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PLANTA DE PRODUCCIÓN DE
GLICERINA CARBONATADA
Trabajo Fin de Grado
Grado de Ingeniería Química
Julio 2022
Fátima Mejuto

1. Introducción
2. Estudio de mercado
3. Localización de la planta
4. Descripción del proceso
5. Diseño del equipo
6. Control e instrumentación
7. Estudio de impacto ambiental
8. Seguridad en la instalación
9. Presupuesto y viabilidad económica
ÍNDICE
Planta de producción de glicerina carbonatada

ÍNTRODUCCIÓN
Objetivo
Producción de 9000
t/año de glicerina
carbonatada
Materias
Primas
Glicerol
Carbonato de etileno
Producto
Principal
Glicerina
carbonatada
Producto
Secundario
Etilenglicol
Figura 1:Estructura de la glicerina carbonatada
• Método de valorización del excedente de la producción
de biodiesel.
• Ruta de síntesis respetuosa con el medioambiente.
• Análisis comparativo con otras rutas de sintésis

Aplicaciones
Figura 2.Aplicaciones directas e indirectas de la glicerina carbonata
Directas Indirectas
Surfactante
Producto químico intermedio
Polímeros
ÍNTRODUCCIÓN

Alternativas
Alternativas Buena separación
catalizador
Purificación
sencilla
No disolvente Alta conversión Mínimo tiempo
de reacción
Proceso seguro
Glicerol +EC - 5 5 5 5 5
Glicerol +DMC 5 5 5 5 5 5
Glicerol +Urea 3 3 4 3 3 4
Tabla 1.Comparación de las diferentes alternativas.
Rutas no tóxicas
Viables a nivel industrial
Figura 3.Vías de síntesis de la glicerina carbonatada
ÍNTRODUCCIÓN

Alternativa seleccionada
Sección 100 Sección 200
Sección 300
Sección 400
ÍNTRODUCCIÓN

9%
39%
9%
10%
24%
6%
3%
Industria alimentaria Cosméticos Productos del tabaco
Poliuretanos Productos farmacéuticos Resinas
Otros productos
ESTUDIO DE MERCADO
Materias primas
Figura 4.Usos tradicionales de la glicerina
Glicerol
Carbonato de etileno
Lubricante Baterías de litio
Figura 5.Evolución del precio de la glicerina al 80%. Mayo-septiembre 2019- 2020
Empresa Localización
Hustman Estados Unidos
BASF Alemania
Panax-Etec Corea del Sur
Dongying UPC Industry China
Shandong Lixing Chemical Taiwán
Liaoyang Best Group Taiwán
Linyi Evergreen Chemical China
Shantou Jinguang Hi-Tech Company China
Kishida Kagaku Japón
GUANGZHOU TINCI MATERIALS Japón
Dongguan Kaixin Battery Materials China
Shandong Senjie Cleantech Co China
Shandong Shida Shenghua Chemical Group China
Asahi Kasei Chemical Japón
Mitsubishi Chemical Japón
Linde Oriental Union Chemical Corporation Taiwán
Taixing Taida Fine Chemical China
Tabla 2.Principales empresas de carbonato de etileno y su localización.

Productos
Apliacaciones
• Disolventes
• Monomeros
• Intermediario químico
• Aditivo
• Otros (incluido
componente del
hormigón)
Uso final
• Detergentes
• Cemento
• Combustibles
• Pinturas
• Plásticos
• Cosméticos
• Otros
Región
• America del Norte
• Europa
• Asia Pacífica
• Latino America
• Medio Oeste y Africa
América del
Norte
Europa
Asia
Latino América
Oriente medio y
Africa
Figura 8.Principales productores de glicerina carbonatada
Figura 6.Segmentación del mercado de la glicerina carbonatada.
Glicerina carbonatada
Etilenglicol
2390
832
826
758
704
Arabia Saudi China Kuwai Canada Estados Unidos
Figura 7. Principales exportadores e importadores de etilenglicol en millones de dólares (M$).
4150
410
365
826 263
China Estados unidos India Turquía Belgica
ESTUDIO DE MERCADO

EMPLAZAMIENTO
Características
17000 m2
Buena comunicación
Servicios : Subestación eléctrica,
terminal de tratamiento de residuos,…
Disponibilidad de mano de obra
 Transporte marítimo
 Tres aeropuertos cercanos
 Vías de ferrocarril con líneas de alta velocidad
 Carretera nacional N-655,la N-550 y la
autopista AP-9
Clima marítimo de costa occidental
Figura 9.Vías Ferroviarias y autopistas que comunican el puerto de Ferrol en España
Figura 10.Vista aérea del terreno proporcionada por Google Maps. En imagen, Infinita Renovales

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Sección 100
Sección 200
Sección 300
Sección 400

DISEÑO DEL EQUIPO
MECANISMO DE REACCIÓN
𝐶3𝐻8𝑂3 + 𝐶3𝐻4𝑂3 → 𝐶4𝐻6𝑂4 + 𝐶2𝐻6𝑂2
ESTUDIO CINÉTICA
𝑟 = 𝑘 · 𝐶𝐺𝐿𝑌 · 𝐶𝐸𝐶= 𝑘 · 𝐶𝐺𝐿𝑌0
2
· 1 − 𝑋 · (𝑀 − 𝑋)
𝑘𝑗 = 𝑒𝑥𝑝 ln 𝑘𝑗0 −
𝐸𝑎𝑗
𝑅
·
1
𝑇
Parámetro Valores
Ln k 11,72
𝐸𝑎1 (kJ/mol) 61,82
R(kJ/mol·K) 8,314·10-3
T(K) 413,15
k 1,87·10-3
Tabla 4.Datos cinéticos para reacción a 140⁰C.
Cálculos previos
Tabla 3.Datos para el calculo de la velocidad de reacción

CÁLCULO DEL VOLUMEN
𝑉
𝐹𝐴0
=
𝑋𝐴
−𝑟𝐴
=
𝑋𝐴
𝑘 · 𝐶𝐴0
2
· 1 − 𝑋𝐴 ∗ (𝑀 − 𝑋𝐴)
DIÁMETRO Y ALTURA DEL REACTOR
𝐷 = 3 4 · 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙
𝜋 ·
𝐻
𝐷
DISEÑO DEL REACTOR R-201
Dimensionamiento
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 1,1 · 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
Parámetro Valor
𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 (𝑚3
) 5
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 (𝑚3
) 6,8
𝐷 (𝑚) 2,1
𝐻𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 (𝑚) 1,6
𝐻𝑡𝑎𝑞𝑢𝑒 (𝑚) 2,1
Tabla 5.Datos para el dimensionamiento del reactor

Selección del método de agitación
CÁLCULO POTENCIA AGITADOR
Tabla 6.Valores de viscosidad de la mezcla y volumen del reactor.
𝑃 = 𝑁𝑝 · 𝑁3
· 𝜌 · 𝐷𝐴
5
CÁLCULO DEL DIAMETRO DEL AGITADOR
𝐷𝐴
𝐷𝑇
=
1
3
Parámetro Valores
𝐷𝐴 (m) 0,69
𝑁 (s-1) 3
𝜌𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 (kg/m3) 1283,59
𝑁𝑝 1,5
𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 (kW) 8,00
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 (kW) 8,42
Tabla 7.Valores de potencia del agitador
Figura 10.Número de potencia del agitador en función del número de Reynolds

Diseño de la camisa calefactora
Parámetro Valor
Q (kW) 105,04
(Tsal−Tent) (K) 18,32
λvaporización (kJ/kg) 1947,30
Cp (kJ/kg·K) 4,24
mmps (kg/s) 0,05
Dimensionamiento
𝑄 = 𝑈 · 𝐴 · 𝛥𝑇𝑚
1
𝑈
=
1
ℎ𝑝
+
𝑡
𝑘𝑤
+
1
ℎ𝑐
Figura 11.Rangos de coeficientes de transferencia para diferentes supuestos
ℎ𝑐
ℎ𝑝
Caída de presión
𝛥𝑃 = 8 · 𝑗𝑓 ·
𝐿𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙
𝑑𝑒
·
𝜌 · 𝑣2
2
Tabla 8.Datos del balance en la camisa y caudal del fluido calefactor

Planta de producción de 2-metoxi-2-metilbutano
Metodología
Ashby
Función Recipiente a presión
Limitación Maximizar índice M
Objetivo Minimizar 𝑀1 y 𝑀2
Variable libre Selección del material
Material seleccionado
Selección del material de construcción
Figura 12.Diagrama Ashby módulo de Young vs densidad .Región óptima por encima de la línea roja.
AISI 4340
𝑀 =
𝐸𝑦
1
2
𝜌
𝑀1 =
𝜌
𝜎𝑦
𝑀2 =
𝜌
𝐾𝑙𝑐
Figura 13.Gráfico de Ashby para la selección del material de construcción
índice M2 frente a índice M1

Operación Diseño
Presión (bar) 1 2,72
Temperatura (ºC) 140 167,78
Presión y temperatura de diseño
Diseño mecánico
Espesor de carcasa
𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑙 =
𝑃𝑖𝐷𝑖
2𝑆𝐸 − 1,2𝑃𝑖
𝑡𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 =
𝑃𝑖𝐷𝑖
4𝑆𝐸 − 0,8𝑃𝑖
ASME BPV Sec. VIII
Recipientes a presión
Figura .Lon14gitud efectiva (L') para un recipiente con camisa
Figura 15.Coeficientes de colapso (según Brownell y Young 1959

Diseño mecánico
Espesor de los cabezales
𝑃𝑐 =
2 · 𝐸𝑌 · 𝑡2
𝑅𝑠
2
· 3 · 1 − 𝜈2
𝑃′ = 0,365 · 𝐸𝑌
𝑡
𝑅𝑠
2
Selección del aislante y calculo del espesor
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 2𝜋𝐿𝑘
(𝑇𝑖 − 𝑇𝑖+1)
ln (
𝑟𝑖+1
𝑟𝑖
)
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =
(𝑇𝑖 − 𝑇𝑎𝑚𝑏)
1
2𝜋𝑟𝑖𝐿𝑘 · ℎ𝑎𝑖𝑟𝑒
Parámetro Valor
Q(W) 187,90
T2(K) 458
r4 (m) 1,44
tailante (mm) 3,19
Tabla 32.Datos para el cálculo del espesor del aislante
Figura 17.Representación de la red de resistencias térmicas de un cilindro compuesto por tres capas
Figura 16.Cabezal de tipo toriesférico
Hemiesférico
Elíptico
Toriesférico

Dimensionamiento de la válvula de alivio
Figura 19.Catálogo Crosby de válvulas de alivio según áreas de descarga
𝐴 =
11,78 · 𝑄
𝐾𝑑 · 𝐾𝑤 · 𝐾𝑐 · 𝐾𝑣 · 𝐾𝑝
·
𝐺
1,25 · 𝜌 − 𝜌𝑑
Análisis de tensiones
Presión
Peso de la unidad
Esfuerzos por flexión Figura 18.Soporte de tipo falda
Diseño del
soporte

CONTROL E INSTRUMENTACIÓN
LAZO DE CONTROL TIC-203
Objetivo
Variable controlada
Variable manipulada
Mantener la temperatura de operación en la unidad
regulando la entrada de vapor a la camisa
Temperatura de la corriente de salida de la camisa
Porcentaje de apertura de la válvula válvula TVC-
203 para conseguir temperatura de 140⁰C.

LAZO DE CONTROL TIC-204
Objetivo
Variable controlada
Variable manipulada
Mantener la temperatura de operación en del
intercambiador E-201 A.
Temperatura de la corriente de salida del
intercambiador
Porcentaje de apertura de la válvula válvula TVC-
204 para mantener la temperatura de la corriente
de servicio

LAZO DE CONTROL LIC-206
Objetivo
Variable controlada
Variable manipulada
Mantener el nivel de operación en del reactor R-
201 A.
Nivel de mezcla en el reactor
Porcentaje de apertura de la válvula válvula LVC-206
para mantener el nivel en el tanque
LAH-206 LAL-206

ANÁLISIS MEDIOAMBIENTAL
MATRIZ DE LEOPOLD
MEDIO
FÍSICO
MEDIO
BIOLÓGICO
MEDIO
SOCIO-
ECONÓMICO
TOTAL:16
-101
-49
166

ESTUDIO DE SEGURIDAD
INVENTARIO DE SUSTANCIAS
 Flamabilidad
 Reglamento CLP
 NFPA
Radio de exposición Índice DOW
15 m 45,5
CLASIFICACIÓN DE LA INSTALACIÓN
No se aplica
la normativa
Seveso
ESTUDIO DE LA REACTIVIDAD QUÍMICA MÉTODO DEL BALANCE DE OXÍGENO
INDICE DOW
Figura 63.Matriz de compatibilidad química. Elaboración propia con programa CRW4.
Figura 20.Diagrama de fuego explicativo de la NFPA.

ESTUDIO DE SEGURIDAD
Distancia (m) A B C D E F
A
B 15,2
C 3,05 15,2
D 3,05 15,2 3,05
E 7,6 30,5 3,05 15,2
F 3,05 15,2 3,05 4,6 15,2
Tabla 10.Distancias mínimas entre equipos de la planta de producción de glicerina carbonatada.
Distancia (m) A B C D E F G H I J K
A
B 30,5
C 61 30,5
D 30,5 15,2 30,5
E 30,5 15,2 30,5 15,2
F 15,2 30,5 30,5 30,5 30,5
G 76,2 76,2 91.4 76,2 76,2 76,2
H 76,2 76,2 91,4 76,2 76,2 76,2 -
I - 30,5 91.4 30,5 30,5 30,5 76,2 76,2
J 15,2 61 61 61 61 15,2 106,7 106,7 15,2
K 61 61 61 61 61 61 76,2 76,2 76,2 76,2
Tabla 9.Distancias mínimas entre secciones de la planta de producción de glicerina carbonatada. Elaboración propia a partir de [130] Global Asset
Protection
Services (GAPS)
DISTANCIAS DE SEGURIDAD

Precisión de estimación de clase IV.
Método factorial: se basa en el coste de
equipos instalados y a partir de una
serie de factores se determina cada
presupuesto parcial.
PRESUPUESTOS
Tabla 11.Presupuesto total
±30%

Indicadores financieros
𝐕𝐀𝐍 𝐓𝐈𝐑 𝐏𝐚𝐲𝐛𝐚𝐜𝐤
VIABILIDAD ECONÓMICA
𝑉𝐴𝑁 = −𝐼0 +
𝑛=1
𝑣𝑖𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙
𝐶𝐹𝑖
1 + 𝑖 𝑛
3.786.778,03 €
𝐼0 =
𝑛=1
𝑣𝑖𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙
𝐶𝐹𝑖
1 + 𝑇𝐼𝑅 𝑛
17%
4 años y 9 meses
PROYECTO VIABLE ECONÓMICAMENTE

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