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PROYECTO DE TESIS
INDICE
I. GENERALIDADES ……………………………………………………………….1
1. TÍTULO..........................................................................................................12. PERSONAL INVESTIGADOR.......................................................................1
2.1. AUTOR....................................................................................................12.2. ASESOR..................................................................................................1
3. TIPO DE INVESTIGACIÓN............................................................................14. REGIMEN DE INVESTIGACION
5. LOCALIDAD E INSTITUCIÓN DONDE SE EJECUTARÁ EL PROYECTO. .16. DEPARTAMENTO Y SECCIÓN A LA QUE PERTENECE …………………….1
7. DURACIÓN DEL PROYECTO.......................................................................28. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES...…………………………………………...2
II. PLAN DE INVESTIGACIÓN ………………………………………………………3
1. INTRODUCCION ……………………………………………………………………3
2. MARCO TEÓRICO.........................................................................................52.2 DEFINICIONES...........................................................................................52.3 PROCESOS DE PRODUCCION DEL ETANOL..........................................62.4 PRINCIPALES VENTAJAS EN LA UTILIZACION DE TAMICES
MOLECULARES EN LA OBTENCION DEL ALCOHOL ANHIDRO……………9
2.5 PRODUCTIVIDAD ESPERADA SEGÚN LAS MATERIAS PRIMAS UTILIZADAS....................................................................................................11
2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA...........................163. DEFINICIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA................................17
3.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA......................................................174. HIPÓTESIS DE TRABAJO..........................................................................175. OBJETIVOS.................................................................................................176. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN....................................................................18
6.1 Material de Estudio................................................................................186.2 Métodos y Técnicas...............................................................................18
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................18
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PROYECTO DE TESIS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROYECTO DE TESIS
I. GENERALIDADES
1. Titulo
Diseño de una planta para la obtención de alcohol anhidro a través de
tamices moleculares a partir de etanol en Casa Grande - la libertad.
2. Personal investigador
2.1Autores
Oscar Aredo Rubio
Consuelo Avila Quezada
2.2 Asesor
ING. Walter Moreno Eustaquio
Profesor de la facultad de ingeniería química
3. Tipo de investigación
3.1 De acuerdo con los objetivos: aplicada
3.2 De acuerdo a la técnica de contrastación: teórico-experimental
4. Régimen de investigación: libre
5. Localidad e institución donde se ejecutará el proyecto:
Casa Grande – La Libertad
6. Departamento y sección a la que pertenece
Departamento : Ingeniería Química
Sección : Operaciones Unitarias
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7. Duración del proyecto
1 año
8. Cronograma de actividades
Recopilación de información bibliográfica 02 meses
Elaboración y selección de instrumentos 03 meses
Recolección de datos 02 meses
Análisis de resultados 03 meses
Redacción del informe 02 meses
TOTAL 12 meses
II. PLAN DE INVESTIGACION
1. INTRODUCCION
Actualmente el biocombustible más importante es el etanol, producto 100%
renovable obtenido a partir de cultivos bioenergéticos y biomasa. El etanol
carburante es utilizado para oxigenar la gasolina, permitiendo una mejor
oxidación de los hidrocarburos y reduciendo las emisiones de monóxido de
carbono, compuestos aromáticos y compuestos orgánicos volátiles a la
atmósfera (1).
El uso de alcohol etílico como combustible no genera una emisión neta de CO2
sobre el ambiente debido a que el CO2 producido en los motores durante la
combustión y durante el proceso de obtención del etanol, es nuevamente fijado
por la biomasa mediante el proceso de fotosíntesis.
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El proceso de obtención de etanol a partir de caña de azúcar comprende la
extracción del jugo de caña (rico en azúcares) y su acondicionamiento para
hacerlo más asimilable por las levaduras durante la fermentación. Del caldo
resultante de la fermentación debe separarse la biomasa, para dar paso a la
concentración del etanol mediante diferentes operaciones unitarias y a su posterior
deshidratación, forma en que es utilizado como aditivo oxigenante.
SEPARACION
TRATAMIENTO
DE EFLUENTES
Fig.N° 1. Esquema para la producción de etanol carburante a partir de caña de
azúcar.
2. MARCO TEORICO
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SEPARACION
TRATAMIENTO DE EFLUENTES
FERMENTACION
EXTRACCION Y CLARIFICACION
EXTRACCION CON FLUIDOS SUPERCRITICOS
DESTILACION SALINA
TAMICES MOLECULARES
DESTILACION EXTRACTIVA
DESTILACION AZEOTROPICA
DESTILACION AL VACIO
F. SIMPLE
F. CON PERVAPORACIO
F. CON MEMBRAN
LAGUNAS DE TRATAMIENTO
FILTROS POR GOTEO
UASB
CONCENTRACION E
EXTRACCION Y CLARIFICACION
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2.1 DEFINICIONES
Alcohol combustible: este término se refiere al alcohol etílico para uso
exclusivo de equipos o vehículos motorizados (2). Las combinaciones del EA
(etanol anhidro), como aditivo para la gasolina, reciben los siguientes
nombres:
a. E5: Mezcla de la gasolina sin plomo tetraetílico (PTE) con 5% de EA,
b. Gasohol (E10): Mezcla que contiene 90% de gasolina sin PTE y 10% de
EA y
c. Alconafta (E15): Mezcla que contiene 85% de gasolina sin PTE y
15% de EA.
En este trabajo, el alcohol etílico deshidratado es considerado como el EA y
también es el usado como aditivo para la gasolina (alcohol combustible).
tamiz molecular: Los tamices moleculares son materiales granulares rígidos
de forma esférica o cilíndrica elaborados a partir de aluminosilicatos de
potasio.
La adsorción de agua empleando tamices moleculares ha sido la tecnología
que más se ha desarrollado en los últimos años en la industria del alcohol
carburante para deshidratar el etanol y que ha venido reemplazando a la
destilación azeotrópica.
2.2 PROCESO DE PRODUCCION DEL ETANOL
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El etanol rectificado (95° GL) es precalentado en un intercambiador, que utiliza
como fluido de calentamiento, etanol anhidro vaporizado (obtenido por el fondo del
tamiz), luego de ser sometido a este precalentamiento pasa a un tanque flash
donde se vaporiza con ayuda de vapor a baja presión (20 psig), para luego
ingresar a un segundo intercambiador donde se sobrecalienta haciendo uso de
vapor de presión media (55 psig), para finalmente hacer su ingreso por la parte
superior a los tamices, aquí las moléculas de agua quedan adheridas, mientras
que el etanol atraviesa el tamiz y sale por el fondo, con una composición de
99.9°GL, adoptando así el nombre de etanol anhidro.
Los tamices trabajan en forma cíclica y alternada, es decir mientras uno
deshidrata, el otro regenera, durando pocos minutos el cambio de funcionalidad.
La regeneración tiene como finalidad remover el agua que queda adherida en los
tamices, para esto se utiliza una fracción del etanol anhidro obtenido por el fondo
del tamiz (que esta deshidratando), este etanol anhidro ingresa por la base del
tamiz y sale por el tope del mismo arrastrando consigo el agua que estuvo
adherida, para esta operación hacemos uso de un alto vacio el que facilita el
ascenso de los vapores alcohólicos que salen por la parte superior arrastrando el
agua, esta mezcla rica en agua es condensada y posteriormente precalentada en
otro intercambiador que también utiliza el producto vaporizado como medio de
calentamiento, finalmente es enviada a una columna de regeneración provista de
un reboiler (que también utiliza el producto vaporizado como medio calefactor),
aquí en la columna se concentra hasta alcanzar la composición de etanol
rectificado para luego retornar al vaporizador, mientras que el agua es eliminada
por los fondos con una concentración inferior a 500ppp de etanol.
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Por su parte el etanol anhidro obtenido se condensa y enfría a lo largo de su
trayectoria, para finalmente ser almacenado.
DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO PRODUCTIVO DE ETANOL ANHIDRO.
Fig. N°2. Etapas en la producción de etanol anhidro.
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Figura N° 3. Etapa De Deshidratación Con Tamices Moleculares Capacidad: 300
000 L/d. Eficiencia de deshidratación: 99.5 %.
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2.3 PRINCIPALES VENTAJAS EN LA UTILIZACION DE TAMICES
MOLECULARES EN LA OBTENCION DEL ALCOHOL ANHIDRO.
Ambientales
El etanol, al ser un oxigenante de las gasolinas, mejora su octanaje de manera
considerable, lo que contribuye a la reducción de la contaminación y a reducir los
gases causantes del efecto invernadero.
Al ser un aditivo oxigenante, el etanol también remplaza a aditivos nocivos para
la salud humana, como el plomo y el MTBE, los cuales han causado el
incrementado de porcentaje de personas afectadas por cáncer (MTBE) y la
disminución de capacidades mentales, especialmente en niños (plomo).
Fig. N°3, Ciclo del carbono y el impacto ambiental
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Energéticas Al ser renovable y producido localmente, el etanol permite
disminuir la dependencia del petróleo, lo que mejora la seguridad energetica
de nuestro país, esto es aun más importante para los para nuestro país
debido a que no somos potencia en producción de petróleo.
Tabla N°1 balance energético caña de azúcar.
PRODUCCION DE ETANOL TIENE LOS SIGUIENTES INDICADORES
Energia producida 567.900kcal/t de caña de azucar
Energía utilizada 50.7002 kcal/t de caña de azucar
Energía producida/energia utilizada 11.2 (3)
UNA PLANTA DE 300KL/DIA RESULTA EN:
Generación total 16.414 kW
Consumos propios 6.414 kW
Exportación a la red 10.000kW
Económicas
Aumenta el valor de productos agrícolas de los que procede (caña de azúcar)
mejorando así los ingresos de los habitantes rurales y, por ende, elevando su nivel
de vida.
El etanol actúa como un anticongelante en los motores, mejorando el
arranque del motor en frio y previniendo el congelamiento.
El octanaje del etanol puro es de 113 y se quema mejor a altas compresiones que
la gasolina, por lo que da más poder a los motores.
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Fig.N° 4. Evaluación agroindustrial a partir de una destilería de etanol
2.4 PRODUCTIVIDAD ESPERADA SEGÚN LAS MATERIAS PRIMAS
UTILIZADAS
Análisis de la demanda
Demanda actual en el mercado interno.
Teniendo como punto de partida la ley 28054 “Ley de Promoción del Mercado
de Biocombustibles”, que nos dice que a partir de este se tendrá que utilizar
Gasohol como combustible (92% gasolina y 7.8% de etanol anhidro), se
presenta la proyección de la demanda de etanol anhidro en el Perú, tal como lo
muestra la tabla 2.
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Tabla. N°2. Proyección de la demanda de etanol anhidro en litros.
Fuente: Petroperú, presentación sobre Biocombustibles en el
Seminario ‘’Desarrollo de cultivos alternativos’’, 2007.
Atendiendo al cuadro anterior, se tiene que este 2010 se tendrá una demanda de
85.4 millones de litros lo que equivale a 234 000 L/d y si bien es cierto es una
demanda inferior a la oferta que se tendría con los 300 000L/d. que ofrece el
proyecto, existe un gran mercado externo insatisfecho.
También es oportuno mencionar que la demanda interna irá creciendo
paulatinamente en la medida que vaya aumentando el porcentaje de mezcla del
etanol anhidro en la gasolina, ya que la tendencia es sustituir totalmente el parque
automotor como lo ha hecho el país vecino de Brasil.
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Demanda actual en el mercado interno.
La demanda de etanol carburante viene creciendo aceleradamente en los últimos
años, según estudios, en este año (2010) se tiene déficit ya que la demanda es
101,000 millones de litros ante una oferta esperada de 88,000 millones de litros,
esta situación se deberá tomar en cuenta por parte de COAZUCAR ya que supone
un gran mercado insatisfecho.
Análisis de la oferta.
Oferta actual en el mercado interno.
La oferta de alcohol anhidro, esta recién en crecimiento, teniendo como único
productor a la Destilería Caña Brava, ubicada en Piura perteneciente al grupo
Romero, con una producción actual de 300 000 L/día.
Oferta actual en el mercado externo.
A nivel mundial EE.UU y Brasil aparecen como los principales productores de
etanol, seguidos por la China.
Tabla N° 3. Principales productores del etanol
Proyección de la demanda:
Demanda potencial interna.
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Refiriéndonos a la tabla N°2, se tiene que la demanda tiene un leve decaimiento,
debido básicamente a la paulatina inserción de combustibles fósiles gaseosos
(GLP y GNL, etc.).
Demanda potencial externa.
Tabla N°4: Proyección de la demanda de etanol anhidro (millones de galones).
Fuente: Maximixe, 2007.
Proyección de la oferta:
Proyección de la oferta potencial interna.
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Actualmente existen una serie de empresas que están apostando por el etanol, tal
Como lo muestra la tabla 5.
Tabla N°5. Empresas a nivel nacional que están invirtiendo en Etanol.
EMPRESA CULTIVO ZONAHECTÁREA
S
INVERSIÓ
N
(MILL $)
Grupo RomeroCaña de
Azúcar
Piura (valle de
Chira)7000 40,0
Maple EtanolCaña de
Azúcar
Piura (valle de
Chira)10600 32,0
CayaltíCaña de
AzúcarLambayeque 90000 90,0
Casagrande y
Cartavio
Caña de
AzúcarLa Libertad 30000
Tumám Sorgo Dulce Lambayeque 30000
Grupo
Manuelita
Caña de
AzúcarLa Libertad 34000
Fuente:( Gestión, El Comercio, Correo.)
Proyección de la oferta potencial externa:
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Para el 2015 se producirán 162,000 millones de litros de etanol en el mundo, lo
que significa un crecimiento de 191% si se compara con la producción.
3. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION DEL PROBLEMA
El calentamiento global y agotamiento progresivo del petróleo, insta a buscar
nuevas fuentes de energía, en este contexto y buscando ampliar la sostenibilidad
de los sistemas energéticos, las fuentes renovables de energía vienen
incrementando su participación en el suministro de combustibles, en particular
mediante la introducción del etanol en mezclas con la gasolina.
Por su parte Perú ostenta el record mundial en rendimiento de tonelada de
caña por hectárea, también cuenta con potencial en sembríos como la caña de
azúcar, canola, higuerilla, sorgo, camote, entre otros, así mismo potencial
hidroeléctrico, solar y de biomasa.
Por último se tiene la ley 28054 “Ley de promoción del mercado de
biocombustibles” (4) que promueve dicho mercado y nos dice que a partir del 01
de Enero del 2010 el Gasohol será de uso obligatorio en todo el país y
reemplazara a todas las gasolinas motor.
Dentro de este contexto las mezclas de etanol anhidro y gasolina pueden ser
utilizadas como combustibles disminuyendo así la contaminación ambiental y
mejorando el índice de octano de las gasolinas. Así también, el etanol anhidro se
utiliza ampliamente en la industria química; como materia prima en la síntesis de
esteres, éteres y como solvente en la producción de pinturas, cosméticos,
aerosoles, perfumería, medicina y alimentos entre otros.
Por lo que se cree conveniente la instalación de la planta de etanol anhidro.
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4. DEFINICIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Se puede producir alcohol anhidro a través de tamices moleculares a partir
de etanol, en casa grande la libertad?
5. HIPOTESIS DEL TRABAJO
Si se puede producir alcohol anhidro a través de tamices moleculares a partir
de etanol, en Casa Grande- La Libertad, con la finalidad de mitigar la
contaminación ambiental.
6. OBJETIVOS
6.1objetivo general
Obtener alcohol anhidro a través de tamices moleculares para mitigar
la polución ambiental.
6.2objetivos específicos
Hacer un estudio de mercado.
Hacer un estudio económico de rentabilidad de la planta.
Evaluación de los equipos de proceso de operación para la
producción de alcohol anhidro.
Escoger un programa de simulación adecuado, para el diseño del
proceso.
7. DISEÑO DE INVESTIGACION
7.1Materiales de estudio
7.2Métodos y técnicas
8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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1. CASANOVA J. (2008). Red temática: Utilización de Combustibles
Alternativos en Motores Térmicos. Módulo 1. Universidad Nacional de
ingenieria:Lima.
2. INDECOPI. (2005). Alcohol etílico, Norma Técnica Peruana
211.020:2003: Bebidas alcohólicas. Lima, Perú. Págs.: 6-8.
3. Net Emissions for the Sugar Cane to Ethanol Cycle C&T Brasil.
Comparado con el maíz, es 8,3 veces superior.
4. Congreso de la República,”Ley de promoción del mercado de
biocombustibles”, Ley N° 28054, Lima-Perú, 2008.
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