• Author / Uploaded
• Renzo Acevedo Cano

Citation preview

PLANTA DE PRODUCCION DE ACETONA PROCESO POR DESHIDROGENACION DEL ALCOHOL ISOPROPILICO The prevalent process for the production of acetone is as a by-product of the manufacture of phenol. Benzene is alkylated to cumene, which is further oxidized to cumene hydroperoxide and finally cleaved to yield phenol and acetone. However, the process shown in Figure B.10.1 and discussed here uses isopropyl alcohol (IPA) as the raw material. This is a viable commercial alternative, and a few plants continue to operate using this process. The primary advantage of this process is that the acetone produced is free from trace aromatic compounds, particularly benzene. For this reason, acetone produced from IPA may be favored by the pharmaceutical industry due to the very tight restrictions placed on solvents by the Food and Drug Administration (FDA). The reaction to produce acetone from IPA is as follows. El proceso predominante para la producción de acetona es como un subproducto de la fabricación de fenol. El benceno se alquila a cumeno, que se oxida adicionalmente a hidroperóxido de cumeno y finalmente se escinde para producir fenol y acetona. Sin embargo, el proceso que se muestra en la Figura B.10.1 y que se discute aquí utiliza alcohol isopropílico (IPA) como materia prima. Esta es una alternativa comercial viable, y algunas plantas continúan operando usando este proceso. La principal ventaja de este proceso es que la acetona producida está libre de compuestos aromáticos traza, particularmente benceno. Por esta razón, la acetona producida a partir de IPA puede ser favorecida por la industria farmacéutica debido a las restricciones muy estrictas impuestas a los solventes por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA). La reacción para producir acetona a partir de IPA es la siguiente. (CH3)2CHOH → (CH3)2CO + H2 Figura 1 Producción de acetona a partir de alcohol isopropílico PFD

1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Referring to Figure B.10.1, an azeotropic mixture of isopropyl alcohol and water (88 wt% IPA) is fed into a surge vessel (V-1101), where it is mixed with the recycled unreacted IPA/water mixture, Stream 14. This material is then pumped and vaporized prior to entering the reactor. Heat is provided for the endothermic reaction using a circulating stream of molten salt, Stream 4. The reactor effluent, containing acetone, hydrogen, water, and unreacted IPA, is cooled in two exchangers prior to entering the phase separator (V-1102). The vapor leaving the separator is scrubbed with water to recover additional acetone, and then this liquid is combined with the liquid from the separator and sent to the separations section. Two towers are used to separate the acetone product (99.9 mole %) and to remove the excess water from the unused IPA, which is then recycled back to the front end of the process as an azeotropic mixture. Stream summaries, preliminary equipment and utility summaries are given in Tables B.10.1, B.10.2 and B.10.3, respectively. Con referencia a la Figura 1, una mezcla azeotrópica de alcohol isopropílico y agua (88% en peso de IPA) se alimenta a un recipiente de compensación (V-1101), donde se mezcla con la mezcla reciclada de IPA / agua sin reaccionar, Corriente 14. Esto Luego, el material se bombea y se vaporiza antes de ingresar al reactor. Se proporciona calor para la reacción endotérmica utilizando una corriente circulante de sal fundida, Corriente 4. El efluente del reactor, que contiene acetona, hidrógeno, agua e IPA sin reaccionar, se enfría en dos intercambiadores antes de ingresar al separador de fase (V-1102). El vapor que sale del separador se lava con agua para recuperar acetona adicional, y luego este líquido se combina con el líquido del separador y se envía a la sección de separaciones. Se utilizan dos torres para separar el producto de acetona (99,9% en moles) y eliminar el exceso de agua del IPA no utilizado, que luego se recicla de nuevo al extremo frontal del proceso como una mezcla azeotrópica. En las Tablas 1, 2 y 3, respectivamente, se presentan los resúmenes de flujo, el equipo preliminar y los resúmenes de utilidad.

Tabla 1 Flujos para el proceso de acetona en la Figura 1

Tabla 2 Resumen del equipo preliminar para el proceso de acetona

Tabla 3 Resumen de utilidad para el proceso de acetona

2. SIMULACIÓN EN CHEMCAD

3. EVALUACION DEL PROYECTO Ante la oportunidad de una inversión, la principal pregunta que el inversor se realiza es ¿Es el proyecto rentable?, por ello a partir de los datos obtenidos en la simulación en CHEMCAD se estimará la inversión fija y la rentabilidad de la planta de obtención de acetona, todo esto se detallará en los siguientes cuadros: Cuadro 1: Capacidad. CUADRO 1 Capacidad Instalada Dia/Año Horas/Año

INV FIJA

1000 TM/Año 330 dias 8000 horas

699016.72

Cuadro 2: Proforma de ventas y producción. CUADRO 2 Año 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025

Uso de la Capacidad 75% 80% 90% 95% 100% 100% 100% 100%

Produccion

Ventas (M$)

750000 800000 900000 950000 1000000 1000000 1000000 1000000

PRECIO DE VENTA

4.1

3075000 3280000 3690000 3895000 4100000 4100000 4100000 4100000 $/kg

Cuadro 3: Plan de inversión y financiamiento. CUADRO 3 Concepto

Invers. Total

Inv fija Cap trabajo Int Pre-Oper TOTAL

699016.72 197000 27000 923016.72

Aporte Propio

Crédito

499016.72 200000 197000 27000 526016.72 397000

Cuadro 4: Estructura de costo variable unitario. CUADRO 4 Relac. Precio Unidad Consumo Insumo CVU($/Ton) Kg 1.4325 0.4 0.573 Kg 0.63 0.38 0.24 Kw 0.6 0.3 0.18 Gal 0.6 0.5 0.3 1.293

Material e Insumo Alcohol Isopropilico Catalizadores Energia Electrica Combustible Costo de Manufactura Gastos de Ventas (5% de precio de venta) Total de Costos Variables Unitarios

0.205 1.353

Cuadro 5: Costos fijos operativos. CUADRO 5 Concepto Planillas Otros gastos Depreciacion Amortizacion Tot Costo fijo (DESEMBOLSABLE)

mensual N°meses anual 14000 14 196000 14000 12 168000 104444 21000 364000

Tot Costo Fijo operativo (1ros 5)

489444

Tot Costo Fijo operativo (ult años)

468444

Cuadro 6: Capital de trabajo estructural. CUADRO 6 Base de Operación: Inversion Fija n Produccion 1er Año Para 2 meses de produccion Para cubrir costo variable Para cubrir costo fijos

2 meses 500000 83000 6 6 semestre 100000 x 0.75 = 75000 ton/año (75000/11) x 2 = 13636 Ton 1353 $/ton x 13.6 = 184.5 m$ (75000/12) x 2 = 12.5 m$ 197 m$

Cuadro 7: Crédito. MONTO: 200000

semestral 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

cap adeudado 100000 200000 200000 200000 200000 167000 134000 101000 68000 35000 0

I:

18% liq sem

interes principal

serv deuda

9000 18000 18000 18000 18000 15030 12060 9090 6120 3150

9000 18000 18000 18000 51000 48030 45060 42090 39120 38150

33000 33000 33000 33000 33000 35000

0.09 liq

cuadro 7 cap adeudado

197000 197000 197000 148000 99000 50000 0

Cuadro 8: Crédito de Capital de trabajo. CUADRO 8 GASTOS FINANCIEROS 1° AÑO: 35730 + 35730 2°AÑO: 35730 + 28350 3°AÑO: 20970 + 13590 4°AÑO: 6120 + 3150 MONTO: INTERES: PAGOS:

71460 64080 34560 9270 197000 18% LIQ SEMESTRAL 6 Sem + 2 gracia

Cuadro 9: Calculo del punto de equilibrio. CUADRO 9 BASE: Hc %Hc Donde: ℎ𝑐 =

1 AÑO OPERACIÓN 178.174008 TM/AÑO 0.0178174 % de la cap. Instalada

𝐶𝐹 𝑃 − 𝐶𝑉𝑈

%ℎ𝑐 =

ℎ𝑐 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑

CF= costo fijo operativo P= precio ponderado CVU: costo variable unitario.

Tiempo:

10 semestres

interes principal

serv deuda

Inter TOTAL

Princ TOTAL

17730 17730 17730 13320 8910 4500

17730 17730 66730 62320 57910 54500

35730 35730 35730 28350 20970 13590 6120 3150

82000 82000 82000 83000 33000 35000

49000 49000 49000 50000

Cuadro 10: Estructura del costo total del producto. CUADRO 10 1) Costo manufactura 1°año Tot. cost. Fijo/ Prod. tot. 1 año costo variable: 2) Gastos administrativos costo variable costo fijo 3) Gastos ventas costo variable costo fijo 4) Gastos financieros Costo total produccion

0.0624592 1.293

0 0.04

0.2 0 0.07146 1.5554592 $/Kg

Cuadro 11: Estado de ganancias y pérdidas. CUADRO 11 3°AÑO 4°AÑO 900000 950000 3690000 3895000

1°AÑO 2°AÑO 5°AÑO 6°AÑO 7°AÑO Producción 750000 800000 1000000 100000 100000 Ventas 3075000 3280000 4100000 4100000 4100000 TOTAL COSTOS Costo variable 1014750 1082400 1217700 1285350 1353000 135300 135300 Costo fijo 489444 489444 489444 489444 489444 489444 489444 G. Financieros 71460 64080 34560 9270 TOTAL 1575654 1635924 1741704 1784064 1842444 624744 624744 UAI 1499346 1644076 1948296 2110936 2257556 3475256 3475256 Imp. Penta 0.3 449803.8 493222.8 584488.8 633280.8 677266.8 1042576.8 1042576.8 Utilidad Neta 1049542.2 1150853.2 1363807.2 1477655.2 1580289.2 2432679.2 2432679.2 5041857.8 PROMEDIO 504185.78 𝑅𝑂𝐼 = ∑𝑛𝑖

𝑈𝑁⁄ 𝑛 𝐼

, donde: UN= utilidad neta, n= periodos, I= inversión.

RETORNO SOBRE LA INVERSION

ROI

54.6237

Costo de Adquisición de Equipos

Equipos

Costo de Adquisición

Bomba centrífuga

4759.97

Intercambiador de Calor

11993.2

Reactor

52250

Intercambiador de Calor

3461.1

Intercambiador de Calor

12831.6

Separador

12610

Torre de Lavado

5735.03

Torre de Destilación

500390

Bomba centrífuga

4509.52

Torre de Destilación

90476.3

Total

699016.72

Rubro

Equipo adquirido y entregado Instalación de Equipo adquirido Instrumentación y controles Cañerías y tuberías Instalaciones Eléctricas Obras Civiles Mejoras de Terreno Instalaciones de Servicios Costo Directo total de la Planta Costos Indirectos Ingeniería y Supervisión Gastos de Construcción Total de Costos Directos e indirectos Honorarios del Contratista Eventuales Inversiones de Capital Fijo Capital de Trabajo Inversión total de Capital

% del Costo de Equipo Adquirido

Costos ($)

100 47 18 66 11 18 5 70 340

2376656.85

33 41

230675.518 286596.855

414 15 40 468 80 548

699016.72 328537.858 125823.01 461351.035 76891.8392 125823.01 34950.836 489311.704

2893929.22 104852.508 279606.688 3271398.25 559213.376 3830611.63