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Título : Diseño de una planta de separación de aire para la producción de oxígeno de grado medicinal
Autor : Di Lorenzo Zambrano, Donato Orlando
Vera García, Lennon Amable
Director(es): Ferrer Gutiérrez, Juan Pedro
Palabras clave : SEPARACION DE AIRE;DESTILACION CRIOGEÉNICA;SIMULACION DE PROCESOS;DISEÑO DE PLANTA
Fecha de publicación : 2021
Editorial : Machala : Universidad Técnica de Machala
Citación : Di Lorenzo Zambrano, D.O., Vera García, L.A. (2021) Diseño de una planta de separación de aire para la producción de oxígeno de grado medicinal. (trabajo de titulación). UTMACH, Facultad de Ciencias Químicas y de la Salud, Machala, Ecuador.
Descripción : Las unidades de separación de aire son utilizadas para producir gases de alta pureza siendo el de mayor interés el oxígeno; tiene gran importancia en el campo medicinal debido a que se emplea para el tratamiento de enfermedades respiratorias además de otras aplicaciones importantes. También, como subproducto se obtiene nitrógeno del proceso y ambos tienen grandes aplicaciones en diversas industrias como, por ejemplo; química, metalúrgica, alimenticia, farmacéutica, biotecnología, papelera, cartón, aeroespacial, aeronáutica, petrolera y tratamiento de aguas. Por lo tanto, el objetivo del presente documento es proponer el diseño de una planta de una unidad separadora de aire para el cantón Machala, provincia El Oro. Para tal motivo se escogió la tecnología apropiada, de entre las que están disponibles actualmente; destilación criogénica, separación por membranas y adsorción por oscilación de presión. La tecnología seleccionada fue la destilación criogénica, a través del método de Likert, basándose en los siguientes criterios técnicos; costos de adquisición, costos de producción, inversión requerida, rentabilidad, flexibilidad de operación, posibilidades de desarrollo a futuro, calidad del producto final, subproductos y residuos de la producción, aspectos legales, tiempo de arranque, volumen de producción, riesgos asociados y requerimientos de otros servicios. Implementando el software de código abierto COCO SIMULATOR se desarrolló la simulación de la planta de destilación criogénica y se obtuvieron los balances de masa de las corrientes internas, las que ingresan y las que salen del sistema. El diseño de la planta consta de un pretratamiento para retirar las partículas de polvo, polen, humedad y CO2, de ahí el gas sigue a una etapa de compresión y enfriamiento, luego el fluido líquido pasa por el intercambiador de calor para ser enfriado, después pasa a una etapa de expansión volumétrica para recalar en la etapa de destilación, luego el producto pasa por el intercambiador, sirviendo como fluido refrigerante, a la vez que se obtiene el producto final en estado gaseoso. Por otra parte, se obtuvieron los datos necesarios para el diseño de los equipos y fueron plasmadas en hojas de especificaciones como; altura, diámetro, condiciones de presión, temperatura, fracción de vapor, flujos másicos, demanda energética, eficiencia isentrópica, trabajo realizado y número de etapas de la columna. Se propusieron tres diseños de plantas distintos y se escogió el tercer caso que corresponde a una producción de oxígeno de 5200 kg/h al 99,5% y nitrógeno de 4700 kg/h al 99,6%. A partir del diseño de planta seleccionado se elaboró el diagrama de instrumentación y tuberías, un plano de planta, y posteriormente se realizó un estudio HAZOP a partir del análisis de funcionalidad y operabilidad. Por otra parte, se identificó las posibles fallas operacionales en la turbina de expansión, columna de alta presión (HPC) y columna de baja presión (LPC); las cuales pueden ser ocasionadas por deficiencia en los lazos de control, obstrucción en válvulas, por ruptura de tuberías, corrosión de platos y/o inundación de columna. También, se propuso la posible ubicación de las instalaciones dentro de los límites de la ciudad. Por último, se determinó la rentabilidad económica del proyecto a través de los indicadores económicos; valor presente neto que fue de $1.228.437,74 y la tasa interna de retorno igual al 35% en un periodo de 3 años, por lo que se concluye que el proyecto es económicamente factible.
Resumen : Air separation units are used to produce high purity gases, being oxygen the most interesting one; it is of utmost importance in the medical field as it is considered a medicine utilized for the treatment of respiratory diseases, in addition to other important applications. Nitrogen is also obtained from the process and both have great uses in the chemical, metallurgical, alimentary, pharmaceutical, and paper industries, among others. Thus, the objective of this paper is to propose the design of an air separator unit plant for the Machala canton, El Oro province. To this end, the appropriate technology was chosen from among the following are highlighted: acquisition and production costs, required investment, product quality, and profitability using the Likert method. Through the Cape-Open software COCO SIMULATOR, the simulation of the cryogenic distillation plant was developed and the mass balances of the internal currents entering and leaving the system were obtained. Furthermore, the necessary data for the design of the equipment were also collected and were captured in datasheets. Three different plant designs were proposed and the third case was chosen, corresponding to an oxygen production of 5200 kg/h at 99.5% and nitrogen production of 4700 kg/h at 99.6%. Grounded on the chosen plant design, instrumentation and piping diagram and a plot plan were prepared, and a HAZOP study was conducted based on the analysis of functionality and operability. On the other hand, possible operational failures in the expansion turbine, High-Pressure Column (HPC), and Low-Pressure Column (LPC) were detected, which may be caused by deficiencies in the control loops, obstruction in valves, pipe rupture, plate corrosion, and/or column flooding. Moreover, the possible location of the facilities within the city limits was proposed. Lastly, the economic profitability of the project was determined through the economic indicators; net present value which was $1 million, and internal rate of return higher than 35% in a period of 3 years, thus concluding that the project is economically feasible.
URI : http://repositorio.utmachala.edu.ec/handle/48000/17327
Aparece en las colecciones: Trabajo de Titulación Ingeniería Química

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