descripcion proceso mvc planta ana maria campos
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planta de monocloruro de vinilo de la planta ana maria campos en Venezuela.TRANSCRIPT
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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERA DIVISIN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERA QUMICA
PROPUESTA DE MEJORAS AL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE
UNA PLANTA DE MONOCLORURO DE VINILO
Trabajo Especial de Grado presentado ante la
Ilustre Universidad del Zulia para optar al Grado Acadmico de:
ESPECIALISTA EN INGENIERA QUMICA
Autor: Ing. Geisibell Andreina Castillo Villalobos
Tutor: M.Sc. Charles Gutirrez
Co-Tutor: M.Sc. Yadira Lpez
Maracaibo, noviembre de 2012
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Castillo Villalobos, Geisibell Andreina. Propuesta de mejoras al sistema de
tratamiento de efluentes de una planta de monocloruro de vinilo. (2012) Trabajo Especial de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniera. Divisin de
Postgrado. Maracaibo. Venezuela, 83 p. Tutor: M.Sc. Charles Gutirrez
RESUMEN
El sistema de tratamiento de efluentes de agua residual de la planta de Monocloruro de Vinilo (MVC) en estudio, presenta problemas de corrosin, ineficiencia de equipos
y taponamiento de los mismos, debido a la inoperatividad de los intercambiadores instalados actualmente. El objetivo principal de esta investigacin es el de proponer
mejoras al sistema de tratamiento de efluentes de agua residual de la planta de MVC. Para tal fin, se determin la eficiencia operativa de los intercambiadores
disponibles en la planta de Policloruro de Vinilo (PVC), para ser instalados en el sistema de tratamiento de efluentes de agua residual. Adicionalmente, se realizar la evaluacin de una columna disponible en otra planta (C-73) para determinar la
factibilidad de ser instalada en el sistema en sustitucin de la columna despojadora actualmente en operacin denominada C-61. El trabajo incluye un anlisis
econmico de las mejoras propuestas. Se utiliz el programa de simulacin de
procesos comercial Aspen Plus, para evaluar la operatividad de los equipos tanto en condiciones de diseo como de operacin. Los resultados indican que es factible
realizar la instalacin de los dos intercambiadores en espiral denominados TT-B0201 y TT-B0202 en sustitucin de los intercambiadores de placas llamados E-63 y E-64. De igual manera, se evalo la columna C-73 arrojando resultados satisfactorios, por
lo que se puede reemplazar la columna despojadora C-61. Adicionalmente, se llevaron a cabo varios anlisis de sensibilidad en donde se logr disminuir el
consumo de vapor, generando un ahorro del 34% mensual. Tambin, se lograr reducir los costos por consumos de servicios de vacuum e hidrojet en un 75% por jornada de trabajo de doce (12) horas. Todas las propuestas realizadas
incrementarn la confiabilidad y la continuidad operacional del sistema de tratamiento de efluentes.
Palabras Claves: Monocloruro de Vinilo, Efluentes, Intercambiador, Columna y Simulacin.
Correo electrnico del autor: [email protected]
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Castillo Villalobos, Geisibell Andreina. Proposed improvements to the wastewater
treatment system of a vinyl chloride monomer plant. (2012) Trabajo Especial de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniera. Divisin de Postgrado.
Maracaibo. Venezuela, 83 p. Tutor: M.Sc. Charles Gutirrez
ABSTRACT
The wastewater treatment system of waste water from the vinyl chloride monomer plant (MVC) under consideration presents problems of corrosion of equipment and
clogging inefficiency thereof, due to the ineffectiveness of currently installed exchangers. The main objective of this research is to propose improvements to the treatment system effluent wastewater plant MVC. To this end, we investigated the
operating efficiency of the plant exchangers in polyvinyl chloride (PVC), to be installed in the wastewater treatment system of wastewater. Additionally, an
assessment made available in other plant column (C-73) to determine the feasibility of the system is installed in replacement of the stripping column operation currently
called C-61. The work includes an economic analysis of the proposed improvements.
We used the simulation program Aspen Plus business processes, to evaluate the operation of the equipment under both design and operation. The results indicate
that it is feasible to install the two exchangers of known spiral TT-B0201 and TT-B0202 replacing the known plate heat exchangers E-63 and E-64. Similarly, we assessed the C-73 column yielding satisfactory results, which can replace the
stripping column C-61. Additionally, we conducted several sensitivity analyzes where possible to reduce steam consumption, generating savings of 34% monthly.
Also, should help reduce costs by consumption of vacuum and water jet services by 75% per working day of twelve (12) hours. All the proposals will increase the reliability and operational continuity of the effluent treatment system.
Key Words: Vinyl Chloride Monomer, Effluent, Exchanger, Column and Simulation.
Authors e-mail: [email protected]
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DEDICATORIA
A mi hijo Andrs David, para que te sientas orgulloso de tu mam y sea para ti un
ejemplo a seguir. Te Amo
A mi madre Tauly, por su apoyo incondicional, amor, comprensin y ser fuente de
inspiracin para crecer en la vida.
A mi padre Gerardo, por su enseanza, amor, educacin; eres y sers fuente de
motivacin en mis deseos de continuar mis estudios y ser alguien en la vida.
A mi esposo Carmelo, por estar conmigo en aquellos momentos en que el estudio y
el trabajo ocuparon mi tiempo y esfuerzo.
A mis hermanos Gerardo y Geisabeth, quienes de alguna u otra forma contribuyeron
en esta meta alcanzada.
A mi abuela mama Ira, por sus consejos y amor; aunque no ests conmigo
fsicamente, siempre te recordare y este logro tambin es para ti.
A mi ta Ana Riquilda y su hijo, por toda la colaboracin y el amor que me han dado
siempre.
A todos mis amigos y compaeros de estudio, con quienes compart grandes
experiencias y vivencias en esta etapa de mi vida.
A mis compaeros del programa Ni un Kilo ms por mi Salud por apoyarme.
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AGRADECIMIENTOS
A Dios, por darme la fe, fortaleza, salud y esperanza de cumplir la meta trazada a
nivel profesional y personal.
A todos mis amigos y compaeros de trabajo.
A mis tutores Prof. Charles Gutirrez y Profa. Yadira Lpez por sus asesoras, su
apoyo incondicional y sus buenos consejos.
A todos mis compaeros de clases por siempre estar juntos en las buenas y malas,
apoyndonos de manera incondicional.
A mi amigo Jerly Cardozo por su apoyo incondicional su colaboracin en la
realizacin de esta investigacin.
A mi amiga Karina Antnez, por su apoyo incondicional y por motivarme para
cumplir las metas trazadas.
A todos los profesores y personas que directa o indirectamente han colaborado en la
culminacin de la Especializacin en Ingeniera Qumica.
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TABLA DE CONTENIDO
Pgina.
RESUMEN.. 3
ABSTRACT 4
DEDICATORIA.. 5
AGRADECIMIENTO. 6
TABLA DE CONTENIDO.......... 7
LISTA DE TABLAS.. 9
LISTA DE FIGURAS.. 11
INTRODUCCIN.. 12
CAPTULO I
MARCO TERICO... 15
1.1. Descripcin del proceso de una planta de monocloruro de
Vinilo.
15
1.2. Descripcin del sistema de tratamiento de efluentes.. 17
1.3. Descripcin de la unidad de incineracin 25
1.4. Antecedentes. 26
1.5. Simulador de Procesos.. 30
CAPTULO II
MARCO METODOLGICO. 31
2.1. Recopilacin de la informacin... 31
2.1.1. Situacin actual del sistema. 31
2.1.2. Caracterizacin de las corrientes de operacin. 32
2.2. Construccin del modelo de simulacin.. 33
2.3. Seleccin del modelo termodinmico... 34
2.4. Validacin del modelo en condiciones de diseo.... 37
2.5. Simulacin de la columna C-73 propuesta para el sistema... 38
2.6. Simulacin del sistema propuesto en condiciones de operacin. 39
2.7. Anlisis econmico... 40
CAPTULO III
RESULTADOS Y ANLISIS DE LOS RESULTADOS.. 41
3.1. Seleccin del modelo termodinmico... 41
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3.2. Simulacin de la columna C-73 propuesta para el sistema... 46
3.3. Simulacin del sistema propuesto en condiciones de operacin... 50
3.4. Anlisis de sensibilidad.... 55
3.5. Anlisis econmico... 59
CONCLUSIONES.. 61
RECOMENDACIONES 63
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.. 64
ANEXOS
A. Puntos de muestreo.. 66
B. Balance por componente del Sistema de Tratamiento de Efluentes... 69
C. Inspeccin del intercambiador en espiral TT-B0201 / TT-B0202... 75
D. Inspeccin de la columna despojadora C-61 79
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LISTA DE TABLAS
Tabla Pgina.
1 Unidades de produccin de una Planta de MVC.. 15
2 Valores de diseo de las corrientes en los puntos de
muestreo. 23
3 Equipos que conforman el Sistema de Tratamiento de Efluentes. 24
4 Especificaciones de diseo de la columna C-73.. 26
5 Equipos que conforman el modelo de simulacin (volumen de
control). 33
6 Especificaciones de diseo de los equipos que conforman el modelo de
simulacin.. 35
7 Precios referenciales para el anlisis econmico de las
propuestas. 40
8 Comparacin de los resultados obtenidos por el simulador y los
especificados por diseo. 42
9 Resultados de la corriente de efluentes de la columna despojadora
C-61... 43
10 Resultados de las corrientes calientes del intercambiador E-64 45
11 Resultados de las corrientes fras del intercambiador E-64.................. 45
12 Comparacin de las condiciones de diseo y operacin de las columnas
C-61/73. 47
13 Resultados de la corriente de tope de la columna C-73.. 48
14 Resultados de la corriente de fondo de la columna C-73... 48
15 Promedio de los resultados obtenidos de la caracterizacin
fsico-qumica..... 50
16 Comparacin de los datos de diseo de los intercambiadores TT-B0201
y E-63. 50
17 Resultados de los datos de operacin del intercambiador E-63... 52
18 Comparacin de los datos de diseo de los intercambiadores TT-B0202
y E-64. 53
19 Resultados de los datos de operacin del intercambiador E-63. 53
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20 Resultados de la simulacin de la C-73 dentro del volumen de
control...
54
21 Variacin del flujo de vapor contra contenido de EDC en el fondo de la
C-73... 56
22 Variacin del flujo de vapor contra contenido de EDC en el fondo de la
C-73. 57
23 Variacin del flujo de agua de enfriamiento con respecto a la
temperatura de salida del efluente final sin el intercambiador
E-63. 58
24 Estimado de costo por servicios de vacuum e
hidrojet.. 59
25 Estimados de costos de la instalacin del intercambiador de calor en
espiral TT-B0201/B0202... 60
26 Costo total por alternativas.................... 60
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LISTA DE FIGURAS
Figura Pgina.
1 Diagrama general del proceso de produccin de una Planta de
MVC. 16
2 Diagrama del sistema de tratamiento de
efluentes. 19
3 Diagrama del sistema a simular como volumen de
control.. 34
4 Seleccin de modelos termodinmicos por la naturaleza y
composicin de la mezcla... 37
5 Seleccin de modelos termodinmicos por rango de
presin. 38
6 Diagrama de la columna despojadora C-61 en el simulador Aspen
Plus.... 41
7 Perfil de temperatura de la columna despojadora C-61 en el simulador
Aspen Plus. 43
8 Diagrama del volumen de control en el simulador Aspen
Plus. 44
9 Diagrama de la columna C-73 en el simulador Aspen
Plus. 46
10 Perfil de temperatura de la columna C-73 en el simulador Aspen
Plus. 49
11 Diagrama de la columna C-73 dentro del volumen de
control.. 54
12 Perfil de temperatura de la columna C-73 en condiciones de
operacin... 55
13 Diagrama del volumen de control sin el intercambiador
E-63... 57
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INTRODUCCIN
En el Complejo Petroqumico Ana Mara Campos se encuentra ubicada la planta de
Monocloruro de Vinilo denominada MVC II la cual est diseada para producir 130
mil toneladas mtricas de MVC, utilizando como materia prima etileno y cloro
provenientes de las plantas de Olefinas y Cloro Soda, respectivamente; las cuales
tambin estn dentro de dicho complejo.
Toda planta de produccin debe procesar los efluentes para evitar la contaminacin
del medio ambiente, por lo que la planta de MVC II cuenta con la unidad de
tratamiento de efluentes de agua residual, identificada como Unidad 60. Est unidad
est diseada para tratar el agua residual proveniente de las unidades de
incineracin, craqueo, purificacin de 1,2-dicloroetano (EDC) y monocloruro de
vinilo; ademas de la unidad de almacenamiento de producto denominada Unidad
81. El agua contiene partculas slidas como coque, trazas de catalizador
proveniente del oxireactor, partculas slidas provenientes de la limpieza de equipos
como intercambiadores, rehervidores, columnas en paradas programadas y no
programadas de planta. Adems, incluye el agua proveniente del sistema de drenaje
de la planta. La finalidad de esta unidad consiste en remover estos slidos y los
compuestos organoclorados presentes en la corriente antes de ser enviados al
sistema de tratamiento de efluentes central del Complejo Petroqumico Ana Mara
Campos.
Actualmente el sistema de tratamiento de efluentes, a pesar de las mejoras que han
sido planteadas y realizadas, contina presentando problemas de corrosin y
taponamiento de equipos. Especialmente la columna despojadora (C-61), presenta
taponamientos debido a la presencia de sales, slidos y catalizador, adems de
problemas de corrosin en tuercas, arandelas y los internos de la columna. Los
problemas presentados en dicho sistema han incrementado significativamente los
costos de produccin del Monocloruro de Vinilo debido a:
a) El uso continuo de camiones de achique, ya que los efluentes se encuentran
fuera de especificacin.
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b) El envo de aguas contaminadas a las piscinas de neutralizacin de la planta de
efluentes central, en donde se deben tratar antes de disponer de las mismas, con el
consiguiente aumento en el consumo de aditivos para lograr que el agua entre en
especificacin.
c) La limpieza mensual con hidrojet de los intercambiadores de placas por
ensuciamiento continuo, para evitar que los efluentes sean descargados a
temperaturas mayores a la especificada por diseo (45C).
El objetivo de este trabajo es el de proponer mejoras al sistema de tratamiento de
efluentes de agua residual de una planta de monocloruro de vinilo, con el fin de
disminuir los costos por mantenimiento de equipos (limpieza, reemplazo de
accesorios, entre otros), y cumplir con las especificaciones solicitadas por la planta
de tratamiento de efluentes centrales, respondiendo a la Ley del Medio Ambiente.
Con tal propsito, se evaluar:
a) La eficiencia operativa de los intercambiadores disponibles en la planta de
policloruro de vinilo como posibles sustitutos de los existentes en el sistema de
tratamiento de efluentes de agua residual.
b) La hidrulica de una columna (C-73) para determinar la factibilidad de ser
instalada en el sistema, como reemplazo de la columna despojadora actualmente en
operacin (C-61). Se investigar distintos escenarios y se determinar la
factibilidad tcnica y econmica para el reemplazo de los diferentes equipos.
Toda la evaluacin se realizar a travs del simulador comercial Aspen Plus con la
finalidad de contrastar rpidamente las diferentes alternativas a travs del
comportamiento de las variables y de esta manera mejorar los procesos existentes,
a travs de la determinacin de las condiciones ptimas de operacin.
Este trabajo consta de tres captulos, el primero muestra el marco terico,
conformado por los antecedentes, descripcin del proceso de una planta de MVC, la
descripcin del sistema de tratamiento de efluentes y las bases tericas de los
simuladores de procesos, en especfico del simulador Aspen Plus. El segundo
captulo es el Marco Metodolgico, en donde se exponen los pasos a seguir para el
desarrollo de este trabajo, a travs de la recopilacin de la informacin,
-
construccin del modelo de simulacin, caracterizacin de las corrientes, validacin
de la simulacin, entre otros. En el tercer captulo, se presentan los resultados y el
anlisis de los mismos y por ltimo, las conclusiones y recomendaciones en funcin
de los resultados obtenidos, respectivamente.
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CAPTULO I
MARCO TERICO
1.1. Descripcin del proceso de una planta de monocloruro de vinilo
La planta MVC II conforma la Unidad de Negocios de Olefinas y Plsticos del
Complejo Petroqumico Ana Mara Campos, la cual inici sus operaciones en el ao
1992. La misma tiene como finalidad la produccin del monocloruro de vinilo, el cual
sirve de materia prima para la produccin del Policloruro de Vinilo. Tiene una
capacidad de produccin de 130 MTMA, utilizando como materia prima el etileno y
cloro, proveniente de las Plantas de Olefinas y Cloro soda respectivamente, ambas
ubicadas dentro del Complejo.
Existen diversas unidades de produccin que conforman la Planta MVC II, las cuales
se muestran en la Tabla 1 y Figura 1.
Tabla 1. Unidades de produccin de una Planta de MVC
Unidad Descripcin
10 Cloracin Directa
20 Oxiclorinacin
30 Purificacin de EDC
40 Craqueo del EDC
50 Purificacin de MVC
60 Tratamiento de Efluentes
70 Incineracin
80 Almacenamiento
En la unidad de cloracin directa, se forma el 1,2 dicloroetano mediante la reaccin
exotrmica de cloro y el etileno en fase gaseosa en un reactor en medio de EDC
lquido, utilizando cloruro frrico como catalizador.
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16
La reaccin principal que se lleva a cabo es la siguiente:
Cl2 + C2H4 C2H4Cl2 + Calor (1)
OXICLORINACIN
UNIDAD 20
PURIFICACIN
DE EDC
UNIDAD 30
CRAQUEO
DE EDC
UNIDAD 40
PURIFICACIN
DE MVC
UNIDAD 50
CLORACIN
DIRECTA
UNIDAD 10
INICINERACIN
UNIDAD 70
TRATAMIENTO
DE EFLUENTES
UNIDAD 60
ALMACENAMIENTO
UNIDAD 80
OXIGENO
ETILENO
CLORO
EDC
EDC EDC
EDC
MVC
HCl MVC
RECICLO EDC
AGUA DE
DESECHO
HCl
HCl
SUBPRODUCTO
LIQUIDO
AGUA DE
DESECHO
EFLUENTES
CENTRAL
PLANTA
PVC
Figura 1. Diagrama general del proceso de produccin de una Planta de MVC
Adems, ocurren otras reacciones secundarias que generan subproductos tales
como 1,1,2-tricloroetano, cloruro de etilo; 1,1-dicloroetano y tetracloroetano, as
como otros compuestos clorados pesados.
Por su parte, la unidad de Oxiclorinacin est diseada para producir EDC mediante
la reaccin exotrmica del etileno (C2H4) con cloruro de hidrgeno (HCl) y oxgeno
(O2). La reaccin se lleva a cabo en un reactor de lecho cataltico fluidizado, que
utiliza como catalizador cloruro cprico soportado en almina siendo la principal
reaccin:
2HCl + C2H4 + 1/2O2 C2H4Cl2 + H2O + Calor (2)
CuCl2/Almina
FeCl3
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17
El EDC producido es enviado a la unidad de purificacin, con el objeto de eliminar
las impurezas presentes y obtener un EDC con las especificaciones requeridas en la
unidad de craqueo. Esto se realiza a travs de un tren de columnas de destilacin.
Una vez purificado el EDC, se alimenta al horno de craqueo (unidad de craqueo)
donde por efecto de la temperatura (descomposicin trmica) de 490 a 500 C se
produce el monocloruro de vinilo y el cloruro de hidrgeno, mediante la siguiente
reaccin:
C2H4Cl2 C2H3Cl + HCl (3)
La corriente de salida del horno, que contiene MVC, HCl y el EDC no convertido se
enva a la unidad de Purificacin de MVC, en la cual a travs de un tren de
columnas de destilacin se obtiene un MVC con 99,98 % de pureza. De esta rea se
obtienen tres productos; el MVC que se enva al rea de almacenamiento para luego
ser despachado a la planta de PVC, el HCl que alimenta a la unidad de oxiclorinacin
y el EDC no convertido que se enva a la unidad de Cloracin, especficamente
cloracin de benceno y cloropreno, para as facilitar su separacin en el tren de
purificacin de EDC.
La planta de MVC cuenta con un sistema de incineracin, en el cual se queman los
subproductos lquidos generados en el proceso y las corrientes de venteo gaseosas
provenientes de diversos puntos de la planta. Asimismo, cuenta con un sistema de
tratamiento de efluentes, resaltado en la Figura 1; en el cual se remueven el EDC,
el MVC y los slidos que pueden estar presentes en los efluentes, adems del
control de pH para enviar el efluente dentro de los parmetros de especificacin a la
planta central de tratamiento de efluentes del Complejo Petroqumico Ana Mara
Campos.
1.2. Descripcin del sistema de tratamiento de efluentes
La Unidad de tratamiento de efluentes fue diseada para manejar las aguas de
Calor
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18
desecho procedentes de las unidades de produccin de EDC y MVC, as como las
aguas vertidas o de rebose, derrame de agua contaminada en el piso y sistema de
alcantarilla de aguas contaminadas del proceso, con el fin de remover el EDC y MVC
de los efluentes antes de descargarlos a la planta central de tratamiento de
efluentes. Al agua de desecho final se le realiza un control de pH con el fin de
mantenerlo en un rango de valores de control entre 7 y 9. Esta unidad consta de
una columna despojadora de desechos, que se alimenta con el agua provista de
hidrocarburos clorados, principalmente EDC. (Ver Figura 2)
El sistema de tratamiento de efluentes consta de las siguientes secciones:
1.2.1. Neutralizacin
Las corrientes cidas del fondo de la columna de enfriamiento y absorcin C-21 y de
la descarga de la bomba P-22 A/S de la seccin de oxiclorinacin, entran al tambor
de precipitacin D-61, para separar los slidos en suspensin presentes;
posteriormente, se unen en el mezclador esttico N-61 con las corrientes cidas del
sistema de lavado del EDC de reciclo procedentes del clorador de benceno D-51, la
corriente de agua de purga de la columna de enfriamiento sbito C-71 y el fondo
de la columna C-74 del sistema de incineracin. Debido a la acidez de estas
corrientes, se requiere de un sistema de neutralizacin para mantener valores
confiables de pH entre 6,5 y 7,5 antes de alimentarlas a la columna despojadora de
hidrocarburos clorados C-61.
Desde el mezclador esttico N-61, las aguas residuales pasan al tambor de
neutralizacin D-62 el cual posee un sistema de control de pH en dos etapas. En la
primera etapa, se dosifica soda custica (NaOH) como regulador de pH, para
obtener valores entre 4,5 y 5,5, en la corriente de entrada al D-62. La segunda
etapa consiste en un compensador de control de pH, el cual utiliza dosificacin de
NaOH en la tubera de reciclo de la bomba P-61 A/S del tambor D-62 para proveer
un control confiable del pH final entre valores 6,5 y 7,5. La corriente de fondo del
tambor de neutralizacin D-62 con un valor de pH mayor a 6 se enva como
alimentacin a la columna despojadora C-61; adicionalmente, el sistema tiene
instalado un desvo automtico de esta corriente hacia la piscina de neutralizacin 1
que se activa cuando el pH es menor que 6.
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19
Fig
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1.2.2. Almacenaje de aguas de desecho contaminadas
Piscina de neutralizacin No. 1
La piscina para almacenamiento de aguas residuales se dise para colectar y
mezclar las aguas contaminadas no procesadas. Se provee agitacin mediante el
mezclador N-62 con el fin de mantener los slidos suspendidos dispersos, evitar la
separacin de fases y garantizar un buen control de pH.
Las corrientes que se colectan en esta piscina son aguas residuales procedentes de
la columna de seguridad C-55, aguas residuales provenientes de las columnas de
lavado C-74 y de enfriamiento sbito C-71 del sistema de incineracin y aguas
residuales vertidas o derramadas en el pavimento de las reas de procesos a travs
de la bomba P-39 (Unidades 10, 20, 30 y 50), bomba P-47 (Unidad 40), bomba P-
79 (Unidad 70) y bomba P-814 (Unidad 80).
La piscina No. 1 est provista de una bomba (P-64), que posee una corriente de
reciclo a la piscina. Tambin, se controla el pH mediante la dosificacin de una
solucin acuosa de soda custica a una concentracin que oscila entre 10 y 15 % en
peso en la corriente de descarga de la bomba, para obtener un pH entre 6 y 7. En
esta corriente se ha instalado un sistema de desvo automtico con vlvulas, la cual
se activa cuando el pH se encuentra por debajo del valor predeterminado, cierra la
vlvula de alimentacin a la piscina No. 2 y abre la vlvula para retornar la corriente
a la piscina No. 1.
Piscina No. 2
En caso de inundacin de la piscina No. 1, las aguas residuales se envan hacia la
piscina No. 2 mediante la bomba P-61 la cual se coloca en servicio para prevenir
el desborde hacia la estacin norte de efluentes. Asimismo, puede pasar desde la
piscina No. 1, hacia la piscina No. 2 por vasos comunicantes. Esta piscina est
equipada con un sistema de control de pH con un agitador N-63 y dosificacin de
soda custica en la tubera de descarga de las bombas P-63 A/S, con el fin de
ajustar el valor de pH entre 6,5 y 7,5. Se requiere que el pH est en este rango en
la alimentacin a la columna despojadora de hidrocarburos clorados C-61 para
-
21
controlar la corrosin y aumentar el factor de servicio del sistema. Las aguas
pueden enviarse a la columna C-61 mediante la bomba P-63 A/S; en esta corriente
est instalado un sistema de desvo automtico con vlvulas, el cual se activa
cuando el pH se encuentra por debajo del valor predeterminado.
1.2.3. Despojamiento con vapor
La columna despojadora de hidrocarburos clorados C-61, es una columna con 20
platos perforados cuya funcin es separar el EDC y otros productos clorados de las
aguas de proceso y las aguas de lluvia contaminadas mediante la utilizacin de
vapor en forma directa para su recuperacin y reciclo al proceso. Las alimentaciones
a la columna C-61 son las siguientes:
1. Descarga de la bomba P-63 A/S de las piscinas de neutralizacin de alimentacin
a la columna C-61.
2. Descarga de la bomba P-33 A/S del tambor de reflujo de la columna principal del
sistema de purificacin de EDC.
3. Descarga de la bomba P-61 A/S del tambor de neutralizacin D-62.
La corriente procedente de la piscina de neutralizacin se une con la corriente del
tambor de reflujo de la columna principal del sistema de purificacin de EDC y se
precalienta en el intercambiador de placas E-63. Posteriormente, se mezcla con la
corriente de fondo del tambor de neutralizacin D-62. Las aguas residuales
combinadas alimentan al plato de tope de la columna despojadora C-61. El calor
requerido para el eficiente despojamiento de los hidrocarburos clorados en la
columna C-61, se suministra mediante la inyeccin directa de vapor en el fondo de
la columna, con una relacin de 0,1 kg de vapor/kg de aguas residuales de
alimentacin.
Los hidrocarburos clorados y el vapor de despojamiento se condensan en el
intercambiador de tope E-61 y se acumulan en el tambor de condensados D-68
donde se retornan al tambor de EDC crudo (D-23) de la unidad 20 del proceso por
medio de la bomba P-66 A/S. Los gases no condensados presentes en el D-68 se
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22
condensan parcialmente en el intercambiador E-62, la presin en este tambor se
controla mediante la PIC-6209, el cual, enva los gases incondensables al sistema de
incineracin (unidad 70).
La temperatura en el tope de la columna C-61 debe mantenerse entre 100 y 103
C. Esta temperatura se mantiene mediante el controlador de relacin de flujo de
vapor/flujo de alimentacin total FFIC-6201. Adicionalmente, el sistema de
despojamiento de aguas residuales est equipado con un tambor de vaporizacin
parcial D-63 para la recuperacin del calor. Este tambor D-63, se dise como un
separador de vapor lquido donde la energa de la corriente del fondo de la columna
C-61 se recupera mediante la reduccin de presin a travs del eyector A-61, la
temperatura y la presin bajan de 110 C y 0,9 barg a 93 C y 0,8 barg.
El lquido remanente en el tambor D-63 se bombea al precalentador de placas E-63
con la bomba P-62 A/S, posteriormente, pasa por el enfriador de placas E-64 donde
se enfra hasta 45 C antes de entrar a la seccin de concentracin de lodos, como
se observa en la Figura 2. Esta corriente contiene pequeas cantidades de
hidrxidos metlicos y cloruros.
1.2.4. Seccin de concentracin de lodos
Despus de neutralizar y despojar los hidrocarburos clorados de las aguas de
desecho de la planta, esta corriente pasa al agitador y concentrador de lodos S-61.
Este equipo tiene instalado un agitador de rotacin lenta N-65 en la cmara de
floculacin para mejorar la floculacin de las partculas de hidrxido de hierro y
otros slidos suspendidos.
En el tambor D-66 se separa la solucin de sulfito de sodio al 2 % la cual se dosifica
a la corriente de entrada al concentrador de lodos S-61 mediante las bombas P-61
A/S.
La coagulacin para garantizar una eficiente floculacin y sedimentacin, se propicia
por la adicin del polielectrolito el cual neutraliza las cargas elctricas de los
microflculos de hidrxido de hierro. Esta solucin se prepara en el tambor D-64,
por dilucin con agua de servicio hasta una concentracin de 0,1 % y
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23
homogeneizada mediante el agitador N-67. Seguidamente, la solucin se dosifica a
la corriente de entrada al concentrador S-61 mediante las bombas (P-67 A/S).
Los flculos se separan en el concentrador de lodos S-61. En este equipo, varias
lminas paralelas de plstico proporcionan una gran rea superficial, que favorecen
la precipitacin de los slidos. El flujo de rebose se enva al tambor D-65, desde el
cual las aguas de desecho tratadas se bombean al lmite de batera. El valor del pH
se monitorea mediante un analizador en lnea. Los slidos precipitados se colectan
en el cono del concentrador de lodos una vez por da.
Una bomba P-69 A/S especial para lodos descarga el lodo acumulado en el cono
hacia el filtro prensa S-62 y el agua del filtrado se enva a la corriente de salida del
concentrador de lodos. Para un eficiente secado se requiere de una presin de 15
bar.
La torta obtenida en el filtro prensa se remueve hacia los tambores especiales para
lodo. En este equipo no se especifica si se utilizar transporte local. La
concentracin de slidos es de alrededor de 35 %.
En la Tabla 2 se muestran los valores de diseo correspondiente a los puntos de
muestreo establecidos.
Tabla 2. Valores de diseo de las corrientes en los puntos de muestreo
Puntos de muestreo EDC (%)
MVC (%)
NaCl (%)
Agua (%)
Descarga P-601 A/S 0,4 0 1 98,6
Descarga P-603 A/S 1,1 0 0 98,9
Efluente final 0 0 0,7 99,3
El sistema de tratamiento de efluentes est conformado por diseo de los equipos
que se muestran en la Tabla 3.
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Tabla 3. Equipos que conforman el Sistema de Tratamiento de Efluentes
Nomenclatura Descripcin
A-61 Eyector de vapor N-61 Mezclador esttico A-62 Tambor eductor de neutralizacin
C-61 Columna despojadora de hidrocarburos clorador de las aguas de desechos
D-61 Tambor de sedimentacin D-62 Tambor de neutralizacin
D-63 Tambor de separacin rpida (lquido-vapor)
D-64 Tambor de floculacin D-65 Tambor colector de efluentes tratado D-66 Tambor para preparacin del sulfato de sodio D-67 Tambor colector de drenaje
D-68 Recipiente colector del condensado de la corriente de
tope de la columna despojadora
E-61 Condensador de la corriente de tope de la columna despojadora
E-62 Condensador del venteo de no condensado en el E-61
E-63 Intercambiador de calor para las corrientes de fondo y
alimentacin de la columna despojadora
E-64 Enfriador de la corriente de fondo de la columna despojadora para poder ser alimentada al floculador
P-61 A/S Bomba para alimentacin a la despojadora desde el D-61
P-62 A/S Bomba para descarga de la corriente de fondo de la despojadora desde el D-63
P-63 A/S Bomba para alimentacin a la columna despojadora desde la piscina No. 2
P-65 A/S Bomba para descarga de aguas de desecho desde el
tambor D-62
P-66 A/S Bomba para transferencia del hidrocarburo clorados recuperador desde el tambor D-68
P-67 A/S Bomba para dosificacin
P-68 A/S Bomba para descarga de aguas de desecho.
P-69 A/S Bomba para descarga de lodos a recuperar desde el concetrador S-61
P-610 A/S Bomba para dosificacin de sulfito de sodio P-611 Bomba de agua temporal
P-612 Bomba para transferencia de la piscina No. 1 a la piscina No. 2
S-61 Concentrador de lodos S-62 Filtro prensa
-
25
1.3. Descripcin de la unidad de incineracin
El diseo de la unidad de incineracin tiene por objetivo principal limitar la emisin
de hidrocarburos clorados hacia el ambiente, cumpliendo de esta manera con las
disposiciones emitidas por el Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales
Renovables (M.A.R.N.R).
La unidad de incineracin tiene como propsito disponer de los venteos continuos
de desecho del proceso y de los discontinuos (por ejemplo, los provenientes de los
tanque de almacenamiento y de la parada de quipos) que contengan hidrocarburos
clorados. Esto se obtiene mediante destruccin por oxidacin de los hidrocarburos
clorados a CO2, H2O y HCl.
Las corrientes de alimentacin a la unidad de incineracin son los venteos
provenientes de la unidad de cloracin directa (R-11/2), oxiclorinacin (R-21),
columna principal (C-31), columna de vaco (C-32), unidad de tratamiento de agua
de desecho (C-61), y de los tanques de almacenamiento (T-
813/814/815/821/831). Los productos de desecho lquido provienen de la columna
de vaco (subproductos secos, C-33) y la columna principal (subproductos hmedos,
C31).
La columna C-73 sirve para producir HCl gaseoso casi puro, a partir del cido
clorhdrico obtenido en el fondo de la columna absorbedora C-72. La presin de
operacin es de 4.7 barg. Posteriormente, se comprime a la presin requerida en al
unidad de oxiclorinacin mediante un eyector en la Unidad 20. La salida de fondo de
la columna pasa al intercambiador de calor E-77 donde una corriente de
alimentacin fra (30 C) proveniente del intercambiador de iones I-71 los enfra. La
temperatura del cido azeotrpico se ajusta en el intercambiador de calor E-76. La
temperatura tambin puede ajustarse al nivel necesario con la ayuda de una
corriente parcial de desvo proveniente del intercambiador de calor E-77. El
recipiente de cido D-79 sirve para balancear las variaciones del cido azeotrpico
retenido en el absorbedor y el desorbedor, ya que el volumen de fondo de la
columna C-73 es pequeo. La misma oper muy poco tiempo, solo por unas
-
26
semanas y segn las recomendaciones del licenciante, sin embargo, por presentar
problemas con el sistema de refrigeracin que se encuentra en la parte superior se
coloc fuera de servicio y hasta la actualidad se mantiene sin operar.
Esta columna presenta un revestimiento interno de tefln, lo que la hace resistente
a la corrosin. En la Tabla 4, se muestran las especificaciones a las cuales fue
diseada la columna C-73.
Tabla 4. Especificaciones de diseo de la columna C-73
Nomenclatura Descripcin Especificaciones de diseo
C-73 Columna
No. Platos 2
Seccin de
Empaques 2
Tipo de Empaque Raschig
Altura del empaque
(mm) 3600
Presin operacin
(barg) 4,7
Temperatura
operacin (C) 160
Presin diseo
(barg) 8
Temperatura
diseo (C) 170
Platos tipo Bubble Cap
Dimetro (m) 0,80
Espaciamiento (m) 0,45
1.4. Antecedentes
A continuacin, se describen algunos trabajos previos llevados a cabo en la planta,
relacionados con el sistema bajo estudio.
-
27
Tegarid y col. (2011), evaluaron la unidad 60, tomando como volumen de control
la columna despojadora C-61. Se determin que las desviaciones presentes en el
desempeo de la misma, son originadas por:
a) La deficiente separacin de los slidos en la alimentacin a la torre.
b) El descontrol de pH de la corriente de alimentacin producto del mal
funcionamiento de los controladores existentes y la falta de controladores de pH en
los equipos asociados a la columna. Adicionalmente, se detect una gran cantidad
de equipos fuera de servicio como por ejemplo el intercambiador de placas E-63,
entre otros.
Una vez finalizada la evaluacin se recomend instalar un sistema de filtrado
ptimo para la remocin de slidos antes de alimentar la columna, mejorar el
sistema de control de pH de las piscinas y el tambor D-62 e incorporar los equipos
que se encontraban fuera de servicio.
Hernndez y col. (2011), estudi el procedimiento para el diseo de una planta
de tratamiento de aguas residuales de la industria textil y se bas en el principio de
consorcios microbianos acoplados metablitamente, para el proceso de
biodegradacin de colorantes. Adems, propuso el diseo de un bioreactor para
eliminar el color provocado por el colorante rojo acido 27 de tipo azo- el cual era
liberado en los efluentes del proceso de teido de telas. Simul a travs de
simulador comercial Aspen Plus 11.1 la cintica de decoloracin para lograr
obtener resultados que demostraron que la descarga de las aguas residuales cumple
con los lmites mximos permisibles de contaminantes en la normativa ambiental.
Barroso (2009), realiz una revisin de la situacin de los equipos que conforman
el sistema de pretratamiento de efluentes de una planta de MVC, de la
caracterizacin fsico-qumica del agua y evalu tcnica y econmicamente
diferentes alternativas, a travs de clculos, simulaciones e indicadores econmicos
como el valor presente neto y la tasa interna de retorno. Asimismo, desarroll la
filosofa de instrumentacin para la alternativa seleccionada. Los resultados de este
autor mostraron desviaciones importantes con respecto al diseo. La caracterizacin
fsico-qumica mostr que los parmetros que se encontraron dentro de los
estndares requeridos por la planta central de tratamiento fueron el pH, el MVC y el
-
28
EDC, mientras que los slidos suspendidos totales se encontraron fuera de
especificacin, ocasionando ensuciamiento en los equipos asociados al sistema. Las
alternativas planteadas fueron la implementacin de un sistema de filtracin (tipo
cesta o tipo cartucho) y la sustitucin del intercambiador de calor E-63 por uno
existente en la planta de policloruro de vinilo o el diseo de un intercambiador de
calor en espiral. El clculo de la factibilidad tcnica econmica, present un valor
presente neto de Bs. 810.510 y una TIR de 265 %, valores superiores a los
requeridos por la empresa.
Padilla y col. (2005), expuso una visin general de los contaminantes
organoclorados en los efluentes acuosos y plante varias alternativas para la
eliminacin de dichos compuestos, enfocndose en la hidrodecloracin cataltica en
fase acuosa, el cual hace referencia al tratamiento reductivo de los compuestos
organoclorados, empleando hidrgeno como agente reductor. Los compuestos
organoclorados de mayor importancia fueron los clorofenoles, tricloroetileno y
tetracloroetileno, tetraclorometano y cloroformo, 1,2-dicloroetano, triclorobenceno y
hexaclorobutadieno.
Una evaluacin previa de Garca (2003), del mismo sistema, us como
herramienta el paquete de simulacin comercial Aspen Plus. Se realizaron
simulaciones utilizando las condiciones de diseo y operacin de todos los equipos
involucrados en el rea, con la finalidad de operar la unidad sin los equipos E-63 y
P-62A/S, manteniendo los efluentes dentro de los limites de especificacin. Producto
de la evaluacin se determin que el intercambiador E-64 mantiene altas
temperaturas en el sistema, por lo que se recomend su reemplazo, ya que los
costos de mantenimiento de este equipo eran elevados. Adems, indic Garca que
se debe utilizar otro tipo de intercambiador, recomendando el tipo de tubo y carcasa
o de existir la disponibilidad en la planta de PVC I, evaluar el tipo espiral.
Lpez y col. (2002), utiliz el simulador comercial Aspen Plus para desarrollar
modelos de simulacin para las diferentes columnas de destilacin pertenecientes a
la unidad de purificacin de EDC de una planta de MVC, en donde se predijo el
comportamiento del sistema de manera de facilitar la implementacin de acciones
correctivas y definicin de estrategias de operacin. Utiliz los modelos
termodinmicos NRTL en combinacin con la ecuacin de estado de Redlich Wong
-
29
(NRTL-RK) para la columna de separacin de componentes livianos y de vaco. Para
la columna de componentes pesados utiliz la ecuacin de estado de Lee Keesler
Plocker (LKP). El estudio hidrulico mostr que todas las columnas tienen
flexibilidad para operar con cargas de alimentacin superiores a las de diseo.
Nava (2001), emple los paquetes de simulacin comercial HTRI y Aspen Plus
segn condiciones de diseo para evaluar el desempeo de los intercambiadores E-
63 y E-64 y de otras configuraciones para el sistema, con otro tipo de
intercambiadores: de tubo y carcasa, de placa, en espiral. Adems, realiz una
revisin de las alternativas de filtracin para evitar incrustaciones en los equipos
asociados al sistema (columna, intercambiadores y bombas). Determin que el
intercambiador E-63 no cumpla los requerimientos para el cual fue diseado,
debido a la baja velocidad del flujo y a la configuracin del ngulo de las placas, por
lo que recomend reubicar el E-64 y dejar fuera de servicio el E-63. Encontr el
mejor resultado con el intercambiador en espiral. Sin embargo, debido a su alto
costo, sugiri evaluar la conveniencia de utilizar un intercambiador en espiral que se
encuentra fuera de servicio en una planta de policloruro de vinilo.
Reyes (1996), realiz un estudio hidrulico de la columna despojadora de 1,2
dicloroetano, para determinar las limitaciones de su capacidad. La evaluacin
hidrulica se hizo mediante correlaciones encontradas en la literatura, con las cuales
se determin la cada de presin por plato, y las variables que afectan la inundacin
de la columna con los parmetros mecnicos de los platos existentes. Se hizo una
modificacin a los parmetros mecnicos de los platos con la finalidad de aumentar
la capacidad de la columna, mejorando la recuperacin de EDC, e incrementado la
flexibilidad de la unidad de tratamiento de efluentes de la planta. Los resultados
obtenidos con los parmetros hidrulicos (relacin de rea de las perforaciones
sobre rea de burbujeo) propuestos indican que la columna operara en condiciones
ms favorables, cuando se comparo con los parmetros mecnicos existentes.
Con el presente trabajo se espera aportar mejoras en el sistema de tratamiento de
efluentes, en funcin del consumo del vapor en la columna despojadora C-61 y de
las condiciones de temperatura de salida de los efluentes hacia la planta central de
efluentes, con la evaluacin de los intercambiadores en espiral que se encuentran
disponibles en otra planta. Estas mejoras, incidirn sobre los costos de
mantenimiento y produccin de la planta de monocloruro de vinilo.
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30
1.5. Simulador de procesos
Un simulador de procesos utiliza las relaciones fsicas fundamentales como balances
de masa y energa, relaciones de equilibrio y correlaciones de velocidad (reaccin,
transferencia de masa y calor) y predice los flujos, composiciones y propiedades de
las corrientes, las condiciones de operacin y el tamao de los equipos. Los
simuladores pueden ser utilizados para el diseo y optimizacin, la evaluacin
tcnica y el control de los procesos.
Los simuladores de procesos permiten reducir el tiempo de trabajo, comparar
rpidamente diferentes configuraciones de equipos, mejorar procesos existentes,
simular condiciones del proceso y observar el comportamiento en las variables de
respuesta antes de llevarlo al caso real y a determinar las condiciones ptimas de
proceso, respetando las restricciones, detectar cuellos de botella del proceso, entre
otras funciones.
Para su uso deben tomarse en cuenta los siguientes aspectos:
Que los resultados de una simulacin no son siempre fiables y estos se deben
analizar crticamente.
Los resultados obtenidos dependen de la calidad de los datos de entrada, la
seleccin apropiada de las correlaciones empleadas (escoger bien el modelo
termodinmico) y la eleccin adecuada del proceso.
1.5.1. Aspen plus
Es un software para la simulacin de procesos que ofrece un sistema gua experto y
una interfase grfica interactiva con el usuario. Permite simular cualquier tipo de
operacin unitaria y trabaja en forma secuencial modular, en donde cada bloque de
operacin unitaria es resuelto a travs de interacciones de convergencia. Asimismo,
permite al usuario disear diagramas de flujos, realizar anlisis de sensibilidad,
predecir flujos, composiciones y condiciones operacionales, entre otros.
-
CAPTULO II
MARCO METODOLGICO
La metodologa comprendi las siguientes etapas:
2.1. Recopilacin de la informacin
Se realiz el estudio del proceso de tratamiento de efluentes de una planta de MVC,
a travs de la lectura de los diagramas de flujos (DFP), diagramas de
instrumentacin y tuberas (P&ID) y el manual de operacin de la unidad 60, ya que
en ellos se detallan los datos de diseo, las composiciones de las corrientes y los
balances de masa. De igual manera, se realiz una revisin de los catlogos
mecnicos con la finalidad de obtener las especificaciones y data de diseo de los
equipos que conforman el sistema. Adicionalmente, se realizaron recorridos en
planta para determinar puntos de muestreo y control de las diferentes variables de
proceso.
2.1.1. Situacin actual del sistema
En la planta de MVC II se encontr operando la unidad de cloracin directa al 48%,
la unidad de oxiclorinacin al 80% y la unidad de craqueo al 85%; sin embargo, la
unidad 60 se encuentra limitada a 9 TM/h, cuando su capacidad normal es de 11,74
TM/h y un mximo 19 TM/h; esto debido a los daos internos y externos que
presenta la columna. Estos problemas son originados por la presencia de slidos y
descontrol en el pH de la corriente de alimentacin. La columna, presenta
perforaciones significativas a lo largo del cuerpo con mayor incidencia en la parte
superior, lo que amerita que frecuentemente salga fuera de servicio para limpieza,
reemplazo de los internos y soldadura de chaquetas en ciertos lugares del cuerpo
colocando en riesgo la continuidad operacional de la planta por no procesar las
aguas de desecho del proceso. Se procedi a realizar un recorrido al rea a fin de
observar el estado de los equipos y as determinar si existan desviaciones con
respecto al diseo, obtenindose lo siguiente:
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32
1. El tambor de sedimentacin D-61 (8 m3 de capacidad) se encuentra fuera de
servicio desde el ao 2006, en su lugar opera el tanque D-79. Este tambor tiene
internamente una capa de tefln para evitar la corrosin; sin embargo, tiene
menos capacidad (2,7 m3) en comparacin con el D-61 presentando menor
tiempo de residencia, lo que origina que los slidos no sean decantados en su
totalidad y sean parcialmente arrastrados a la columna despojadora C-61.
2. El intercambiador E-62, el cual trabaja con agua y glicol para condensar el EDC
que va en la corriente de tope, se encuentra fuera de servicio, por presentar
tubos rotos.
3. El intercambiador de placas E-63, se encuentra fuera de servicio por problemas
de corrosin y ensuciamiento, lo cual hace que se consuma mayor cantidad de
vapor en la columna despojadora C-61, ya que la alimentacin no es
precalentada por ausencia del intercambiador y que los efluentes salgan a una
temperatura por encima de los 45C.
4. Las bombas P-62A/S se encuentran fuera de servicio por daos continuos en el
sello mecnico de las mismas, ensuciamiento y corrosin.
5. El intercambiador E-61 se encontr fuera de servicio por varios meses, el
material del mismo es de grafito (tubos) y por las condiciones del sistema
presentaba problemas de ruptura de tubos continuamente, por lo que se instal
un intercambiador perteneciente a la planta de cloro soda uno (mercurio) de
titanio. Actualmente, no se dispone de los datos de diseo del intercambiador,
por lo que se tomarn los datos del antiguo intercambiador de tope E-61.
2.1.2. Caracterizacin de las corrientes de operacin
Consisti en la determinacin de las caractersticas fsico-qumicas del agua
generada en el proceso de la planta MVC; para sustituirlas por los valores
especficos por diseo establecidos en el manual de corrientes del sistema de
pretratamiento (unidad 60) en la simulacin, con la finalidad de reproducir los
parmetros de operacin del sistema. Para la identificacin de cada una de las
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33
corrientes se revisaron los Diagramas de Tuberas e Instrumentacin (P&ID) y los
Diagrama de Flujo de Proceso (DFP) del sistema de tratamiento de efluentes.
Adicionalmente, se realiz un recorrido por toda la unidad para determinar los
puntos de muestreo, los cuales se pueden observar en el anexo B y fueron los
siguientes:
1. Descarga de la bomba P-63A/S (alimentacin a la columna despojadora)
2. Descarga de la bomba P-61A/S (alimentacin a la columna despojadora)
3. Salida del efluente final hacia la planta central de efluentes
Las muestras de agua fueron tomadas por tres (3) das consecutivos, una (1) vez al
da, para su respectivo anlisis. Durante este tiempo se mantuvieron las mismas
condiciones de la planta; cloracin directa 48 %, oxiclorinacin 80 % y craqueo 85
%.
2.2. Construccin del modelo de simulacin
En funcin del objetivo de la investigacin se tom como volumen de control los
equipos que se muestran en la Tabla 5. Adems, se muestra el diagrama del
sistema a simular en la Figura 3.
Tabla 5. Equipos que conforman el modelo de simulacin (volumen de control)
Nomenclatura Descripcin Modelo
C-61 Columna despojadora RadFrac
D-63 Tambor Flash 2
D-68 Recipiente colector Flash 2
E-61 Condensador Heatx (Shortcut)
E-63 Intercambiador de calor Heatx (Shortcut)
E-64 Enfriador Heatx (Shortcut)
P-62 A/S Bomba Pump
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34
Para la construccin del modelo de simulacin, se introdujeron especificaciones de
diseo tales como temperatura, flujos, presiones, entre otros, de los equipos que
conforman el volumen de control. En la Tabla 6, se muestran las condiciones de
diseo para cada equipo (input).
C-61
E-61
E-63
D-68
Unidad 50Agua de
Enfriamiento
Agua de
Enfriamiento
P-66A/S
D-23
D-63
C-61
P-62A/S
E-64
Agua de
Enfriamiento
Agua de
Enfriamiento
UNIDAD 30
P-63A/S
PISCINAS
NEUTRALIZACIN
Vapor
Media
D-62
Efluente
Figura 3. Diagrama del sistema a simular como volumen de control
2.3. Seleccin del modelo termodinmico
Los modelos termodinmicos utilizan ecuaciones de estado que calculan el
coeficiente de actividad para hallar las diferentes propiedades de un sistema.
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Tabla 6. Especificaciones de diseo de los equipos que conforman el modelo de
simulacin
Nomenclatura Descripcin Especificaciones de diseo
C-61 Columna
despojadora
Etapas de equilibrio 20
Presin tope (barg) 0,5
Presin fondo
(barg) 0,7
Platos tipo Perforado
Dimetro (m) 0,88
Espaciamiento (m) 0,45
Alimentacin Agua: Temperatura (C)
Presin (barg) Flujo (kg/h)
80 2
12488,6
Alimentacin Vapor:
Temperatura (C) Presin (barg) Flujo (kg/h)
160 2,5
1795
D-63 Tambor Temperatura (C) Fraccin de vapor
110 0,08
D-68 Recipiente
colector Temperatura (C)
Presin (bar) 50 0,1
E-61 Condensador Temperatura de
salida lado caliente
(C) 50
E-63 Intercambiador de
calor Temperatura de
salida lado fro (C) 93
E-64 Enfriador Temperatura de
salida lado caliente
(C) 45
P-62 A/S Bomba Presin descarga
(bar) 5,2
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36
Para la seleccin del modelo termodinmico se utiliz como referencia el trabajo
realizado por Garca (2003), donde se seleccionaron tres (3) modelos
termodinmicos considerando la naturaleza, composicin, presin y temperatura de
las corrientes involucradas en el proceso. Los modelos fueron WILSON, NRTL y
UNICUAC. Se concluy que todos los modelos reproducen las condiciones de diseo
y operacin del sistema de tratamiento de efluentes, sin embargo, el que mejor se
comport fue el NRTL. (Ver Figuras 4 y 5). Para el caso de la columna despojadora
C-61 se utiliz el modelo termodinmico ELECNRTL, ya que el proceso involucra la
formacin de electrolitos.
Debido a que las simulaciones se realizaron en el ao 2003 y debido a las mejoras
en el software, se realizar la simulacin para validar el modelo termodinmico y
reproducir las condiciones de diseo.
Adicionalmente, se realiz la simulacin de la columna despojadora C-61 con el
modelo termodinmico ELECNRTL, debido a que este modelo es adecuado en
presencia de soluciones acuosas cidas (aguas que contienen disuelto sulfuro de
hidrgeno, amoniaco, dixido de carbono y algunos solventes adicionales), aminas
acuosas para el endulzamiento de gases, agua contenida en diglicolamina (DGA),
monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA) o metildietanolamina (MDEA) para
la remocin de sulfuro de hidrgeno y dixido de carbono), cidos o bases acuosas
como cido clorhdrico, hidrxido de sodio y soluciones salinas como cloruro de
sodio y cloruro de potasio, entre otros. Algunas de las reacciones que pueden
generarse son las siguientes:
Cl2 + 2NaOH NaOCl + NaCl + H2O (4)
NaClO (ac) + 2HCl (ac) Cl2 (g) + H2O (ac) + NaCl (ac) (5)
En las Figuras 4 y 5 se muestra la seleccin del modelo termodinmico segn la
naturaleza, composicin de la mezcla y rango de presin.
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37
Figura 4. Seleccin de modelos termodinmicos por la naturaleza y composicin de la mezcla
2.4. Validacin del modelo en condiciones de diseo
Se realiz la simulacin con datos de diseo utilizando el modelo termodinmico
recomendado en el trabajo de Garca, 2003 y se compararon los resultados con los
establecidos por el licenciante de la planta. Para la simulacin de la columna
despojadora C-61 se aplic el modelo termodinmico ELECNRTL, mientras que para
el intercambiador E-63 se us el modelo NRTL.
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38
Figura 5. Seleccin de modelos termodinmicos por rango de presin
2.5. Simulacin de la columna C-73 propuesta para el sistema
Se simul el comportamiento de la columna C-73, utilizando el mismo modelo
termodinmico que para la columna despojadora C-61 (ELECNRTL), para verificar si
la primera columna originalmente perteneciente a la unidad 70 cumple con los
requerimientos del sistema. Para tal fin, se utilizaron las especificaciones de diseo
de la columna C-73, con las condiciones de las corrientes de alimentacin de la
columna despojadora C-61.
Para representar las dos secciones de empaque la simulacin de la columna C-73,
se introdujeron al simulador cuatro (4) etapas de equilibrio, sin incluir el
condensador ni el rehervidor. La alimentacin a la columna (agua de desecho, 64)
-
39
se introdujo en la etapa 1 y la corriente de vapor en la etapa 4. Con respecto a la
informacin de los platos se le coloc que van de la etapa uno (1) a la dos (2) y que
la seccin de empaques va desde la etapa tres (3) hasta la etapa cuatro (4).
Adicionalmente se le coloc el tipo de platos (Bubble Cap) y la geometra de los
mismos (dimetro y espaciamiento entre platos). Para la seccin de empaques, se
tom en consideracin el tipo de empaque (anillos Rasching), material (metal),
dimensin (1 25 mm), dimetro de la seccin (800 mm) y altura del empaque
(5600 mm).
2.6. Simulacin del sistema propuesto en condiciones de operacin
Se realiz la simulacin del sistema en condiciones normales de operacin, bajo las
premisas consideradas en la situacin actual; es decir, se desincorporaron los
equipos que se encontraron fuera de servicio y se incluyeron las siguientes
propuestas:
1. Simulacin del volumen de control incorporando el intercambiador en espiral TT-
B0201 en sustitucin del E-63.
2. Simulacin del volumen de control incorporando el intercambiador en espiral TT-
B0202 en sustitucin del E-64.
3. Simulacin del volumen de control, incluyendo la columna C-73, en sustitucin
de la columna despojadora C-61, una vez que se validaran las condiciones de
diseo.
Para las tres propuestas, se consider el intercambiador E-62 fuera de servicio y el
intercambiador de tope E-61 por diseo.
Se realizaron anlisis de sensibilidad con las variables de entrada ms importantes
del proceso a fin de observar su efecto sobre las variables de respuesta del mismo.
El anlisis de sensibilidad incluy lo siguiente:
1. Se vari la alimentacin de vapor a la columna despojadora para determinar el
momento donde comienza a salir EDC por el fondo (parmetro fuera de
especificacin).
-
40
2. Se mantuvo la temperatura de alimentacin a la columna despojadora sin el
intercambiador E-63 y se determin el mximo consumo de vapor.
2.7. Anlisis econmico
Se realiz el anlisis econmico con la finalidad de determinar la factibilidad tcnica
y econmica del reemplazo de los diferentes equipos.
Se tom el precio referencial de una (1) h de vacuum e hidrojet, en horarios de
trabajo de 8 a 4 pm., de 4 a 11 pm. se increment en un 10 % y de 11 a 8 am., se
increment en un 18 %. De igual forma, se determinaron los costos por
mantenimiento de equipos, tanto de los intercambiadores de placas como el de
espiral. Adicionalmente, se compar el costo de la compra de un intercambiador
nuevo, en comparacin con la instalacin del proveniente de la planta PVC I. Se
incluy, el costo del vapor, con la finalidad de calcular el ahorro por disminucin del
consumo de vapor. Los precios de referencia se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7. Precios referenciales para el anlisis econmico de las propuestas
Descripcin Costo
Vacuum 438 Bs./h
Hidrojet 330 Bs./h
Compra de Intercambiador 45.420 Bs.
Vapor 22 Bs./TM
-
CAPTULO III
RESULTADOS Y ANLISIS DE LOS RESULTADOS
3.1. Seleccin del modelo termodinmico
Se realiz la simulacin de la columna despojadora C-61, para validar el modelo
termodinmico propuesto en otros trabajos de investigacin ELECNRTL. En la Figura
6 se muestra el diagrama obtenido por el simulador comercial Aspen Plus.
64
VAPOR
66
EFLUENTE
C-61
Figura 6. Diagrama de la columna despojadora C-61 en el simulador Aspen Plus
En la Tabla 8, se muestra la comparacin de los resultados obtenidos a travs del
simulador comercial Aspen Plus y los establecidos por el licenciante, con respecto a
las condiciones de salida. Solo se tom en cuenta la comparacin con la corriente
66, ya que las alimentaciones son datos de entrada al simulador (64 y vapor) y el
efluente de salida no es conocido como parmetro de diseo.
-
42
Tabla 8. Comparacin de los resultados obtenidos por el simulador y los
especificados por diseo
66 Aspen 66 Balance Desviacin
Temperatura de salida C 111,2 110 -1,09
Presin de salida barg 0,5 0,5 0,00
Fraccin de Vapor 1 1 0,00
Flujo Msico kg/h 1100,50 1216,7 9,55
Flujo Msico
EDC kg/h 62,44 67 6,80
Agua kg/h 1038,06 1149,7 9,71
NaCl kg/h 2,09E-20 0 0,00
Fraccin Msica
EDC 0,06 0,06 0,00
Agua 0,94 0,94 0,00
NaCl 1,90E-23 0 0,00
CondicionesCorrientes
Unidad
Las desviaciones presentadas son aceptables para el modelo termodinmico
ELECNRTL., como se observa par el caso de la temperatura y presin. Sin embargo,
para el caso de flujos se presenta una desviacin mayor, siendo la diferencia de 100
kg/h en masa. Es importante mencionar que se reproducen las fracciones msicas
de los componentes y que en el caso del efluente final solo deben ir trazas de EDC,
como se muestra en la Tabla 9.
En la Figura 7, se muestra el perfil de temperatura de la columna despojadora C-
61, manteniendo un comportamiento normal. No se observan incrementos bruscos
de temperatura, mantenindose un incremento paulatino de la misma, sin
fluctuaciones.
El modelo termodinmico ELECTNRTL reproduce las condiciones de diseo de la
columna despojadora C-61.
El modelo termodinmico propuesto para los equipos restantes, segn la revisin de
los antecedentes es el NRTL. Se simul el volumen de control con la incorporacin
de todos los equipos. En la Figura 8, se muestra el diagrama realizado en el
simulador comercial Aspen Plus.
-
43
Tabla 9. Resultados de la corriente de efluentes de la columna despojadora C-61
Corriente
Efluente
Temperatura de salida C 115,3
Presin de salida barg 0,7
Fraccin de Vapor 0
Flujo Msico kg/h 13183,10
Flujo Msico
EDC kg/h 0,00
Agua kg/h 13083,19
NaCl kg/h 9,99E+01
Fraccin Msica
EDC 0,00
Agua 0,99
NaCl 7,58E-03
Condiciones Unidad
109
110
111
112
113
114
115
116
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Etapas
Tem
pera
tura
C
Figura 7. Perfil de temperatura de la columna despojadora C-61
en el simulador Aspen Plus
-
44
6 4
VAPOR
6 6
OUT
6 2
6 3A
CW-IN
CW-OUT
2
3
V1
GAS
6 5C
6 5B 6 5A
SW
6 5
RW
U-5 0
6 3
C-6 1
B1
E-6 1
D-6 8
D-6 3
P-6 2AS
E-6 4
B13
E-6 3
D-2 3
Figura 8. Diagrama del volumen de control en el simulador Aspen Plus
Debido a que en el balance de masa por diseo, se cuenta con las especificaciones
de la corriente 65, se tom el intercambiador E-64, como base para reproducir las
condiciones del proceso.
Los resultados de las corrientes de salida caliente y fra, se muestran en las Tablas
10 y 11 respectivamente, las cuales son comparadas con los datos de diseo del
balance de masa. En las mismas, se puede observar que bajo el modelo
termodinmico NRTL, se cumplen las condiciones de diseo en las corrientes de
salida del intercambiador E-64. Ya que las desviaciones son aceptables, para el caso
de la fraccin msica del NaCl, es del 10 %, sin embargo, la variacin es solo del
0.001, lo cual es considerada como aceptable. Es importante mencionar que la
fraccin de NaCl se arrastra de la corriente de fondo de la columna C-61 (0,00758),
ya que en el intercambiador solo ocurre intercambio de energa.
-
45
Tabla 10. Resultados de las corrientes calientes del intercambiador E-64
Diseo
Entrada
caliente
Salida
caliente
Salida
caliente
65A 65 65
Temperatura C 103,7 45,0 45,0 0,00
Fraccin de Vapor 0,000 0,000 0,000 0,00
Flujo Msico kg/h 12059,0 12059,0 12065,0 0,05
Fraccin Msica
EDC 0,000 0,000 0,000 0,00
Agua 0,992 0,992 0,993 0,08
NaCl 0,008 0,008 0,007 10,04
%
DesviacinUnidad
Simulador
Condiciones
Tabla 11. Resultados de las corrientes fras del intercambiador E-64
Diseo
Entrada
fra
Salida
fra
Salida
fra
SW RW RW
Temperatura C 33,0 40,1 41,0 2,195
Fraccin de Vapor 0,000 0,000 0,000 0,000
Flujo Msico kg/h 100012,0 100012,0 100012,0 0,000
Fraccin Msica
EDC 0,000 0,000 0,000 0,000
Agua 1,000 1,000 1,000 0,000
NaCl 0,000 0,000 0,000 0,000
Simulador
%
DesviacinCondiciones Unidad
Con respecto al calor requerido, por diseo es de 929 kw y el obtenido por el
simulador es de 826,70 kw, con un porcentaje de desviacin del 11 %.
Es importante mencionar que para alcanzar las condiciones de temperatura de
salida de la corriente caliente, se necesita menor cantidad de calor en el
intercambiador E-64.
-
46
3.2. Simulacin de la columna C-73 propuesta para el sistema
La columna C-73 fue simulada bajo las condiciones de diseo de la columna
despojadora C-61, utilizando como modelo termodinmico ELECNRTL y las
caractersticas mecnicas de la columna C-73.
En la Figura 9, se muestra el diagrama de la columna C-73 en el simulador
comercial Aspen Plus, donde se especifican las corrientes de alimentacin a la
misma.
64
VAPOR
66
EFLUENTE
C-73
Figura 9. Diagrama de la columna C-73 en el simulador Aspen Plus
En la Tabla 12 se comparan las condiciones de diseo de la columna C-73 y la
columna despojadora C-61. Se puede observar que las condiciones son muy
similares para ambas columnas con respecto a las condiciones de presin y
temperatura; para el caso del volumen nominal, la columna C-73 operara al 63 %
del volumen nominal para el cual trabaja el sistema, ya que la diferencia es de 2,6
m3. Sin embargo, actualmente la columna despojadora C-61 se encuentra operando
en un 50 % de carga debido a las condiciones de corrosin que presenta.
-
47
Tabla 12. Comparacin de las condiciones de diseo y operacin de las columnas
C-61/73
Condiciones Unidad
Columna
Despojadora C-
61
Columna
C-73
Temperatura de Diseo C 200 170
Temperatura de
OperacinC 100 - 110 160
Presin de Diseo barg 4 8
Presin de Operacin barg 0,5 4,7
Volumen Nominal m3 7,6 5
En la Tabla 13, se muestran los resultados de la corriente de tope de la columna C-
73 en comparacin con los datos por diseo del balance.
Segn los resultados arrojados por el simulador, la columna C-73 reproduce las
condiciones de diseo de la columna despojadora C-61, con una desviacin mxima
del 9.72 % para el flujo msico de agua, sin embargo la diferencia es solo de
111,73 kg/h.
Para la corriente de fondo se parte de la premisa que no debe estar presente el
EDC, ya que este es un contaminante en el agua de desecho. En la Tabla 14, se
muestra que la cantidad de EDC es de 2 ppb, lo que indica que la columna
reproduce las condiciones de diseo del sistema.
En la Figura 10, se muestra el perfil de temperatura de la columna C-73, el cual
presenta un comportamiento normal. No se observan incrementos bruscos de
temperatura, mantenindose un incremento paulatino de la misma, sin
fluctuaciones
La columna C-73, presenta una conexin para un rehervidor, inyeccin de
nitrgeno, indicacin de temperatura, presin y nivel, alimentacin de gas, gas de
salida, HCl de entrada y salida y el reflujo de la columna.
-
48
Tabla 13. Resultados de la corriente de tope de la columna C-73
66 Aspen 66 Balance Desviacin
Temperatura de salida C 111,2 110,0 1,08
Presin de salida barg 0,5 0,5 0,00
Fraccin de Vapor 1 1 0,00
Flujo Msico kg/h 1100,4 1216,7 9,56
Flujo Msico
EDC kg/h 62,44 67,00 6,80
Agua kg/h 1037,96 1149,70 9,72
NaCl kg/h 0,00 0,00 0,00
Fraccin Msica
EDC 0,057 0,060 5,42
Agua 0,943 0,940 0,35
NaCl 0,000 0,000 0,00
CondicionesCorrientes
Unidad
Tabla 14. Resultados de la corriente de fondo de la columna C-73
Corriente
Efluente
Temperatura de salida C 115,3
Presin de salida barg 0,7
Fraccin de Vapor 0
Flujo Msico kg/h 13183,2
Flujo Msico
EDC kg/h 2,39E-05
Agua kg/h 13083,29
NaCl kg/h 99,91
Fraccin Msica
EDC 1,81E-09
Agua 0,992
NaCl 0,008
Condiciones Unidad
-
49
109
110
111
112
113
114
115
116
1 2 3 4
Etapas
Tem
pera
tura
C
Figura 10. Perfil de temperatura de la columna C-73 en el simulador Aspen Plus
De todas estas conexiones solo se utilizarn, la conexin del rehervidor como la
alimentacin de vapor, la alimentacin de HCl gas como el agua de desecho, el gas
de salida como la corriente de tope de la columna y el HCl de salida, como el agua
de desecho hacia el tambor D-63. Se tomarn las conexiones para la indicacin de
presin, temperatura y nivel que originalmente tiene la columna y las conexiones
adicionales, como la de inyeccin de nitrgeno, sern condenados.
Ya que la simulacin de la columna mostr los resultados satisfactorios, se incluir
la columna C-73 en la simulacin del sistema en sustitucin de la columna C-61. Es
importante mencionar, que la columna C-73 por poseer un espesor de tefln en la
parte interna de la misma, disminuye os riesgos de ataque por corrosin y por
consiguiente, se espera un aumento en la continuidad operacional de la misma.
-
50
3.3. Simulacin del sistema propuesto en condiciones de operacin
La caracterizacin fsico-qumica y los resultados se muestran en la Tabla 15.
Tabla 15. Promedio de los resultados obtenidos de la caracterizacin fsico-qumica
Puntos de muestreo EDC
(ppm) MVC
(ppm) (pH)
Descarga P-601 A/S 534
-
51
Como se muestra en la Tabla 16, el intercambiador en espiral TT-B0201 maneja
mayor flujo que el intercambiador de placas, la diferencia es de 13139,9 kg/h, es
decir, el doble del flujo lado caliente. De igual manera, ocurre con el calor, la
diferencia es de 1014,3 kw. Esto indica, que solo comparando las especificaciones
de diseo el intercambiador TT-B0201 puede operar en lugar del intercambiador de
placa E-63.
Es importante mencionar que el material del intercambiador de placas E-63 es
titanio y el del intercambiador en espiral TT-B0201 es de acero inoxidable; sin
embargo, este ltimo intercambiador trabaja en condiciones de pH de 3 a 7, y no
presenta ningn problema de corrosin, ya que el mismo fue inspeccionado durante
el segundo trimestre del ao 2012. (Ver Anexo C)
Los intercambiadores en espiral son utilizados en las plantas de policloruro de vinilo,
ya que los mismos pueden operar con una composicin de slidos en la corriente de
entrada de hasta el 70% de slidos, como es el caso de la lechada de PVC. Las
condiciones de pH a las cuales se encuentra la lechada van desde 2 hasta 7, con la
presencia de cloruros en el sistema, sin presentarse problemas de corrosin en los
intercambiadores, por lo que solo se realiza mantenimiento cada 8000 h de
operacin (paradas programadas).
La Tabla 17 muestra los resultados de los datos de operacin del intercambiador E-
63, en donde se tienen las condiciones de temperatura de la corriente de
alimentacin a la columna C-61 de 92,5 C con una capacidad de intercambio de
calor de 73,9 kw, muy por debajo de la capacidad de intercambio del TT-B0201
establecido por diseo. El intercambiador en espiral logr reproducir los datos de
operacin y diseo del intercambiador de placas E-63.
Caso No. 2. Simulacin del volumen de control incorporando el intercambiador en
espiral TT-B0202 en sustitucin del E-64.
Al igual que en el caso No. 1, no existe disponibilidad para realizar la simulacin del
intercambiador en espiral, ya que la licencia es costosa, por lo que se simul el
-
52
intercambiador de manera no rigurosa, pero tomando en cuenta el calor requerido
para mantener la temperatura de salida en el valor deseado.
Tabla 17. Resultados de los datos de operacin del intercambiador E-63
Entrada Salida Entrada Salida
65B 65A 63 63A
Temperatura C 110,3 100,3 40,0 92,50
Presion barg 4,3 4,3 2,0 2,0
Flujo Msico kg/h 5909,8 5909,8 1215,6 1215,6
Flujo Msico
EDC kg/h 0,00 0,00 0,27 0,27
Agua kg/h 5909,8 5909,8 1215,4 1215,4
NaCl kg/h 0,00 0,00 0,00 0,00
Calor kw 73,97
Condiciones Unidad
Corriente Caliente Corriente Fra
En la Tabla 18, se comparan los datos de diseo del intercambiador propuesto (TT-
B0202) y del intercambiador de placas E-64.
Como se muestra en la Tabla 18, el intercambiador en espiral TT-B0202 maneja un
flujo significativamente menor que el intercambiador de placas E-64. No obstante, si
bien el flujo es mayor, la capacidad de intercambio de calor requerido se encuentra
por debajo de la correspondiente para el intercambiador propuesto. Por esta razn
es importante simular el sistema a las condiciones de operacin para calcular la
cantidad de intercambio de calor necesaria para obtener los 45 C requeridos en el
efluente final.
La Tabla 19 muestra los resultados obtenidos en la simulacin bajo condiciones de
operacin, donde para alcanzar los 45 C del efluente final es necesario un
intercambio de calor de 384,33 kw, lo que significa que el intercambiador propuesto
TT-B0202 puede sustituir al intercambiador de placas E-64.
-
53
Tabla 18. Comparacin de los datos de diseo de los intercambiadores TT-B0202 y
E-64
Entrada Salida Entrada Salida Entrada Salida Entrada Salida
Temperatura C 110 65,6 53,7 99,4 92 45 33 41
Flujo kg/hr
Calor kw
Caliente Fra Caliente Fra
Intercambiador en espiral Intercambiador de placa
TT-B0202 E-64
1113,742 929
25331,9 23809,4 12065 100012
Condiciones Unidad
Tabla 19. Resultados de los datos de operacin del intercambiador E-63
Entrada Salida Entrada Salida
65A 65 SW RW
Temperatura C 100,3 45,0 33,0 36,3
Presin barg 4,27 4,27 5,10 5,10
Flujo Msico kg/h 5909,8 5909,8 100012,0 100012,0
Flujo Msico
EDC kg/h 0,000 0,000 0,000 0,000
Agua kg/h 5909,8 5909,8 100012,0 100012,0
NaCl kg/h 0,000 0,000 0,000 0,000
Calor kw
Corriente FraCorriente CalienteCondiciones Unidad
384,33
Caso No. 3. Simulacin del volumen de control, incluyendo la columna C-73, en
sustitucin de la columna despojadora C-63, una vez validadas las condiciones de
diseo.
La columna C-73, reprodujo las condiciones de operacin del sistema manteniendo
los perfiles de temperatura y las fracciones msicas de los componentes presentes
como EDC, Agua y NaCl. En la Tabla 20, se muestran los resultados de las corrientes
de tope y fondo de la columna C-73, evidenciando que todo el EDC sale por el tope
y el agua con trazas de EDC por el fondo de la misma.
-
54
Tabla 20. Resultados de la simulacin de la C-73 dentro del volumen de control.
Entrada Salida
66 OUTTemperatura C 111,4 113,4
Presin barg 0,5 0,6Flujo Msico kg/h 352,9 6494,3Flujo Msico
EDC kg/h 2,8 1,2E-06Agua kg/h 350,1 6494,3NaCl kg/h 0,000 0,000
Fraccin MsicaEDC 0,008 0,000Agua 0,992 1,0NaCl 0,000 0,000
CorrientesCondiciones Unidad
En la Figura 11, se muestra la columna C-73 incluida en el sistema de tratamiento
de efluentes dentro del volumen de control seleccionado.
VAPOR
6 6
OUT
6 2
6 3 A
CW-I N
CW-OUT
2
3
V1
GAS
6 5 C
6 5 B 6 5 A
SW
6 5
RW
U-5 0
6 3
B1
E-6 1
D-6 8
D-6 3
P-6 2 AS
E-6 4
B1 3
E-6 3
D-2 3
C-7 3
6 4
Figura 11. Diagrama de la columna C-73 dentro del volumen de control
6491,5
-
55
En la Figura 12 se muestra el perfil de temperatura de la columna C-73 bajo
condiciones de operacin, la cual presenta un comportamiento normal, sin presentar
variaciones bruscas de temperatura a lo largo de las cuatro (4) etapas. En la etapa
1 alcanza 111,1 C y en la etapa 4 alcanza 113,4 C, con un gradiente de
temperatura de 2,3 C.
110,0
110,5
111,0
111,5
112,0
112,5
113,0
113,5
114,0
1 2 3 4
Etapas
Tem
pera
tura
C
Figura 12. Perfil de temperatura de la columna C-73 en condiciones de operacin
3.4. Anlisis de sensibilidad
Para la evaluacin completa del sistema se efectuaron anlisis de sensibilidad. En el
primer caso se vari la alimentacin de vapor a la columna despojadora para
determinar el momento donde comienza a salir EDC por el fondo de la columna. En
la Tabla 21, se muestra la cantidad de EDC en la corriente de fondo de la columna
despojadora C-73, en funcin de los cambios de flujo de vapor con 600 kg/h se
tiene un contenido de EDC en el fondo de 5 ppb, cumplindose a estas condiciones
-
56
las especificaciones por diseo (menor a 1 ppm).
Esto representa una reduccin en el consumo de vapor de 896 kg/h a 600 kg/h a
una temperatura de 140 C, con un ahorro de 296 kg/h; es decir, un ahorro del
34 %.
Tabla 21. Variacin del flujo de vapor contra contenido de EDC en el fondo de la C-73
CorrienteComposicin de
Fondo
Vapor
(kg/h)EDC
500 388 ppm
550 149 ppm
600 5 ppb
650 2 ppb
700 trazas
750 trazas
800 trazas
Para el segundo anlisis de sensibilidad se mantuvo la temperatura de alimentacin
a la columna despojadora sin el intercambiador E-63 y se determin el mximo
consumo de vapor sin afectar la cantidad de EDC de fondo. En la Figura 13 se
muestra el diagrama del sistema a simular.
En la Tabla 22, se muestran los resultados del anlisis de sensibilidad, donde se
vari el flujo de vapor sin el intercambiador E-63 con una temperatura de
alimentacin a la columna de 40 C y se verific la cantidad de EDC salida del fondo
de la columna C-73. Con flujos por encima de 700 kg/h de vapor a 140 C, se
garantiza que la corriente de fondo contenga trazas de EDC y se cumpla con las
especificaciones establecidas por el licenciante (< 1 ppm) de EDC en el efluente
final.
-
57
CorrienteCorriente
de Fondo
Vapor EDC
Kg/h Kg/h
600 2,48E+00
650 2,48E+00
700 3,10E-05
750 9,30E-06
800 4,72E-06
850 2,84E-06
900 1,87E-06
950 1,30E-06
1000 9,45E-07
1050 7,08E-07
1100 5,43E-07
1150 4,25E-07
1200 3,39E-07
1250 2,73E-07
1300 2,24E-07
1350 1,85E-07
1400 1,54E-07
1450 1,30E-07
1500 1,10E-07
1550 9,40E-08
1600 8,08E-08
1650 6,99E-08
1700 6,07E-08
1750 5,31E-08
1790 4,78E-08
896 1,93E-06
CorrienteCorriente
de Fondo
Vapor EDC
Kg/h Kg/h
600 2,48E+00
650 2,48E+00
700 3,10E-05
750 9,30E-06
800 4,72E-06
850 2,84E-06
900 1,87E-06
950 1,30E-06
1000 9,45E-07
1050 7,08E-07
1100 5,43E-07
1150 4,25E-07
1200 3,39E-07
1250 2,73E-07
1300 2,24E-07
1350 1,85E-07
1400 1,54E-07
1450 1,30E-07
1500 1,10E-07
1550 9,40E-08
1600 8,08E-08
1650 6,99E-08
1700 6,07E-08
1750 5,31E-08
1790 4,78E-08
896 1,93E-06
CorrienteCorriente
de Fondo
Vapor EDC
Kg/h Kg/h
600 2,48E+00
650 2,48E+00
700 3,10E-05
750 9,30E-06
800 4,72E-06
850 2,84E-06
900 1,87E-06
950 1,30E-06
1000 9,45E-07
1050 7,08E-07
1100 5,43E-07
1150 4,25E-07
1200 3,39E-07
1250 2,73E-07
1300 2,24E-07
1350 1,85E-07
1400 1,54E-07
1450 1,30E-07
1500 1,10E-07
1550 9,40E-08
1600 8,08E-08
1650 6,99E-08
1700 6,07E-08
1750 5,31E-08
1790 4,78E-08
896 1,93E-06
6 26 4
CW-I N
6 6
CW-OUT
2
3
V1
D-2 3
OUT
GAS
6 5C6 5A
SW
6 5
RW
U-5 0
6 3
VAPOR
B1
E-6 1
D-6 8
D-6 3
P-6 2 AS
E-6 4
B13
C-7 3
Figura 13. Diagrama del volumen de control sin el intercambiador E-63
Tabla 22. Variacin del flujo de vapor contra contenido de EDC en el fondo de la C-73
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58
La Tabla 23, muestra los resultados de la variacin del flujo de agua de enfriamiento
del intercambiador E-64 para alcanzar 45 C en la corriente del efluente final. Esta
temperatura se alcanz para un flujo de agua de 50.000 kg/h, establecindose
como parmetro la temperatura de salida de la corriente fra del intercambiador.
Tabla 23. Variacin del flujo de agua de enfriamiento con respecto a la temperatura de salida del efluente final sin el intercambiador E-63
Temperatura
Corriente 65
Kg/h C
1 20.000 85,4
2 22.000 82,9
3 24.000 80,3
4 26.000 77,7
5 28.000 75,1
6 30.000 72,5
7 32.000 69,9
8 34.000 67,2
9 36.000 64,5
10 38.000 61,9
11 40.000 59,2
12 42.000 56,5
13 44.000 53,7
14 46.000 51,0
15 48.000 48,3
16 50.000 45,5
17 52.000 42,7
18 54.000 39,9
19 56.000 37,1
20 58.000 34,3
21 60.000 34,0
22 62.000 34,0
23 64.000 34,0
Flujo de
AguaIteraciones
Segn los resultados mostrados, no se debe operar el sistema sin el intercambiador
E-63 ya que el flujo que se necesita para enfriar el efluente final con un solo
intercambiador es de 50.000 kg/h y el intercambiador en espiral disponible est
diseado para manejar un mximo de 23.809 kg/h.
-
59
3.5. Anlisis econmico
Una vez evaluado el sistema se encontr una reduccin en el consumo de vapor de
7.104 kg/d. El costo del vapor es de 22 Bs/TM, lo que representa un ahorro de
156,288 Bs/d, generando un ahorro de 4.688 Bs. /mes.
Actualmente los gastos por servicio de hidrojet y vacuum para garantizar que los
efluentes tengan una disposicin final y la limpieza de los intercambiadores E-63 y
E-64, se muestran en la Tabla 24.
Tabla 24. Estimado de costo por servicios de vacuum e hidrojet
Descripcin Costo Bs./h Turno Gastos
Bs./turno
Vacuum 438 12 h 7358,4
Hidrojet 330 12 h 5544,0
Total 12902,4
En la Tabla 24, se puede observar que para una jornada de 12 h de utilizacin de
vacuum e hidrojet, incluyendo el incremento del 10% por sobre tiempo, los gastos
son de 12902,4 Bs. La limpieza de los equipos instalados actualmente se realiza
bimensual y el uso del vacuum mensual. Con la instalacin de los intercambiadores
propuestos, el ahorro sera del 75%, ya que solo se realizara la limpieza por
mantenimiento mayor de los equipos (paradas de planta)
Adicionalmente, se muestra en la Tabla 25 el estimado de costos con la instalacin
del intercambiador en espiral TT-B0201/B0202 por los intercambiadores de placas
E-63 y E-64.
El costo total de 10.600 Bs. debe ser multiplicado por dos (2), ya que se realizar
la instalacin de los dos intercambiadores en espiral, para un total de 21.200 Bs. Si
se compara el costo total de instalar los dos (2) intercambiadores de calor TT-
B0201/B0202, con la compra de un solo intercambiador en espiral nuevo, la
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60
diferenc