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 maria.quillupangui@epn.edu.ec

DIRECTOR: ING. JADY PEREZ MSc. jady.perez@epn.edu.ec

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