriente 58) al tanque F-231. La columna de interacción hidrofóbica H-230 se lava con buffer E (corriente 59), equivalente 2 CV, por medio de a bomba L-234. Los desechos de lavado son retirados (corriente 60). Se realiza un segundo lavado con agua desionizada (corriente 61), equivalente a 4 CV, por medio de la bomba L-234. Los desechos son retirados (corriente 62).

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) La solución de HSAr desorbida almacenada en el tanque F-231 se envía (corriente 63) a través de la bomba L-232 al módulo de ultrafiltración D-233. La solución concentrada se hace circular (corriente 64) al tanque F-231. Se envía nuevamente la solución con proteína concentrada (corriente 63) al módulo de ultrafiltración D-233 por medio de la bomba L-232 hasta alcanzar una concentración de 348.44 g/L. El permeado se envía a los desechos (corriente 65). Se realiza la diafiltración agregando 5 veces el volumen de agua (corriente 66) al tanque F-231 pasando posteriormente la solución (corriente 67) al módulo de ultrafiltración D-233, la solución diafiltrada (corriente 68) se almacena en el tanque F-231. Los desechos (corriente 69) son retirados.

4.3.4 ÁREA DE PURIFICACIÓN El último proceso para la purificación de la HSA es otro proceso de cromatografía, pero esta vez de intercambio aniónico, en la columna H-240. Se prepara la columna de intercambio aniónico H-240 mediante un lavado con 2 CV de agua desionizada (corriente 70) por medio de la bomba L-244, retirando la solución de desecho (corriente 71). Posteriormente se lava con 5 CV de buffer C (corriente 74) para equilibrar, los desechos se retiran (corriente 73). El concentrado almacenado en el tanque F-231 se envía (corriente 72) por medio de la bomba L-232 a la columna de cromatografía de intercambio aniónico H-240, retirando el líquido sin proteína (corriente 75). Nuevamente se hace pasar 6 CV de buffer C (corriente 82), los desechos de lavado son retirados (corriente 77). Se eluye la proteína con NaCl 2 M (corriente 78) por medio de la bomba L-244. Se transfiere la solución de proteína (corriente 79) al tanque F-241. El líquido libre de la proteína se desecha (corriente 81). La columna de intercambio aniónico H-240 se lava con buffer E (corriente 80), equivalente 2 CV, por medio de la bomba L-244. Los desechos de lavado son retirados (corriente 83). Se realiza un segundo lavado con agua desionizada (corriente 76), equivalente a 4 CV, por medio de la bomba L-244. Los desechos son retirados (corriente 85). La solución de HSAr desorbida almacenada en el tanque F-241 se envía (corriente 86) a través de la bomba L-242 al módulo de ultrafiltración D-243. La solución concentrada se hace recircular (corriente 87) al tanque F-241. Se envía nuevamente la solución con proteína concentrada (corriente 86) al módulo de ultrafiltración D-243 por medio de la bomba L-242 hasta alcanzar una concentración de 348.73 g/L. El permeado se envía a los desechos (corriente 88). Se realiza la diafiltración agregando 5 veces el volumen de agua (corriente 89) al tanque F-241 pasando DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) posteriormente la solución (corriente 90) al módulo de ultrafiltración D-243, la solución diafiltrada (corriente 91) se almacena en el tanque F-241. Los desechos (corriente 92) son retirados. Por último se transfiere el concentrado (corriente 93) por medio de la bomba L-242 al precipitador para obtener la proteína, seguida de una separación en una centrifuga, operaciones de secado, molido y finalmente empacado y etiquetado.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.4

MEMORIA DEL BALANCE DE MATERIA Y CALOR DEL PROCES0

4.4.1 BALANCE DE MATERIA 4.4.1.1

BALACE EN EL TANQUE DE MEDIO F-080

Balance en el tanque de medio F-080 Para el tanque de medio F-080, se deben preparar 3 lotes de medio de cultivo que seran distribuidos al tanque semilla M-090 (4500L), tanque de produccion M-100 para etapa Balance en el tanque medio F-080 alimentado 25000L. lote (20000L) y para de etapa de cultivo Para tanque medio se deben preparar 3 lotes de medio desiguientes: cultivo que seran En el todos los de casos, lasF-080, concentraciones de los compuestos son las distribuidos al tanque semilla M-090 (4500L), tanque de produccion M-100 para etapa lote (20000L) y para etapa de cultivo alimentado 25000L. Glucosa

en las kg/L := 0.02 EnGlu todos los casos, concentraciones de los compuestos son las siguientes: Glucosa Extracto de levadura Glu := 0.02 en kg/L Extlev := 0.01en kg/L Extracto de levadura Sales Extlev := := 0.01 Sales 0.04 en kg/L en kg/L

Peptona Sales SalesPeptona := 0.04:= 0.02 en kg/L en kg/L Si bien los lotes deben ser de los vulmenes especificados, la cantidad de masa de los Peptona compuestos deberá estar hecha para los primeros dos lotes en base a volumenes de 5000L := 0.02 en kg/L yPeptona de 25000L. Si bien los deben ser de los vulmenes especificados, la cantidad de masa de los Para ellotes lote de 4500L: compuestos deberá estar hecha para los primeros dos lotes en base a volumenes de 5000L y deGlu4500 25000L.:= Glu  5000 Glu4500 = 100 en kg

4.4.1.1.1 PARA EL LOTE DE 4500 L

Extlev4500 := 4500L: Extlev  5000 Extlev4500 = 50 en kg Para el lote de Sales4500 := Sales  5000 Sales4500 = 200 en kg Glu4500 := Glu  5000 Glu4500 = 100 en kg Peptona4500 := Peptona Peptona4500 = kg 100 en kg Extlev4500 := Extlev  5000 5000 Extlev4500 = 50 en Sales4500 := Sales  5000 Sales4500 = 200 en kg Para los volumenes de cada compuesto, se consideran las densidades Peptona4500 := Peptona 5000 Peptona4500 = 100 en kg glu := 1540 en kg/m3

ext := 1050 en kg/m3 Para los volumenes de cada compuesto, se consideran las densidades sales := 2200 en kg/m3 glu := 1540 en kg/m3 en kg/m3 pep := 1346 ext := 1050 en kg/m3 Las := corrientes en sales 2200 envolumen kg/m3 quedan como sigue: pep := 1346 Glu4500 en kg/m3 C2 :=  1000 C2 = 65 en L glu Las corrientes en volumen quedan como sigue: Glu4500 Extlev4500 C2 :=  1000  1000 C2 =C3 65= 48 en L en L C3 := glu ext DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO C3 :=

Extlev4500 ext

 1000

C3 = 48

en L

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glu := 1540 en kg/m3 ext := 1050

en kg/m3

sales := 2200 en kg/m3 FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) pep := 1346

en kg/m3

Las corrientes en volumen quedan como sigue: C2 :=

Glu4500 glu

C3 :=

Extlev4500 ext

C4 :=

C4 :=

 1000

C2 = 65

 1000

Sales4500 sales

en L

C3 = 48

 1000

en L

C4 = 91

en L

Sales4500  1000 C4 = 91 en L Peptona4500 C5 :=sales  1000 C5 = 74 en L pep

Peptona4500 La cantidad de agua a usar C5 :=  1000 C5 = 74 C1 := pep 4500 - ( C2 + C3 + C4 + C5)

en L C1 = 4222

en L

La cantidad de agua a usar La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio := 4500 C2 ++ C4 C3 ++ C5 C4 + C5) C6C1 4222 en en C6 C1 := C1 + C2 -+ (C3 == 4500 L L La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio Para el lote de 20000L C6 := C1 + C2 + C3 + C4 + C5 Glu25000 := Glu  25000

C6 = 4500 en L Glu25000 = 500 en kg

4.4.1.1.2 PARA EL LOTE DE 2000 L

Para el lote de 20000L Extlev25000 := Extlev  25000

Extlev25000 = 250 en kg

Sales25000 := Sales  25000 Sales25000 = 1000 Glu25000 := Glu  25000 Glu25000 = 500 en kg

en kg

Extlev25000 := Extlev  25000  25000 Extlev25000 = 250 en kg Peptona25000 := Peptona Peptona25000 = 500 Sales25000 := Sales  25000

Sales25000 = 1000

en kg

Peptona25000 := Peptona 25000 Peptona25000 = 500 Glu25000 C9 :=  1000 C9 = 325 en L glu C9 :=

Glu25000  1000 C9 = 325 en L Extlev25000 C10 :=  1000 C10 = 238 glu ext

en kg

en kg

en L

Extlev25000 C10 :=  1000 C10 = 238 en L Sales25000 C11 := ext  1000 C11 = 455 sales

en L

Sales25000 C11 :=  1000 C11 = 455 en L Peptona25000 C12 :=sales  1000 C12 = 371 en L pep Peptona25000 La cantidad de agua a usar C12 :=  1000 C12 = 371 en L pep C8 := 20000 - ( C9 + C10 + C11 + C12 )

C8 = 18611

en L

La cantidad de agua a usar La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

C9 ++C10 C8 = C13C8 :=:=C820000 + C9 -+ (C10 C11++C11 C12+ C12 C13) = 20000 en18611 L

62

en L

La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio Para el lote de 20000L C13 := C8 + C9 + C10 + C11 + C12 C13 = 20000 en L

C11 :=

sales

 1000

C11 = 455

en L

Peptona25000

C12 :=  1000 de C12 = 371 Sérica en L FarmaBIO |pepProducción Albúmina Humana Recombinante (rHSA) La cantidad de agua a usar C8 := 20000 - ( C9 + C10 + C11 + C12 )

C8 = 18611

en L

La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio Peptona25000a := Peptona  25000 Peptona25000a = 500 en kg C13 := C8 + C9 + C10 + C11 + C12 C13 = 20000 en L Peptona25000a := Peptona  25000 Peptona25000a = 500 en kg Para el lote deGlu25000a 20000L C16 :=  1000 C16 = 325 en L glu Glu25000a := Glu  25000 Glu25000a = 500 en kg Glu25000a Extlev25000a := Extlev 25000 Extlev25000a = 250en C16 :=  1000 C16 = 325 en kg L Extlev25000a C17 := glu  1000 C17 = 238 en L Sales25000a := Sales Sales25000a = 1000 en kg ext 25000 Extlev25000a C17 :=  1000 Sales25000a ext C18 :=  1000 sales

C17 = 238 en L C18 = 455 en L

Sales25000a C18 :=  1000 Peptona25000a C19 := sales  1000 pep

C18 = 455 en L C19 = 371 en L

Peptona25000a C19 := de agua a usar  1000 C19 = 371 en L La cantidad pep C15 := 25000 - ( C16 + C17 + C18 + C19 ) C15 = 23611

en L

La cantidad de agua a usar La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige al los C15 := 25000 - ( C16 + C17 + C18 + C19 ) C15 = 23611 en L intercambiadores La C20 corriente este tanque esC20 la corriente que := C16de+ salida C17 + de C18 + C19 + C15 = 25000 6,en L se dirige al los intercambiadores C20 := C16 C17 + C18semilla + C19 +M-090 C15 C20 = 25000 en L Balance en+ el tanque En este tanque, EN el volumen de semilla de 5000L, de forma que la corriente 7 de 4.4.1.2 BALANCE EL TANQUE SEMILLAserá M-090 inoculo es: Balance en el tanque semilla M-090

En este tanque, el volumen de semilla será de 5000L, de forma que la corriente 7 de inoculo C7 := es: 5000 - C6 C7 = 500 en L suponiendo que este inoculo tiene una cncentracion adecuada de biomasa, la concentracion de producto será de 0.12 g/L C7 := 5000 - C6 C7 = 500 en L Conproductoinoculo := 0.12 en g/L suponiendo que este inoculo tiene una cncentracion adecuada de biomasa, la concentracion producto 0.12C7 g/L la masa de de producto enserá este de punto

Conproductoinoculo := 0.12 en g/L C7 Mproducto7 := Conproductoinoculo

Mproducto7 = 60

en g

la masa de producto en este punto C7 La corriente de semilla con que se inoculara en tanque de produccion corresponde a la Mproducto7 := Conproductoinoculo  C7 Mproducto7 = 60 en g corriente 14 C14 := C7 + C6 C14 = 5000 en L La corriente de semilla con que se inoculara en tanque de produccion corresponde a la corriente 14 la masa de producto en este punto C14 C14 := C7 + C6 C14 = 5000 en L Mproducto14 := Conproductoinoculo Mproducto14 = 600 DISEÑO C14 DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICAenDEg PROCESO 63

la masa de producto en este punto C14 Mproducto14 := Conproductoinoculo  C14

Mproducto14 = 600

en g

concentracion de producto será de 0.12 g/L Conproductoinoculo := 0.12

en g/L

la masa de producto en este punto C7

FarmaBIO |

Producción C7 de AlbúminaMproducto7 Sérica Humana (rHSA) Mproducto7 := Conproductoinoculo = 60 Recombinante en g La corriente de semilla con que se inoculara en tanque de produccion corresponde a la corriente 14 C14 := C7 + C6

C14 = 5000

en L

la masa de producto en este punto C14 Mproducto14 := Conproductoinoculo  C14

4.4.1.3

Mproducto14 = 600

en g

BALANCE EN EL TANQUE DE PRODUCCIÓN M-100

Balance en el tanque de producción M-100 En este tanque, el balance Entrada=Salida queda como sigue Balance en el tanque de producción M-100 C13 tanque, + C14 +elC24 = C25Entrada=Salida queda como sigue En este balance Balance en el tanque de producción M-100 :=+ C20 = 25000Entrada=Salida en L C13 +C24 C14En C24 tanque, = C25 C24 este el balance queda como sigue C24 := C20 C24 = 25000 en L C13 + C14 + C24 = C25 C25 := C13 + C24 + C14 C25 = 50000

en L

C24 := C20 C24 = 25000 en L el aire C25 que =entra tieneen una C25Considerando := C13 + C24 que + C14 50000 L perdida minima por la transferencia de oxigeno, el balance queda: C112 C25 = C133 =el298200000 L tiene Considerando que aire que una perdida minima := C13 + C24 + entra C14 C25 = 50000 en L por la transferencia de oxigeno, el balance queda: C112 =Balance C133 = 298200000 Considerando queLel aire queH-082 entra tiene una perdida minima por la transferencia de en el intercambiador oxigeno, el balance queda: C112 = C133 = 298200000 L Balance en el intercambiador H-082

4.4.1.4

BALANCE EN EL INTERCAMBIADOR H-082

Dentro de este intercambiador de precalentamiento, el balance:

Balance en el intercambiador H-082 C20+C22 C21 + C23 Dentro de este=intercambiador de precalentamiento, el balance: Al serDentro elC21 mismo fluido, C20+C22 = +deC23 este intercambiador de precalentamiento, el balance: C20 = C21 = C22 = C23 = 25000L Al ser el mismo fluido, C20+C22 = C21 + C23 C20 = C21 = C22 = C23 = 25000L Balance enAlen tanque F-110 ser el mismo fluido, C20 = C21 = C22 = C23 = 25000L Balance tanque Al seren unen tanque de F-110 balance, las corrientes de entrada son iguales a las de salida:

4.4.1.5 BALANCE EN EL TANQUE F-110 Balance en tanque F-110 C25 C26 deen Al ser un=tanque balance, las corrientes de entrada son iguales a las de salida: C25 = 50000 en L C25 = C26Al ser un tanque de balance, las corrientes de entrada son iguales a las de salida: C25 =C26 50000 en L := C25 C25 = C26

C26 = 50000

en L

En C25 este punto, la concentracion de producto es de 0.12 g/L, de forma que la cantidad 50000 L C26 := C25de =producto C26 es: =en 50000 en L total

0.12  C26 de 0.12 g/L, de forma que la cantidad En este punto, la concentracion de := producto es C26 := C25 C26P26 = 50000 en L total de producto es: 1000 0.12  C26 de producto es de 0.12 g/L, de forma que la cantidad punto, la concentracion P26 =En 6 este en kg P26 := total de producto es: 1000 Por otra parte, la biomasa en este punto tiene una concentracion de 50 g/L,BÁSICA de forma la DISEÑO DE C26 PLANTAS | INGENIERÍA DE que PROCESO 64 0.12 P26 = de 6 biomasa en kg total es: P26 := cantidad 1000 Por otra parte,50 la C26 biomasa en este punto tiene una concentracion de 50 g/L, de forma que la P26 =total 6 en kg = 2500 en kg X26 cantidad de:=biomasa es:X26 1000 Por otra parte, la biomasa en este punto tiene una concentracion de 50 g/L, de forma que la 50 C26

C25 = C26 Al ser un tanque de balance, las corrientes de entrada son iguales a las de salida: C25 = 50000 en L

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) C25 = C26

C26 := C25 C26 = 50000 en L C25 = 50000 en L En este punto, la concentracion de producto es de 0.12 g/L, de forma que la cantidad total de producto es: C26 := C25 C26 = 50000 en LC26 0.12 P26 := En este punto, la concentracion de producto 1000 es de 0.12 g/L, de forma que la cantidad total de producto es: P26 = 6 en kg 0.12  C26 P26 := Por otra parte, la biomasa en este punto tiene una concentracion de 50 g/L, de forma que la 1000 cantidad de biomasa total es: P26 = 6 en kg 50 C26 X26parte, := X26 = 2500 kg una concentracion de 50 g/L, de forma que la Por otra la biomasa en este puntoentiene 1000 total es: cantidad de biomasa 50 C26 Balance en las centrifugas, denotadas en conjunto como D-200 X26 := X26 = 2500 en kg 1000 Se separa en esta oarte toda la biomasa seca, que en forma de torta tendra una humedad de 4.4.1.6 BALANCE EN LAS CENTRÍFUGAS, DENOTADAS EN CONJUNTO COMO D-200 80%. El en balance es el siguiente: Balance las centrifugas, denotadas en conjunto como D-200

= C27 SeC26 separa en ´+C28 esta oarte toda la biomasa seca, que en forma de torta tendra una humedad de 80%. El balance es el siguiente: La torta corresponde a C28, mientras que el liquido con producto esta en C27. Para obtener el =volumen de la corriente C27, se resta el agua contenida en la torta. De esta forma: C26 C27 ´+C28 La torta corresponde a C28, mientras que el liquido con producto esta en C27. Para obtener el volumen de la corriente C27, se resta el agua contenida en la torta. De esta forma: X26 0.8

mH2O28 :=

mH2O28 = 10000

0.2

en kg

Considerando la densidad del medio 1070 kg/m3, el volumen del liquido en la torta vH2O28 :=

mH2O28

C28 = 9346

en L

vH2O28 = 9 en m3

1070

C28 := vH2O28  1000

Por tanto, la corriente C27 C27 := C26 - vH2O28  1000

C27 = 40654

en L

El producto que se tiene en la corriente C27 P27 :=

0.12  C27 1000

P27 = 5

en kg

El prodcuto que se pierde en C28 P28 :=

0.12  C28 1000

en kg

P28 = 1

Balance de materia en el tanque de balance F-210 y modulo de UF D-212 C27 =C29 C29 := C27

C29 = 40654

en L

Se concentra la proteina de 0.12 g/L hasta 4.21g/L, por lo que la corriente C30

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

C30 :=

C29  0.12 4.21

La corriente C31

C30 = 1159

en L

65

P27 :=

0.12  C27

P27 = 5

1000

en kg

El prodcuto que se pierde en C28 0.12  C28 | Producción ende kgAlbúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) FarmaBIO P28 := P28 = 1 1000

4.4.1.7

BALANCE DE MATERIA EN EL TANQUE DE BALANCE F-210 Y MÓDULO DE UF D-212

Balance de materia en el tanque de balance F-210 y modulo de UF D-212 C27 =C29 C29 := C27

C29 = 40654

en L

Se concentra la proteina de 0.12 g/L hasta 4.21g/L, por lo que la corriente C30 C30 :=

C29  0.12 4.21

C30 = 1159

en L

La corriente C31 C31 := C29 - C30

4.4.1.8

C31 = 39495

en L

BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220

Tomando en cuenta que las corrientes 38, 32, 40, 33, 37, 41, 42 y 43 sólo son soluciones de lavado y preparado de la columna, no se consideran en el balance de materia para la proteína. ENTRADAS. Corriente 34 1159 l de solución rHSA a 4.21 g/l Corriente 36 5 volúmenes de la columna de buffer A: 𝐵𝑢𝑓𝑓𝑒𝑟 𝐴 = 5 ∗ 156 𝑙 𝐵𝑢𝑓𝑓𝑒𝑟 𝐴 = 780.7024 𝑙 SALIDAS Corriente 39 780.7024 l de buffer A con rHSA. Concentración de rHSA en la corriente 39: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =

𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐻𝑆𝐴𝑟 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 34 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑏𝑢𝑓𝑓𝑒𝑟 𝐴

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

66

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =

𝑔 ∗ 1159 𝑙 𝑙 780.7024 𝑙

4.21

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 = 6.25

𝑔 𝑙

Corriente 35 1159 L de solución sin rHSA

4.4.1.9

BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230

Tomando en cuenta que las corrientes 59, 57, 51, 55, 52, 54 y 62 sólo son soluciones de lavado y preparado de la columna, no se consideran en el balance de materia para la proteína. ENTRADAS. Corriente 53 200 l de solución tHSA a 24.39 g/l Corriente 61 3 volúmenes de la columna de agua desionizada: 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 = 3 ∗ 156 𝑙

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 = 468.288 𝑙

SALIDAS Corriente 56 y 58 468.288 l de agua desionizada con rHSA. Concentración de rHSA en la corriente 56 y 58: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑡𝐻𝑆𝐴 =

𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐻𝑆𝐴𝑟 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 53 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

67

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =

𝑔 ∗ 200 𝑙 𝑙 468.288 𝑙

24.39

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 = 10.42

𝑔 𝑙

Corriente 60 200 L de solución sin rHSA.

4.4.1.10 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240 Tomando en cuenta que las corrientes 80, 74, 82, 70, 78, 76, 71, 73, 75, 77, 81 y 85 sólo son soluciones de lavado y preparado de la columna, no se consideran en el balance de materia para la proteína. ENTRADAS. Corriente 72 200 l de solución rHSA a 24.39 g/l Corriente 84 2 volúmenes de la columna de solución NaCl: 𝑆𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙 = 3 ∗ 156 𝑙

𝑆𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙 = 312.92 𝑙

SALIDAS Corriente 79 200 l de solución NaCl con rHSA. Concentración de rHSA en la corriente 79: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =

𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐻𝑆𝐴𝑟 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 72 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙 DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

68

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =

𝑔 ∗ 200 𝑙 𝑙 312.92 𝑙

24.39

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 = 15.63

𝑔 𝑙

Corriente 60 200 L de solución sin rHSA

4.4.2 4.4.2.1

BALANCE DE CALOR CÁLCULO DE LOS CICLOS DE ESTRILIZACIÓN

4.4.2.1.1 PARA EL REACTOR SEMILLA M-090 4.4.2.1.1.1 FASE DE CALENTAMIENTO

Fase de calentamiento 1.

Flujo de calor requerido para la fase de calentamiento Q (kcal/min)= 19675.979

2.

Tiempo de calentamiento t cal(min)=

3.

Nabla de calentamiento cal=

4.

49.0530

16.9800

Flujo de vapor requerido para la fase de calentamiento W(lb/min)=

84.2170

Fase de enfriamiento 1.

Tiempo de enfriamiento DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO t (min)

79.2695

69

cal=

16.9800

Flujo de vapor requerido para la fase de calentamiento

4.

FarmaBIO | Producción de Albúmina Humana Recombinante (rHSA) W(lb/min)=Sérica 84.2170 4.4.2.1.1.2 FASE DE ENFRIAMIENTO

Fase de enfriamiento

Tiempo de enfriamiento

1.

79.2695

t (min)

NOTA: Se proponen varios flujos y a su vez se calculan los t para dichos flujos, posteriormente se grafica t vs W y se toma el W que se halle en el punto de inflexión de dicho gráfico. 220

2.

u (min-1) 0.00885042 0.012829279 0.016200147 0.018990468 0.021298179 0.023221171 0.02484001 0.026217339 0.027401132 0.028428161 0.029326819

200

t (min) 190.758913 131.597142 104.214884 88.9023129 79.2695223 72.7050539 67.9668186 64.3961798 61.6141149 59.3881714 57.5683476

180 160

140 t (min)

W (lb/min) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

120 100

80 60

40 20 0

0

200

400

600

800

1000

1200

W (lb/min)

Nabla de enfriamiento enf=

3.9380

man=

28.3815

Fase de mantenimiento 1.

Nabla de mantenimiento

Nabla del equipo y Nabla requerido equipo=

49.2995

requerido=

36.1482

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

70

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.4.2.1.2 PARA EL REACTOR DE PRODUCCIÓN M-100 4.4.2.1.2.1 FASE DE CALENTAMIENTO

Fase de calentamiento 1. 1. 1. 2. 2. 2.

Fase de de calentamiento Flujo calor requerido para la fase de calentamiento Fase de calentamiento Flujo de calor requerido paraQla(kcal/min)= fase de38764.3806 calentamiento Flujo de calor requerido para la fase38764.3806 de calentamiento Q (kcal/min)= Tiempo de calentamiento Q (kcal/min)= 38764.3806 Tiempo de calentamiento Tiempo de calentamiento t cal(min)= 124.4914 t cal(min)=

3. 3. 3. 4. 4. 4.

t cal(min)= 124.4914 Nabla de calentamiento Nabla de calentamiento 25.4480 cal= Nabla de calentamiento 25.4480 cal= Flujo de vapor requerido para la fase de calentamiento cal= de 25.4480  Flujo de vapor requerido para la fase calentamiento W(lb/min)= 165.9191 W(lb/min)= Flujo de vapor requerido para la fase165.9191 de calentamiento W(lb/min)=

Fase de enfriamiento Fase de enfriamiento 1. 1. 1.

124.4914

165.9191

4.4.2.1.2.2 FASE DE ENFRIAMIENTO

Fase de de enfriamiento Tiempo enfriamiento Tiempo de enfriamiento

Tiempo de enfriamiento

t (min) 240.0772 t (min) 240.0772 t (min)

240.0772

NOTA: Se proponen varios flujos y a su vez se calculan los t para dichos flujos, posteriormente se grafica t vs W y se toma el W que se halle en el punto de inflexión de dicho gráfico. 1000

2.

u (min-1) 0.008870642 0.012933007 0.016435148 0.019374366 0.021830697 0.023893925 0.025641694 0.02713616 0.028425875 0.029548592 0.030533784

900

t (min) 190.324037 130.541677 102.724753 87.1407337 77.3358941 70.6579809 65.8418479 62.2157482 59.3929467 57.1362747 55.2927376

Nabla de enfriamiento

700 600 500 400

300 200 100 0

0

200

400

600

800

1000

1200

W (lb/min)

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO enf=

Fase de mantenimiento

800

Tiempo (min)

W (lb/min) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

11.9820

71

400 450 500 550 600

0.025641694 65.8418479 0.02713616 62.2157482 0.028425875 59.3929467 0.029548592 57.1362747 Producción de Albúmina 0.030533784 55.2927376

FarmaBIO | 2.

200 100 0

0 200 400 600 800 Sérica Humana Recombinante (rHSA)

1000

1200

W (lb/min)

Nabla de enfriamiento enf=

11.9820

Fase de mantenimiento 1.

Nabla de mantenimiento man=

28.3815

Nabla del equipo y Nabla requerido equipo=

4.4.2.2

requerido=

65.8115

37.7577

CÁLCULOS PARA LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DURANTE LA FERMENTACIÓN

4.4.2.2.1 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-100 Tomando una temperatura de entrada de 10°C y una salida de 11°C en este ejemplo tenemos que ∆𝑇𝑀𝐿𝑁 =

∆𝑇𝑀𝐿𝑁 =

𝑇𝑠𝑎𝑙 − 𝑇𝑒𝑛𝑡 𝑇𝑓𝑒𝑟𝑚 − 𝑇𝑒𝑛𝑡 𝑙𝑛 𝑇𝑓𝑒𝑟𝑚 − 𝑇𝑠𝑎𝑙

11°𝐶 − 10°𝐶 = 24.966°𝐶 35°𝐶 − 10°𝐶 𝑙𝑛 35°𝐶 − 11°𝐶

Para el cálculo de flujo de agua se hizo lo siguiente 𝑊=

𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑝 ∙ ∆𝑇

Para ello tenemos que el Qtotal: La Qfermentación se calculó en base a las dimensiones y requerimientos de la levadura (ver sección de potencia mínima de agitación). 𝑄𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑘𝐿 𝑎 𝐶 ∗ − 𝐶𝐿 𝑉𝑜𝑝 ∗ 3.5𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑂2 𝑄𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 493.2757𝑕−1 0.01234081g O 2 /𝐿 − 0.0001𝑔𝑂2 /𝐿 50000𝐿 ∗ 3.5𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑂2 𝑄𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 1056666.47 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑕

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

72

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝑄𝑎𝑔𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 = 𝑃𝑔 ∗ 641.496 = 156.0008 𝐻𝑃 ∗ 641.496 = 100073.89 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑕

𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 + 𝑄𝑎𝑔𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 = 1156740.36 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑕 = 321316.767 𝑐𝑎𝑙/𝑠

Entonces 𝑊=

321316.767 𝑐𝑎𝑙/𝑠 = 321316.767𝑔/𝑠 1𝑐𝑎𝑙 ∙ 1°𝐶 𝑔°𝐶

Calculo de hi La viscosidad aparente se calcula teniendo N=120.36 min-1 =2.006 s-1 𝜇𝑎𝑝 =

𝐾𝑎𝑝 8𝑁 1−𝑛

𝑛 6𝑛 + 2

3.24

𝜇𝑎𝑝 =

8(2.006)1−0.7

0.7 6(0.7) + 2

0.7

𝑛

= 1.513 𝑔/𝑐𝑚𝑠

EL número de pranks es 𝑐𝑝 ∗ 𝜇𝑎𝑝 𝑃𝑟 = = 𝑘

0.95𝑐𝑎𝑙 ∗ 1.513𝑔/𝑐𝑚𝑠 𝑔°𝐶 = 1038 0.001385𝑐𝑎𝑙 𝑠𝑐𝑚°𝐶

El cálculo del número de Reynolds es 𝑅𝑒 ′

𝑅𝑒 ′ =

8𝑁 2−𝑛 𝐷𝑖 2 𝜌 𝑛 = 𝐾𝑎𝑝 6𝑛 + 2

𝑛

8(2.006𝑠 −1 )2−0.7 (107.2𝑐𝑚)2 1.07𝑔/𝑐𝑚3 0.7 𝑛 2 3.24𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑠 /𝑐𝑚 6(0.7) + 2

0.7

= 16,302

Por lo tanto np es 6 Para cálculo de las demás variables 𝑓1 =

𝐷𝑖 107.2 𝑐𝑚 = = 0.3334 𝐷𝑡 321.5 𝑐𝑚

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73

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝑓2 = 0.2 ∗ 𝑛𝑖 ∗

𝐻𝐿 =2 𝐷𝑡

𝑓4 = 𝑓5 = 𝑛𝑖

𝐷𝑖 = 0.2 𝐷𝑡

−0.37

= 0.666

El diámetro del serpentín es de 0.8*Dt=257.2 cm Se usará un serpentín sumergido 𝑕𝑖 =

𝑕𝑖 =

2.68

2.68𝑘 𝑅𝑒′ 𝑑𝑠𝑒𝑟𝑝

0.001385𝑐𝑎𝑙 𝑠 ∗ 𝑐𝑚 ∗ °𝐶 257.2 𝑐𝑚

16302

0.56

0.56

𝑃𝑟

0.33 𝑓 −0.3 𝑓 0.3 𝑓 −0.5 𝑓 0.15 (𝑛𝑝)0.2 1 2 4 5

1038

𝑕𝑖 =

0.33 (0.3334)−0.3 (0.2)0.3 (2)−0.5 (0.666)0.15 (6)0.2

0.026642 𝑐𝑎𝑙 𝑠°𝐶𝑐𝑚2

Calculo de ho Primero se calcula af 𝑎𝑓 =

𝜋 ∗ 𝑑𝑖 2 4

Pero dint es 𝑑𝑖𝑛𝑡 =

𝐷𝑡 = 5.3583 𝑐𝑚 60

Pero comercialmente existen tubos de acero cédula 40 de 2.5 in Dint = 6.271 cm Dext = 7.303 cm Entonces 𝑎𝑓 =

𝜋 ∗ (6.271𝑐𝑚)2 = 30.886 𝑐𝑚2 4

El número de prank es

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

74

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 1𝑐𝑎𝑙 ∗ 0.01𝑔/𝑐𝑚𝑠 𝜇 𝑔°𝐶 𝑃𝑟 = 𝑐𝑝 ∗ = = 6.7568 0.00148𝑐𝑎𝑙 𝑘 𝑐𝑚𝑠°𝐶 𝑕𝑜 =

𝑕𝑜 =

0.027𝑘 𝑑𝑖𝑛𝑡 ∗ 𝑊 𝑑𝑖𝑛𝑡 𝑎𝑓 ∗ 𝜇

0.8

𝑃𝑟

0.33

0.00148𝑐𝑎𝑙 ) 6.271𝑐𝑚 ∗ 321316.8 𝑔/𝑠 𝑐𝑚𝑠°𝐶 6.271𝑚 (30.886 𝑐𝑚2 ) ∗ 0.01𝑔/𝑐𝑚𝑠

0.027(

𝑕𝑜 =

0.8

6.7568

0.33

3.3862 𝑐𝑎𝑙 𝑠𝑐𝑚2 °𝐶

Calculo de hoi 𝑕𝑜𝑖 = 𝑕𝑜 𝑕𝑜𝑖 =

𝑑𝑖𝑛𝑡 𝑑𝑒𝑥𝑡

3.3862𝑐𝑎𝑙 6.271𝑐𝑚 2.9077𝑐𝑎𝑙 = 2 𝑠𝑐𝑚 °𝐶 7.303𝑐𝑚 𝑠𝑐𝑚2 °𝐶

Cálculo de Uic 𝑈𝑖𝑐 = 𝑈𝑖𝑐 =

𝑕𝑖 ∗ 𝑕𝑜𝑖 𝑕𝑖 + 𝑕𝑜𝑖

0.0266446 ∗ 2.9077 = 0.026402 0.0266446 + 2.9077

Cálculo de Uid 𝑈𝑖𝐷 = 𝑈𝑖𝐷 =

𝑈𝑖𝑐 ∗ 𝑕𝐷 𝑈𝑖𝑐 + 𝑕𝐷

0.02513 ∗ 0.25 = 0.02388 0.02513 + 0.25

4.4.2.2.2 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-090 Se siguió la misma metodología que para el biorreactor M-100 y con las mismas propiedades del medio de cultivo y las mismas condiciones de agua de enfriamiento.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

75

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 16. Sistema de enfriamiento del biorreactor de operación M-100 Tsalida (°C) Wagua (g/s) ho T agua TMLN (°C) (cal/scm^2°C) (°C) 11 1 24.4965983 321316.7668 3.386155244

h0i (cal/scm^2°C) 2.907651586

Uic (cal/scm^2°C) 0.02640261

Uid (cal/scm^2°C) 0.023880572

Urequerido (cal/scm^2°C) 0.017692844

12

2

23.9861047

160658.3834

1.944835479

1.670007297

0.026226122

0.023736098

0.018069399

13

3

23.4680504

107105.5889

1.406079451

1.207383847

0.026069256

0.023607533

0.018468279

14

4

22.9419116

80329.1917

1.117014658

0.959167317

0.025924403

0.023488683

0.018891822

15

5

22.4071006

64263.35336

0.934395766

0.802354628

0.02578818

0.0233768

0.01934273

16

6

21.8629535

53552.79446

0.807580576

0.69345992

0.025658679

0.023270335

0.019824151

17

7

21.3087164

45902.39526

0.71388529

0.613004882

0.025534676

0.023168296

0.020339775

18

8

20.7435268

40164.59585

0.64155645

0.55089696

0.025415321

0.023069996

0.020893964

19

9

20.1663905

35701.86298

0.583865559

0.501358472

0.025299992

0.02297493

0.021491922

20

10

19.5761519

32131.67668

0.536669439

0.46083172

0.025188211

0.022882712

0.022139923

21

11

18.9714542

29210.61516

0.497270524

0.427000336

0.025079601

0.02279304

0.022845613

22

12

18.3506871

26776.39723

0.46383324

0.398288135

0.024973859

0.022705667

0.023618434

23

13

17.7119155

24716.67437

0.435063033

0.373583497

0.024870734

0.022620391

0.024470222

24

14

17.0527791

22951.19763

0.410019429

0.35207885

0.024770013

0.022537042

0.025416063

25

15

16.37035

21421.11779

0.388001905

0.333172661

0.024671517

0.022455475

0.026475579

26

16

15.6609215

20082.29792

0.368477419

0.316407216

0.024575092

0.022375566

0.027674904

27

17

14.9196845

18900.98628

0.351032824

0.301427748

0.024480602

0.022297206

0.029049844

28

18

14.1402084

17850.93149

0.335342703

0.287954826

0.02438793

0.022220301

0.03065121

29

19

13.3135605

16911.40878

0.321147085

0.275765216

0.024296969

0.022144766

0.032554364

30

20

12.4266987

16065.83834

0.308235651

0.26467832

0.024207627

0.022070527

0.034877686

31

21

11.459245

15300.79842

0.296436331

0.254546383

0.024119819

0.021997515

0.037822256

32

22

10.3760686

14605.30758

0.285606917

0.245247292

0.02403347

0.02192567

0.041770589

33

23

9.10628307

13970.29421

0.275628801

0.236679202

0.02394851

0.021854937

0.047595105

34

24

7.45601921

13388.19862

0.26640224

0.228756462

0.023864876

0.021785266

0.058129477

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

76

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 17. Sistema de enfriamiento del biorreactor semilla M-080 Tsalida (°C) Wagua (g/s) ho T agua TMLN (°C) (cal/scm^2°C) (°C) 11 1 24.4965983 39848.31732 2.976684381

h0i (cal/scm^2°C) 2.374217722

Uic (cal/scm^2°C) 0.342626178

Uid (cal/scm^2°C) 0.144537227

Urequerido (cal/scm^2°C) 0.004728097

12

2

23.9861047

19924.15866

1.709656226

1.363629996

0.309522951

0.138297701

0.004828725

13

3

23.4680504

13282.77244

1.236049277

0.985878825

0.284757105

0.133124508

0.004935318

14

4

22.9419116

9962.07933

0.981939647

0.783199767

0.264952959

0.12862969

0.005048503

15

5

22.4071006

7969.663464

0.821403947

0.655155723

0.248521538

0.124629288

0.005169

16

6

21.8629535

6641.38622

0.709923886

0.566238692

0.234550118

0.121014375

0.005297651

17

7

21.3087164

5692.61676

0.627558703

0.500543828

0.222456123

0.117712583

0.005435442

18

8

20.7435268

4981.039665

0.563976229

0.449830142

0.211841841

0.114672287

0.00558354

19

9

20.1663905

4427.590813

0.513261609

0.409379918

0.202422586

0.111854819

0.005743333

20

10

19.5761519

3984.831732

0.471772681

0.376288151

0.193987201

0.109230176

0.0059165

21

11

18.9714542

3622.574302

0.43713808

0.348663427

0.186374638

0.106774444

0.006105083

22

12

18.3506871

3320.69311

0.4077442

0.325218727

0.179459267

0.104468154

0.006311606

23

13

17.7119155

3065.255178

0.382453031

0.305046369

0.173141238

0.102295181

0.006539231

24

14

17.0527791

2846.30838

0.360437825

0.287486936

0.167339921

0.10024198

0.00679199

25

15

16.37035

2656.554488

0.34108277

0.272049251

0.161989321

0.098297039

0.007075127

26

16

15.6609215

2490.519832

0.323919283

0.258359572

0.15703478

0.096450468

0.007395625

27

17

14.9196845

2344.018666

0.308584176

0.246128217

0.152430556

0.094693701

0.007763053

28

18

14.1402084

2213.795407

0.294791383

0.235127019

0.148138013

0.09301926

0.00819099

29

19

13.3135605

2097.279859

0.28231237

0.225173699

0.144124254

0.091420569

0.008699574

30

20

12.4266987

1992.415866

0.270962251

0.21612079

0.140361051

0.089891813

0.00932044

31

21

11.459245

1897.53892

0.260589764

0.207847644

0.136824027

0.088427823

0.010107324

32

22

10.3760686

1811.287151

0.251069897

0.200254552

0.133491998

0.087023979

0.011162446

33

23

9.10628307

1732.535536

0.242298385

0.193258353

0.130346453

0.085676133

0.012718944

34

24

7.45601921

1660.346555

0.234187546

0.186789108

0.127371131

0.084380548

0.015534067

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

77

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.4.2.3

INTERCAMBIADORES DE CALOR H-082, H-083 Y H-083

Esterilización continúa. Una vez terminado el proceso en lote se dará inicio a la alimentación del medio; esta está contemplada para llevarse a cabo en 26 horas de acuerdo al planteamiento del proceso, el sistema de esterilización está compuesto de tres intercambiadores de calor, uno de precalentamiento, calentamiento y enfriamiento respectivamente, así como un brazo de sostenimiento que mantendrá la temperatura de esterilización el tiempo mínimo necesario para garantizar la esterilidad del medio de cultivo

Figura 5. Sistema de esterilización continua.

Se calcula el flujo el cual pueda alimentar el volumen de medio (25 000L) en el tiempo de producción restante (26 h), el cual resulta de: 3 -4m

Q = 2.671 10

s

Para ale cálculo del brazo del sostenimiento del sistema se propone un diámetro de tubería de un cuarto de pulgada (0.00635m). Se calcula el número de Reynolds; donde se observa que es laminar. Re = 372.1034

Para interpolar en la grafica quedando:

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78

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

Figura 6. Interpolación en la gráfica para obtener Dz/vd

𝐷𝑧 = 50 𝑣𝑑 Donde: Dz = coeficiente de difusividad vd= Velocidad media del fluido en la tubería Se considera como criterio de diseño la probabilidad que uno de cada 100 lotes esterilizados se contamine (No) y una cantidad inicial de 10 5 esporas totales por mililitro; es decir 2.5 x 10 12 esporas en el volumen total (Ni). Se calcula la nabla requerida para que el proceso se lleve acabo Nabla (Λ) = 38. Con el criterio de diseño No/N se interpola en la grafica m. resultando unos valores de Pe= 20 y Nr= 120.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

79

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

Figura 7. Gráfica para calcular la longitud del brazo de sostenimiento.

Quedando la longitud del brazo de sostenimiento L = 6.35m

Y la temperatura de esterilización queda: Test = 164.3015

Ahora, conociendo la temperatura y la longitud en el brazo de sostenimiento, se hace el balance en el primer intercambiador, que es el de calentamiento hasta que la temperatura del medio sea de 164, proponiendo que entre a 90°C del intercambiador de precalentamiento.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

80

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Para poder llevar a cabo el balance es necesario calcular el flujo másico del medio (m medio), siendo este:

mmed:= Q  kg mmed = 0.2858 s

Y realizando el balance: Qmed= Cpmedio* mmedio *(ΔT) 4

qmedio = 8.4304 10 W

El cálculo de flujo másico para el vapor fue evaluando, el calor latente de evaporación del vapor saturado a 170 °C, ya que no existe cambio de fase, que de acuerdo a tablas es de 2047 kJ/kg mvapor :=

qmedio Hevap

mvapor = 0.0412 kg/s

Para el cálculo del área efectiva de trasferencia del intercambiador de calor se describe en la literatura: q=U*A*MLDT

Según Shan y Focke (1988), proponen que:

Y se considera un intercambiador nuevo; algunas de sus condiciones de operación son (Shan y Focke (1988)):

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

81

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 18. Algunas condiciones geométricas y de operación de intercambiadores de calor de marcos y placas.

Se propone un hh de 4000, al estar en régimen laminar se considera un Nusselt de 4.36 (Shan y Focke (1988)). Haciendo los cálculos correspondientes queda: 3

hc = 1.0884 10 en W/m2°C U :=

hh hc hh + hc

U = 855.5983 S :=

qmedio 7.64U 

Quedando un área efectiva de 12.897 m2; 13 m2 aproximadamente para el intercambiador de calentamiento.

Para el intercambiador de precalentamiento: Se realiza el balance de energía; dado que el medio es preparado a temperatura ambiente, y al entrar salida de este debe estar a 90°C; y por parte del líquido caliente será levara acabo la trasferencia de calor del medio estéril con una temperatura de 164°C.

Cpm*mm*(T1-T0)=Cpm*mm*(T2-T3)

La temperatura de salida del medio frio seria: T3 := T2 - (T1 - T0) T3 = 89.3015

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82

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Se utiliza las correlaciones anteriores para el cálculo del coeficiente global de transferencia y se obtiene un área efectiva de trasferencia de 2.92 m2.

Para el intercambiador de calor encargado del enfriamiento: Partimos del balance de energía.

Cpmed*mmed*(T3-T4)= Cpw*mwater*(t4-t3)

Donde: T4 = 35; temperatura de fermentación t3 = 15; temperatura del agua de enfriamiento T3= 89.3; temperatura del medio a la salida del intercambiador de precalentamiento

Se tabula en Excel, proponiendo una diferencia de temperaturas y buscando el menor flujo. Se escoge una diferencia de 17°C. qc := Cpmedmmed(T3 - T4) 4

qc = 6.1612 10 W

Y el flujo de agua queda de 0.867 kg/s para llevar a cabo la trasferencia de calor. Finamente se resuelve con las correlaciones de Shan y Focke (1988); y se obtiene un área efectiva de 1.9145m2.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.5 4.5.1

MEMORIA DEL CÁLCULO DEL EQUIPO DE PROCESO DIMENSIONES DE LOS TANQUES Y BIORREACTORES

Los biorreactores M-090 con capacidad de 5 m3 y el M-100 con capacidad de 50 m3 se calcularon con un 75% de su capacidad total los cuales se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 19. Dimensiones de los biorreactores.

Parámetros Vop (m3) Volumen total (m3) Diámetro del tanque (m) Altura del tanque (m) Diámetro del impulsor (m) Altura de la tapa (m) Volumen de la tapa (m3) Distancia entre impulsores (m) Altura del primer impulsor (m) Número de impulsores Ancho de los bafles (m) Altura de bafles (m) Longitud de paletas (m) Altura del líquido en el cilindro (m) Diámetro externo del tanque (m) Diámetro del tanque con chaqueta (m)

M-090 5 6.667 1.492 4.062 0.497 0.373 0.435 0.995 0.373 3 0.149 2.611 0.124 2.611 1.56 1.80

M-100 50 66.667 3.215 8.751 1.072 0.804 4.348 2.141 0.804 3 0.321 5.625 0.268 5.625 2.30 2.80

Los tanques de almacenamiento que se calcularon fueron el F-080 con un volumen de operación de 25 m3 y con capacidad de 80% del volumen total, el tanque F-110 es el que recibe el cultivo agotado y tiene un volumen de operación de 50 m 3 con una capacidad del 85% de su volumen total, el tanque F-210 es el que recibe el filtrado del filtro prensa que tiene un volumen de operación de 40 m3 con una capacidad del 85% de su volumen total, el taque F-221 recibe el filtrado de la primer columna con un volumen de operación de 0.78 m 3 con una capacidad del 85% de su volumen total, el eluido de la segunda columna es de 0.5 m 3 que pasa al tanque F-231, el tanque F-241 tiene un volumen de operación de 0.35 m3 que lo recibe del eluido de la tercer columna.

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 20. Dimensiones de los tanques de almacenamiento y de preparación de medio de cultivo.

Parámetros Vop (m3) Volumen total (m3) Diámetro del tanque (m) Altura del cilindro (m) Altura del tanque (m) Diámetro del impulsor (m) Altura de la tapa (m) Volumen de la tapa (m3) Altura del impulsor (m) Número de impulsores Ancho de los bafles (m) Altura de bafles (m) Longitud de paletas (m) Altura del líquido en el cilindro (m) Diámetro externo del tanque (m)

4.5.1.1

F-080 25 31.25 2.367 4.652 5.891 0.789 0.789 1.157 0.789 1 0.237 3.945 0.197 3.945

F-110 50 58.824 2.923 5.862 6.836 0.974 0.974 2.179 0.974 1 0.292 4.871 0.244 4.871

F-210 40 47.059 2.713 5.441 6.346 0.904 0.904 1.743 0.904 1 0.271 4.522 0.226 4.522

F-221 0.78 0.918 0.730 1.465 1.708 0.243 0.243 0.034 0.243 1 0.073 1.217 0.061 1.217

F-231 0.5 0.588 0.63 1.263 1.473 0.21 0.21 0.022 0.21 1 0.063 1.049 0.052 1.049

F-241 0.35 0.412 0.559 1.121 1.308 0.186 0.186 0.015 0.186 1 0.056 0.932 0.047 0.932

2.45

3.0

2.80

0.878

0.70

0.610

MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS BIORREACTORES

El cálculo se hizo en un programa en Mathcad y para calcular cualquier tamaño de cualquier biorreactor de tipo tanque agitado solo es necesario introducir el volumen de operación y se recalculan todas las dimensiones. En esta me memoria de cálculo solo se presenta la secuencia de cálculos de uno de de los biorreactores que es el de 50 m3.

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Figura 8. Relaciones geométricas de cualquier biorreactor tipo tanque agitado.

Volumen de operación Vop = 50 m3

Volumen del biorreactor 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =

𝑉𝑜𝑝 = 66.667 𝑚3 0.75

Diámetro del tanque 𝑉𝑜𝑝 𝐷𝑡 = 1.5053

1/3

= 3.215 𝑚

Altura del líquido 𝐻𝐿 = 2 ∙ 𝐷𝑡 = 6.429 𝑚 Diámetro del impulsor 𝐷𝑖 =

𝐷𝑡 = 1.072 𝑚 3

Altura de la tapa

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 =

𝐷𝑡 = 0.804 𝑚 4

Volumen de la tapa 𝑉𝑒𝑙𝑖𝑝 = 0.1309 ∙ 𝐷𝑡 3 = 4.348 𝑚3

Distancia entre impulsores 𝑑𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙 = 2 ∙ 𝐷𝑖 = 2.143

Altura de la parte del tanque sin líquido 𝐻𝐿𝐶 = 𝐻𝐿 − 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 = 5.6625 𝑚

Volumen de la parte del tanque sin líquido 𝑉𝐶𝑉 = 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑜𝑝 − 𝑉𝑒𝑙𝑖𝑝 = 12.319 𝑚

Altura de la parte del tanque sin líquido 𝐻𝐶𝑉 =

𝑉𝐶𝑉 4 ∙ = 1.518 𝑚 𝐷𝑡 2 𝜋

Altura del tanque 𝐻𝑡 = 𝐻𝐿 + 𝐻𝐶𝑉 + 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 = 8.751 𝑚

Altura del primer impulsor 𝐼1 = 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 = 0.804 𝑚

Altura del segundo impulsor 𝐼2 = 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 + 𝑑𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙 = 2.947 𝑚

Altura del tercer impulsor 𝐼3 = 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 + 2 ∙ 𝑑𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙 = 5.09 𝑚

Altura del cuarto impulsor 4 = 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 + 3 ∙ 𝑑𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙 = 7.233 𝑚 DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Número de impulsores ni = 3

Número de bafles nb = 4

Ancho del bafle 𝑊𝑏 = 0.1 ∙ 𝐷𝑡 = 0.321 𝑚 Longitud del bafle 𝐿𝑏 = 𝐻𝐿𝐶 = 5.625 𝑚 Longitud de una paleta del impulsor 𝐿𝑖 = 0.25 ∙ 𝐷𝑖 = 0.268 𝑚

4.5.1.2

MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS TANQUES

De igual manera se hizo en un programa en Mathcad y para calcular cualquier tamaño de cualquier tanque con tapa inferior cónica y tapa superior plana, en que agitado solo es necesario introducir el volumen de operación y se recalculan todas las dimensiones. En esta me memoria de cálculo solo se presenta la secuencia de cálculos de uno de de los tanque con un volumen de operación de 50 m3.

Volumen de operación Vop = 50 m3 Volumen del tanque 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =

𝑉𝑜𝑝 = 58.824 𝑚3 0.85

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Para calcular el diámetro del tanque se sigue la siguiente metodología

𝑉𝑡 =

𝜋 ∙ 𝐷𝑡 2 ∙ 𝐻𝐿 + 𝐻𝑐𝑜𝑛 4

Pero HL=2*Dt y Hcon=Dt/3 𝜋 ∙ 𝐷𝑡 2 𝐷𝑡 𝑉𝑡 = ∙ 2 ∙ 𝐷𝑡 + 4 3

𝑉𝑡 =

2.25 ∙ 𝜋 ∙ 𝐷𝑡 3 3

Despejando Dt se tiene 𝐷𝑡 =

3 ∙ 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 2.25 ∗ 𝜋

1/3

= 2.923 𝑚

Altura del líquido 𝐻𝐿 = 2 ∙ 𝐷𝑡 = 5.845 𝑚 Diámetro del impulsor 𝐷𝑖 =

𝐷𝑡 = 0.974 𝑚 3

Altura de la tapa 𝐻𝑐𝑜𝑛𝑜 =

𝐷𝑡 = 0.974 𝑚 3

Volumen de la tapa cónicq 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑜 = 𝜋 ∙

𝐷𝑡 2 𝐻𝑐𝑜𝑛𝑜 ∙ = 2.179 𝑚3 4 3

Altura del cilindro con líquido 𝐻𝐿𝐶 = 𝐻𝐿 − 𝐻𝑐𝑜𝑛𝑜 = 4.871 𝑚 Volumen del cilindro vacío 𝑉𝐶𝑉 = 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑜𝑝 − 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑜 = 6.645 𝑚3 DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Altura del cilindro vacío 𝐻𝐶𝑉 =

𝑉𝐶𝑉 4 ∙ = 0.909 𝑚 𝐷𝑡 2 𝜋

Altura del cilindro 𝐻𝑐 = 𝐻𝐿𝐶 + 𝐻𝑐𝑣 = 5.862 𝑚 Altura del tanque 𝐻𝑡 = 𝐻𝐿 + 𝐻𝐶𝑉 + 𝐻𝑐𝑜𝑛𝑜 = 6.837 𝑚 Número de impulsores ni = 1

Número de bafles nb = 4

Ancho del bafle 𝑊𝑏 = 0.1 ∙ 𝐷𝑡 = 0.292 𝑚 Longitud del bafle 𝐿𝑏 = 𝐻𝐿𝐶 = 4.871 𝑚 Longitud de una paleta del impulsor 𝐿𝑖 = 0.25 ∙ 𝐷𝑖 = 0.244 𝑚 Ancho de la paleta del impulsor 𝑊𝑖 =

𝐷𝑖 = 0.122 𝑚 8

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.5.1.3

CÁLCULO DE LA POTENCIA MÍNIMA DE AGITACIÓN EN LOS BIORREACTORES

Teniendo los datos que se requieren (Tabla 21) se calcula la potencia mínima requerida en el biorreactor M-100. Tabla 21. Parámetros que se consideran para los cálculos

Yx/s (gcel/gsust) Dhcel (Kcal/g) Dhsust (Kcal/gsust) mux (gcel/Lh) rcaldo (Kg/m^3) HL (m) g (m/s^2) Patm (atm) Pint (atm) Vop (L) Vop (m^3) Ccritica (g/L) H (go2/Latm) H (mmolo2/Latm)

0.1 5.7 3.74 0.667 1070 6.429 9.807 0.743 0.8 50000 50 0.0001 0.0334 1.04

Dt (cm) Pi Np Fc Ni Gc (cm/s^2) Di (cm) C (N-1)/N raire (Kg/m^3) PMaire (g/mol) Z R (gcal/molK) T1 (K)

321.5 3.1416 6 1.4142 3 980 107.2 0.00239 0.3627 1.293 29 1.05 1.987 288.15

Primero se proponen una VVM la cual empezaremos con 0.3 min -1. Luego el flujo de aire se debe calcular 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝑉𝑉𝑀 ∙ 𝑉𝑜𝑝 = 0.3 𝑚𝑖𝑛−1 ∙ 50000 𝐿 = 15000 𝐿/𝑚𝑖𝑛

Se debe sacar la productividad celular con la siguiente relación 𝜇𝑥 =

[𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠] 50 𝑔𝑐é𝑙 /𝐿 𝑔𝑐é𝑙 = = 0.667 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 75 𝑕 𝐿∙𝑕

Luego se debe calcular el rendimiento energético con la siguiente ecuación 𝑌𝑥/𝑘 =

𝑌𝑥/𝑠 0.1 𝑔𝑐𝑒𝑙/𝑔𝑠𝑢𝑠𝑡 = ∆𝐻𝑠 − 𝑌𝑥/𝑠 ∙ ∆𝐻𝑐𝑒𝑙 3.74𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑠𝑢𝑠𝑡 − (0.1 𝑔𝑐𝑒𝑙/𝑔𝑠𝑢𝑠𝑡) ∙ (5.7 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑔) = 0.03155 𝑔𝑐𝑒𝑙/𝐾𝑐𝑎𝑙)

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Se calcula la presión hidrostática 𝑃𝑕𝑖𝑑 =

𝜌𝑐𝑎𝑙𝑑𝑜 ∙ 𝐻𝐿 ∙ 𝑔 1070(𝑘𝑔/𝑚3 ) ∙ 6.429𝑚 ∙ 9.807𝑚/𝑠2 = = 0.666 𝑎𝑡𝑚 101325𝑃𝑎/𝑎𝑡𝑚 101325𝑃𝑎/𝑎𝑡𝑚

Se calcula la presión total en el sistema 𝑃𝑡𝑜𝑡 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃𝑖𝑛𝑡 + 𝑃𝑕𝑖𝑑 = 0.743 + 0.8 + 0.666 𝑎𝑡𝑚 = 2.209 𝑎𝑡𝑚

La eficiencia se calcula de la siguiente manera 𝐸𝑓 =

(𝜇𝑥/𝑌𝑥/02 )𝑉𝑜𝑝 ∙ (22.4) (0.667 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝐿𝑕)/(0.11 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝑔𝑜2 )(50000𝐿)(22.4) = 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 2.209𝑎𝑡𝑚 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 ∙ ∅𝑂2 (32 ∙ 60) (15000𝐿/min⁡ )(0.21) (32 ∙ 60) 𝑃𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 1 𝑎𝑡𝑚 = 0.506

Posteriormente se calcula la presión parcial de oxígeno en la salida 𝑃

𝑂2 𝑠𝑎𝑙

= 𝑃𝑡𝑜𝑡 − 𝑃𝑕𝑖𝑑 ∅𝑂2 1 − 𝐸𝑓 = 2.2089 𝑎𝑡𝑚 − 0.666 𝑎𝑡𝑚 0.21 1 − 0.506 = 0.1599

Se calcula la presión parcial de oxígeno en la entrada 𝑃

𝑂2 𝑒𝑛𝑡

= 𝑃𝑡𝑜𝑡 ∙ ∅𝑂2 = 2.2088𝑎𝑡𝑚 0.21 = 0.4638𝑎𝑡𝑚

Se calcula la media logarítmica de la presión 𝑃

𝑂2 𝑀𝐿𝑁

=

𝑃

𝑂2 𝑒𝑛𝑡

𝑙𝑛

−𝑃

𝑂2 𝑠𝑎𝑙

𝑃 𝑂2 𝑒𝑛𝑡 𝑃 𝑂2 𝑠𝑎𝑙

=

0.4638 𝑎𝑡𝑚 − 0.1599 𝑎𝑡𝑚 = 0.2854 𝑎𝑡𝑚 0.4638 𝑎𝑡𝑚 𝑙𝑛 0.1599 𝑎𝑡𝑚

Se calcula la concentración C* 𝐶∗ = 𝐻 ∙ 𝑃

𝑂2 𝑀𝐿𝑁

= 0.034 𝑔𝑂2 /𝐿𝑎𝑡𝑚 0.2854 𝑎𝑡𝑚 = 0.0095 𝑔/𝐿

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) El rendimiento celular con respecto al oxígeno es el siguiente 𝑌𝑥/𝑂2 = 𝑌𝑥/𝑘 (3.5 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑂2 ) = 0.0315 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝑘𝑐𝑎𝑙(3.5 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑂2 ) = 0.1104 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝑔𝑂2

Se calcula el KLa requerido 𝐾𝐿 𝑎𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 =

𝜇𝑥 0.667 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝐿𝑕 = ∗ 𝑌𝑥/𝑂2 (𝐶 − 𝐶𝐿 ) 0.1104 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝑔𝑂2 (0.0095 𝑔𝑂2 /𝐿 − 0.0001 𝑔𝑂2 /𝐿) = 639.99 𝑕−1

Calculo de velocidad superficial 𝑉𝑠 =

𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 15000 𝐿/ min 1000 𝑐𝑚3 /𝐿 = = 184.77 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 0.7854𝐷𝑡 2 0.7854(321.15 𝑐𝑚)2

De la ecuación de Tagachi y Miyamoto para el cálculo empírico de K La para biorreactores con volúmenes de operación menores a 50 m3 se usa la siguiente relación tomando en cuenta que KLaequipo = kLarequerido y se despeja a la Pg 𝐾𝐿 𝑎 =

8.0 𝑃𝑔 𝐻 𝑉𝑜𝑝

0.33

𝑉𝑠

0.56

Despejando 𝐾𝐿 𝑎 ∙ 𝐻 𝑃𝑔 = 𝑉𝑜𝑝 8 ∙ (𝑉𝑠 )0.56

−0.33

= 50

𝑚3

639.99 𝑕−1 1.04 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑂2/𝐿𝑎𝑡𝑚 8 ∙ 184.77 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 0.56

1/0.33

= 4689.2 𝐻𝑃

Calculo de la potencia al freno del compresor 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 ∙ 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 (9.351 ∗ 10−2 ) 𝑧 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇1 𝑏𝑕𝑝 = 𝑁−1 𝐸𝑝 ∙ 𝑃𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑁

𝑃2 𝑃1

𝑁−1 𝑁

−1

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Donde Ep: eficiencia politrópica; 0.75 𝑔𝑐𝑎𝑙 15 𝑚3 /𝑚𝑖𝑛 ∙ 1.293 𝑘𝑔/𝑚3 (9.351 ∗ 10−2 ) 1.05 ∙ 1.987 𝑔𝑚𝑜𝑙𝐾 ∙ 288.15𝐾 𝑏𝑕𝑝 = 0.75 ∙ 29 𝑔/𝑚𝑜𝑙 0.3627

2.209 𝑎𝑡𝑚 0.743 𝑎𝑡𝑚

0.3627

− 1 = 66.98 𝐻𝑃

Se calcula la potencia total 𝑃𝑡𝑜𝑡 = 𝑃𝑔 + 𝑏𝑕𝑝 = 4689.2 𝐻𝑃 + 66.98 𝐻𝑃 = 4756.23 𝐻𝑃

Se calcula la potencia teórica que es 𝑃𝑜𝑡 = 𝑁𝑝

𝜌𝑐𝑎𝑙𝑑𝑜 ∙ 𝑁 3 ∙ 𝐷𝑖 5 1.315 ∗ 10−7 𝐺𝑐

Pero si decimos que 𝑃𝑜𝑡 = 𝐴 ∙ 𝑁 3

Entonces 𝐴=

𝑁𝑝 ∙ 𝜌𝑐𝑎𝑙𝑑𝑜 ∙ 𝐷𝑖 5 1.315 ∗ 10−7 6 1.07 𝑔/𝐿 (107.2 𝑐𝑚)5 1.315 ∗ 10−7 1𝑚𝑖𝑛3 = 𝐺𝑐 980 𝑐𝑚/𝑠2 60𝑠 3 = 5.646 ∗ 10−5

Pero tenemos que la potencia real es 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑃𝑜𝑡 ∙ 𝑓𝑐 ∙ 𝑛𝑖

Sustituyendo tenemos 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 5.646 ∗ 10−5 ∙ 𝑁 3 1.4142 ∙ 3 = 2.395 ∗ 10−4 ∙ 𝑁 3

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Finalmente para calcular la velocidad de giro de la flecha se usa la siguiente ecuación 𝑃𝑔 = 𝑐

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 2 𝑁𝐷𝑖 3

0.45

𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 0.56

Despejando tenemos 𝑁=

𝑁=

𝑃𝑔 𝑐

1/0.45

𝑃𝑔 𝑐

1/0.45

𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒

0.56

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 2 𝐷𝑖 3

=

1/7

0.56

(2.395 ∗ 10−4 )2 𝐷𝑖3

=

𝑃𝑔 𝑐

1/0.45

𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 0.56 (2.395 ∗ 10−4 ∙ 𝑁 3 )2 ∙ 𝐷𝑖 3

4689.2 𝐻𝑃 0.00239

1/0.45

15000 𝐿/𝑚𝑖𝑛 0.56 2.395 ∗ 10−4 2 107.2 𝑐𝑚

1/7 3

𝑁 = 313.45 𝑚𝑖𝑛−1

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FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 22. Evaluación de diferentes VVM para encontrar la menor potencia consumida en el biorreactor de operación M-100.

VVM (min-1) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2

Qaire (L/min) 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 55000 60000 65000 70000 75000 80000 85000 90000 95000 100000 105000 110000

Ef

0.5062 0.3797 0.3037 0.2531 0.2170 0.1898 0.1687 0.1519 0.1381 0.1266 0.1168 0.1085 0.1012 0.0949 0.0893 0.0844 0.0799 0.0759 0.0723 0.0690

Po2 Po2 C* Kla salida MLN (go2/L) requerido (atm) (atm) (h-1) 0.1600 0.2855 0.0095 639.9973 0.2010 0.3143 0.0105 580.6815 0.2256 0.3305 0.0110 551.9226 0.2420 0.3410 0.0114 534.8649 0.2537 0.3483 0.0116 523.5557 0.2625 0.3537 0.0118 515.5021 0.2694 0.3578 0.0120 509.4730 0.2748 0.3611 0.0121 504.7892 0.2793 0.3638 0.0122 501.0451 0.2830 0.3660 0.0122 497.9835 0.2862 0.3679 0.0123 495.4331 0.2889 0.3695 0.0123 493.2757 0.2912 0.3709 0.0124 491.4270 0.2933 0.3721 0.0124 489.8250 0.2951 0.3731 0.0125 488.4234 0.2967 0.3741 0.0125 487.1869 0.2981 0.3749 0.0125 486.0878 0.2994 0.3757 0.0125 485.1045 0.3006 0.3763 0.0126 484.2195 0.3017 0.3770 0.0126 483.4189

Qaire (cm/min)

Vs Pg (cm/min) (HP)

15000000 20000000 25000000 30000000 35000000 40000000 45000000 50000000 55000000 60000000 65000000 70000000 75000000 80000000 85000000 90000000 95000000 100000000 105000000 110000000

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184.8 246.4 308.0 369.5 431.1 492.7 554.3 615.9 677.5 739.1 800.7 862.3 923.9 985.5 1047.0 1108.6 1170.2 1231.8 1293.4 1355.0

96

4689.2 2143.3 1258.3 839.7 605.9 460.8 364.1 296.1 246.3 208.6 179.3 156.0 137.2 121.8 108.9 98.1 88.9 81.0 74.1 68.1

bhp (HP) 67.0 89.3 111.6 134.0 156.3 178.6 200.9 223.3 245.6 267.9 290.3 312.6 334.9 357.2 379.6 401.9 424.2 446.5 468.9 491.2

Potencia N total (min-1) (HP) 4756.2 313.5 2232.6 250.2 1369.9 215.1 973.6 191.9 762.1 175.2 639.5 162.3 565.1 152.1 519.4 143.6 491.9 136.5 476.5 130.4 469.5 125.0 468.6 120.4 472.1 116.2 479.0 112.4 488.5 109.1 500.0 106.0 513.1 103.2 527.5 100.6 543.0 98.2 559.3 95.9

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Tabla 23. Evaluación de diferentes VVM para encontrar la menor potencia consumida en el biorreactor semilla M-090

VVM (min-1) 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Qaire Ef (L/min) 10000 10500 11000 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000 16500 17000 17500

0.1057 0.1006 0.0961 0.0919 0.0880 0.0845 0.0813 0.0783 0.0755 0.0729 0.0704 0.0682 0.0660 0.0640 0.0622 0.0604

Po2 Po2 C* Kla Qaire Vs Pg (HP) bhp Potencia N (min-1) salida MLN(atm) (go2/L) requerido (cm/min) (cm/min) (HP) total (HP) (atm) (h^-1) 0.2898 0.3369 0.0112 631.58 10000000 572.0 66.21 36.187 102.3988 327.1071 0.2914 0.3378 0.0112 629.88 10500000 600.6 60.45 37.997 98.4516 319.0398 0.2929 0.3387 0.0113 628.35 11000000 629.2 55.45 39.806 95.2609 311.5724 0.2943 0.3394 0.0113 626.96 11500000 657.8 51.08 41.615 92.6968 304.6333 0.2955 0.3401 0.0113 625.69 12000000 686.4 47.23 43.425 90.6564 298.1624 0.2966 0.3407 0.0113 624.53 12500000 715.0 43.82 45.234 89.0574 292.1090 0.2977 0.3413 0.0113 623.46 13000000 743.6 40.79 47.043 87.8333 286.4295 0.2987 0.3418 0.0114 622.48 13500000 772.2 38.07 48.853 86.9298 281.0867 0.2996 0.3423 0.0114 621.57 14000000 800.8 35.64 50.662 86.3022 276.0482 0.3004 0.3428 0.0114 620.73 14500000 829.4 33.44 52.471 85.9134 271.2860 0.3012 0.3432 0.0114 619.95 15000000 858.0 31.45 54.281 85.7325 266.7753 0.3019 0.3436 0.0114 619.22 15500000 886.5 29.64 56.090 85.7335 262.4947 0.3026 0.3440 0.0114 618.53 16000000 915.1 27.99 57.899 85.8943 258.4251 0.3033 0.3443 0.0115 617.89 16500000 943.7 26.48 59.709 86.1961 254.5494 0.3039 0.3447 0.0115 617.29 17000000 972.3 25.10 61.518 86.6230 250.8526 0.3045 0.3450 0.0115 616.73 17500000 1000.9 23.83 63.328 87.1611 247.3212

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97

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.5.2

MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

Esterilización continúa Calculo del brazo de sostenimiento

Volumen del medio a alimentar V := 25000L

Tiempo en el cual será llevado a cabo el proceso de lote alimentado tiemp := 26hr

Calculo del flujo de alimentación Q :=

V tiemp 3 -4m

Q = 2.6709 10

s

Propiedades del medio de cultivo  := 1070

kg 3

m

 := 0.154Pa s

Se propone un diámetro de tubería de un cuarto de pulgada dtub :=

0.0254m 4 -3

dtub = 6.35 10

m

Calculo del área trasversal por donde fluirá el medio de cultivo Atrans :=

 4

 dtub

2

-5 2

Atrans = 3.1669 10

m

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98

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Calculo de la velocidad del medio en la tubería del brazo de sostenimiento velmed :=

Q Atrans

m velmed = 8.4339 s

Calculo del número de Reynolds, necesario para poder llevar a cabo la interpolación en la grafica y aplicar los criterios de diseño para la esterilización Re :=

 velmed dtub 

Re = 372.1034

Figura 9. Diagrama para el cálculo del número de Reynolds

Dz/vd=50

Relación del coeficiente de difusividad; con la velocidad del medio en el brazo de cultivo Se aplica el criterio de diseño de las buenas prácticas de manufactura donde se recomiendo que -3

solo uno de cada 100 lotes esterilizados se contamine (No). N0 := 10

Se despeja el coeficiente de difusividad. Dz := 50velmeddtub

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99

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 2

m Dz = 2.6778 s

Se considera una concentración inicial de esporas de B. stereothermophilus. De 1 x 105; el ser 25000000 mL; se multiplica por el volumen total. 5

6

Ni := 10  25 10 12

Ni = 2.5 10

𝑁𝑜 = 0.4 ∗ (10−16 ) 𝑁𝑖 Pero se necesita el inverso del anterior criterio anterior; el cual equivale al cálculo de nabla Ni N0 ln 

15

= 2.5 10

 = 35.4551   N0  Ni

Nabla requerida 35.4551

Con el valor anterior, se consulta la siguiente grafica, y se seleccionan los valores de Pe=20 y Nr=120.

Figura 10. Cálculo del número de Pe y el Nr

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100

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Pe := 20 Nr := 120

El número de Peclet es: Pe = Vmed * L /Dz

Y se despeja la longitud del brazo de sostenimiento. L :=

Pe Dz velmed

L = 6.35m

Para el cálculo del tiempo de residencia hidráulico. tiempobrazo :=

L velmed

tiempobrazo = 0.7529s

Se calcula la constante de muerte cinética del número de reacción. kmuerte :=

velmed Nr L

1 kmuerte = 159.3802 s

Ya con la los parámetros anteriores se calcula la temperatura con la cual será necesario alimentar el vapor en el intercambiador de calor de la etapa de calentamiento. - 67480

Test :=

1.9872

159.3860   ln  37   4.93 10 

Test = 437.4515

Test := Test - 273.15

Test = 164.3015

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101

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Ahora, conociendo la temperatura y la longitud en el brazo de sostenimiento, se hace el balance en el primer intercambiador, que es el de calentamiento hasta que la temperatura del medio sea de 164, proponiendo que entre a 90°C del intercambiador de precalentamiento. Cpmed := 3970 j/kg°C

Para el cálculo del flujo másico del medio mmed:= Q 

kg mmed = 0.2858 s

T2 = 164.3015 mmed:= .2858 kg/s

Del balance de energía se sabe: qmedio := Cpmedmmed(T2 - T1)

Se calcula el calor necesario. 4

qmedio = 8.4304 10

Para calcular el Cp del vapor, se elige vapor saturado a 170 °C. A := 3.47 -3

B := 1.4510 

5

D := 0.12110 

t1 := 170 t1K := (t1 + 273.15) t1K = 443.15 T1K:= (T1 + 273.15) T1K = 363.15 T2K:= (T2 + 273.15) T2K = 437.4515 Rgas := (461.889)J/kg°C

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102

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 



-2

Cpvap := Rgas  A + B 423.15+ D 423.15 3

Cpvap = 1.9174 10 J/kg°C

El cálculo de flujo másico se evalúa tomando el calor latente de evaporación del vapor saturado a 170 °C, que de acuerdo a tablas es de 2047 kJ/kg.

De acuerdo a esto, el flujo másico de vapor es de: Hevap := 2047000 J/kg 4

qmedio = 8.4304 10 J/s mvapor :=

qmedio Hevap

mvapor = 0.0412 kg/s

De acuerdo a literatura, q=U*A*MLDT, y se desconocen U y A. Se procede al cálculo de U.

Tabla 24. Geometrías de intercambiadores de calor de marcos y placas.

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103

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Cuando el intercambiador es nuevo, se toma esa consideración.

Se propone un coeficiente de película del fluido caliente y de bibliografía se propone un Nusselt. hh := 4000W/m2°C

Nu := 4.364

De las correlaciones se calcula

 := 1.25

dequiv :=

2 .25 

dequiv = 0.4 m

Ch := 0.4 y := 0.598 Re = 372.1034

y

jh := Ch Re

jh = 13.7821

 := 0.0145 kg/ms DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

104

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) agua := 0.001Pa s

 :=

 agua

 = 14.5

Prmed := 0.6

Nu

kmed :=

1 3

jh Prmed  

0.17

kmed = 0.2383 cal/cm s K

kmed := kmed 4.1868 100J/ms

hc :=

Nu  kmed dequiv W/m2°C

T1 = 90

T2 = 164.3015

3

hc = 1.0884 10

3

hh = 4  10 W/m2°C

t1 = 170

t2 = 100

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105

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) U :=

hh hc hh + hc

t2 := 170

MLDT :=

( t2 - T1) - ( t1 - T2) ln

t2 - T1

  t1 - T2

U = 855.5983

MLDT = 28.1251

4

qmedio = 8.4304 10

S :=

qmedio 7.64U 

U = 855.5983

S = 12.897 m2

Para el intercambiador de precalentamiento: Cpm*mm*(T1-T0)=Cpm*mm*(T2-T3) si:

T0 := 15 T2 = 164.3015 T1 = 90 T3 := T2 - (T1 - T0) T3 = 89.3015

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106

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Considerando los parámetros evaluados previamente, y la ecuación q=U*A*MLDT, se calcula Ub :=

hc hc hc + hc

Ub = 544.2042

MLDT b:=

100 - 90 - ( 67 - 15) ln

107 - 90

  67 - 15 

qb := Cpmedmmed(142 - 89.3)

en W 4

qb = 5.9795 10

MLDTb = 37.5661

Ab :=

qb Ub MLDTb

Ab = 2.9249

Para el intercambiador de enfriamiento: Cpmed*mmed*(T3-T4)=Cpw*mwater*(t4-t3)

T4 := 35 T3 = 89.3015

t3 := 15 3

Cpw := 4.1810  J/kg°C 3

Cpmed = 3.97 10 3

Cpw = 4.18 10

mmed = 0.2858

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107

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Se tabula en excel, proponiendo una diferencia de temperaturas y buscando el menor flujo. qc := Cpmedmmed(T3 - T4)W 4

qc = 6.1612 10

Se elige una diferencia de 17 C, con lo que t4 := 17 + t3 t4 = 32

El flujo másico de agua mwater :=

qc Cpw ( t4 - t3)

mwater = 0.867 MLDT c:=

89.3 - 32 - ( 35 - 15) ln

89.3 - 32

  35 - 15 

MLDTc = 35.4371 3

hc = 1.0884 10

hw := 5000W/m2°C 3

hw = 5  10 W/m2°C Uc :=

hw hc hw + hc

Uc = 893.8366 Ac :=

qc Uc MLDT c

Ac = 1.9451 m2

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108

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.5.3

EMORIA DE CÁLCULO DE CENTRIFUGA DE DISCOS D-200

Figura 11. Centrífuga Westfalia SC-150

Con las dimensiones siguientes se utilizaron para el cálculo del factor geométrico de acuerdo a un flujo establecido. Tabla 25. Dimensiones de la centrifuga base (Westfalia SC-150).

Dimensión Altura total Ancho total Largo total

Cantidad 1.978 1.706 2.9

Unidad m m m

Discos Numero de discos 80 Diámetro externo RO 0.3 Diámetro interno RI 0.09 Θ 40 Parámetros de operación Velocidad de operación 4700 Flujo de operación 10

N/A m m ° RPM m3/h

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109

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 26. Propiedades del caldo a tratar.

1200 Kg/m3 1070 Kg/m3

Densidad de la torta (ρsolidos) Densidad del caldo (ρcaldo) Viscosidad (µ) Diámetro de la partícula (d)

0.154 Pa*s 7.50E-06 m

Condiciones de operación Tiempo límite para la operación=8 h Volumen a tratar=50m3 Concentración de biomasa=50Kg/m3 Humedad=80%

El flujo fue calculado de la siguiente forma 𝐹=

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 50𝑚3 𝑚3 = = 6.25 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 8𝑕 𝑕

Cantidad de sólidos, fue calculada de la siguiente forma: 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 = 𝑉𝑜𝑙 ∗ 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 = 50𝑚3 ∗

50Kg = 2500Kg m3

Cantidad de sólidos húmedos 𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑕ú𝑚𝑒𝑑𝑜𝑠 =

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 2500𝐾𝑔 = = 12500𝐾𝑔 80 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 1 − ( ) (1 − ) 100 100

Calculo de la velocidad de sedimentación Para este cálculo se uso la siguiente ecuación: 𝑉𝑆 =

𝑑 2 ∗𝑔∗(𝜌 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 −𝜌 𝑐𝑎𝑙𝑑𝑜 ) 18∗𝜇

=

7.5∗10 −6 𝑚

2 9.81𝑚 1200 𝐾𝑔 1070 𝐾𝑔 ∗ 2 ∗ − 𝑠 𝑚3 𝑚3

18∗0.154𝑃𝑎 ∗𝑠

= 2.58787 ∗ 10−8

𝑚 𝑠

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110

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Calculo del factor geométrico de la centrifuga Para este cálculo se uso la siguiente fórmula: 2 ∗ π ∗ 4700 2 ∗ π ∗ 80 ∗ 2πnω2 60 3 3 Σ1 = Ro − Ri cotΘ = ∗ (0.3m)3 − (0.09m)3 ∗ cot40° 3g 3 ∗ 9.81m/s 2 = 97290.94m2

Se calculo el flujo de la centrifuga para verificar que coincida con el flujo de diseño: 𝑄1 = 𝑉𝑠 ∗ Σ1 = 2.58787 ∗

10−8 𝑚 m3 ∗ 97290.94m2 = 2.51 ∗ 10−3 = 9.064 m3 /h 𝑠 s

Por lo tanto se usa este flujo en vez del de 10 m3/h

Se calculo la sigma (Σ2) de nuestra centrifuga bajo el flujo ya mencionado con la siguiente ecuación: 𝑸𝟏 𝑸𝟐 = 𝚺𝟏 𝚺𝟐 Se despeja Σ2: m3 2 Q 2 ∗ Σ1 6.25 h ∗ 97290.94 m Σ2 = = = 67086.61m2 m3 Q1 9.064 h

Una vez obtenido el factor geométrico se busca en un catalogo una centrifuga que corresponda con este y la más cercana es una Westfalia OSC-20. Con esto se procede a determinar el volumen del tazón para que a partir de este se determine el numero de centrifugas necesarias para soportar este flujo y que se obtenga una separación eficiente de la biomasa del caldo. Tabla 27. Dimensiones del tazón

Altura de tazón(h)

0.8613m

Diámetro (D)

0.70m

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111

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Calculó del volumen del tazón. 1 1 𝜋 ∗ 𝐷 2 ∗ 𝑕 = 𝜋 ∗ 0.7𝑚2 ∗ 0.8613𝑚 = 0.331𝑚3 4 4

Este volumen es el que cabe de torta dentro de la centrifuga entonces cuando alcance este volumen será el tiempo final de una sola descarga de la centrifuga entonces se requiere saber la cantidad de torta en Kilogramos.

El cálculo de la torta en Kilogramos por centrifuga se hizo de la siguiente forma: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 = 𝜌𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 ∗ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 = 1200

𝐾𝑔 ∗ 0.331𝑚3 = 397.76 𝐾𝑔 𝑚3

Se propone un numero de centrifugas para ver en cual el tiempo total para terminar la operación del volumen del fermentador. Tabla 28. Comportamiento del tiempo de operación dependiendo del número de centrífugas Flujo original No. De centrifugas

6.25m3/h

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Flujo por centrifuga(m3/h) 6.25 3.125 2.083333333 1.5625 1.25 1.041666667 0.892857143 0.78125 0.694444444 0.625

Flujo másico por centrifuga de sólidos secos(Kg/h) 312.5 156.25 104.166667 78.125 62.5 52.0833333 44.6428571 39.0625 34.7222222 31.25

Flujo másico por centrifuga de sólidos húmedos(Kg/h) 1562.5 781.25 520.8333333 390.625 312.5 260.4166667 223.2142857 195.3125 173.6111111 156.25

Tiempo de llenado del tazón con sólidos húmedos(h) 0.25456672 0.50913344 0.76370016 1.01826688 1.27283361 1.52740033 1.78196705 2.03653377 2.29110049 2.54566721

Sólidos húmedos totales para llenar las centrifugas(Kg) 397.760502 795.521003 1193.2815 1591.04201 1988.80251 2386.56301 2784.32351 3182.08401 3579.84451 3977.60502

TIEMPO TOTAL DE OPERACIÓN(h) 62.8518918 31.4259459 20.9506306 15.7129729 12.5703784 10.4753153 8.97884168 7.85648647 6.98354353 6.28518918

Calculo de flujo por centrifuga 𝐹. 𝐶. =

𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑁𝑜. 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎𝑠

Calculo de flujo másico sólidos humedos 𝐹. 𝑀. = 𝐹. 𝐶.∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎

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112

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Calculo de flujo másico de sólidos húmedos 𝐹. 𝑀. 𝐻. =

𝐹. 𝑀. 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴𝐷 1− 100

Calculo de tiempo de llenado 𝑇. 𝐿𝐿. =

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑧𝑜𝑛 𝐹. 𝑀. 𝐻

Calculo para el Kilogramos de llenado de las centrifugas 𝐾. 𝐿𝐿. 𝐶. = 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎 ∗ 𝑁𝑜. 𝐶𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎

Calculo del tiempo total de operación 𝑇. 𝑇. 𝑂. =

𝐾𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 ∗ 𝑇. 𝐿𝐿. +𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑚𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐾𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜

El tiempo de limpieza es 1h El mejor tiempo y menor número de centrifugas es el de 8 centrifugas y un tiempo total de 7.85 h

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

113

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.5.4 4.5.4.1

MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN PARA EL MÓDULO DE UF D-212

Para el cálculo de este módulo se tienen las siguientes características de de un módulo Tabla 29. Condiciones de operación del módulo de UF D-212

A (m2)

19.5

Dh (m)

0.001

tpropuesto (h)

1

Re

4000 0.1445

ρ (kg/m3)

1070

2

DAB (m /s)

6.43E-11

Vo (m3)

40.65

Cg (g/L)

350

Cbi (g/L)

0.12

Concentrar: Para construir la tabla 30. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales se determinó el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración. Flux de filtrado

 Cg  Jc = k * ln    Cb  Sc =

 DAB

= 2.10 x1010

Sh = 0.023Re0.8 * Sc 0.33 = 2136.6134 k=

ShDAB = 0.00013738m / s Dh

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

114

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg , los cuales se muestran en la tabla 30.  Cg  Jc = k * ln    Cb 

Flujo de filtrado

F = JC * A Volumen al final de la concentración Vc =

Vo * Cbi Cb

Volumen de lavado

Vl = VC * 5 Velocidad de diafiltración

v Diafiltración =

F Vl

Tabla 30. Determinación del flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.

Vl (m3)

VDiafriltración (s-1)

1.0961E-03 2.1374E-02 40.6500

203.2500

1.0516E-04

1

8.0479E-04 1.5693E-02 4.8780

24.3900

6.4343E-04

3

6.5386E-04 1.2750E-02 1.6260

8.1300

1.5683E-03

3.5

6.3268E-04 1.2337E-02 1.3937

6.9686

1.7704E-03

4.21

6.0730E-04 1.1842E-02 1.1587

5.7933

2.0441E-03

4.5

5.9815E-04 1.1664E-02 1.0840

5.4200

2.1520E-03

5

5.8368E-04 1.1382E-02 0.9756

4.8780

2.3333E-03

Cb (g/L)

Jc (m/s)

0.12

F (m3/s)

Vc (m3)

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

115

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 5.5

5.7058E-04 1.1126E-02 0.8869

4.4345

2.5090E-03

Nota: Si bien el criterio de selección es la Cb f es aquella a la que se tenga la mayor velocidad de diafiltración, sin embargo, también debe tomarse en cuenta el volumen de la tapa del tanque de almacenamiento, ya que un volumen inferior a este sería imposible mover por los impulsores.

Por tanto, ya que el volumen de la tapa del tanque que almacena la solución a concentrar tiene un volumen de tapa de 1.159 m3, la concentración final será 4.21 g/L, a la cual comenzaremos el proceso de diafiltración. Factor de concentración

f =

C bf C bi

Volumen de permeado

VP = VO - VC Flux promedio

J AV = J Cf + 0.33J Ci - J Cf 

Tabla 31. Concentraciones, volúmenes y flux finales en el proceso

Cbi (g/L) Cbf (g/L) F

0.12

Vo (m3)

40.6500

Jci (m/s)

1.0961E-03

4.21

Vc (m3)

1.1587

Jcf (m/s)

6.0730E-04

35.08

Vp (m3)

39.4913

Jav (m/s)

7.6860E-04

Diafiltrar: El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros: DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

116

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

Tabla 32. Parámetros para diafiltrar

Cdi (g/L) Cdf (g/L)

4.21

VoD (m3)

1.1587

4.21

VfD (m3)

1.1587

Vl (m3)

5.7933

JD (m/s)

6.0730E-04

Tiempo de diafiltración y concentración

t D + t C = t propuesto

tC =

tC (h)

0.8434

tD (h)

0.1566

t propuesto V J  1 +  l * AV   J D VP 

t D = t propuesto - tC

Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos

AD = AC AD =

AC =

AC (m2)

Vp / tC

16.9223

J AV NC

Vl / t D JD

NC =

Vp / tC J AV * AC 1

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

117

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) AD (m2)

16.9223

ND

H (m)

1.39

D (m)

0.168

1

Dimensiones del módulo de UF

4.5.4.2 PARA EL MÓDULO DE UF D-223 Tabla 33. Condiciones de operación del módulo de UF D-212

A (m2)

2.1

Dh (m)

0.001

t (h) Re ρ (kg/m3)

1 4000 0.12 1000

DAB (m2/s)

6.43E-11

Vo (m3)

0.78

Cg (g/L)

350

Cbi (g/L)

6.25

Concentrar: Para construir la tabla 34. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales se determinó el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración.

Flux de filtrado DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

118

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Debido a que la albúmina ya no esta en medio de cultivo, sino en soluciones de buffer se volvió a calcular la k a las nuevas condiciones de viscosidad y densidad:

 Cg  Jc = k * ln    Cb 

Sc =

 DAB

= 1.87 x106

Sh = 0.023Re0.8 * Sc 0.33 = 2054.92521 k=

ShDAB = 0.00013213m / s Dh

Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg , los cuales se muestran en la tabla 34.

 Cg  Jc = k * ln    Cb  Flujo de filtrado

F = JC * A

Volumen al final de la concentración

Vc =

Vo * Cbi Cb

Volumen de lavado

Vl = VC * 5

Velocidad de diafiltración

v Diafiltración =

F Vl

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

119

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 34. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.

Cb (g/L)

Jc (m/s)

Vc (m3)

Vl (m3)

VDiafriltración (s-1)

6.25

5.3188E-04 1.1169E-03 0.7800

3.9000

2.8640E-04

12

4.4568E-04 9.3594E-04 0.4063

2.0313

4.6077E-04

24

3.5410E-04 7.4360E-04 0.2031

1.0156

7.3216E-04

36

3.0052E-04 6.3110E-04 0.1354

0.6771

9.3208E-04

48

2.6251E-04 5.5127E-04 0.1016

0.5078

1.0856E-03

60

2.3303E-04 4.8935E-04 0.0813

0.4063

1.2046E-03

72

2.0894E-04 4.3876E-04 0.0677

0.3385

1.2960E-03

84

1.8857E-04 3.9599E-04 0.0580

0.2902

1.3646E-03

96

1.7092E-04 3.5894E-04 0.0508

0.2539

1.4137E-03

108

1.5536E-04 3.2626E-04 0.0451

0.2257

1.4456E-03

120

1.4144E-04 2.9702E-04 0.0406

0.2031

1.4623E-03

132

1.2885E-04 2.7058E-04 0.0369

0.1847

1.4653E-03

144

1.1735E-04 2.4643E-04 0.0339

0.1693

1.4558E-03

156

1.0677E-04 2.2422E-04 0.0313

0.1563

1.4350E-03

168

9.6981E-05 2.0366E-04 0.0290

0.1451

1.4037E-03

180

8.7864E-05 1.8452E-04 0.0271

0.1354

1.3626E-03

192

7.9337E-05 1.6661E-04 0.0254

0.1270

1.3124E-03

204

7.1326E-05 1.4979E-04 0.0239

0.1195

1.2536E-03

211.96

6.6269E-05 1.3916E-04 0.0230

0.1150

1.2101E-03

228

5.6630E-05 1.1892E-04 0.0214

0.1069

1.1124E-03

F (m3/s)

Nota: El volumen de la tapa del tanque que almacena la solución es de 0.0230 m3, la concentración final será 211.96 g/L, a la cual comenzaremos el proceso de diafiltración.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

120

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Factor de concentración

f =

C bf C bi

Volumen de permeado

VP = VO - VC Flux promedio

J AV = J Cf + 0.33J Ci - J Cf 

tC (h)

0.6648

tD (h)

0.3352

Tabla 35. Concentraciones, volúmenes y flux en el proceso de concentración.

Cbi (g/L) Cbf (g/L) f

6.25

Vo (m3)

0.7800

Jci (m/s)

5.3188E-04

211.96

Vc (m3)

0.0230

Jcf (m/s)

6.6269E-05

33.91

Vp (m3)

0.7570

Jav (m/s)

2.1992E-04

Diafiltrar:

Tabla 36. El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros:

Cdi (g/L) Cdf (g/L)

211.96

VoD (m3)

0.0230

211.96

VfD (m3)

0.0230

Vl (m3)

0.1150

JD (m/s)

6.6269E-05

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

121

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tiempo de diafiltración y concentración

t D + t C = t propuesto tC =

t propuesto V J 1 +  l * AV  J D VP

  

t D = t propuesto - tC

Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos

AD = AC AD =

AC =

Vp / tC J AV

Vl / t D JD

NC =

Vp / tC J AV * AC

AC (m2)

1.4382

NC

1

AD (m2)

1.4382

ND

1

H (m)

0.693

D (m)

0.091

Dimensiones del módulo de UF

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

122

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.5.4.3 PARA EL MÓDULO DE UF D-233 Tabla 37. Condiciones de operación del módulo de UF D-233

A (m2)

9

Dh (m)

0.001

t (h) Re ρ (kg/m3)

4 4000 0.12 1000

DAB (m2/s)

6.43E-11

Vo (m3)

0.4683

Cg (g/L)

350

Cbi (g/L)

10.4167

Concentrar: Para construir la tabla 38. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales se determinó su el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración.

Flux de filtrado

Debido a que la albúmina ya no esta en medio de cultivo, sino en soluciones de buffer se volvió a calcular la k a las nuevas condiciones de viscosidad y densidad:

 Cg  Jc = k * ln    Cb 

Sc =

 DAB

= 1.87 x106

Sh = 0.023Re0.8 * Sc 0.33 = 2054.92521 k=

ShDAB = 0.00013213m / s Dh

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

123

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg , los cuales se muestran en la tabla 38.

 Cg  Jc = k * ln    Cb  Flujo de filtrado

F = JC * A Volumen al final de la concentración

Vc =

Vo * Cbi Cb

Volumen de lavado

Vl = VC * 5 Velocidad de diafiltración

v Diafiltración =

F Vl

Tabla 38. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.

Cb (g/L)

Jc (m/s)

Vc (m3)

Vl (m3)

VDiafriltración (s-1)

10.4167

4.6438E-04 4.1794E-03 0.4683

2.3415

1.7849E-03

20

3.7819E-04 3.4037E-03 0.2439

1.2195

2.7910E-03

40

2.8660E-04 2.5794E-03 0.1220

0.6098

4.2301E-03

60

2.3303E-04 2.0972E-03 0.0813

0.4065

5.1591E-03

80

1.9501E-04 1.7551E-03 0.0610

0.3049

5.7567E-03

100

1.6553E-04 1.4898E-03 0.0488

0.2439

6.1079E-03

120

1.4144E-04 1.2730E-03 0.0407

0.2033

6.2628E-03

F (m3/s)

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

124

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 140

1.2107E-04 1.0896E-03 0.0348

0.1742

6.2544E-03

160

1.0343E-04 9.3085E-04 0.0305

0.1524

6.1062E-03

180

8.7864E-05 7.9078E-04 0.0271

0.1355

5.8358E-03

200

7.3943E-05 6.6549E-04 0.0244

0.1220

5.4569E-03

220

6.1349E-05 5.5215E-04 0.0222

0.1109

4.9803E-03

240

4.9853E-05 4.4867E-04 0.0203

0.1016

4.4149E-03

260

3.9276E-05 3.5349E-04 0.0188

0.0938

3.7681E-03

280

2.9484E-05 2.6536E-04 0.0174

0.0871

3.0463E-03

300

2.0368E-05 1.8331E-04 0.0163

0.0813

2.2547E-03

320

1.1841E-05 1.0657E-04 0.0152

0.0762

1.3981E-03

340

3.8302E-06 3.4472E-05 0.0143

0.0717

4.8052E-04

348.44

5.9025E-07 5.3122E-06 0.0140

0.0700

7.5889E-05

Nota: El volumen de la tapa del tanque que almacena la solución es de 0.0140 m 3, la concentración final será 348.44 g/L, a la cual comenzaremos el proceso de diafiltración.

Factor de concentración

f =

C bf C bi

Volumen de permeado

VP = VO - VC

Flux promedio

J AV = J Cf + 0.33J Ci - J Cf 

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

125

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 39. Concentraciones, volúmenes y flux del proceso de concentración.

Cbi (g/L) Cbf (g/L) f

10.4167

Vo (m3)

0.4683

Jci (m/s)

4.6438E-04

348.44

Vc (m3)

0.0140

Jcf (m/s)

5.9025E-07

33.45

Vp (m3)

0.4543

Jav (m/s)

1.5364E-04

Diafiltrar: Tabla 40. El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros:

Cdi (g/L) Cdf (g/L)

348.44

VoD (m3)

0.0140

348.44

VfD (m3)

0.0140

Vl (m3)

0.0700

JD (m/s)

5.9025E-07

Tiempo de diafiltración y concentración

t D + t C = t propuesto tC =

t propuesto V J  1 +  l * AV   J D VP 

t D = t propuesto - tC

tC (h)

0.0973

tD (h)

3.9027

Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos

AD = AC AD =

Vl / t D JD

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

126

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) AC (m2)

8.4410

NC

0.938

AD (m2)

8.4410

ND

0.94

AC =

Vp / tC J AV

NC =

Vp / tC J AV * AC

Dimensiones del módulo de UF 0.813

H (m)

0.168

D (m)

4.5.4.4 PARA EL MÓDULO DE UF D-243

Tabla 41. Condiciones de operación del módulo de UF D-243

A (m2)

9

Dh (m)

0.001

t (h) Re m(kg/m s) ρ (kg/m3)

4 4000 0.12 1000

DAB (m2/s)

6.43E-11

3

Vo (m )

0.3122

Cg (g/L)

350

Cbi (g/L)

15.625

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

127

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Concentrar: Para construir la tabla 42. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales se determinó el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración. Flux de filtrado Debido a que la albúmina ya no esta en medio de cultivo, sino en soluciones de buffer se volvió a calcular la k a las nuevas condiciones de viscosidad y densidad:

 Cg  Jc = k * ln    Cb 

Sc =

 DAB

= 1.87 x106

Sh = 0.023Re0.8 * Sc 0.33 = 2054.92521 k=

ShDAB = 0.00013213m / s Dh

Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg , los cuales se muestran en la tabla 42.

 Cg  Jc = k * ln    Cb  Flujo de filtrado

F = JC * A Volumen al final de la concentración

Vc =

Vo * Cbi Cb

Volumen de lavado

Vl = VC * 5 Velocidad de diafiltración

v Diafiltración =

F Vl

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

128

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 42. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.

Cb (g/L)

Jc (m/s)

Vc (m3)

Vl (m3)

VDiafriltración (s-1)

15.625

4.1081E-04 3.6972E-03 0.3122

1.5610

2.3685E-03

20

3.7819E-04 3.4037E-03 0.2439

1.2195

2.7910E-03

40

2.8660E-04 2.5794E-03 0.1220

0.6098

4.2302E-03

60

2.3303E-04 2.0972E-03 0.0813

0.4065

5.1591E-03

80

1.9501E-04 1.7551E-03 0.0610

0.3049

5.7567E-03

100

1.6553E-04 1.4898E-03 0.0488

0.2439

6.1080E-03

120

1.4144E-04 1.2730E-03 0.0407

0.2033

6.2628E-03

140

1.2107E-04 1.0896E-03 0.0348

0.1742

6.2544E-03

160

1.0343E-04 9.3085E-04 0.0305

0.1524

6.1063E-03

180

8.7864E-05 7.9078E-04 0.0271

0.1355

5.8359E-03

200

7.3943E-05 6.6549E-04 0.0244

0.1220

5.4569E-03

220

6.1349E-05 5.5215E-04 0.0222

0.1109

4.9803E-03

240

4.9853E-05 4.4867E-04 0.0203

0.1016

4.4149E-03

260

3.9276E-05 3.5349E-04 0.0188

0.0938

3.7681E-03

280

2.9484E-05 2.6536E-04 0.0174

0.0871

3.0463E-03

300

2.0368E-05 1.8331E-04 0.0163

0.0813

2.2547E-03

320

1.1841E-05 1.0657E-04 0.0152

0.0762

1.3981E-03

340

3.8302E-06 3.4472E-05 0.0143

0.0717

4.8053E-04

348.43

5.9404E-07 5.3463E-06 0.0140

0.0700

7.6375E-05

F (m3/s)

Nota: El volumen de la tapa del tanque que almacena la solución es de 0.0140 m3, la concentración final será 348.43 g/L, a la cual comenzaremos el proceso de diafiltración.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

129

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Factor de concentración

f =

C bf C bi

Volumen de permeado

VP = VO - VC

Flux promedio

J AV = J Cf + 0.33J Ci - J Cf  Tabla 43. Concentraciones, volúmenes y flux en la concentración.

Cbi (g/L) Cbf (g/L) f

15.625

Vo (m3)

0.3122

Jci (m/s)

4.1081E-04

348.43

Vc (m3)

0.0140

Jcf (m/s)

5.9404E-07

22.30

Vp (m3)

0.2982

Jav (m/s)

1.3596E-04

Diafiltrar:

El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros: Cdi (g/L)

348.43

VoD (m3)

0.0140

Cdf (g/L)

348.43

VfD (m3)

0.0140

Vl (m3)

0.0700

JD (m/s)

5.9404E-07

Tiempo de diafiltración y concentración

t D + t C = t propuesto tC =

t propuesto V J  1 +  l * AV   J D VP 

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

130

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) t D = t propuesto - tC tC (h)

0.0731

tD (h)

3.9269

Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos

AD = AC AD =

AC =

Vp / tC J AV

Vl / t D JD

NC =

Vp / tC J AV * AC

AC (m2)

8.3356

NC

0.926

AD (m2)

8.3356

ND

0.926

Dimensiones del módulo de UF

H (m)

0.813

D (m)

0.168

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

131

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.5.5 4.5.5.1

COLUMNAS DE CROMATOGRAFÍA DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220

Para el cálculo de las dimensiones de la columna se requiere calcular la cantidad de resina necesaria para separar la concentración de HSAr. El volumen a procesar en la columna H-220 es de 1159 l a una concentración de 4.21 g/l de HSAr, la solución tiene una viscosidad () de 0.12 Pa*s, densidad () de 1070 kg/m3. La resina es un gel compuesta por partículas de 300 m de diámetro, porosidad (ε) de 0.6, afinidad a HSAr de 50 g/l y soporta una caída de presión (P) de hasta 3 bar. El criterio de escalamiento es la velocidad superficial dentro de la columna que se maneja en la separación a nivel laboratorio de la HSAr que es de 8.33*10 -4 m/s. 1. Cálculo de la cantidad de resina a utilizar. 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐻𝑆𝐴𝑟 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 𝑎𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =

4.21

𝑔 ∗ 1159 𝑙 𝑙 𝑔 50 𝑙

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 = 97.59 𝑙

2. Volumen de la columna El volumen de la columna será la cantidad de resina a utilizar, considerando un 40% más para el efecto de la expansión del gel dentro de la columna. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 + 40% 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 97.59 𝑙 + 0.6 ∗ 97.59 𝑙 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 156 𝑙 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 0.156 𝑚3

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

132

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Con el cálculo del volumen de la columna y la velocidad superficial que debe mantenerse dentro de esta columna, se proponen una serie de valores de tiempo de proceso para calcular el flujo de alimentación. Posteriormente se realiza el cálculo del área de flujo y con ello se encuentra el valor del diámetro de la columna. La longitud de la columna se obtiene de la fórmula de volumen de la columna y se calcula la caída de presión dentro de esa columna diseñada a los parámetros establecidos. El criterio de selección serán aquellas dimensiones de columna donde la caída de presión sea menor de 2 bar y se mantenga una relación L/D=3. 3. Dimensiones de la columna. Para 0.5 h: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

1.159 𝑚3 0.5 𝑕

𝒎𝟑 𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒍𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟐. 𝟑𝟏𝟖 𝒉

Cálculo del área de flujo:

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =

𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 3600

𝑚3 𝑕 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 = 𝑚 3600𝑠 8.33 ∗ 10−4 ∗ 𝑠 1𝑕 2.318

Á𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐 = 𝟎. 𝟕𝟕𝟑 𝒎𝟐

Despeje de diámetro de la fórmula del área de flujo de la columna: Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =

𝜋 2 𝐷 4

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

133

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

4 ∗ Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝜋

4 ∗ 0.733 𝑚2 𝜋

𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

𝑫𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = 𝟎. 𝟗𝟗𝟐 𝒎

Cálculo de longitud de la columna despejando la fórmula del volumen de la columna: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =

𝜋 ∗ 𝐷2 ∗ 𝐿 4

4 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝜋 ∗ 𝐷2

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =

4 ∗ 0.156 𝑚3 𝜋 ∗ 0.992 𝑚 2

𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 = 𝟎. 𝟐𝟎𝟐 𝒎

Por último se calcula la caída de presión en una columna empacada con esas dimensiones, mediante la fórmula proporcionada en el Mc Cabe:

∆𝑃 =

150 ∗ μ ∗ vel sup.∗ 1 − ε 𝐷𝑝 2 ∗ 𝜀 3

2

+

1.75 ∗ ρ ∗ vel sup.∗ 1 − ε 𝐷𝑝 ∗ 𝜀 3

∗𝐿

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

134

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) ∆𝑃 =

150 ∗ 0.12 Pa ∗ s ∗ 8.33 ∗ 10−4 3 ∗ 10−4 𝑚

+

1.75 ∗ 1070

2

𝑚 ∗ 1 − 0.6 𝑠

2

∗ 0.63

kg 𝑚 ∗ 8.33 ∗ 10−4 ∗ 1 − 0.6 𝑠 m3 3 ∗ 10−4 𝑚 ∗ 0.63

∗ 0.202𝑚

∆𝑃 = 2.49 ∗ 104 𝑃𝑎 ∆𝑷 = 𝟎. 𝟐𝟓 𝒃𝒂𝒓

Se hace el mismo cálculo para diferentes valores de tiempo de proceso desde 0.5 h hasta 10 h, obteniéndose la siguiente tabla: Tabla 44. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento.

tiempo (h) 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

Flujo alimentación (m3/h) 2.3180 1.9317 1.6557 1.4488 1.2878 1.1590 0.5795 0.3863 0.2898 0.2318 0.1932 0.1656 0.1449 0.1288 0.1159

Área de flujo (m2) 0.7730 0.6441 0.5521 0.4831 0.4294 0.3865 0.1932 0.1288 0.0966 0.0773 0.0644 0.0552 0.0483 0.0429 0.0386

Diámetro columna (m) 0.9921 0.9056 0.8384 0.7843 0.7394 0.7015 0.4960 0.4050 0.3507 0.3137 0.2864 0.2651 0.2480 0.2338 0.2218

Longitud de columna (m) 0.2020 0.2424 0.2828 0.3232 0.3636 0.4040 0.8080 1.2120 1.6160 2.0200 2.4240 2.8280 3.2320 3.6360 4.0400

P (Pa)

P (bar)

2.49E+04 2.99E+04 3.49E+04 3.99E+04 4.49E+04 4.99E+04 9.97E+04 1.50E+05 1.99E+05 2.49E+05 2.99E+05 3.49E+05 3.99E+05 4.49E+05 4.99E+05

0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 1.00 1.50 1.99 2.49 2.99 3.49 3.99 4.49 4.99

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

135

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) La fila resaltada con el color anaranjado señala las condiciones de operación, así como las dimensiones de la columna a seleccionar para que la caída de presión y la velocidad superficial se cumplan. Por lo tanto la columna de intercambio iónico H-220 tendrá una longitud de 1.21 m, diámetro de 0.40 m y la caída de presión dentro de la columna será de 1.5 bar. Este proceso de adsorción se llevará a cabo en un tiempo de 3 h, manteniendo un flujo de alimentación de 0.386 m 3/h.

4.5.5.2

DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230

Para el cálculo de las dimensiones de la columna se requiere calcular la cantidad de resina necesaria para separar la concentración de HSAr. El volumen a procesar en la columna H-220 es de 200 l a una concentración de 24.39 g/l de HSAr, la solución tiene una viscosidad () de 0.12 Pa*s, densidad () de 1070 kg/m3. La resina es un gel compuesta por partículas de 300 m de diámetro, porosidad (ε) de 0.6, afinidad a HSAr de 50 g/l y soporta una caída de presión (P) de hasta 3 bar. El criterio de escalamiento es la velocidad superficial dentro de la columna que se maneja en la separación a nivel laboratorio de la HSAr que es de 8.33*10 -4 m/s. 1. Cálculo de la cantidad de resina a utilizar. 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐻𝑆𝐴𝑟 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 𝑎𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =

𝑔 ∗ 200 𝑙 𝑙 𝑔 50 𝑙

24.39

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 = 97.56 𝑙

2. Volumen de la columna El volumen de la columna será la cantidad de resina a utilizar, considerando un 40% más para el efecto de la expansión del gel dentro de la columna. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 + 40% DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

136

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 97.56 𝑙 + 0.6 ∗ 97.56 𝑙

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 156 𝑙 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 0.156 𝑚3

Con el cálculo del volumen de la columna y la velocidad superficial que debe mantenerse dentro de esta columna, se proponen una serie de valores de tiempo de proceso para calcular el flujo de alimentación. Posteriormente se realiza el cálculo del área de flujo y con ello se encuentra el valor del diámetro de la columna. La longitud de la columna se obtiene de la fórmula de volumen de la columna y se calcula la caída de presión dentro de esa columna diseñada a los parámetros establecidos. El criterio de selección serán aquellas dimensiones de columna donde la caída de presión sea menor de 2 bar y se mantenga una relación L/D=3. 3. Dimensiones de la columna. Para 0.5 h: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

0.20 𝑚3 0.5 𝑕

𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒍𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟎. 𝟒𝟎

𝒎𝟑 𝒉

Cálculo del área de flujo:

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =

𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 3600

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

137

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝑚3 𝑕 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 = 𝑚 3600𝑠 −4 8.33 ∗ 10 ∗ 𝑠 1𝑕 0.40

Á𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐 = 𝟎. 𝟏𝟑𝟑𝟒 𝒎𝟐

Despeje de diámetro de la fórmula del área de flujo de la columna: Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =

𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

𝜋 2 𝐷 4

4 ∗ Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝜋

4 ∗ 0.1334 𝑚2 𝜋

𝑫𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = 𝟎. 𝟒𝟏𝟐𝟏 𝒎

Cálculo de longitud de la columna despejando la fórmula del volumen de la columna: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =

𝜋 ∗ 𝐷2 ∗ 𝐿 4

4 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝜋 ∗ 𝐷2

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =

4 ∗ 0.156 𝑚3 𝜋 ∗ 0.1334 𝑚

2

𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 = 𝟏. 𝟏𝟕𝟎𝟑 𝒎

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

138

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Por último se calcula la caída de presión en una columna empacada con esas dimensiones, mediante la fórmula proporcionada en el Mc Cabe:

∆𝑃 =

∆𝑃 =

150 ∗ μ ∗ vel sup.∗ 1 − ε 𝐷𝑝 2 ∗ 𝜀 3

2

+

150 ∗ 0.12 Pa ∗ s ∗ 8.33 ∗ 10−4 3 ∗ 10−4 𝑚

+

1.75 ∗ 1070

2

1.75 ∗ ρ ∗ vel sup.∗ 1 − ε 𝐷𝑝 ∗ 𝜀 3

𝑚 ∗ 1 − 0.6 𝑠

∗𝐿

2

∗ 0.63

kg 𝑚 ∗ 8.33 ∗ 10−4 ∗ 1 − 0.6 𝑠 m3 3 ∗ 10−4 𝑚 ∗ 0.63

∗ 1.1703𝑚

∆𝑃 = 1.75 ∗ 105 𝑃𝑎

∆𝑷 = 𝟏. 𝟕𝟓 𝒃𝒂𝒓

Se hace el mismo cálculo para diferentes valores de tiempo de proceso desde 0.5 h hasta 10 h, obteniéndose la siguiente tabla:

Tabla 45. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento.

Flujo

Área de

Diámetro

Longitud de

alimentación

flujo

columna

columna

(m3/h)

(m2)

(m)

(m)

0.50

0.4000

0.1334

0.4121

0.60

0.3333

0.1112

0.70

0.2857

0.80

tiempo

P (Pa)

P (bar)

1.1703

1.75E+05

1.75

0.3762

1.4043

2.09E+05

2.09

0.0953

0.3483

1.6384

2.44E+05

2.44

0.2500

0.0834

0.3258

1.8724

2.79E+05

2.79

0.90

0.2222

0.0741

0.3072

2.1065

3.14E+05

3.14

1.00

0.2000

0.0667

0.2914

2.3405

3.49E+05

3.49

2.00

0.1000

0.0333

0.2061

4.6810

6.98E+05

6.98

(h)

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

139

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 3.00

0.0667

0.0222

0.1682

7.0215

1.05E+06

10.47

4.00

0.0500

0.0167

0.1457

9.3620

1.40E+06

13.96

5.00

0.0400

0.0133

0.1303

11.7025

1.75E+06

17.45

6.00

0.0333

0.0111

0.1190

14.0430

2.09E+06

20.94

7.00

0.0286

0.0095

0.1101

16.3835

2.44E+06

24.43

8.00

0.0250

0.0083

0.1030

18.7240

2.79E+06

27.92

9.00

0.0222

0.0074

0.0971

21.0645

3.14E+06

31.41

10.00

0.0200

0.0067

0.0922

23.4050

3.49E+06

34.90

La fila resaltada con el color anaranjado señala las condiciones de operación, así como las dimensiones de la columna a seleccionar para que la caída de presión y la velocidad superficial se cumplan. Por lo tanto la columna de intercambio iónico H-230 tendrá una longitud de 1.17 m, diámetro de 0.41 m y la caída de presión dentro de la columna será de 1.75 bar. Este proceso de adsorción se llevará a cabo en un tiempo de 0.5 h, manteniendo un flujo de alimentación de 0.4 m3/h.

4.5.5.3

DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240

Para el cálculo de las dimensiones de la columna se requiere calcular la cantidad de resina necesaria para separar la concentración de HSAr. El volumen a procesar en la columna H-240 es de 200 l a una concentración de 24.39 g/l de HSAr, la solución tiene una viscosidad () de 0.12 Pa*s, densidad () de 1070 kg/m3. La resina es un gel compuesta por partículas de 300 m de diámetro, porosidad (ε) de 0.6, afinidad a HSAr de 50 g/l y soporta una caída de presión (P) de hasta 3 bar. El criterio de escalamiento es la velocidad superficial dentro de la columna que se maneja en la separación a nivel laboratorio de la HSAr que es de 8.33*10 -4 m/s. 1. Cálculo de la cantidad de resina a utilizar. 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐻𝑆𝐴𝑟 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 𝑎𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

140

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =

𝑔 ∗ 200 𝑙 𝑙 𝑔 50 𝑙

24.39

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 = 97.56 𝑙

2. Volumen de la columna El volumen de la columna será la cantidad de resina a utilizar, considerando un 40% más para el efecto de la expansión del gel dentro de la columna. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 + 40% 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 97.56 𝑙 + 0.6 ∗ 97.56 𝑙

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 156 𝑙 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 0.156 𝑚3

Con el cálculo del volumen de la columna y la velocidad superficial que debe mantenerse dentro de esta columna, se proponen una serie de valores de tiempo de proceso para calcular el flujo de alimentación. Posteriormente se realiza el cálculo del área de flujo y con ello se encuentra el valor del diámetro de la columna. La longitud de la columna se obtiene de la fórmula de volumen de la columna y se calcula la caída de presión dentro de esa columna diseñada a los parámetros establecidos. El criterio de selección serán aquellas dimensiones de columna donde la caída de presión sea menor de 2 bar y se mantenga una relación L/D=3. 3. Dimensiones de la columna. Para 0.5 h: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

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141

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

0.20 𝑚3 0.5 𝑕

𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒍𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟎. 𝟒𝟎

𝒎𝟑 𝒉

Cálculo del área de flujo:

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =

𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 3600

𝑚3 𝑕 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 = 𝑚 3600𝑠 8.33 ∗ 10−4 ∗ 𝑠 1𝑕 0.40

Á𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐 = 𝟎. 𝟏𝟑𝟑𝟒 𝒎𝟐 Despeje de diámetro de la fórmula del área de flujo de la columna: Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =

𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

𝜋 2 𝐷 4

4 ∗ Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝜋

4 ∗ 0.1334 𝑚2 𝜋

𝑫𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = 𝟎. 𝟒𝟏𝟐𝟏 𝒎

Cálculo de longitud de la columna despejando la fórmula del volumen de la columna: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =

𝜋 ∗ 𝐷2 ∗ 𝐿 4

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142

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =

4 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝜋 ∗ 𝐷2

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =

4 ∗ 0.156 𝑚3 𝜋 ∗ 0.1334 𝑚

2

𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 = 𝟏. 𝟏𝟕𝟎𝟑 𝒎

Por último se calcula la caída de presión en una columna empacada con esas dimensiones, mediante la fórmula proporcionada en el Mc Cabe:

∆𝑃 =

∆𝑃 =

150 ∗ μ ∗ vel sup.∗ 1 − ε 𝐷𝑝 2 ∗ 𝜀 3

2

+

150 ∗ 0.12 Pa ∗ s ∗ 8.33 ∗ 10−4 3 ∗ 10−4 𝑚

+

1.75 ∗ 1070

2

1.75 ∗ ρ ∗ vel sup.∗ 1 − ε 𝐷𝑝 ∗ 𝜀 3

𝑚 ∗ 1 − 0.6 𝑠

∗𝐿

2

∗ 0.63

kg 𝑚 ∗ 8.33 ∗ 10−4 ∗ 1 − 0.6 𝑠 m3 3 ∗ 10−4 𝑚 ∗ 0.63

∗ 1.1703𝑚

∆𝑃 = 1.75 ∗ 105 𝑃𝑎

∆𝑷 = 𝟏. 𝟕𝟓 𝒃𝒂𝒓

Se hace el mismo cálculo para diferentes valores de tiempo de proceso desde 0.5 h hasta 10 h, obteniéndose la siguiente tabla:

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143

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Tabla 46. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento.

tiempo

Flujo

Área de

Diámetro

Longitud de

alimentación

flujo

columna

columna

P (Pa)

P (bar)

1.1703

1.75E+05

1.75

0.3762

1.4043

2.09E+05

2.09

0.0953

0.3483

1.6384

2.44E+05

2.44

0.2500

0.0834

0.3258

1.8724

2.79E+05

2.79

0.90

0.2222

0.0741

0.3072

2.1065

3.14E+05

3.14

1.00

0.2000

0.0667

0.2914

2.3405

3.49E+05

3.49

2.00

0.1000

0.0333

0.2061

4.6810

6.98E+05

6.98

3.00

0.0667

0.0222

0.1682

7.0215

1.05E+06

10.47

4.00

0.0500

0.0167

0.1457

9.3620

1.40E+06

13.96

5.00

0.0400

0.0133

0.1303

11.7025

1.75E+06

17.45

6.00

0.0333

0.0111

0.1190

14.0430

2.09E+06

20.94

7.00

0.0286

0.0095

0.1101

16.3835

2.44E+06

24.43

8.00

0.0250

0.0083

0.1030

18.7240

2.79E+06

27.92

9.00

0.0222

0.0074

0.0971

21.0645

3.14E+06

31.41

10.00

0.0200

0.0067

0.0922

23.4050

3.49E+06

34.90

(h)

3

2

(m /h)

(m )

(m)

(m)

0.50

0.4000

0.1334

0.4121

0.60

0.3333

0.1112

0.70

0.2857

0.80

La fila resaltada con el color anaranjado señala las condiciones de operación, así como las dimensiones de la columna a seleccionar para que la caída de presión y la velocidad superficial se cumplan. Por lo tanto la columna de intercambio iónico H-240 tendrá una longitud de 1.17 m, diámetro de 0.41 m y la caída de presión dentro de la columna será de 1.75 bar. Este proceso de adsorción se llevará a cabo en un tiempo de 0.5 h, manteniendo un flujo de alimentación de 0.4 m 3/h.

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144

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.6

LISTA DE EQUIPOS DEL PROCESO

La lista de equipos se realizó una vez calculado todas las dimensiones así como la cantidad que se requieren de cada uno.

Tabla 47. Lista de equipos del proceso con algunas características y su precio

Cantidad

2

Equipo

Nomenclatura

Biorreactores de producción

Capacidad

Material

Costo Total ($)

M-100- (A, B)

50 m3

Ac Inox 304

14,080,000.00

Ac Inox 304

2,077,000.00

1

Biorreactor semilla

M-090

5 m3

1

Tanque de mezclado

F-080

25 m3

Ac Inox 304

1,258,000.00

F-110

50 m

3

Ac Inox 304

1,470,000.00

F-210

40 m3

Ac Inox 316

1,829,000.00

F-221

0.78 m3

Ac Inox 316

461,500.00

F-231

0.5 m3

Ac Inox 316

393,900.00

F-241

0.35 m3

Ac Inox 316

348,400.00

10 m3/h

Ac Inox 304

32,000,000.00

H-220/230/240

1.5 m3

Ac. Inox. 316

480,960.60

D-212/230/240

1500 L/h

Ac Inox 316

464,000.00

1 1

1

1

1

8

3

Tanque de balance Tanque de almacenamiento Tanque de almacenamiento Tanque de almacenamiento Tanque de almacenamiento Centrifuga separadora

D-200- (A, B, C, D,

westfalia sc-150

E, F, G, H)

Columna de intercambio iónico Módulos de

4

Ultrafiltración de fibras huecas con accesorios

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145

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7

DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERÍAS

Este diagrama se incluye en el mismo disco donde se guarda este documento.

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146

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

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147

4.7.1 4.7.1.1

MEMORÍA DE CÁLCULO DE TUBERIAS, BOMBAS Y MOTORES CÁLCULO DE BOMBAS

4.7.1.1.1 CALCULO DE BOMBA L-090 PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-090 Las propiedades del agua a 10 °C son las siguientes:  := 0.1307Pa s  := 1000

kg 3

m

kg

3

 :=  g = 9.807 10

2 2

m s

Se escoge una tubería de 1 pulgada con una longitud de tubería de 20 m desde la torre de enfriamiento pasando por la chaqueta y de regreso a la torre de enfriamiento. Di := 26.64mm  Dext := 33.40mm  L := 20m

El flujo que se requiere de agua para mantener la temperatura del biorreactor a 35 °C (calculado previamente en el parcial anterior) es de 6 m3/h a 10 °C, con lo cual se calcula la velocidad en la tubería. 3

m Qalim := 6 hr 4Qalim m v := = 2.99 2 s   Di

Posteriormente se realiza el cálculo del número de Reynolds Re :=

v Di  

= 609.465

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10 -5 m y usando la ecuación para flujos turbulentos de Darcy se calcula el factor de fricción. -5

 := 4.510 

m 2

L v hL := f   D 2g

Donde f=Factor de fricción v=Velocidad D=Diámetro de la tuberia L=Longitud de la corriente de flujo 0.25

f :=

 log 1 + 5.74     Di 0.9   Re 3.7        

2

= 0.083

Las pérdidas de energía en la tubería es 2

hLtuberia := f 

L v  = 28.371m Di 2g

Las pérdidas de energía en la válvula de compuerta con una longitud equivalente de L/D = 8 es la siguiente hLvalv := f  8

v

2

2g

= 0.302m

La pérdida de energía en los 5 codos de 90° con una longitud equivalente de L/D = 30 es hLcodo := 4 f  30

v

2

2g

= 4.535m

La pérdida total de energía es hLtot := hLtuberia + hLvalv + hLcodo = 33.208m

Para el cálculo de la energía requerida hA se usa la ecuación general de energía 𝜌1 𝑣12 𝜌2 𝑣22 + 𝑧1 + + 𝑕𝐴 − 𝑕𝐿 = + 𝑧2 + 𝛾1 2∙𝑔 𝛾2 2∙𝑔

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149

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Donde ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección γ1,2 = Peso específico del líquido en la primera y segunda sección z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada hL = Pérdidas de energía Teniendo en cuenta el siguiente diagrama podemos resolver la ecuación y encontrar h A

2

. z

1

.

Figura 12. Esquema de bombeo para el enfriamiento del biorreactor M-090 durante la fermentación.

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150

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Sustituyendo en la ecuación podemos encontrar hA 3

m Caudal := Qalim = 6 hr z1 := 0m hliquido := 5m v1 := 0 z2 := 8m v2 := v = 2.99

m s

Patm := 1atm P1 := ghliquido + Patm = 1.484atm  P2 := 1atm hA :=

P2 

2

v2

2

P1

v1

+ z2 + - z1 + hLtot = 36.664m 2 g  2 g

Aplicando la siguiente ecuación podemos encontrar la potencia de la bomba requerida PA :=

hA Q Ef

Donde PA=Potencia requerida hAEnergía que se agrega Q=Flujo volumétrico Ef := 0.7 Qalim Pa := hA g  = 1.148hp  Ef

Y la diferencia de presión en la bomba es de





P bomba := hA - hLtot g = 0.339bar 

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151

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Para calcular el NPSH se usa la siguiente ecuanción 𝐻𝑁𝑃𝑆𝐻 = 𝐻𝑎 − 𝐻𝑧 + 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣 − 𝐻𝑣𝑎𝑝 Donde Ha = cabeza de presión del líquido Hz = cabeza de altura desde la bomba Hf = cabeza pérdidas por fricción Hv = cabeza de velocidad Hvap = cabeza de vapor del líquido

Teniendo en cuenta la altura desde la bomba hasta la torre de enfriamiento se deduce la cabeza de altura

Hz

Figura 13. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-090 durante la fermentación, donde se muestra la altura que hay desde la bomba hasta donde se tiene que bombear el agua, para calcular NPSH.

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152

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Posteriormente se calcula el NPSH requerido y luego el que se debe disponer en la bomba Ha :=

Patm 

= 10.332m

Hz := -12m L1 := 4m 2 L1 v2 v Hf := f   + hLvalv + f  30 = 7.11m Di 2g 2g

tuberia

+

valvula + codo 2

v Hv := = 0.456m 2 g Pvap35 := 9.2torr

Hvap :=

Pvap35 

= 0.125m

HNPSH := Ha - Hz + Hf - Hv - Hvap = 28.861m NPSHD := HNPSH1.1 = 31.748m

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153

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.1.2 CALCULO DE BOMBA L-100-A PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-100

Las propiedades del agua a 10 °C son las siguientes:  := 0.1307Pa s  := 1000

kg 3

m

kg

3

 :=  g = 9.807 10

2 2

m s

Se escoge una tubería de 5 pulgadas para disminuir las pérdidas por energía con una longitud total de 30 m desde la torre de enfriamiento pasando por la chaqueta y de regreso a la torre de enfriamiento. Di := 128.2mm  Dext := 141.3mm  L := 30m

El flujo que se requiere de agua para mantener la temperatura del biorreactor a 35 °C (calculado previamente en el parcial anterior) es de 116 m 3/h a 10 °C, con lo cual se calcula la velocidad en la tubería. 3

m Qalim := 116 hr

v :=

4Qalim 2

= 2.496

m

  Di

s

Posteriormente se realiza el cálculo del número de Reynolds Re :=

v Di  

3

= 2.449 10

La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10 -5 m y usando la ecuación para flujos turbulentos de Darcy se calcula el factor de fricción. -5

 := 4.510 

m

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154

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 2 hL := f 

L v  D 2g

Donde f=Factor de fricción v=Velocidad D=Diámetro de la tuberia L=Longitud de la corriente de flujo 0.25

f :=

5.74  

 log   Di + 0.9   Re     3.7     1

2

= 0.048

Las pérdidas de energía en la tubería es 2

hLtuberia := f 

L v  = 3.566m Di 2g

Las pérdidas de energía en la válvula de compuerta con una longitud equivalente de L/D = 8 es la siguiente hLvalv := f  8

v

2

2g

= 0.122m

La pérdida de energía en los 5 codos de 90° con una longitud equivalente de L/D = 30 es hLcodo := 4 f  30

v

2

2g

= 1.828m

La pérdida total de energía es hLtot := hLtuberia + hLvalv + hLcodo = 5.516m

Para el cálculo de la energía requerida hA se usa la ecuación general de energía 𝜌1 𝑣12 𝜌2 𝑣22 + 𝑧1 + + 𝑕𝐴 − 𝑕𝐿 = + 𝑧2 + 𝛾1 2∙𝑔 𝛾2 2∙𝑔

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155

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Donde ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección γ1,2 = Peso específico del líquido en la primera y segunda sección z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada hL = Pérdidas de energía Teniendo en cuenta el siguiente diagrama podemos resolver la ecuación y encontrar h A

2

. z

1

.

Figura 14. Esquema del bombeo de agua para enfriamiento del biorreactor M-100 durante la fermentación

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156

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Sustituyendo en la ecuación podemos encontrar hA 3

m Caudal := Qalim = 116 hr

z1 := 0m hliquido := 5m v1 := 0 z2 := 8m v2 := v = 2.496

m

s Patm := 1atm

P1 := ghliquido + Patm = 1.484atm  P2 := 1atm hA :=

P2 

2

v2

2

P1

v1

+ z2 + - z1 + hLtot = 8.834m 2 g  2 g

Aplicando la siguiente ecuación podemos encontrar la potencia de la bomba requerida PA :=

hA Q Ef

Donde PA=Potencia requerida hA = Energía que se agrega Q=Flujo volumétrico Ef := 0.7 Qalim Pa := hA g  = 5.348hp  Ef

Y la diferencia de presión en la bomba es de





P bomba := hA - hLtot g = 0.325bar 

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157

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Para calcular el NPSH se usa la siguiente ecuanción 𝐻𝑁𝑃𝑆𝐻 = 𝐻𝑎 − 𝐻𝑧 + 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣 − 𝐻𝑣𝑎𝑝 Donde Ha = cabeza de presión del líquido Hz = cabeza de altura desde la bomba Hf = cabeza pérdidas por fricción Hv = cabeza de velocidad Hvap = cabeza de vapor del líquido

Teniendo en cuenta la altura desde la bomba hasta la torre de enfriamiento se deduce la cabeza de altura

Hz

Figura 15. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-100 durante la fermentación, donde se muestra la altura que existe desde la bomba hasta donde se debe bombear el agua, para el cálculo del NPSH.

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158

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Posteriormente se calcula el NPSH requerido y luego el que se debe disponer en la bomba Ha :=

Patm

= 10.332m  Hz := -20m

L1 := 4m 2 L1 v2 v Hf := f   + hLvalv + f  30 = 1.054m Di 2g 2g

tuberia

valvula

codo

2

v Hv := = 0.318m 2 g

Pvap35 := 9.2torr Hvap :=

Pvap35 

= 0.125m

HNPSH := Ha - Hz + Hf - Hv - Hvap = 30.944m NPSHD := HNPSH1.1 = 34.038m

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159

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.1.3 CALCULO DE BOMBA N-100 PARA DESCARGA DEL BIORREACTOR

Las propiedades del medio a 37 °C son las siguientes:  := 0.154Pas  := 1070

kg 3

m

kg

4

 :=  g = 1.049 10

2 2

m s

Se escoge una tubería de 5 pulgadas para disminuir las pérdidas por energía con una longitud total de 18.1 m desde el biorreactor hasta el tanque de balance. Di := 154.1mm  Dext := 168.3mm  L := 18.1m

El tiempo que se propone para que se descargue es de 30 minutos y así se calcula el flujo y la velocidad en la tuberia. 3

Vop := 50m tdesc := 30min 3 Vop m Qalim := = 100 tdesc hr

v :=

4Qalim 2

  Di

= 1.489

m s

Posteriormente se realiza el cálculo del número de Reynolds Re :=

v Di  

3

= 1.595 10

La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10 -5 m y usando la ecuación para flujos turbulentos de Darcy se calcula el factor de fricción.

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160

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) -5

 := 4.510 

m

2

L v hL := f   D 2g

Donde f=Factor de fricción v=Velocidad D=Diámetro de la tuberia L=Longitud de la corriente de flujo 0.25

f :=

 log   Di + 0.9   Re     3.7     1

5.74  

2

= 0.056

Las pérdidas de energía en la tubería es 2

hLtuberia := f 

L v  = 0.74m Di 2g

Las pérdidas de energía en la válvula de compuerta con una longitud equivalente de L/D = 8 y en la válvula de verificación con una longitud equivalente de L/D = 300, son las siguientes hLcomp := f  8

v

2

= 0.05m

2g

hLcheck := f  100

v

2

2g

= 0.63m

La pérdida de energía en los 3 codos de 90° con una longitud equivalente de L/D = 30 es hLcodo := 3 f  30

v

2

2g

= 0.567m

La pérdida total de energía es hLtot := hLtuberia + hLcheck + hLcomp + hLcodo = 1.986m

Para el cálculo de la energía requerida hA se usa la ecuación general de energía 𝜌1 𝑣12 𝜌2 𝑣22 + 𝑧1 + + 𝑕𝐴 − 𝑕𝐿 = + 𝑧2 + 𝛾1 2∙𝑔 𝛾2 2∙𝑔

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161

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Donde ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección γ1,2 = Peso específico del líquido en la primera y segunda sección z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada hL = Pérdidas de energía Teniendo en cuenta el siguiente diagrama podemos resolver la ecuación y encontrar h A

.

2

z

.

1

Figura 16. Esquema de decarga del biorreactor M-100

Sustituyendo en la ecuación podemos encontrar hA 3

m

Caudal := Qalim = 100 hr v1 := 0 hliquido1 := 6.43m z1 := 0 z2 := 7.5m v2 := v = 1.489

m

s Patm := 1atm

P1 := ghliquido1 + Patm = 1.666atm  P2 := 1atm

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

162

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) hA :=

P2 

2

v2

2

P1

v1

+ z2 + - z1 + hLtot = 3.17m 2 g  2 g

Aplicando la siguiente ecuación podemos encontrar la potencia de la bomba requerida

PA :=

hA Q Ef

Donde PA=Potencia requerida hAEnergía que se agrega Q=Flujo volumétrico Ef := 0.7 Qalim Pa := hA g  = 1.906hp  0.65

Y la diferencia de presión en la bomba es de





P bomba := hA - hLtot g = 0.124bar 

Para calcular el NPSH se usa la siguiente ecuanción 𝐻𝑁𝑃𝑆𝐻 = 𝐻𝑎 − 𝐻𝑧 + 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣 − 𝐻𝑣𝑎𝑝 Donde Ha = cabeza de presión del líquido Hz = cabeza de altura desde la bomba Hf = cabeza pérdidas por fricción Hv = cabeza de velocidad Hvap = cabeza de vapor del líquido

Teniendo en cuenta la altura desde la bomba hasta el tanque de balance podemos encontrar la NPSH.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

163

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

.

2

.

1

Figura 17. Esquema de descarga del biorreactor M-100 donde se indica la altura desde la bomba hasta el lugar donde se debe depositar el medio agotado.

Posteriormente se calcula el NPSH requerido y luego el que se debe disponer en la bomba Ha :=

Patm 

= 9.656m

Hz := -7.5m L1 := 4m 2 L1 v2 v Hf := f   + hLcomp + f  30 = 0.403m Di 2g 2g

tuberia

valvula

codo

2

v Hv := = 0.113m 2 g kg Pvap35 := 0.0573 2 cm Pvap35 Hvap := = 0.536m  HNPSH := Ha - Hz + Hf - Hv - Hvap = 16.91m NPSHD := HNPSH1.1 = 18.602m

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164

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.1.4 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-242 (MÓDULOS) Propiedades de la solución a trabajar: Viscosidad: 0.120 Pa·s Densidad: 1050 kg / m3 Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2 La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación: PA :=

hA Q Ef

Donde: PA= Potencia requerida hA= Energía que se agrega Q= Flujo volumétrico La ecuación general de energía es la siguiente: A :=

1 

2

v1

+ z1 + + hA - hL 2 g

B :=

2 

2

v2

+ z2 + 2 g

Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada hL = Pérdidas de energía

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

165

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy: 2

hL := f 

L v  D 2g

Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40 Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:

vel := 2

a :=

m s

Vop tdesc

tdesc := 5min

3

Vop := 0.4m

3

= 4.8

m

b :=

hr

a vel

2

= 666.667mm 

1 2

4 b  Dint :=    = 29.135mm   

En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 1 1/4" cumple:

Di := 35.05mm 

Dext := 42.16mm  L := 15m

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166

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Cálculo de flujos y velocidades en la tubería

3 Vop m Qalim:= = 4.8 tdesc hr

v :=

4Qalim 2

= 1.382

  Di

m s

Cálculo del número de Reynolds Re :=

v Di  

= 423.808

Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción: Di 

= 761.957

0.25

f :=

 log 1 + 5.74     Di 0.9   Re     3.7    

2

= 0.098

Perdidas de energía en tuberías: 2

hLtuberia := f 

L v  = 4.072m Di 2g

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

167

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Pérdida en accesorios Válvulas Válvula diafragma hLvalv := f  7

v

2

2g

= 0.067m

LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7 Codos hLcodo := 4 f  30

v

2

2g

= 1.142m

*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30 * PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS PERDIDA TOTAL hLtot := hLtuberia + hLvalv + hLcodo = 5.281m

CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:

3

Caudal := Qalim = 4.8

m

hr

z1 := 0 v1 := 0 hliquido1:= 1.3m z2 := 1.5m v2 := v = 1.382

m s

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

168

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Patm := 1atm P1 := ghliquido1 + Patm = 1.132atm  P2 := 1atm

hA :=

P2 

2

v2

2

P1

v1

+ z2 + - z1 + hLtot = 5.578m 2 g  2 g

Qalim Pa := hA g  = 0.147hp  0.7

POTENCIA DE LA BOMBA

Pa = 0.147hp 





P bomba := hA - hLtot g = 0.031bar  Ha :=

Patm 

= 9.84m

Hz := -1.5m L1 := 4m 2 L1 v2 v Hf := f   + hLvalv + f  30 = 1.438m Di 2g 2g

tubería 2

v Hv := = 0.097m 2 g

válvula codo

kg Pvap35 := 0.0573 2 cm

Hvap :=

Pvap35 

= 0.546m

HNPSH:= Ha - Hz + Hf - Hv - Hvap = 12.135m NPSHD := HNPSH1.1 = 13.349m

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169

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.1.5 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-232 (MÓDULOS)

Propiedades de la solución a trabajar: Viscosidad: 0.120 Pa·s Densidad: 1050 kg / m3 Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2 La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación: PA :=

hA Q Ef

Donde: PA= Potencia requerida hA= Energía que se agrega Q= Flujo volumétrico La ecuación general de energía es la siguiente: A :=

1 

2

v1

+ z1 + + hA - hL 2 g

B :=

2 

2

v2

+ z2 + 2 g

Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada hL = Pérdidas de energía

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170

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy: 2

hL := f 

L v  D 2g

Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40 Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:

vel := 2

a :=

m

Vop tdesc

tdesc := 5min

3

Vop := 0.6m

s 3

= 7.2

b :=

m

hr

a vel

3

2

= 1  10  mm

1

Dint := 

4 b 

2

  = 35.682mm   

En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 1 1/2" cumple:

Di := 40.89mm 

Dext := 48.26mm 

L := 15m

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171

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Cálculo de flujos y velocidades en la tubería 3 Vop m Qalim:= = 7.2 tdesc hr

v :=

4Qalim 2

= 1.523

  Di

m s

Cálculo del número de Reynolds Re :=

v Di  

= 544.918

Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:

0.25

f :=

 log +   Di 0.9   Re     3.7     1

Di 

5.74  

2

= 0.087

= 888.913

Perdidas de energía en tuberías: 2

L v hLtuberia := f   = 3.766m Di 2g

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

172

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

Pérdida en accesorios Válvulas Válvula diafragma hLvalv := f  7

v

2

2g

= 0.072m

LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7 Codos

hLcodo := 4 f  30

v

2

2g

= 1.232m

*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30 * PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS PERDIDA TOTAL hLtot := hLtuberia + hLvalv + hLcodo = 5.069m

Calculo de bomba para los intercambiadores de calor. Consideraciones:   

25m3 a alimentar en 26 hrs. Se propone un diámetro de tubería de un cuarto de pulgada para mantener la velocidad en la tubería. Las entradas de servicios auxiliares así como a la salida de los equipos son de 2 pulgadas. Dtuberiasuccion :=

0.0254

-3

Dtuberiasuccion = 6.35 10

4

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173

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Se calcula el flujo de alimentación: Qmed :=

25 26 ( 3600) -4

Qmed = 2.671 10

en m3/s.

Dada la configuración espacial en la distribución de lata se tiene: z := 24.6

en ft.

Y considerando que el tanque de succión esta a presión atmosférica (1kg/cm 2) y la succión es negativa y el biorreactor del proceso se encuentra a 2kg/cm2 se tiene: P1 := -14.7 psi succión P2 := 28.9psi

descarga

Dado que las buenas prácticas de manufactura en la industria farmacéutica recomiendo una velocidad de 7-9 m/s en tuberías, se calcula la velocidad en la tubería. vmed :=

Qmed  4

( Dtuberiasuccion )

2

vmed = 8.434 en m/s

Se cumple con la recomendación, podemos pasar el cálculo de la cabeza de velocidad. 2

Hv :=

vmed

2 9.81

Hv = 3.625 en m

Se trasforma en pies para la formula que posteriormente usaremos. Hv :=

Hv .305

Hv = 11.887 en ft

Se calcula P := (P22.31) - (P12.31) P = 100.716 en ft

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174

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Consideraciones para accesorios según bibliografía (mott): Codos k1 := .75 nc := 12

Valvulas k2 := .2 nv := 2

"T" k3 := 1.8

nt := 1

Dada la configuración espacial se consideran los accesorios necesarios, y se calcula la cabeza de fricción en la succión. Hfs := Hv (k1nc + k2 nv + k3nt) Hfs = 133.129 en ft

Se calcula la cabeza de fricción para la descarga. Qmed      ( Dtuberiadescarga) 2  4 

2

2 9.81

Hfd :=

 ( .k1 4 + .k2 3 + 50 .05)

.305

-3

Hfd = 7.255 10

en ft.

Se calcula la cabeza total de fricción Hf := Hfs + Hfd Hf = 133.136 en ft

Se calcula la cabeza total. Ht := z + P + Hf Ht = 258.452 en ft

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175

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Se hacen las conversiones necesarias para aplicar la regla heurística. -4

Qmed = 2.671 10 Qgal := Qmed

en m3/s

1000

 60 3.784

Qgal = 4.235 en gal/min

Se utiliza la regla heurística para el cálculo de la potencia en sistema ingles. Ht Qgal 1

P :=

3

.7 3.96 10

P = 0.395 en HP

Como no es viable obtener una bomba de esa potencia se elige la primera bomba comercial de potencia mayor, la cual es de ½ HP.

CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA: 3

Caudal := Qalim = 7.2

m

hr

v1 := 0

z1 := 0

v2 := v = 1.523

z2 := 1.7m Patm := 1atm

hliquido1:= 1.63m m s

P1 := ghliquido1 + Patm = 1.166atm  P2 := 1atm

hA :=

P2 

2

v2

P1

2

v1

+ z2 + - z1 + hLtot = 5.257m 2 g  2 g

Qalim Pa := hA g  = 0.207hp  0.7

POTENCIA DE LA BOMBA

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176

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Pa = 0.207hp 





P bomba := hA - hLtot g = 0.019bar 

Ha :=

Patm 

= 9.84m

Hz := -1.7m

L1 := 4m

2 L1 v2 v Hf := f   + hLvalv + f  30 = 1.384m Di 2g 2g

tubería

válvula codo

2

v Hv := = 0.118m 2 g kg Pvap35 := 0.0573 2 cm

Hvap :=

Pvap35 

= 0.546m

HNPSH:= Ha - Hz + Hf - Hv - Hvap = 12.26m

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177

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.1.6 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-222 (MÓDULOS) Propiedades de la solución a trabajar: Viscosidad: 0.120 Pa·s Densidad: 1050 kg / m3 Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2 La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación: PA :=

hA Q Ef

Donde: PA= Potencia requerida hA= Energía que se agrega Q= Flujo volumétrico La ecuación general de energía es la siguiente: A :=

1 

2

v1

+ z1 + + hA - hL 2 g

B :=

2 

2

v2

+ z2 + 2 g

Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada hL = Pérdidas de energía

Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy: 2

hL := f 

L v  D 2g

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

178

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40 Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:

vel := 2

a :=

m

Vop tdesc

tdesc := 5min

3

Vop := 0.9m

s

3

= 

m

b :=

hr

a vel

3

2

= 1.5 10  mm

1

Dint := 

4 b 

2

  = 43.702mm   

En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 2" cumple:

Di := 52.50mm 

L := 15m

Dext := 60.33mm 

Cálculo de flujos y velocidades en la tubería 3 Vop m Qalim := = 10.8 tdesc hr

v :=

4Qalim 2

  Di

= 1.386

m s

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179

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Cálculo del número de Reynolds Re :=

Di 

v Di  

= 636.62

3

= 1.141 10

Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:

0.25

f :=

 log +   Di 0.9   Re     3.7     1

5.74  

2

= 0.081

Perdidas de energía en tuberías:

2

hLtuberia := f 

L v  = 2.261m Di 2g

Pérdida en accesorios

Válvulas

Válvula diafragma hLvalv := f  7

v

2

2g

= 0.269m

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180

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7 Codos hLcodo := 4 f  30

v

2

2g

= 0.95m

*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30

* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS PERDIDA TOTAL

hLtot := hLtuberia + hLvalv + hLcodo = 3.267m

CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA: 3

Caudal := Qalim = 10.8

m

hr

v1 := 0

z1 := 0

hliquido1:= 1.8m

v2 := v = 1.386

z2 := 2m Patm := 1atm

m s

P1 := ghliquido1 + Patm = 1.183atm  P2 := 1atm

hA :=

P2 

2

v2

P1

2

v1

+ z2 + - z1 + hLtot = 3.565m 2 g  2 g

Qalim Pa := hA g  = 0.211hp  0.7

POTENCIA DE LA BOMBA

Pa = 0.211hp 

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181

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 



P bomba := hA - hLtot g = 0.031bar 

Ha :=

Patm 

= 9.84m

Hz := -2m

L1 := 4m

2 L1 v2 v Hf := f   + hLvalv + f  30 = 0.896m Di 2g 2g

tubería

válvula codo

2

v Hv := = 0.098m 2 g kg Pvap35 := 0.0573 2 cm

Hvap :=

Pvap35 

= 0.546m

HNPSH:= Ha - Hz + Hf - Hv - Hvap = 12.093m

NPSHD := HNPSH1.1 = 13.302m

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182

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.1.7 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-211 (MÓDULOS)

Propiedades de la solución a trabajar: Viscosidad: 0.120 Pa·s Densidad: 1050 kg / m3 Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2 La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación: PA :=

hA Q Ef

Donde: PA= Potencia requerida hA= Energía que se agrega Q= Flujo volumétrico La ecuación general de energía es la siguiente: A :=

1 

2

v1

+ z1 + + hA - hL 2 g

B :=

2 

2

v2

+ z2 + 2 g

Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada hL = Pérdidas de energía

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

183

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy: 2

hL := f 

L v  D 2g

Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40 Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:

vel := 5

a :=

m

Vop tdesc

tdesc := 60min

3

Vop := 40.76m

s

3

= 40.76

m

b :=

hr

a vel

3

2

= 2.264 10  mm

1

Dint := 

4 b 

2

  = 53.695mm   

En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 2 1/2" cumple:

Dext := 70.03mm  Di := 62.71mm 

L := 10m

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

184

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Cálculo de flujos y velocidades en la tubería 3 Vop m Qalim := = 40.76 tdesc hr

v :=

4Qalim 2

= 3.666

  Di

m s

Cálculo del número de Reynolds

Re :=

v Di  

3

= 1.597 10

Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción: Para tubería de 2 1/2" Di 

3

= 1.363 10

0.25

f :=

 log +   Di 0.9   Re     3.7     1

5.74  

2

= 0.056

Perdidas de energía en tuberías:

2

hLtuberia := f 

L v  = 6.119m Di 2g

Pérdida en accesorios Válvulas Válvula diafragma

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

185

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) hLvalv := f  7

v

2

2g

= 0.269m

LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7 Codos hLcodo := 5 f  30

v

2

2g

= 5.756m

*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30

* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS PERDIDA TOTAL hLtot := hLtuberia + hLvalv + hLcodo = 12.143m

CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA: 3

Caudal := Qalim = 40.76

m

hr

z1 := 0

v1 := 0

hliquido1:= 6.0m

v2 := v = 3.666

z2 := 7.3m Patm := 1atm

m s

P1 := ghliquido1 + Patm = 1.621atm  P2 := 1atm

hA :=

P2 

2

v2

P1

2

v1

+ z2 + - z1 + hLtot = 14.128m 2 g  2 g

Qalim Pa := hA g  = 3.216hp  0.7

POTENCIA DE LA BOMBA

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186

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Pa = 3.216hp 





P bomba := hA - hLtot g = 0.208bar 

Ha :=

Patm 

= 9.656m

Hz := -7.5m

L1 := 4m

2 L1 v2 v Hf := f   + hLvalv + f  30 = 3.867m Di 2g 2g

tubería

válvula codo

2

v Hv := = 0.685m 2 g kg Pvap35 := 0.0573 2 cm

Hvap :=

Pvap35 

= 0.536m

HNPSH:= Ha - Hz + Hf - Hv - Hvap = 19.803m

NPSHD := HNPSH1.1 = 21.783m

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187

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.1.8 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-231/251/281/241/211/271 (COLUMNAS)

Propiedades de la solución a trabajar: Viscosidad: 0.120 Pa·s Densidad: 1050 kg / m3 Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2 La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación: PA :=

hA Q Ef

Donde: PA= Potencia requerida hA= Energía que se agrega Q= Flujo volumétrico La ecuación general de energía es la siguiente: A :=

1 

2

v1

+ z1 + + hA - hL 2 g

B :=

2 

2

v2

+ z2 + 2 g

Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada hL = Pérdidas de energía

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188

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy: 2

hL := f 

L v  D 2g

Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40 Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:

vel := 0.1

m s

a :=

tdesc := 240min

3

Vop := 1.159m

Vop tdesc

3

= 0.29

m

b :=

hr

a vel

2

= 804.861mm 

1

Dint := 

4 b 

2

  = 32.012mm   

En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 1 1/4" cumple:

Di := 35.05mm 

Dext := 42.16mm 

L := 15m

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189

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Cálculo de flujos y velocidades en la tubería 3 Vop m Qalim := = 0.29 tdesc hr

v :=

4Qalim 2

= 0.083

  Di

m s

Cálculo del número de Reynolds Re :=

v Di  

= 25.583

Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción: Para tubería de 1 1/4"

Di 

f :=

= 761.957

0.25

 log 1 + 5.74     Di 0.9   Re     3.7    

2

= 0.97

Perdidas de energía en tuberías: 2

hLtuberia := f 

L v  = 0.147m Di 2g

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190

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Pérdida en accesorios Válvulas Válvula diafragma hLvalv := f  7

v

2

2g

-3

= 2.408 10

m

LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7 Codos hLcodo := 3 f  30

v

2

2g

= 0.031m

*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30 * PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS PERDIDA TOTAL hLtot := hLtuberia + hLvalv + hLcodo = 0.181m

CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA: 3

Caudal := Qalim = 0.29

v1 := 0

z1 := 0

v2 := v = 0.083

z2 := 1.5m Patm := 1atm

m

hr

hliquido1:= 1.4m m s

P1 := ghliquido1 + Patm = 1.142atm  P2 := 2atm

hA :=

P2 

2

v2

P1

2

v1

+ z2 + - z1 + hLtot = 10.121m 2 g  2 g

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191

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Qalim Pa := hA g  = 0.016hp  0.7

Ha :=

Patm

= 9.84m



POTENCIA DE LA BOMBA

L1 := 4m

Hz := 1.5m 2 L1 v2 v Hf := f   + hLvalv + f  3 = 0.043m Di 2g 2g

tubería

válvula codo kg Pvap35 := 0.0573 2 cm

2

v -4 Hv := = 3.548 10 m 2 g

Hvap :=

Pvap35 

= 0.546m

HNPSH:= Ha + Hz + Hf - Hv - Hvap = 10.837m

o

NPSHD := HNPSH1.1 = 11.921m

Memoria de cálculo para bombas y tubería de la centrifuga Calculo de tubería

A la entrada del líquido en los módulos Acedro Inoxidable cédula 40 Primera parte 1 1/2" Di := 77.9mm  Dext := 88.9mm  L := 15.5m 

vel := 4.5

m s

Diámetro de las tuberías A = π*D^2/4 D = ((4*A)/π)^(1/2) 1

Dint := 

4 b 

   

2

= 88.654mm 

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192

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Calculo de bomba Ltuberia := 20 Qmed :=

en m

6.25 ( 3600)

Dtuberiasuccion :=

-3

Qmed = 1.736 10

0.0508

en m3/s

4

Dtuberiadescarga := 0.0381 z := 8

en ft

P1 := 15.22 P2 := 15.22 vmed :=

1ft = 0.305m

psi psi Qmed

 4

( Dtuberiasuccion )

Hv :=

vmed

Hv :=

Hv

2

vmed = 13.705

en m/s

2

2 9.81

Hv = 9.573

en m

Hv = 31.388 en ft

.305

P := (P22.31) - (P12.31) P = 0

en ft

Codos k1 := .75 nc := 12

Valvulas k2 := .2 nv := 6 “T”

k3 := 1.8 nt := 1

Hfs := Hv(k1nc + k2nv + k3nt) Hfs = 376.654

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

193

en m en m

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Qmed     2  ( Dtuberiades carga)  4 

  .k1 2 + .k2 2 +

2 9.81

Hfd :=

2



.305 -3

Qmed = 1.736 10

Ltuberia .305

 .05 



en m3/s

Qgal := Qmed

1000

 60 3.784

Hf := Hfs + Hfd Hf = 377.925

en ft

Qgal = 27.528

en gal/min

Ht := z + P + Hf

en ft Ht = 385.925 P :=

Ht Qgal  1

en HP

3

.7 3.96 10

P = 3.833

Se elige una bomba de 5 de HP

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194

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.1.9 CÁLCULO DE BOMBA PARA LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR Calculo de bombas para los intercambiadores Ltuberia := 50 Qmed :=

en m

25 26 ( 3600)

Dtuberiasuccion :=

-4

Qmed = 2.671 10

en m3/s

0.0254

en m

4

Dtuberiadescarga := 2 .0254 z := 24.6

en ft

P1 := -14.7

1ft = 0.305m

psi

P2 := 28.9 vmed :=

en m

psi Qmed

 4

vmed = 8.434

( Dtuberiasuccion )

en m/s

2

2

Hv :=

vmed

Hv :=

Hv

2 9.81

Hv = 3.625

en m

Hv = 11.887 en ft

.305

P := ( P2 2.31) - ( P1 2.31) P = 100.716

Codos Valvulas

en ft

k1 := .75

nc := 12

k2 := .2

nv := 6

k3 := 1.8

"T "

nt := 1

Hfs := Hv  ( k1 nc + k2 nv + k3 nt)

Hfs = 142.638

   4 Hfd :=

  2 ( Dtuberiades carga )   Qmed

2 9.81

.305

2

  .k1 4 + .k2 3 +



Ltuberia .305

 .05



DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

195

Hfs = 142.638

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)    4

  2 ( Dtuberiades carga )   Qmed

2 9.81

Hfd :=

.305

2

  .k1 4 + .k2 3 +

Ltuberia



.305

Hf := Hfs + Hfd

 .05



-4

Qmed = 2.671 10 Hf = 142.662

en ft Qgal := Qmed

Ht := z + P + Hf Ht = 267.978

P :=

en ft

Qgal = 4.235

en m3/s

1000  60 3.784 en gal/min

Ht Qgal 1 3

.7 3.96 10 P = 0.409

en HP

Se eleige un a bomba de 1/2 de HP

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196

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.2

CALCULO DE POTENCIAS DE MOTORES TANQUES

Para el cálculo de las potencias se usa la siguiente ecuación empírica 𝑃𝑜𝑡 = 𝑁𝑝

𝜌 ∙ 𝑁𝑖 3 ∙ 𝐷𝑖 5 𝐺𝑐

1.315𝑥10−7

Donde Pot = potencia teórica, HP  = Densidad, g/cm3 Ni = velocidad de agitación, s-1 Di = Diámetro del impulsor, cm Gc = Fuerza de la gravedad, 980 cm/s2

Las propiedades que se tomaron como invariables independientemente del proceso son las siguiente; donde el número de potencia es 0.4 para propela marina, la densidad no se vario aunque las densidades de los buffers son ligeramente diferente, y el factor de corrección tomando en cuenta que no es un tanque estándar y que la altura del líquido es dos veces el diámetro del tanque. Np := 0.4 Propela marina Re>10^4 cm Gc := 980 2 s g  := 1.070 3 cm

1   2 fc := ( 2)   = 1.414

4.7.1.2.1 POTENCIA MOTOR N-080 PARA AGITAR TANQUE F-080 Di1 := 78.9 cm 200 -1 N1 := = 3.333 s 60

  N 3 Di 5  1 1 -7 Pot1 := Np   1.31510  = 6.504 HP  Gc  





Preal1 := fc Pot1 = 9.198 HP

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197

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.2.2 POTENCIA MOTOR N-110 PARA AGITAR TANQUE F-110

Di2 := 97.4 cm 100 -1 N2 := = 1.667 s 60

  N 3 Di 5  2 2 -7 Pot2 := Np    = 2.331 HP  1.31510 Gc  





Preal2 := fc Pot2 = 3.296 HP

4.7.1.2.3 POTENCIA MOTOR N-210 PARA AGITAR TANQUE F-210

Di3 := 90.4 cm 100 -1 N3 := = 1.667 s 60

  N 3 Di 5  3 3 -7 Pot3 := Np    = 1.605 HP  1.31510 Gc  





Preal3 := fc  Pot3 = 2.27 HP

4.7.1.2.4 POTENCIA MOTOR N-221 PARA AGITAR TANQUE F-221

Di4 := 24.3 cm 500 -1 N4 := = 8.333 s 60

  N 3 Di 5  4 4 -7 Pot4 := Np    = 0.282 HP  1.31510 Gc  





Preal4 := fc Pot4 = 0.398 HP

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198

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.1.2.5 POTENCIA MOTOR N-231 PARA AGITAR TANQUE F-231

Di5 := 21 cm 500 -1 N5 := = 8.333 s 60

  N 3 Di 5  5 5 -7 Pot5 := Np   1.31510  = 0.136 HP  Gc  





Preal5 := fc Pot5 = 0.192 HP

4.7.1.2.6 POTENCIA MOTOR N-241 PARA AGITAR TANQUE F-241

Di6 := 18.6 cm 500 -1 N6 := = 8.333 s 60

  N 3 Di 5  6 6 -7 Pot6 := Np   1.31510  = 0.074 HP  Gc  





Preal6 := fc Pot6 = 0.105 HP

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

199

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.2 4.7.2.1

DESCRIPCION DE LOS SISTEMAS DE CONTROL EN EL PROCESO BIORREACTORES

En el proceso se emplean dos biorreactores de 50 m 3 (M-100-A y M-100-B) los cuales están controlados para mantener el pH adecuado alrededor de 5.5 a 6.0, con los cuales puede activar un pulso para la bomba de ácido o de base correspondiente, y así hasta que sea estable y este en el rango requerido. El controlador nivel también es importante, se usa uno de bajo nivel para cuando se descargue el biorreactor que apaga la bomba cuando se llega a la altura de la tapa, esto para evitar que la bomba se dañe si llegara a extraer aire. Otro de los parámetros importantes a controlar es la temperatura donde el sensor de temperatura puede mandar una señal para permitir un mayor o menor flujo de agua de enfriamento si la temperatura dentro del biorreactor es diferente a 35 ± 0.5 °C. El indicador de oxígeno controla la entrada de aire al biorreactor, este puede aumentar o disminuir si el indicar de oxígeno no es el indicado. El indicador de presión solo es usado para monitorear la presión interna aunque esta no varía mucho por el hecho de que existe un venteo por el cual sale el aire alimentado desde abajo para proporcionar el oxígeno necesario.

4.7.2.2

TANQUE DE MEZCLADO

El tanque de mezclado tiene un controlador de pH esto para ajustar a al pH requerido en el medio antes de ser alimentado (pH entre 5.5 y 6.0). Esto se logra accionando unas bombas para agregar pulsos de baso o ácido al tanque. La agitación no es necesario controlarla ya que solo es necesario para mezclarla.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

200

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.7.2.3

TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Los tanques de almacenamiento solo requieren controladores de nivel, ya que son usados en los procesos de separación que el líquido contenido en ellos es succionado por una bomba para llevar a cavo algún proceso específico, entonces este controlador actúa sobre la bomba que está trabajando para pararla cuando se llegue al nivel de la tapa del tanque.

4.7.2.4

CENTRIFUGAS

La bomba (L-111) es la que proporciona el flujo de alimentación a las 8 centrifugas separadoras (D200-A, B,C,D,E,F,G y H), por medio de la línea 26 que posee un diámetro de 1.5 pulgadas, de acero inoxidable 316L. Dicho flujo va a ser controlado por medio de una válvula automática de mariposa, la cual está basada en la velocidad de flujo del caldo fermentado, la cual tiene que mantener un flujo de aproximadamente 6.25m3/h, para que se lleve a cabo de manera adecuada la centrifugación. Dicha línea también va a contar con un dos medidores, uno de presión y otro de temperatura, los cuales se van a registrar en el panel de control. Después del proceso vamos a tener dos salidas una para el filtrado, que va a ser por la línea 27 que posee un diámetro de 3 pulgadas, de acero inoxidable 316L, la cual va a alimentar al siguiente proceso y la otra líneas de salida es la 28, con un tamaño de 5 pulgadas la cual va a llevar todos los desechos generados en el proceso, que en este caso es la biomasa de la fermentación.

4.7.2.5

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Lazo de control en los intercambiadores de calor (Lazo de vapor). A la salida de la tubería del medio precalentado (22) se encuentra el elemento primario de control del lazo del vapor, en este proceso es fundamental el control de la temperatura y esta está dado por los caudales de los servicios auxiliares en especifico de este caso, vapor. A la salida el elemento primario (sensor) detecta la señal de manera electromagnética, la cual es amplificada por el trasmisor, y es mandada al controlador indicador el cual se encuentra regularmente en el tablero a la vista del operador; simultáneamente se puede activar una alarma DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

201

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) si es que la temperatura se encuentra fuera del intervalo de control; de ser así este manda una señal eléctrica a un convertidor de señal que trasforma los pulsos eléctricos a señales neumáticas para

la abertura o cierre del elemento automático de la válvula en el caudal de vapor.

Controlando la temperatura de forma indirecta la temperatura, a través del caudal de vapor. Una vez que la señal es detectada por el sensor como regular y dentro de los intervalos se repite el ciclo pero esta vez la señal del controlador será para el cierre de la válvula automática.

4.7.2.6

MODULOS DE UF

En el diagrama DTI del proceso de producción de albúmina sérica humana recombinante se emplean cuatro módulos de ultrafiltración. Cada módulo realiza la función de diafiltración (eliminar impurezas) y concentración de la proteína de interés. Los módulos están conectados a las columnas de cromatografía y al tanque que contiene la solución a través de tuberías de acero inoxidable 316L de diferentes diámetros nominales (ver diagrama DTI). El circuito de control de cada uno de los equipos se localiza en la salida del concentrado. Comienza por un elemento primario que mide la presión, este emite una señal eléctrica a un transmisor que a su vez reenvía la señal a un controlador-indicador de presión, y, este envía la señal eléctrica a un convertidor que convierte dicha señal en una señal neumática que tiene como destino final regular el flujo salida del concentrado a través de una válvula controladora de presión. Al regular el flujo de salida del concentrado, automáticamente se autorregula todo el sistema de entradas y salidas del equipo y por tal motivo, no es necesario colocar otro sistema de control en el mismo. Sin embargo, se deben colocar indicadores de presión y temperatura, tanto en la alimentación del equipo, como en la salida de permeado y concentrado, a su vez, es necesario conocer el flujo a la entrada del equipo, por tanto, también es recomendable colocar un indicador de flujo a la entrada del equipo. Todo esto se hace porque, es necesario monitorear que las condiciones de operación de los equipos se encuentran dentro de especificaciones. Este mismo circuito de control es aplicado en cada uno de los módulos de ultrafiltración presentes en el diagrama del proceso de producción. DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

202

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.8

DIAGRAMAS ISOMETRICOS DE LOS EQUIPOS DE PROCESO

4.8.1

A

TANQUES DE BALANCE

B

C

Figura 18. Isométricos de los tanques de mezclado F-080 (A), tanque de balance en el que se descarga el medio agotado F-110 (B) y tanque F-210 (C).

A

B

C

Figura 19. Isométrico de los tanque F-221 (A), F-231 (B) y F-241 (C).

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

203

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.8.2

FERMENTADORES

Figura 20. Isométrico de los biorreactores semilla M-090 (A) y de producción M-100 (B).

4.8.3

CENTRIFUGAS

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

204

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

Figura 21. Isométrico de las centrífugas usadas en el proceso.

4.8.4

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Figura 22. Isométrico de los intercambiadores de calor.

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205

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

4.8.5

MODULOS DE UF

Los módulos que se presentan son los D-212, D-233 y D-243. Estos tres módulos de Ultrafiltración presentan las mismas dimensiones en altura y diámetro de cada módulo, así como la misma medida de los diámetros en entrada y las salidas. A continuación se muestra el esquema del diagrama isométrico 3D:

5 cm

3.8 cm

81 cm

(b) (a)

16.8 cm

Figura 23. Esquema 3D de los módulos de UF D-212, D-233 y D-243. En la figura (a) se observan las conexiones del módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan las dimensiones del cartucho de fibras huecas.

A continuación se presenta el esquema isométrico para el módulo de UF D-223:

7.6 cm DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

206

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 3.81 cm

113 cm

(b) (a) 3.81 cm Figura 24. Esquema 3D del módulos de UF D-223. En la figura (a) se observan las conexiones del módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan las dimensiones del cartucho.

4.9 4.9.1

HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS DEL PROCESO BIORREACTORES

NOMBRE USO SELLO FLUIDO MATERIAL TIPO DE PALETAS VOL. NOMINAL VOL. DE OPERACIÓN PRECIO

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN VALOR Diámetro del biorreactor 1.55

Biorreactor tanque agitado M090 Biorreactor semilla Mecánico Medio De cultivo Acero inoxidable 304 Rushton 6.67 m3 5 m3 $ 2,077,000.00

UNIDAD m

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207

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Diámetro del biorreactor con chaqueta chaqueta Altura del biorreactor Altura de la tapa Volumen de la tapa Número de impulsores

1.80

m

4.13 0.40 0.44 3

m m m3 ----

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

208

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) NOMBRE USO SELLO FLUIDO MATERIAL TIPO DE PALETAS VOL. NOMINAL VOL. DE OPERACIÓN PRECIO

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN Diámetro del biorreactor Diámetro del biorreactor con chaqueta chaqueta Altura del biorreactor Altura de la tapa Volumen de la tapa Número de impulsores

Biorreactor tanque agitado M100 Biorreactor de producción Mecánico Medio De cultivo Acero inoxidable 304 Rushton 66.7 m3 50 m3 $ 7,040,000.00

VALOR 3.30 3.76

UNIDAD m m

8.79 0.85 4.35 3

m m m3 ----

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

209

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.9.2

TANQUES

NOMBRE USO FLUIDO MATERIAL TIPO DE PALETAS VOL. NOMINAL VOL. OPERACIÓN PRECIO

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN Diámetro del tanque Altura del tanque Altura de la tapa Volumen de la tapa Número de impulsores

VALOR 2.42 5.48 0.82 1.16 1

Tanque de mezclado F-080 Mezclar los componentes del medio de cultivo Medio De cultivo Acero inoxidable 304 Propela marina 31.25 m3 25 m3 $ 1,258,00.00

UNIDAD m m m m3 ----

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

210

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) NOMBRE USO FLUIDO MATERIAL TIPO DE PALETAS VOL. NOMINAL VOL. OPERACIÓN PRECIO

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN VALOR Diámetro del tanque 3.99 Altura del tanque 6.84 Altura de la tapa 0.97 Volumen de la tapa 2.18 Número de impulsores 1

Tanque de balance F-110 Recibir el medio agotado Medio De cultivo agotado Acero inoxidable 304 Propela marina 58.82 m3 50 m3 $ 1,570,000.00

UNIDAD m m m m3 ----

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

211

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) NOMBRE USO FLUIDO MATERIAL TIPO DE PALETAS VOL. NOMINAL VOL. OPERACIÓN PRECIO

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN Diámetro del tanque Altura del tanque Altura de la tapa Volumen de la tapa Número de impulsores

VALOR 2.80 6.38 0.94 1.74 1

Tanque de balance F-210 Recibir el medio filtrado de las centrífugas Medio De cultivo agotado Acero inoxidable 316 Propela marina 47.06 m3 40 m3 $ 1,829,000.00

UNIDAD m m m m3 ----

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

212

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) NOMBRE USO FLUIDO MATERIAL TIPO DE PALETAS VOL. NOMINAL VOL. OPERACIÓN PRECIO

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN Diámetro del tanque Altura del tanque Altura de la tapa Volumen de la tapa Número de impulsores

VALOR 0.80 1.74 0.283 0.034 1

Tanque de balance F-221 Recibir la proteína eluida Buffer A Acero inoxidable 316 Propela marina 0.92 m3 0.78 m3 $ 461,500.00

UNIDAD m m m m3 ----

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

213

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) NOMBRE USO FLUIDO MATERIAL TIPO DE PALETAS VOL. NOMINAL VOL. OPERACIÓN PRECIO

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN Diámetro del tanque Altura del tanque Altura de la tapa Volumen de la tapa Número de impulsores

VALOR 0.69 1.49 0.24 0.022 1

Tanque de balance F-231 Recibir proteína eluida Buffer B Acero inoxidable 316 Propela marina 0.588 m3 0.5 m3 $ 393,900.00

UNIDAD m m m m3 ----

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

214

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) NOMBRE USO FLUIDO MATERIAL TIPO DE PALETAS VOL. NOMINAL VOL. OPERACIÓN PRECIO

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN Diámetro del tanque Altura del tanque Altura de la tapa Volumen de la tapa Número de impulsores

VALOR 0.60 1.33 0.21 0.015 1

Tanque de balance F-241 Recibir proteína eluida Buffer C Acero inoxidable 316 Propela marina 0.412 m3 0.35 m3 $ 348,400.00

UNIDAD m m m m3 ----

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

215

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.9.3

CENTRÍFUGAS

HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS Ficha Técnica de Diseño Equipo:

CENTRIFUGA SEPARADORA

Diagrama del equipo

Modelo:

Westfalia SC-150

Código: Material de Elaboración:

D-200-(A, B, C, D, E, F, G y H). Acero inoxidable

Características del material: Producto a trabajar: Tipo de conexiones: Medidores de:

316L electro pulido Caldo fermentado Bridas westfalia Presión, temperatura y flujo

Trabajo: Funcionamiento: Innovaciones :

Continuo Automático -Tambor de platos autodeslodantes COSTOS

SEPARMEX CENTRIMAX

$4000000.00 $4800000.00

COMTEIFA

$4160000.00

Especificación

Valor

Unidades

Altura total

1.978

m

Ancho total

1.706

m

Largo total

2.9

m

Numero de discos

80

N/A

Diámetro externo (RO)

0.3

m

Diámetro interno (RI)

0.09

m

Angulo de trabajo (Θ)

40

Velocidad de operación

350-4700

° rpm

Capacidad de operación máximo

10

m /h

Presión máxima de trabajo

4

atm

Eficiencia

80

%

Motor requerido

7.46

kW

Voltaje

250

volts

Peso

1200

kg

3

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

216

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.9.4

INTERCAMBIADORES DE CALOR

NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE CALOR F-082 CARACTERISTICA MATERIAL FLUJO MAXIMO

ACERO INOXIDABLE 5m3

CEDULA 316

MARCA

POLARIS

TEMPERATURA

-20°C A 180°C

PRESION

0.25 BAR

DIMENSION

VALOR

UNIDAD

A

837

mm

B C

310 590

mm mm

D

135

mm

E L2 Numero de Placas

132 250-1000

mm mm

Conexión

2

in

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

217

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE CALOR F-083 CARACTERISTICA MATERIAL

DIMENSION A B C D E L2 Numero de Placas Conexión

FLUJO MAXIMO

ACERO INOXIDABLE 5m3

MARCA

POLARIS

TEMPERATURA

-20°C A 180°C

PRESION

0.25 BAR

VALOR 837 310 590 135 132 250-1000

UNIDAD mm mm mm mm mm mm

2

in

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

CEDULA 316

218

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE CALOR F-084 CARACTERISTICA MATERIAL

DIMENSION A B C D E L2 Numero de Placas Conexión

FLUJO MAXIMO

ACERO INOXIDABLE 5m3

MARCA

POLARIS

TEMPERATURA

-20°C A 180°C

PRESION

0.25 BAR

VALOR 837 310 590 135 132 250-1000

UNIDAD mm mm mm mm mm mm

2

in

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

CEDULA 316

219

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.9.5

MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN

HOJA DE ESPECIFICACIÓN MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN D-212, D-230 Y D-240 CARTUCHO DE FIBRAS HUECAS Zhejiang Runda Membrane Techmnology Co.,Ltd UFaI4040 PRECIO ÁREA DE MEMBRANA MATERIAL DE MEMBRANA NMWC DIÁMETRO DE FIBRA CARCASA Y TAPAS EXTREMAS ALTURA DIÁMETRO DE LUZ FLUJO

55-750 USD 7-10 m2 PES

50-100 kDalton 0.7 mm U-PVC,ABS

101.6 cm 10.0 cm 1500 L/h (25 °C/ 0.1 mPa)

CARCASA Y TAPAS EXTREMAS RANGO DE pH PERMITIDO PRESIÓN TRANSMEMBRANAL TEMPERATURA DE OPERACIÓN

U-PVC,ABS

FLUX DE DISEÑO PRESIÓN DE ADMISIÓN RECOMENDADA

60-120 L/h m2 20-30 psi (1.4-2.1 bar)

1-14 < 0.3 mPa 5-50 °C

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

220

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) HOJA DE ESPECIFICACIÓN MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN D-223 CARTUCHO DE FIBRAS HUECAS Process Scale CartridgesTM UFP-500-E-75 Diseño sanitario para aplicaciones de miles de litros de producción. Carcasa de acero inoxidable 316 L. Diseño compacto. ÁREA DE MEMBRANA 3.7 m2 CAPACIDAD + 500 L NMWC 500000 DIÁMETRO DE FIBRA 1 mm NÚMERO DE FIBRAS 1250 ALTURA 113 cm DIÁMETRO DE LUZ 7.6 cm VOLUMEN DE LUZ VACÍA 1170 mL CONEXIONES AL 1.5 in PERMEADO CONEXIONES AL 1.5 in FILTRADO FLUJO DE ALIMENTACIÓN 60 L/min 120 L/min PRESIÓN 5.2 psig TRANSMEMBRANAL 16 psig (agua, 20 °C) MATERIAL PVDF (Polifluoruro de vinilideno) Resistente a los ácidos minerales acuosos, álcalis y soluciones salinas. También son resistentes a la mayoría de los alcoholes e hidrocarburos alifáticos, así como, detergentes y aceites de hidrocarburos. Evitar: disolventes orgánicos polares como las cetonas, hidrocarburos clorados e hidrocarburos aromáticos.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

221

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) HOJA DE ESPECIFICACIÓN MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN D-212, D-230 Y 2-240 CARTUCHO DE FIBRAS HUECAS ProCellTM UFP-500-E-152-500K Diseño sanitario para aplicaciones de miles de litros de producción. Carcasa de acero inoxidable 316 L. Diseño compacto. ÁREA DE MEMBRANA 9 m2 CAPACIDAD + 500 L NMWC 500000 DIÁMETRO DE FIBRA 1 mm NÚMERO DE FIBRAS 5825 ALTURA 81 cm DIÁMETRO DE LUZ 16.8 cm CONEXIONES AL 1.5 in PERMEADO CONEXIONES AL 2 in FILTRADO FLUJO DE ALIMENTACIÓN 280 L/min 560 L/min PRESIÓN 3 psig TRANSMEMBRANAL 9 psig (agua, 20 °C) MATERIAL PVDF (Polifluoruro de vinilideno) Resistente a los ácidos minerales acuosos, álcalis y soluciones salinas. También son resistentes a la mayoría de los alcoholes e hidrocarburos alifáticos, así como, detergentes y aceites de hidrocarburos. Evitar: disolventes orgánicos polares como las cetonas, hidrocarburos clorados e hidrocarburos aromáticos.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

222

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.9.6

COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO

HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS Ficha Técnica de Diseño Equipo:

COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO

Diagrama del equipo

Modelo:

L120C

Código:

H-230

Material de Elaboración:

Acero inoxidable

Producto a trabajar:

HSAr concentrada

Tipo de conexiones:

Bridas

Medidores de:

Presión y temperatura

Trabajo:

Continuo

Funcionamiento:

Automático COSTOS

GE Healthcare

$ 16 822.3

Especificación

Valor

Unidades

Altura total

1.55

m

Ancho total

0.58

m

Tiempo de proceso

3

h

Volumen de operación

1.53

m3

Presión máxima de trabajo

7

bar

Eficiencia

80

%

Voltaje

230

volts

Peso

1100

kg

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

223

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS Ficha Técnica de Diseño Equipo:

COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO

Diagrama del equipo

Modelo:

L120C

Código:

H-240

Material de Elaboración:

Acero inoxidable

Producto a trabajar:

HSAr concentrada

Tipo de conexiones:

Bridas

Medidores de:

Presión y temperatura

Trabajo:

Continuo

Funcionamiento:

Automático COSTOS

Cole- Palmer

US$ 12 584.0

Especificación

Valor

Unidades

Altura total

1.50

m

Ancho total

0.45

m

Tiempo de proceso

3

h

Volumen de operación

1.53

m3

Presión máxima de trabajo

7

bar

Eficiencia

¿?

%

Voltaje

220

volts

Peso

¿?

kg

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

224

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS Ficha Técnica de Diseño Equipo:

COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO

Diagrama del equipo

Modelo:

L120C

Código:

H-220

Material de Elaboración:

Acero inoxidable

Producto a trabajar:

HSAr concentrada

Tipo de conexiones:

Bridas

Medidores de:

Presión y temperatura

Trabajo:

Continuo

Funcionamiento:

Automático COSTOS

CALGON

$ 20 767.4

Especificación

Valor

Unidades

Altura total

1.55

m

Ancho total

0.58

m

Tiempo de proceso

3

h

Volumen de operación

1.53

m3

Presión máxima de trabajo

7

bar

Eficiencia

80

%

Voltaje

230

volts

Peso

1100

kg

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

225

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.9.7

BOMBAS

NOMBRE USO MODELO SELLO FLUJO FLUIDO MATERIAL CAPACIDAD

Bomba centrífuga L-090 Enfriamiento del biorreactor M-090 3152MECW Mecánico 6 m3/h Agua de enfriamiento 10 °C Hierro fundido 1.5 HP

NPSHD

32 m

VOLTAJE

3 F, 240 V

PRECIO

$ 6,600.00

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN VALOR Largo 41.5 Ancho 24.0 Alto 32.1 Entrada 1 1/2 Salida 1 1/2

UNIDAD cm cm cm In in

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

226

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) NOMBRE USO SELLO FLUJO FLUIDO MATERIAL CAPACIDAD

Bomba centrífuga L-100-A Enfriamiento del biorreactor M-100 Mecánico 116 m3/h Agua de enfriamiento 10°C Hierro fundido 7.5 HP

NPSHD

34 m

VOLTAJE

3 F, 240 V

PRECIO

$ 12,030.00

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN VALOR Largo 57.9 Ancho 34.0 Alto 38.1 Entrada 5 Salida 4

UNIDAD cm cm cm In in

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

227

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) NOMBRE SELLO FLUJO FLUIDO MATERIAL CAPACIDAD

Bomba centrífuga L-100-B Mecánico 100 m3/h Medio de cultivo agotado Acero inoxidable 304 2 HP

NPSHD

19 m

VOLTAJE

3 F, 240 V

PRECIO

$ 28,600.00

ESPECIFICACIONES DIMENSIÓN VALOR Largo 59.3 Ancho 34.0 Alto 43.9 Diámetro en la 5 entrada Diámetro en la salida 4

UNIDAD cm cm cm In in

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

228

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.9.8

MOTORES

USO

MOTOR N-080 Proporcionar agitación al tanque F-080

MARCA NÚM. CAT. METERIAL VELOCIDAD PESO Potencia

P21G7403 Acero Y Hierro fundido 1765 rpm 197 lb 10 HP

VOLTAJE

230/460

AMPERES

24.6/12.3

FRECUENCIA

60 Hz

CORRIENTE

3F

FACTOR DE SERVICIO EFICIENCIA

1.15

FACTOR DE POTENCIA PRECIO

82.7

91.7

$ 1,420.00

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

229

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

USO

MOTOR N-110 Proporcionar agitación al tanque F-110

MARCA NÚM. CAT. METERIAL VELOCIDAD PESO Potencia

VEM3665T Acero Y Hierro fundido 1750 rpm 112 lb 5 HP

VOLTAJE

208-230/460

AMPERES

13.8-13/6.5

FRECUENCIA

60 Hz

CORRIENTE

3F

FACTOR DE SERVICIO EFICIENCIA

1.10

FACTOR DE POTENCIA PRECIO

80

90.2

$ 1,020.00

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

230

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

USO

MOTOR N-210 Proporcionar agitación al tanque F-210

MARCA NÚM. CAT. METERIAL VELOCIDAD PESO Potencia

VEM3665T Acero Y Hierro fundido 1750 rpm 112 lb 5 HP

VOLTAJE

208-230/460

AMPERES

13.8-13/6.5

FRECUENCIA

60 Hz

CORRIENTE

3F

FACTOR DE SERVICIO EFICIENCIA

1.10

FACTOR DE POTENCIA PRECIO

80

90.2

$ 1,020.00

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

231

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

USO

MOTOR N-221 Proporcionar agitación al tanque F-221

MARCA NÚM. CAT. METERIAL VELOCIDAD PESO Potencia

VL5004A Acero Y Hierro fundido 1725 rpm 36 lb 0.5 HP

VOLTAJE

115/208-230

AMPERES

7.4/3.9-3.7

FRECUENCIA

60 Hz

CORRIENTE

1F

FACTOR DE SERVICIO EFICIENCIA

1.00

FACTOR DE POTENCIA PRECIO

66

64

$ 695.00

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

232

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) MOTOR

USO

MOTOR N-231 Proporcionar agitación al tanque F-231

MARCA NÚM. CAT. METERIAL VELOCIDAD PESO Potencia

VL5004A Acero Y Hierro fundido 1725 rpm 36 lb 0.5 HP

VOLTAJE

115/208-230

AMPERES

7.4/3.9-3.7

FRECUENCIA

60 Hz

CORRIENTE

1F

FACTOR DE SERVICIO EFICIENCIA

1.00

FACTOR DE POTENCIA PRECIO

66

64

$ 695.00

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

233

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)

USO

MOTOR N-241 Proporcionar agitación al tanque F-241

MARCA NÚM. CAT. METERIAL VELOCIDAD PESO Potencia

L1203 Acero Y Hierro fundido 1725 rpm 19 lb 0.25 HP

VOLTAJE

115/230

AMPERES

4.4/2.2

FRECUENCIA

60 Hz

CORRIENTE

1F

FACTOR DE SERVICIO EFICIENCIA

1.35

FACTOR DE POTENCIA PRECIO

63

59.5

$ 238.00

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

234

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS Ficha Técnica de Diseño Equipo:

BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Diagrama del equipo

Modelo:

JFPD-035-15

Código:

L-231

Material:

Acero inoxidable 316

Producto a trabajar:

Buffer A,B,E, Agua.

Medidores de:

Presión y temperatura

Trabajo:

Continuo

Funcionamiento:

Automático COSTOS

Swagelok

US$

Especificación

Valor

Unidades

Altura total

186

mm

Ancho total

150

mm

Tiempo de proceso

3

h

Volumen de operación

0.200

m3

Presión máxima de trabajo

7

bar

Voltaje

220

volts

Peso

17

kg

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

235

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS Ficha Técnica de Diseño Equipo: Diagrama del equipo

BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO Modelo:

JFPD-035-15

Código:

L-232

Material de Elaboración:

Acero inoxidable 316

Producto a trabajar:

Buffer A,B,E, Agua.

Medidores de:

Presión y temperatura

Trabajo:

Continuo

Funcionamiento:

Automático COSTOS

Cole-Palmer

US$ 369

Especificación

Valor

Unidades

Altura total

186

mm

Ancho total

150

mm

Tiempo de proceso

0.5

h

Volumen de operación

0.20

m3

Presión máxima de trabajo

6

bar

Voltaje

115

volts

Peso

7.8

kg

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

236

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS Ficha Técnica de Diseño Equipo:

BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Diagrama del equipo

Modelo:

AccuLobe™ Multi-lobe

Código:

L-232

Material de Elaboración:

Acero inoxidable 316

Producto a trabajar:

Buffer E,C, Agua.

Medidores de:

Presión y temperatura

Trabajo:

Continuo

Funcionamiento:

Automático COSTOS

Viking pump

Especificación

Valor

Unidades

Altura total

150

mm

Ancho total

114

mm

Tiempo de proceso

0.5

h

Volumen de operación

0.20

m3

Presión máxima de trabajo

7

bar

Voltaje

115

volts

Peso

9.5

kg

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

237

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.10

HOJAS DE ESPECIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS Y VÁLVULAS

4.10.1 CODOS

HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE ACCESORIOS Ficha Técnica de Diseño Accesorio: Diagrama del equipo

CODOS Modelo:

Estándar

Material de Elaboración:

Acero inoxidable

Características del material:

316L electro pulido

Producto a trabajar:

Caldo fermentado

Tipo de conexiones:

Bridas

COSTOS GRACIDA

$368.oo

CONSTRUMATICA

$1040.00

LAROX

$560.00

Especificación

Valor

Unidades

Tamaño

1.5

in

Peso

0.3

kg

Temperatura de trabajo

3-250

°C

Presión máxima

10

atm

Valor de la A

0.07

m

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

238

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.10.2 VÁLVULAS

HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE ACCESORIOS Ficha Técnica de Diseño Accesorio: Diagrama del equipo

VÁLVULA AUTOMATICA DE MARIPOSA Modelo:

Keystone 250

Material de Elaboración:

Acero inoxidable

Características del material:

316L electro pulido

Producto a trabajar:

Caldo fermentado

Tipo de conexiones:

Bridas

Mide:

Presión, temperatura y flujo

Trabajo:

Continuo

Funcionamiento:

Automático

Actuador :

Serie 257

Cabeza de control:

Serie 783

COSTOS GRACIDA

$28800.oo

CONSTRUMATICA

$32000.00

LAROX

$40000.00

Especificación

Valor

Unidades

Tamaño

1.5

in

Peso de válvula

0.8

kg

Peso de actuador

1.2

kg

Temperatura de trabajo

5-100

°C

Presión máxima

10

atm

Ancho de la válvula

0.07

m

Altura de toda la válvula

0.3

m

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

239

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) e

NOMBRE DEL EQUIPO: Válvula de Globo CARACTERISTICA CIERRE TOTAL MATERIAL ACERO CEDULA 304 INOXIDABLE MARCA KTM PRECIO

24.51 ε

TAMAÑOS

½”- 8”

RANGO DE TEMPERATURA

100:1

-20°F – 518°F

HOJA DE ESPECIFICACION DE VÁLVULA DE 1” OCUPADO COMO ACCESORIO PARA ENFRIAR EL BIORREACTOR M-100 VÁLVULA DE COMPUERTA MATERIAL Acero al carbón FLUIDO Agua de enfriamiento a 10°C FLUJO 6 m/s MARCA PESO

DIMENSION DIÁMETRO ALTURA LARGO

ESPECIFICACIONES VALOR 1” 41 20

18 kg

UNIDAD in cm cm

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

240

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) HOJA DE ESPECIFICACION DE VÁLVULA DE 5” OCUPADO COMO ACCESORIO EN BIORREACTOR M100

VÁLVULA DE COMPUERTA MATERIAL Acero inoxidable 316 FLUIDO Medio de cultivo MARCA PESO

DIMENSION DIÁMETRO ALTURA LARGO

ESPECIFICACIONES VALOR 5” 75 40

105 kg

UNIDAD in cm cm

HOJA DE ESPECIFICACION DE VÁLVULA DE 5” OCUPADO COMO ACCESORIO PARA ENFRIAR EL BIORREACTOR M-100 VÁLVULA DE COMPUERTA MATERIAL Acero al carbón FLUIDO Agua de enfriamiento a 10°C MARCA PESO

DIMENSION DIÁMETRO ALTURA LARGO

ESPECIFICACIONES VALOR 5” 75 40

95 kg

UNIDAD in cm cm

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

241

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS Ficha Técnica de Diseño Equipo:

VALVULA DE DIAFRAGMA 1 ¼ “

Diagrama del equipo

Modelo:

AD16DYMATRYX

Material de Elaboración:

Acero inoxidable

Producto a trabajar:

HSAr concentrada

Medidores de:

Presión

Trabajo:

Continuo

Funcionamiento:

Automático

COSTOS ASAHI AV

US$

Especificación

Valor

Unidades

Altura total

161

mm

Ancho total

65

mm

Presión máxima de trabajo

5

bar

Peso

¿?

kg

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

242

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS Ficha Técnica de Diseño Equipo:

VALVULA DE DIAFRAGMA 1 ¼”

Diagrama del equipo

Modelo:

Gemu 687

Material de Elaboración:

Acero inoxidable

Producto a trabajar:

HSAr concentrada

Medidores de:

Presión

Trabajo:

Continuo

Funcionamiento:

Automático

COSTOS GEMÜ

US$

Especificación

Valor

Unidades

Altura total

153

mm

Ancho total

59

mm

Presión máxima de trabajo

5-6

bar

Peso

¿?

kg

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

243

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 4.10.3 ACTUADORES HOJA DE ESPECIFICACION DE ACTUADORES

e

NOMBRE DEL EQUIPO: ACTUADOR ELÉCTRICO CARACTERÍSTICA CONTROL NEUMÁTICO MATERIAL ACERO AL PLASTICO CARBÓN MARCA KTM PRECIO

52.30 ε

RANGO DE AMPERAJE VOLTAJE

4-20mA

Hasta 15 psi

12-24 VDC

120-575VAC

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO

244

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 5

INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES

5.1 5.1.1

ÁREA DE SERVICIOS AUXILIARES REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS E INSUMOS

Los requerimientos de servicios ya se han calculado con anterioridad en el apartado 4.4 Memoria de cálculo del balance de materia y calor del proceso, incluyendo la cantidad de gas que se requiere, mientras que el insumo de electricidad se han calculado a partir de la potencia que se requiere para que cada equipo funcione y se desglosan de una mejor manera en el apartado de servicios auxiliares del estudio de prefactibilidad económica. Tabla 48. Requerimientos e insumos de los servicios auxiliares.

REQUERIMIENTOS REQUERIMIENTO INSUMOS Agua 28.57 m3/día

5.1.2

Vapor

7,569 kg/h

Aire

85 m3/min

Gas Natural

710 m3/h

Electricidad

554 kW/h

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

Estos se han presentado anteriormente en el apartado 4.4 balance de materia y energía que se deben proporcionar en el proceso pero que también involucran la cantidad de agua y calor que se requieren para mantener a una cierta temperatura los equipos.

DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES

245

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) 5.1.3 5.1.3.1

MOMORIA DE CÁLCULO DE LOS EQUIPOS MÓDULOS DE OSMOSIS INVERSA

El equipo de osmosis inversa (OI) se usará para reducir la cantidad de sales del agua potable que viene de la red comercial para que se use como agua de proceso en la planta. No es necesario que se le dé un tratamiento de esterilización o eliminación de m.o. ya que no es necesario, porque por ejemplo el agua que se usará para hacer el medio de cultivo vendrá del tratamiento con OI pero aún así se esterilizará el medio. Composición de agua potable según la NOM-127-SSA1-1994 para los límites máximos permisibles. Tabla 49. Componentes y concentraciones máximas de sales en el agua potable basados en la NOM-127-SSA1-1994.

Componente

Concentración (mg/L)

Cianuro (como CN-)

0.07

Cloruros (como Cl-)

250.00

Dureza total (como CaCO3)

500.00

Fluoruros (como F-) Nitratos (como NO3-)

1.50 10.00

Nitrito (como NO2-)

0.05

Nitrógeno amoniacal (como N)

0.50

Sodio

200.00

Sulfatos (como SO4=)

400.00

La ecuación para calcular el flux del proceso es: 𝐽 = 𝐿𝑝 ∆𝑃 − 𝜍∆𝜋

Donde: Lp = Coeficiente de permeabilidad ΔP = Presión de alimentación Π = Presión osmótica y DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES

246

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) ς = Coeficiente de rechazo (99.9%)

Para calcular Π se necesita la siguiente ecuación 𝜋=

𝑛 ∙ 𝑅𝑇 𝑉

Donde: N = número de moles totales (kg mol) V = volumen del disolvente (m3) R = Constate de los gases (82.05x10-3 atm*m3/kg mol K) T= Temperatura (K)

Condiciones que se deben considerar para tratar el agua 3

Volumen total a trata es de:

Vop := 220m

Temperatura de operación del proceso:

Top := 285.15K 

Volumen que queda al final del proceso:

Vconc := 20 m

3

Constante de los gases

3 - 5 m  atm

Rgas := 8.205710 

Constante de los gases:



mol K

Concentración de las sales: CN := 0.07 F := 1.5

mg L

mg L

mg SO4 := 400 L

Cl := 250 NO3 NO2

mg

L mg := 10 L mg := 0.05 L

mg NH4 := 0.5 L mg CaCO3 := 500 L Na := 200

mg L

gm Suma := CN + Cl + CaCO3 + F + NO3 + NO2 + SO4 + NH4 + Na = 1.362 L

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247

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) Presión osmótica de CN

Presión Osmótica de Cl

gm PMCN := 26 mol

gm PMCl := 35.453 mol

CNtot := CN Vop = 0.015kg

Cltot := ClVop = 55kg

nCN :=

CN :=

CNtot PMCN

nCN Vconc

= 0.592mol

Cltot

nCl :=

 Rgas  Top = 70.214Pa 

3

= 1.551 10 mol

PMCl

Cl :=

nCl Vconc

 Rgas  Top = 183.902kPa 

Presión osmótica de CaCO3

Presión Osmótica de F

gm PMCaCO3 := 100.1 mol

gm PMF := 19 mol

CaCO3.tot := CaCO3Vop = 110kg

Ftot := FVop = 0.33kg

CaCO3.tot 3 nCaCO3 := = 1.099 10 mol PMCaCO3

nF :=

Pero son dos iones cuando se disocia en agua entonces: 3

F :=

Ftot PMF

= 17.368mol

nF Vconc

 Rgas  Top = 2.059kPa 

nCaC O3tot := 2 nCaC O3 = 2.198 10 mol

CaCO3 :=

nCaCO3tot Vconc

 Rgas  Top = 260.534kPa 

Presión osmótica de NO3

Presión Osmótica de NO2

gm PMNO3 := 62 mol

gm PMNO2 := 46 mol

NO3.tot := NO3Vop = 2.2kg

NO2.tot := NO2Vop = 0.011kg

NO3.tot nNO3 := = 35.484mol PMNO3

NO2.tot nNO2 := = 0.239mol PMNO2

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248

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) nNO3 NO3 :=  Rgas  Top = 4.206kPa  Vconc

nNO2 NO2 :=  Rgas  Top = 0.028kPa  Vconc

Presión osmótica de SO4

Presión Osmótica de NH4

gm PMSO4 := 96 mol

gm PMNH2 := 18 mol

SO4.tot := SO4Vop = 88kg

NH4.tot := NH4Vop = 0.11kg

SO4.tot nSO4 := = 916.667mol PMSO4

NH4.tot nNH4 := = 6.111mol PMNH2

nSO4 SO4 :=  Rgas  Top = 108.664kPa  Vconc

nNH4 NH4 :=  Rgas  Top = 0.724kPa  Vconc

Presión osmótica de Na gm PMNa := 23 mol

Natot := Na  Vop = 44kg nNa :=

Na :=

Natot PMNa

nNa Vconc

3

= 1.913 10 mol

 Rgas  Top = 226.778kPa 

Presión osmótica total P := CN + Cl + CaCO3 + F + NO3 + NO2 + SO4 + NH4 + Na = 7.767atm 

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249

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) La ecuación para calcular el flux del proceso es: J=ks ln (Cw/Cb) Pero como vamos a concentrar la solución y el flux al principio es diferente que al final del proceso tenemos que el flux a ocupar se calcula de la siguiente forma: Jav=Jcf+0.33(Jci-Jcf) Donde: ks=Coeficiente de transferencia de masa Cw=Concentración en la pared de la membrana Cb=Concentración en la solución Jcf=Flux del filtrado al final de la concentración Jci=Flux del filtrado al inicio de la concentración

Para calcular ks se deben ocupar las correlaciones:

Sh=(ks*dn)/D Sc=μ/(ρ*D) Sh=A(Re)α (Sc)β (dn/L)ω Re=(dn*v*ρ)/μ

Donde:

Re = número de Reynolds Dn = diámetro hidráulico de la membrana D = Difusividad del soluto L = Longitud de la membrana o módulo Sc = Número de Schmidt

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250

FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA) μ = viscosidad de la solución v = velocidad ρ = densidad de la solución

Si el régimen es laminar o Re