ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL - · PDF fileDiagrama de Moody 166 ANEXO AX...

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  • ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

    FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y AGROINDUSTRIA

    DISEO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES PROVENIENTES DE LA PRODUCCIN DE RESINA UREA-

    FORMALDEHDO MEDIANTE LA APLICACIN DE UN PROCESO FENTON MODIFICADO

    PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERA QUMICA

    MARA JOS QUILLUPANGUI CARGUA [email protected]

    DIRECTOR: ING. JADY PEREZ MSc. [email protected]

    Quito, Enero 2018

  • Escuela Politcnica Nacional (2018) Reservados todos los derechos de reproduccin

  • DECLARACIN

    Yo, Mara Jos Quillupangui Cargua, declaro que el trabajo aqu descrito es de mi

    autora; que no ha sido previamente presentado para ningn grado o calificacin

    profesional; y, que he consultado las referencias bibliogrficas que se incluyen en

    este documento.

    La Escuela Politcnica Nacional puede hacer uso de los derechos

    correspondientes a este trabajo, segn lo establecido por la Ley de Propiedad

    Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

    Mara Jos Quillupangui Cargua

  • CERTIFICACIN

    Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por la Sra. Mara Jos

    Quillupangui Cargua, bajo mi supervisin.

    Ing. Jady Prez MSc. DIRECTOR DE PROYECTO

  • AUSPICIO

    La presente investigacin cont con el auspicio financiero del proyecto PII-DCN-

    006-2016: Estudio de la biodegradabilidad y la mineralizacin de los efluentes

    generados en la produccin de resinas alqudicas y urea-formaldehdo, mediante

    procesos Fenton y Foto-Fenton modificados con agentes quelantes, que se

    ejecuta en el Departamento de Ciencias Nucleares de la Escuela Politcnica

    Nacional.

  • AGRADECIMIENTOS

    A mi amada madre quien da a da me brind su apoyo incondicional y no dejo de

    creer en m, a mi querido hermano que cuido de m y se convirti en un ejemplo

    de que todo es posible alcanzar, a mi querida suegra quien con sus cuidados y

    consejos me guiaron en este duro camino, a mi querida cuada que se convirti

    en la segunda madre para mi hijo y finalmente a mis queridas amigas quienes con

    sus palabras de aliento hicieron que no decayera y no renunciara en mi objetivo.

  • DEDICATORIA

    El presente trabajo est dedicado a mi hijo y mi esposo, por el inmenso cario y

    amor que me dan.

  • i

    NDICE DE CONTENIDOS

    PGINA

    1 JUSTIFICACIN 1

    2 DESCRIPCIN DEL PROCESO 3

    2.1 Sistema de tratamiento para el efluente de resina urea-formaldehdo 4

    3 CRITERIOS DE DISEO O EVALUACIN 6

    3.1 Criterios para la evaluacin de los diagramas caractersticos de la planta de efluentes de resina urea-formaldehdo. 15

    4 DISEO DE LA PLANTA 16

    4.1 Diagrama de bloques BFD y diagrama de flujo PFD 16

    4.1.1 Diagrama de bloques BFD 16 4.1.2 Simbologa diagrama de flujo PFD para la planta de tratamiento de efluentes de resina urea formaldehdo 17 4.1.3 Diagrama de flujo PFD para la planta de tratamiento de efluentes de resina urea formaldehdo 18

    4.2 Balance de masa 20

    4.3 Planificacin de la produccin 21

    4.3.1 Evaluacin del tiempo de duracin del proceso de tratamiento de efluentes de resina urea formaldehdo a partir del diagrama de flechas 22 4.3.2 Planificacin de mantenimiento 25

    4.4 Balance de energa 25

    4.5 Disposicin en planta (Layout) y planos de elevacin (vistas) 27

    4.6 Diagrama de tuberas e instrumentacin (P&ID) y control 39

    4.7 Dimensionamiento y especificaciones de los equipos propuestos (hojas de datos de los equipos) 47

    4.7.1 Dimensionamiento de los equipos propuestos 47

  • ii

    4.7.2 Especificaciones de los equipos propuestos 50

    5 EVALUACIN ECONMICA 60

    5.1 Costos directos 60

    5.2 Costos indirectos 61

    5.3 Costos operacionales 61

    5.4 Costo beneficio de las medidas implementadas 62

    REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 65

    ANEXOS 71

  • iii

    NDICE DE TABLAS

    PGINA

    Tabla 4.1. Balance de masa para la planta de tratamiento de efluentes de resina UF 20

    Tabla 4.2. Operaciones unitarias de la planta diseada y su duracin para

    el tratamiento del efluente de resina UF. 23

    Tabla 4.3. Flujo de calor de los procesos de tratamiento de efluentes de resina UF 26

    Tabla 4.4. Especificaciones para cada tramo de tubera de la planta de tratamiento 27

    Tabla 4.5. Dimensiones de los tanques y reactor de la planta de tratamiento de

    elfluentes de resina urea-formaldehdo 47

    Tabla 4.6. Dimensiones de los tanques de la planta de tratamiento de efluentes de

    resina urea-formaldehdo 48

    Tabla 4.7. Dimensiones de los equipos principales y secundarios de la planta

    de tratamiento de efluentes de resina urea-formaldehdo 48

    Tabla 4.8. Dimensiones de los equipos principales y secundarios de la planta

    de tratamiento de efluentes de resina urea-formaldehdo 49

    Tabla 4.9. Dimensiones de los equipos principales y secundarios de la planta

    de tratamiento de efluentes de resina urea-formaldehdo 50

    Tabla 4.10. Hoja de especificacin del tanque de almacenamiento 51

    Tabla 4.11. Hoja de especificacin del tanque de mezclado 52

    Tabla 4.12. Hoja de especificacin del intercambiador de calor 53

    Tabla 4.13. Hoja de especificacin del reactor Fenton 54

    Tabla 4.14. Hoja de especificacin del tanque de acondicionamiento enchaquetado 55

    Tabla 4.15. Hoja de especificacin de las bombas de diafragma 56

    Tabla 4.16. Hoja de especificacin del tanque de floculacin 57

  • iv

    Tabla 4.17. Hoja de especificacin del sedimentador 58

    Tabla 4.18. Hoja de especificacin del filtro prensa 59

    Tabla 5.1. Costo final de equipos 60

    Tabla 5.2. Costo mensual de reactivos de la planta de tratamiento de efluentes

    de resina UF 61

    Tabla 5.3. Costo energtico 62

    Tabla 5.4. Multas para infracciones muy graves 63

    Tabla 5.5. Costo anual de las medidas implementadas 63

    Tabla 5.6. ndice costo beneficio para la planta de tratamiento 64

    Tabla AII.1. Dimensiones del tanque de mezclado 84

    Tabla AII.2. Dimensiones del tanque de acondicionamiento enchaquetado 92

    Tabla AII.3. Dimensiones del tanque de floculacin 96

    Tabla AIII.1. Rango de velocidades de succin y descarga 110

    Tabla AIII.2. Valor de k para diferentes accesorios en una tubera 115

    Tabla AV.1. Especificaciones de los agitadores para los tanques y reactor de la

    planta de tratamiento 162

    Tabla AX.1. Costos de tanques y reactor de la planta de tratamiento 167

    Tabla AX.2. Costo de filtro prensa para la planta de tratamiento 168

    Tabla AX.3. Costo final de los equipos de la planta de tratamiento de resina UF 168

    Tabla AX.4. Depreciacin mensual de los equipos usados en la planta de tratamiento 169

    Tabla AX.5. Costo mensual de reactivos 169

    Tabla AX.6. Costo energtico 169

    Tabla AX.7. Costo de insumos 170

    Tabla AX.8. Multas para infracciones muy graves 170

    Tabla AX.9. Costo anual de las medidas implementadas 171

  • v

    Tabla AX.10. ndice costo beneficio para la planta de tratamiento 171

  • vi

    NDICE DE FIGURAS

    PGINA

    Figura 3.1. Esquema de un agitador en un tanque con deflectores 12

    Figura 4.1. Diagrama de flujo PFD para la planta de tratamiento de efluentes de

    resina urea-formaldehdo 16

    Figura 4.2. Simbologa diagrama de flujo PFD para la planta de tratamiento

    de efluentes de resina urea-formaldehdo 17

    Figura 4.3. Diagrama PFD para la planta de tratamiento de efluentes de resina

    urea-formaldehdo, parte uno 18

    Figura 4.4. Diagrama PFD para la planta de tratamiento de efluentes de resina

    urea-formaldehdo, parte dos 19

    Figura 4.5. Diagrama de flechas de la planta de tratamiento de efluentes de resina

    urea-formaldehdo 24

    Figura 4.6. Layout de la ubicacin de la planta de tratamiento dentro de la industria

    de pinturas 29

    Figura 4.7. Layout correspondiente al rea de produccin 30

    Figura 4.8. Plano de elevacin del tanque de almacenamiento 31

    Figura 4.9. Plano de elevacin del intercambiador de calor 32

    Figura 4.10. Plano de elevacin del tanque de mezclado 33

    Figura 4.11. Plano de elevacin del reactor Fenton 34

    Figura 4.12. Plano de elevacin del tanque de acondicionamiento enchaquetado 35

    Figura 4.13. Plano de elevacin del tanque de floculacin 36

    Figura 4.14. Plano de elevacin del sedimentador 37

    Figura 4.15. Plano de elevacin del filtro prensa 38

  • vii

    Figura 4.16. Identificacin de lneas de tubera P&ID 39

    Figura 4.17. Diagrama P&ID para la planta de tratamiento de efluentes de

    resina urea formaldehdo, parte uno 41

    Figura 4.18. Diagrama P&ID para la planta de tratamiento de efluentes de resina

    urea formaldehdo, parte dos 42

    Figura 4.19. Diagrama P&ID para la planta de tratamiento de efluentes de resina

    urea formaldehdo, parte tres 43

    Figura 4.20. Diagrama P&ID para la planta de tratamiento de efluentes de resina

    urea formaldehdo, parte cuatro 44

    Figura 4.21. Diagrama P&ID para la planta de tratamiento de efluentes de resina

    urea formaldehdo, parte cinco 45

    Figura 4.22. Diagrama P&ID para la pl