Caña de Azucar 2

Divisin de Ciencias Bsicas e Ingeniera

INGENIARA QUMICA

LABORATORIO DE PROCESOS Y DISEO III

REVALORACIN DE LOS SUBPRODUCTOS DE LA CAA DE AZCAR

INTEGRANTES:

Vargas Robledo Viviana

ASESORES: Dr. Sergio Revah Mossiev

M. en C. Sergio Hernndez Jimnez

Mxico DF, a 18 de abril de 2008

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD AAUUTTNNOOMMAA MMEETTRROOPPOOLLIITTAANNAA UUNNIIDDAADD IIZZTTAAPPAALLAAPPAA

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RESUMEN

La cachaza es un residuo de la produccin azucarera que se genera en el proceso de clarificacin del jugo de caa durante la fabricacin de azcar cruda y contiene gran parte de materia orgnica, entre ellas la cera de la caa. Este residuo se destina principalmente como abono en los campos de cultivo y en algunos casos como alimento de rumiantes.

En el presente trabajo se propone una alternativa para revalorizar este residuo mediante la recuperacin de sus componentes con solventes orgnicos. Especficamente, se describe un procedimiento de la extraccin industrial de ceras provenientes de la cachaza cuya utilizacin es muy variada. Entre ellas la obtencin del Policosanol, producto de alto valor agregado.

El proceso de recuperacin de la cera se realiza en un sistema de extraccin con heptano. Posteriormente se lleva a cabo la refinacin de la misma utilizando acetona como solvente para eliminar el aceite y la resina presentes en ella. En seguida se obtiene el Policosanol por medio de una reaccin de saponificacin.

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INDICE

RESUMEN.........................................................................................................................2 INTRODUCCIN..............................................................................................................5 CAPITULO 1 .....................................................................................................................6 JUSTIFICACION DEL PROYECTO .................................................................................6 1.1 OBJETIVOS.................................................................................................................6

Objetivo general ...............................................................................................................6 Objetivos particulares.......................................................................................................6

1.2 GENERALIDADES .....................................................................................................7 1.3 ESTUDIO DE MERCADO ..........................................................................................8

1.3.1 Estudio de mercado para la cera refinada................................................................8 Demanda ..........................................................................................................................8 Oferta ...............................................................................................................................8 Competencia.....................................................................................................................8 Precios .............................................................................................................................9 1.3.2 Estudio de mercado para el Policosanol ..................................................................9 Demanda ..........................................................................................................................9 Oferta .............................................................................................................................10 Competencia...................................................................................................................10 Precios internacionales ..................................................................................................10

1.4 UBICACIN DE LA PLANTA..................................................................................11 1.5 CONCLUSIONES DE ANALISIS DE MERCADO ...................................................13 CAPITULO 2 ...................................................................................................................14 2.1 ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOS ....................................................................14

2.1.1 Extraccin y refinacin de cera..............................................................................14 2.1.2 Refinacin de la cera .............................................................................................14 2.1.3 Obtencin de alcoholes ..........................................................................................15

2.2 OBJETIVOS EXPERIMENTALES............................................................................16 2. 3 MTODO EXPERIMENTAL ...................................................................................16

2.3.1 Extraccin de cera .................................................................................................16 2.3.2 Refinacin de la cera .............................................................................................17 2.3.3 Obtencin de alcoholes ..........................................................................................17 2.3.4Purificacin de alcoholes alifticos.........................................................................17

2.4 RESULTADOS Y DISCUSIN.................................................................................18 2. 5 CONCLUSIONES EXPERIMENTALES .................................................................23 CAPITULO 3 ...................................................................................................................24 3.1 DESCRIPCIN DEL PROCESO ...............................................................................24

3.1.1Extraccin de ceras.................................................................................................24 3.1.2 Refinacin..............................................................................................................24 3.1.3 Obtencin de Policosanol ......................................................................................24

3.2 BALANCE DE MATERIA ........................................................................................27 3.3. DISEO DE LOS EQUIPOS.....................................................................................29 3.3.1. Secado de cachaza ..................................................................................................29

3.3.1.1 Secador rotatorio ................................................................................................29 3.3.2 Obtencin de ceras...................................................................................................31

3.3.2.1 Lixiviador de ceras..............................................................................................31 3.3.2.2 Evaporador de Heptano ......................................................................................34

3.3.3. Refinacin de ceras .................................................................................................36 3.3.3.1 Tanque de agitacin ............................................................................................36 3.3.3.2 Evaporadores......................................................................................................38 3.3.3.3 Decantadores ......................................................................................................40

3.3.4 Obtencin de Policosanol.........................................................................................41 3.3.4.1 Reactor de saponificacin ...................................................................................41

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3.3.5 Bombas....................................................................................................................43 3.3.6 Tanques de almacenamiento.....................................................................................44 3.3.7 Intercambiador de calor............................................................................................45 3.3.8 Compresor ...............................................................................................................47 3.4 EVALUACIN ECONMICA DEL PROCESO .......................................................47

3.4.1 Costo de equipo .....................................................................................................47 3.4.2 Capital de inversin ...............................................................................................49 3.4.3 Costo de mano de obra..........................................................................................50 3.4.4 Costos de operacin ..............................................................................................50 3.4.5 Rentabilidad..........................................................................................................51

3.5 DESCRIPCION DE LA PLANTA..............................................................................52 3.6. ASPECTOS DE SEGURIDAD..................................................................................54

3.6.1 MEDIDAS ECOLOGICAS .....................................................................................54 3.6.2 MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA TRABAJADORES ..........................................54

3.7. CONCLUSIONES.....................................................................................................55 3.8 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................56 APNDICE A. CLCULOS DE BALANCE DE MATERIA ..........................................58 APNDICE B. CLCULOS DEL DISEO DE EQUIPOS .............................................64 B. I Secador Rotatorio ......................................................................................................64

B. II Requerimiento de energa para calentar el aire de 25 a 120 C...............................70 B .II.1 Datos para el diseo de equipos transportadores ................................................71 B. III Propiedades de la cachaza, aire y heptano en el secador......................................72 B.IV. Diseo extractor de ceras. .....................................................................................73 B.V. Diseo del decantador ............................................................................................75 B.VI. Diseo del evaporador...........................................................................................78 B.VII. Diseo de los tanques de mezclado y del reactor de saponificacin ......................83 B. VIII. Intercambiadores de calor..................................................................................86 B.IX Compresor..............................................................................................................89 B. X Diseo de la potencia de las bombas.......................................................................90

APENDICE C. Determinacin de la constante cintica, orden de reaccin para la saponificacin de ceras24 ..................................................................................................91 APNDICE D. DISEO DE REACTOR ........................................................................94 APNDICE E. JUSTIFICACIN DEL HEPTANO Y ACETONA .................................95 APENDICE F. FICHAS DE SEGURIDAD ....................................................................96

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INTRODUCCIN

Mxico es el sptimo productor de azcar de caa a nivel mundial. Actualmente existen 58 ingenios distribuidos en 15 Estados de la Repblica y cuya produccin alcanza ms de 5 millones de toneladas de azcar por ao. Veracruz es la entidad que registra la mayor produccin, utilizando 250 mil hectreas y elabora con sus 22 ingenios 20.4 millones de toneladas de azcar al ao, generando18 millones de toneladas por ao de cachaza.

El desarrollo de la industria azucarera ha generado una gran variedad de residuos que han sido poco explotados, como son el bagazo, las vinazas y la cachaza. La cachaza es empleada como abono para los campos agrcolas, aunque la mayor parte de sta es expuesta a la intemperie provocando contaminacin. A la fecha los ingenios azucareros no tienen inters en revalorizar estos desechos.

Adems, el azcar actualmente compite con edulcolorantes, particularmente el jarabe de maz transgnico que produce alta fructuosa cuyos precios son ms bajo. El jarabe ya se produce en el pas, por lo que a mediano plazo, la industria azucarera perder el mercado del sector de refrescos embotellados, que hoy absorbe el 30% de la produccin nacional de azcar. Ante esa desalentadora perspectiva y la inminente quiebra de muchos ingenios el Gobierno mexicano expropio 27 ingenios. [1]

Recientes investigaciones se han realizado en torno a los residuos del sector azucarero, llamando la atencin principalmente la cachaza. Se ha demostrado [3] que ha partir de sta se puede obtener cera con las caractersticas necesarias para ser utilizada en otras ramas de la industria como la farmacutica y cosmtica.

Los estudios que se han realizado acerca de la composicin de las ceras de la caa, demostraron que existe un constituyente llamado Policosanol, el cual reduce los niveles de colesterol alto y los niveles de lipoprotenas de baja densidad (LDL), adems de que es utilizado como ergognico y suplemento alimenticio para la disminucin y control de peso, sin provocar efectos secundarios en la salud.

El Policosanol esta constituido por ocho alcoholes alifticos primarios de cadena larga, tambin llamados alcoholes grasos, dentro de los cuales su componente ms abundante es el 1octacosanol [CH3(CH2)26 CH2O14] seguido de 1-triacontanol y 1-hexacosanol y otros alcoholes en menor proporcin (1-tetracosanol, 1-heptacosanol, 1-nonacosanol, 1-dotriacontanol y el 1-tetratriacontanol).[2]

Ya que Mxico es un productor de azcar y con esta actividad genera gran cantidad de residuos en el proceso, adems de que no existe una industria que se dedique a la extraccin de cera de la caa, nos planteamos el objetivo de obtener ceras y Policosanol a nivel industrial.

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CAPITULO 1

JUSTIFICACION DEL PROYECTO

La industria caera mexicana a lo largo de su historia ha sido importante en el desarrollo nacional. Sin embargo, en los ltimos 50 aos se han producido grandes rezagos tecnolgicos, que tienden a agravarse frente a la creciente competitividad internacional y apertura de nuevos mercados. El desperdicio y la falta de tratamiento de los residuos industriales de los ingenios, aunado al deterioro agro-ecolgico, la erosin de suelos y la quema de caaverales, han impactado negativamente a esta industria.

La cuestin de los residuos se ha convertido en un problema por la creciente incapacidad para eliminarlos, es por eso que es necesario desarrollar tecnologas que contribuyan a la recuperacin de productos a partir de estos, considerando aspectos ambientales y econmicos.

1.1 OBJETIVOS

Objetivo general

Disear una planta de extraccin de ceras provenientes de la cachaza de la caa de azcar.

Objetivos particulares

Estudio de mercado.

Determinar la capacidad de la planta.

Distribucin y dimensionamiento de equipos de proceso.

Planteamiento de rentabilidad de proceso mediante un anlisis econmico (TIR y TREMA).

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1.2 GENERALIDADES

La cachaza es un residuo obtenido en el proceso de la clarificacin del jugo de caa de azcar; este residuo esta constituido por cera cruda en 10-13%, un 75% de humedad, adems de 2% de bagacillo y aproximadamente 3.5% de azcares disueltos, arcilla e impurezas orgnicas todo este porcentaje esta dado en fraccin peso.[3]

Desde el punto de vista qumico la cera esta compuesta por esteres y polisteres de cidos grasos, hidrocarburos y alcoholes de alto peso molecular. Las ceras pueden estar clasificadas segn su origen ya sea de tipo animal, vegetal y mineral.

Las ceras vegetales forman un revestimiento en las hojas, tallos y semillas, ya que son una proteccin de la planta contra: los rayos UV, el ataque de insectos y adems previene la evaporacin de agua.

Los constituyentes de las ceras dependen mucho de la naturaleza de la misma, pero en general contienen las siguientes sustancias: 35.5% de cidos grasos y 60% de materia no saponificable.

Los cidos comprenden 15% de cidos voltiles, 15% de cidos grasos solubles en carbonato de sodio y 70% de cidos no voltiles. Estos a su vez estn constituidos por 22% de hidroxicidos y 56% de cidos grasos normales. Esto ltimos contienen 5.8% de acido oleico, 2% de acido linolico, 24.5% de cidos de 14 a 24 tomos de carbono y 68.2 % de cidos de 28 a 30 tomos de carbono.

La materia no saponificable contiene 2.7% de hidrocarburos, 72.1% de alcoholes de los cuales la mayor parte es alcohol mirislico y 17.1% de esteroles, de los cuales se ha aislado stigmaterol y sitosferol.[3] Algunas de las caractersticas fsicas de la cera de caa son: [4]

Tabla 1.1 Caractersticas de la cera de caa.[4]

Propiedades Valor Punto de fusin 65-68 C

ndice de saponificacin

70-100 mg de sosa/g de cera

Densidad a 25 C 980.29 kg/m3

Viscosidad a 80 C 42 cp Capacidad calorfica

de18 a 120 C 1.3 x 104J/kg

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Las ceras derivadas de la caa de azcar pueden utilizarse en la produccin industrial de papel, tinta, recubrimientos, lacas, cosmticos y abonos. Otro uso potencial se ha encontrado en la industria farmacutica, ya que a partir de la cera se obtiene una mezcla de alcoholes alifticos primarios de cadena larga denominada Policosanol, con propiedades que permiten utilizarlo como compuesto activo en formulaciones para reducir los niveles de colesterol [4].

1.3 ESTUDIO DE MERCADO

En el se hace el anlisis de mercado para cera y Policosanol, consta bsicamente de la determinacin de la oferta y demanda.

1.3.1 Estudio de mercado para la cera refinada Demanda

La cera esta dirigida a empresas que producen y distribuyen cera vegetal tanto en el mercado nacional como en el extranjero. Una de estas empresas es Cenamex que comercializa ms de 27 toneladas mensuales de cera de candelilla. Actualmente, esta empresa afronta el problema de sobreexplotacin de la planta de candelilla, lo que trae como consecuencia la falta de materia prima para la produccin de cera.

Es por este motivo que la produccin de cera a partir de cachaza, reemplazara la produccin de cera de candelilla, ya que se ha comprobado que las caractersticas fisicoqumicas de estas dos ceras son similares.[5]

Oferta

En Mxico no se extrae cera a partir de la cachaza, sin embargo existen empresas nacionales que se dedican a la produccin ceras vegetales. Algunas de estas empresas son Multiceras S. A de C. V y Adiplast S. A de C. V, ambas empresas fabrican ceras vegetales para la fabricacin de cosmticos, gomas, tintas, adhesivos, recubrimientos, emulsiones, pulimentos, productos farmacuticos, etc. Estas empresas buscan mejorar sus productos combinando diferentes ceras vegetales, la caracterstica principal es el punto de fusin. La cera de cachaza tiene un punto de fusin de 65-68 C, siendo este un punto destacado en las ceras que ellos utilizan, por tal motivo la cera de caa de azcar puede ser til para estos fines.[5]

Competencia

Dado que su punto de fusin y su aspecto fsico caracterstico para la elaboracin de productos naturales, cosmticos y medicamentos, la cera de caa puede competir con la produccin de cera de candelilla.

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Precios

Los precios de la cera de caa de azcar sern tomados de acuerdo al precio de la cera de candelilla. En la Tabla 1.2 se muestran los precios que se otorgan por kilogramo de cera en tres diferentes pases, que son los compradores de la empresa Cenamex.

Tabla 1.2. Precios de cera.

Cera Precio por kg (USD)

Pas

candelilla 2.4 Mxico candelilla 3.8 Japn candelilla 5.2 Italia

1.3.2 Estudio de mercado para el Policosanol

Demanda

El Policosanol est dirigido a derechohabientes con diagnstico previo de hipercolesterolemia que asistan a instituciones privadas y a consultorios particulares. Segn datos reportados por la INEGI, en Mxico existen actualmente 104 millones de habitantes, de las cuales ENSANUT[1] reporta que de la poblacin que asiste a consultorios particulares, el 30.8% padece hipercolesterolemia y de la poblacin que es derechohabiente de hospitales privados, el 25.6% tiene el mismo diagnstico.[6]

PEMEX, SEDENA,ESTATALES 11.8%

PRIVADOS Y PARTICULARES 56.4%

ISSSTE 16.3%

IMSS 15.5%

Figura 1. Distribucin de poblacin con Hipercolesterolemia que asisten a diferentes instituciones de sector Salud.

Por lo tanto, la poblacin que tiene las posibilidades de adquirir el producto son aproximadamente 16 millones de personas, esto es porque en las instituciones pblicas y estatales administran el medicamento.

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Oferta

Los productos existentes en el mercado ofrecen regularmente cajas de 20 a 30 tabletas con una cantidad de 5 a 20 mg de Policosanol (como principio activo). En el caso de obtencin de Policosanol de cera de caa, se ofrecer un producto que compita en precio y calidad con lo que existe en el mercado, debido a que se elaborara con materias primas que actualmente no tienen un valor agregado, adems de que representan un problema de contaminacin para la industria azucarera nacional. [6]

Competencia

En Mxico no hay registro de empresas que se dediquen a la obtencin de Policosanol, sin embargo, el producto es vendido dentro del pas ya que es importado, por tal motivo cabe la posibilidad de la competencia. Algunos laboratorios mexicanos como Mercol de Laboratorios Exakta S. A de C. V y Dupla de laboratorios Grupo Carbel S. A; se dedican a comprar el Policosanol (activo) a la industria farmacutica cubana Laboratorios Dalmer S. A.

Precios internacionales

En el Mercado internacional, se encuentran diversos medicamentos que contienen Policosanol, en la tabla 1 se muestran uno de los precios y el pas de localizacin:

Tabla 1.3. Precios de Policosanol como principio activo.

Producto Precio (USD) Pas Plicosanol 1000 Cuba

Policosanol 1200 Japn

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1.4 UBICACIN DE LA PLANTA

Para determinar la localizacin de la planta es necesario establecer los criterios de transporte de materia prima y de producto terminado, los cuales representan un factor importante en el balance econmico.

Mxico es un productor de caa de azcar con un total de 58 ingenios azucareros, por lo tanto hay una disposicin de materia prima (cachaza). En la Tabla 1.4 se muestran los estados que cuentan con ingenios productores de azcar, que sern los posibles proveedores de materia prima para la produccin de Policosanol.

Tabla 1.4 Numero de ingenios caeros por estado en Mxico.

Estados productores Nmero de ingenios Veracruz 22 Jalisco 6

San Luis Potos 4 Oaxaca 4

Michoacn 3 Tabasco 3 Sinaloa 3 Chiapas 2 Nayarit 2 Puebla 2

Tamaulipas 2 Morelos 2

Quintana Roo 1 Colima 1

Campeche 1 Datos obtenidos de la Unin Nacional de Caeros, AC.-CNPR

A partir de la tabla 1.4, se establece que en el estado de Veracruz, Jalisco y Oaxaca, San Luis Potosi en ellos existe la posibilidad de establecer una planta de extraccin de cera, dado que el nmero de ingenios existentes en esos estados, podran abastecer la materia prima necesaria para la extraccin de cera.

Para la ubicacin de la planta se hizo uso del mtodo cualitativo denominado por puntos, este mtodo consiste en asignar a una serie de factores que se consideran relevantes para la localizacin.[7] Los necesidades y ponderaciones se muestran en la Tabla 1.5.

Tabla 1.5. Aspectos de la localizacin de la planta.

NECESIDADES PORCENTAJE Demanda 10 Materia prima 35 Servicios 10 Transporte 15 Normas ambientales 15 Ubicacin 15

Total 100

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A continuacin se presenta la tabla de ponderaciones para los estados de Jalisco, Oaxaca, Veracruz:

Tabla 1.6. Datos de ponderacin para la ubicacin de la planta.

Veracruz Jalisco Oaxaca Calificacin Ponderacin Calificacin Ponderacin Calificacin Ponderacin

Demanda 3 0.1 4 0.1 3 0.1 Materia Prima

4 0.35 3 0.35 3 0.35

Servicios 4 0.1 4 0.1 4 0.1 Transporte 4 0.15 4 0.15 3 0.15

Normas ambientales

4 0.15 4 0.15 4 0.15

Clima 4 0.15 4 0.15 4 0.15 Total 3.9 3.65 3.4

NOTA: Los valores tomados para la ponderacin son: 4-MUY BIEN; 3-BIEN; 2-REGULAR; 1-MAL; 0-NULO.

Con la tabla 1.6, se elige el estado de Veracruz, ya que su ubicacin cuenta con excelentes vas de comunicacin, materia prima, infraestructura y servicios que ofrece.

Para localizar la ciudad en la que se ubicara la planta, se hizo con necesidades y ponderaciones. El mapa esta dividido en tres zonas (Centro, Sur y Norte) como se muestra en la figura 1.1

Figura 1.1. Estado de Veracruz

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Tabla 1.7. Ponderacin del estado de Veracruz

Zona Norte Zona Centro Zona Sur Calificacin Ponderacin Calificacin Ponderacin Calificacin Ponderacin

Materia prima

2 0.50 4 0.50 1 0.50

Servicios 3 0.20 3 0.20 3 0.20 Normas

ambientales 4 0.20 4 0.20 4 0.20

Clima 2 0.10 4 0.10 4 0.10 Total 2.6 3.8 2.3

Por los resultados expuestos en la Tabla 1.7, se decide que la planta estar ubicada en la zona centro del estado de Veracruz, debido a que ah se encuentran 18 ingenios azucareros de los 22 con los que cuenta el estado. Especficamente, se elige el municipio de Crdoba, en donde se localiza el ingenio azucarero San Miguelito, que produce 97453 Toneladas de cachaza anualmente, siendo este el ingenio que proporcionar la materia prima (cachaza). Este ingenio ser nuestro principal proveedor por dos razones principales: pertenece al grupo SAGARPA, lo que indica que el precio de la materia es mas barata debido a que pertenecen al Estado, y la segunda razn es la cantidad de cachaza que produce al ao, que es la necesaria para proveer la cantidad de materia prima necesaria para la planta.

Crdoba es una ciudad comercial, se encuentra bien comunicada con el Distrito Federal y el puerto de Veracruz (por sendas autopistas y carreteras libres) que es el lugar donde se adquirirn los solventes necesarios.

1.5 CONCLUSIONES DE ANALISIS DE MERCADO

La planta de extraccin de ceras a partir de cachaza estar ubicada en el Estado de Veracruz por la gran cantidad de ingenios con localizacin especifica en el Municipio de Crdoba ya que se encuentra el ingenio de San Miguelito, que tiene una produccin de cachaza que abastecer la necesidad de materia prima de la planta, y que cuenta con los servicios requeridos para la instalacin de esta industria.

Con la produccin de Policosanol se revalorizarn los residuos de la produccin de azcar de la caa en especial la cachaza, convirtindolo en un subproducto, y tener un beneficio econmico dndole un valor agregado a los residuos.

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CAPITULO 2

2.1 ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOS

2.1.1 Extraccin y refinacin de cera

En aos anteriores se han realizado mltiples experimentos para extraer la cera de la caa, pero ninguno estos mtodos encontr utilizacin industrial, hasta que se adopt el mtodo de extraccin con solventes selectivos para separar la cera contenida en la cachaza, obtenindose as un producto constituido por 3 fracciones: cera dura, aceite y resinas.

En 1916 la firma inglesa Rose Dows and Thomson, ofreci el proceso de Merz, que consiste en la extraccin de la cera cruda. La cachaza se somete a un proceso de secado para despus ser extrada con heptano a 15 20 C, disolvindose, de esta manera, la fraccin grasa o aceite.

Sweenson, en 1940 patent un proceso para la extraccin de la cera cruda a partir de la cachaza utilizando heptano en una columna de platos perforados.[2]

Orjuela en el 2006 presenta un proyecto para la extraccin de cera a partir de la cachaza y al realizar la caracterizacin fisicoqumica de esta cera, encuentra que su composicin qumica es muy similar a la de la cera de candelilla.

2.1.2 Refinacin de la cera

Sweenson (1940) realiz estudios para la refinacin de cera cruda por fraccionamiento con acetona. El mtodo empleado para la refinacin se basa en el proceso para eliminar la parafina de los aceites lubricantes producidos del petrleo, diferencindose del mismo ya que en la refinacin de la cera de caa es necesario eliminar una fraccin resinosa, adems del aceite, llevndose a cabo en las siguientes etapas.[2]

Eliminacin de la fraccin resinosa o aceite soluble en acetona, a 25 C. Eliminacin de la fraccin resinosa insoluble en acetona, a 95 100 C.

Entre los aos 1970-1980 Cuba fue uno de los pases pioneros que incursionaron el la extraccin de cera cruda en forma experimental, utilizando como solvente alcohol etlico del cual se obtena cera refinada, aceite y resina.

Daz y Fernndez en el 2000 realizaron la refinacin de cera cruda. El proceso de separacin se hace utilizando la diferencia de solubilidad de estas fracciones en alcohol a diferentes temperaturas. La cera cruda fundida se mezcla con etanol fro de alto grado alcohlico para separar el aceite, despus la cera desengrasada se mezcla con etanol caliente, obtenindose en el extracto la fase rica en cera y en el refinado la fraccin rica en resina. La agitacin se mantiene en 400 rpm durante una hora. [8]

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2.1.3 Obtencin de alcoholes

El inters por obtener los alcoholes alifticos provenientes de la cera de caa comenz aproximadamente hace diez aos. El medio para obtener estos compuestos es casi siempre por va de saponificacin.

Horn y Martic (1957) proponen un mtodo para la obtencin de alcoholes grasos a partir de la cera cuticular de la caa de azcar, que se basa en la saponificacin homognea con hidrxido de potasio alcohlico, seguido de una esterificacin del material insaponificable y posteriormente una destilacin molecular. Otra forma de separacin de la mezcla de alcoholes es a travs de una columna de alta eficiencia y alto vaco. Finalmente, dichos autores regeneran los alcoholes empleando hidrxido de potasio.

En otro trabajo, Lamberton[9] (1965) propone un proceso de saponificacin similar al anterior para la separacin de alcoholes a partir de cera cuticular de caa de azcar, en el cual se desarrollo una separacin de la parte insaponificable, por cromatografa de columna sobre almina. Obtuvieron as 3 fracciones: una minoritaria de hidrocarburos, otra de compuestos carboxlicos y carbonlicos conjugados, ambas diluidas con una mezcla de n- hexano/tolueno y una tercera fraccin con los alcoholes (la cual representa el 40 %) diluida con cloroformo.

Martnez y Castro (2002), realizaron una caracterizacin de los compuestos que se encuentran en la cera obtenida a partir de la cachaza de caa de azcar. Esto se realiz siguiendo una metodologa para la extraccin y purificacin. Los alcoholes alifticos de cadena larga y los cidos grasos se obtuvieron por saponificacin de la cera cruda utilizando NaOH en 25% de exceso y etanol al 95%. La cantidad de NaOH se calcul con respecto al ndice de saponificacin. Seguida de una purificacin de la mezcla saponificada por filtraciones a presin reducida y secado a 50 C. Teniendo como resultado un til procedimiento para aprovechar la cachaza como fuente alcoholes de alto peso molecular, cidos grasos y fitoesteroles.[10]

Conclusiones

Para la extraccin de ceras se recomienda el uso de solventes orgnicos no polares y mezclas de ellos, tales como hexano y heptano ya que se ha demostrado una adecuada eficiencia de extraccin.

Del anlisis bibliogrfico para refinar la cera cruda se puede concluir el uso de diferentes solventes orgnicos principalmente la acetona y el isopropanol debido a que son los que han presentado mejores resultados en la separacin de los componentes de la cera cruda.

Por ltimo, en la obtencin de alcoholes alifticos se concluye que es necesaria una reaccin de saponificacin con un hidrxido alcalino para la formacin de los alcoholes.

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2.2 OBJETIVOS EXPERIMENTALES

Evaluacin a nivel experimental de dos sistemas de extraccin para la obtencin de cera.

Evaluacin de parmetros de extraccin (relacin solvente/ cachaza).

Refinacin de cera para obtener un producto que puede ser usado en la industria farmacutica y cosmtica.

Obtencin de Alcoholes Alifticos primarios (POLICOSANOL) a partir de la cera proveniente de la cachaza de la caa de azcar.

2. 3 MTODO EXPERIMENTAL

La etapa experimental se dividi en dos secciones. La primera se refriere a la extraccin de cera de la cachaza con la finalidad de determinar el equipo de extraccin y los parmetros de dicho sistema, subdividindose en la refinacin de la cera obtenida. La segunda parte, tuvo como objetivo extraer y purificar la mezcla de alcoholes alifticos.

2.3.1 Extraccin de cera

Eleccin del equipo Para obtener cera de la cachaza se evaluaron dos sistemas, una configuracin de

tanque agitado de vidrio tipo batch y un aparato tipo Soxhlet. En ambos equipos se utiliz una relacin en peso de 1:5 cachaza-solvente para determinar la cantidad de cera extrada.

Seleccin del solvente de extraccin Se analizaron 3 solventes orgnicos no polares: Heptano (OmniSolv, 99.97%), Hexano

(J.T.Baker, 100%) y una mezcla Heprano-Tolueno (50% en peso) (J.T. Baker, 99.9%). Cada uno se evalu con los sistemas mencionados anteriormente.

Relacin cachaza: solvente La determinacin de la relacin cachaza: solvente se realiz con el fin de obtener el

mximo rendimiento de extraccin (g de cera/g de cachaza seca). Esto se logr manteniendo fijo el volumen del solvente y a su vez variando la cantidad de cachaza colocada en el equipo. Se propuso este orden debido a limitantes de operacin del equipo soxhlet, ya que es necesario un volumen de 235 mL para comenzar los ciclos. Las relaciones de cachaza: solvente en trminos msicos fueron 1:4, 1:5, 1:6,1:7 y 1: 8.

Ciclos (Recirculaciones) Se determin el nmero de ciclos del solvente sobre la cachaza para obtener el grado

de extraccin que tiene cada recirculacin. La temperatura del solvente se encuentra entre 90 y 95 C. El nmero de recirculaciones realizadas fueron: 4, 5, 6, 7, y 8.

17

2.3.2 Refinacin de la cera

Para refinar la cera se emplearon 3 solventes diferentes: Acetona (J.T. Baker, 99.5%), alcohol etlico anhidro (J.T Baker, 99.9%) e Isopropanol (J.T. Baker, 99%). La cera cruda se puede separar en tres fracciones. La cera se mezcl con el solvente en una relacin msica de 1:5 con agitacin constante durante 1.5 hr, al trmino de este tiempo se filtr con papel filtro N 42 bajo presin reducida. Los aceites se encuentran en la parte acuosa. El slido recuperado se someti a calentamiento a una temperatura de 90 C y agitacin vigorosa con el mismo solvente durante 1.5 horas para separar la fraccin resinosa. Posteriormente se filtr en caliente. El slido recuperado es cera refinada.

2.3.3 Obtencin de alcoholes

Una muestra de 10g de cera se disuelve en 100 mL de una mezcla etanol-agua al 50% (v/v). El ndice de saponificacin reportado tiene un valor de 73 es decir, 73 mg de base/g de cera cruda. El medio bsico para esta reaccin se prepar con NaOH (98.9%) en un 25% en exceso (en peso). La reaccin se efecta a una temperatura no mayor a los 70 C, con agitacin constante durante 1.5 horas. Transcurrido el tiempo de reaccin, la solucin se filtr sin dejar enfriar bajo presin reducida y el filtrado fue lavado con 50mL de etanol a su temperatura de ebullicin. Cuando el filtrado alcanz la temperatura ambiente se precipit un slido que se separ nuevamente bajo presin reducida.

2.3.4Purificacin de alcoholes alifticos

La partculas slidas recolectadas en el papel filtro contienen los alcoholes alifticos al igual que sales de cidos grasos y fitoesteroles, por lo que es necesario la purificacin del material slido obtenido, esto se realiza utilizando acetona (pureza) como solvente (100mL) en un reflujo por 5 minutos. La solucin resultante se filtr en caliente. Cuando se alcanzo la temperatura ambiente, se filtr nuevamente bajo presin reducida y se purific lavando con etanol al 95%. El producto es secado en un horno a 50 C.

18

2.4 RESULTADOS Y DISCUSIN

En el sistema de tanque agitado la recuperacin de solvente fue menor que en el otro sistema, esto se atribuye a que el sistema no es hermtico y la temperatura de operacin era muy cercana a la temperatura de ebullicin de los solventes, por tal motivo se tuvieron perdidas importantes de solvente; de igual manera la cantidad de cera obtenida es menor en comparacin con la que se obtiene en el aparato tipo soxhlet. Para cada experimento se realizaron 3 extracciones con cada uno de los distintos solventes propuestos. En la Tabla 2.1 se resume los resultados para la seleccin de equipo y solvente. Un parmetro relevante para esta eleccin es el rendimiento el cual se define de la siguiente manera.

cachaza de g cera de g

oRendimient % = (2.1)

Tabla 2.1 Eleccin de equipo y solvente

Solvente Equipo Punto de ebullicin de solvente (C)

% rendimiento

de cera

%Recuperacin de solvente.

Heptano Tanque agitado

98 10.2 81.29

Heptano+Tolueno Tanque agitado

Tolueno 110.8

Heptano 98

11.2 72.52

Hexano Tanque agitado

69 0 0

Heptano Soxhlet 98 15.0 83.33 Heptano+Tolueno Soxhlet Tolueno

110.8 Heptano

98 13.1 76.90

Hexano Soxhlet 69 4.6 70.41

A partir del anlisis de los datos obtenidos en la Tabla 2.4.1 se elige el equipo soxhlet por que present mayor eficiencia en la obtencin de resultados, ya que se obtuvo el 15% de cera comparado con el 10.2% obtenido en el tanque agitado, si bien la diferencia de porcentaje de cera obtenida es del 4.8 % es importante mencionar que el solvente utilizado tambin contribuye a esta decisin. Para identificar al mejor solvente es necesario saber que la similitud qumica entre el solvente y la cera est principalmente determinada por la existencia de fuerzas de atraccin. Las molculas de cera estarn dispuestas a separarse si es que el solvente les ofrece la posibilidad de interactuar con ellas con el mismo tipo de fuerzas de atraccin que las mantena unidas, entonces se puede esperar que se produzca una disolucin.

Ahora bien, la identificacin y cuantificacin de este tipo de fuerzas de atraccin del solvente son posibles gracias a la determinacin de sus parmetros de solubilidad. En la figura E.1 (Apndice E) se puede apreciar cules familias de solventes se ubican dentro del rea de solubilidad de las ceras. Por lo tanto, se elige al n-Heptano como solvente. Para aspectos de seguridad y efectos ambientales ver Pg. 51.

19

Determinacin de la relacin cachaza: solvente y nmero de recirculaciones para la extraccin de ceras

El anlisis de resultados demuestra que la relacin cachaza: solvente que satisface los objetivos planteados es la relacin 1:5, como se puede observar en el Grfico 2.4.1. La cantidad de cera obtenida en esta relacin es menor en comparacin a la de 1:6, a pesar de este resultado se elige dicha relacin debido a que, conforme se aumenta la cantidad de cachaza la diferencia de cera obtenida es mnima (0.05g); esto corresponde a que la cachaza y el solvente alcanzan un equilibrio termodinmico y ya no es posible seguir extrayendo mas cera.

0.1050

0.1488 0.15070.1559 0.1606

0.0000

0.0200

0.0400

0.0600

0.0800

0.1000

0.1200

0.1400

0.1600

1:4 1:5 1:6 1:7 1:8

g cera / g cachaza

alimentada

0.0009

0.0007 0.0006 0.0004 0.0006

Grfico 2.1. Determinacin de la relacin de cachaza-solvente en un sistema tipo soxhlet con heptano a una temperatura de operacin de 95C.

Para definir el nmero de ciclos en el equipo se cuantific la cantidad de cera extrada con diferentes nmeros de recirculaciones, en el Grfico 2.4.2 se observa cmo a partir de 6 recirculaciones la cantidad de cera obtenida es similar, es por esto que un mayor numero de reflujos ya no son de inters para la extraccin, adems de un gasto excesivo de energa.

0.54000.5644

0.5976 0.6130 0.6207

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

4 5 6 7 8Recirculaciones

Cera

(g

)

con incertidumbre de 0.0001

Grfico 2.2. Determinacin de numero de recirculaciones con un relacin de 1:5 en un sistema tipo soxhlet, con una temperatura de operacin de 95 C.

20

Caracterizacin de la cera

Para reconocer la calidad o el tipo de cera que se obtuvo, es necesario caracterizar el productoA continuacin se muestran las pruebas realizadas a la cera cruda.

Tabla 2.2 caracterizacin de cera cruda

Los datos de la tabla muestran que el producto obtenido es cera de cachaza de caa de azcar, siendo que las caractersticas se encuentran dentro del rango reportado en la literatura.

Refinacin de la cera

La relacin cera: solvente es de 1:5. Los resultados se muestran en la Tabla 2.3; la acetona es el solvente con el se obtiene mayor rendimiento comparndolo con los otros dos solventes; con la definicin de rendimiento ya antes dada.

Tabla 2.3. Refinacin de cera.

Se puede notar que los tres solventes utilizados funcionaron para la refinacin de cera, puesto que con todos se obtuvo un rendimiento de cera. El punto de fusin se determina para rectificar que lo obtenido es cera refinada; el rango reportado en la literatura es de 77-79 C, mientras que la obtenida experimentalmente es de 77-78 C por lo que podemos decir que lo obtenido es cera refinada.

Espectrometra de cera cruda y refinada

Se realizo una espectrometra para la cera de cruda, refinada y candelilla; la cual fungir como patrn ya que se encuentra reportado (Orjuela 2006) que poseen estructuras qumicas muy similares.

En el Grfico 2.3 se muestra que ambas ceras son similares en su estructura funcional, como ya se haba mencionado anteriormente lo cual concuerda con lo reportado por Orjuela.

Caractersticas Experimental Literatura cp 42.2 42

Punto de fusin C 68 68-65 espectrometra 1300-1400 1100-1400

Solvente Cera cruda (g)

Tebullicin de solvente (C)

% rendimiento de cera

Punto de fusin de cera refinada (C)

Acetona 1.3365 56 48.19 78 Etanol 1.9350 79 42.56 77 Isopropanol 0.6134 83 20.44 78

21

35

45

55

65

75

85

95

105

400 900 1400 1900 2400 2900 3400 3900cm -1

CERA CRUDACERA REFINADA

C-H

OH

C-O

C=O

C-H

% Tr

an

sm

itan

cia

Grafico 2.3. Comparacin entre cera de caa cruda, refinada y cera de candelilla.

Del grfico anterior se puede localizar algunos de los grupos funcionales ms importantes que caracterizan a las ceras, los compuestos aromticos se localizan en el rango de 675 870 cm-1, entre 2850-2690 cm-1 esta la presencia de enlaces carbono-hidrgeno (hidrocarburos), de 1690 -1760 cm-1 se encuentran las bandas de compuestos carboxlicos, los alcoholes estan ubicados en el rango de 3200-3600 cm-1 y finalmente los esteres se localizan de 1200-1400cm-1, los alcoholes alifticos estn contenidos dentro de estas molculas.

Obtencin de Policosanol

La extraccin de alcoholes alifticos de la cera saponificada se realiz mediante una reaccin de saponificacin. La reaccin se efecto a una temperatura de 70 C, manteniendo a agitacin.

El tiempo requerido para la reaccin se determin monitoreando la desaparicin de las bandas de steres (2700-3000cm-1) y la aparicin de las bandas del grupo OH (3300 cm-1). En los grficos subsecuentes se observa el transcurso de la reaccin. Las muestras se tomaron cada 20 minutos.

22

40

50

60

70

80

90

100

110

400 780 1160 1540 1920 2300 2680 3060 3440 3820

cm-1

%T

12

Grafico 2.4. Muestra 1 y 2.

En esta primera grfica se observan las muestras obtenidas al minuto 20 y 40 respectivamente. En la muestra 2 se logra observar la aparicin de los grupos OH.

40

60

80

100

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000cm-1

T%

34

5

Grafico 2.5. Muestra 3, 4 y 5.

En este grafico observamos que en la muestra 5 se presenta una mayor desaparicin de los esteres en comparacin con todas las muestras anteriores y el crecimiento evidente de la banda de los alcoholes. El tiempo de reaccin necesario es de 1.5 horas.

El siguiente paso despus de la reaccin fue el de purificar el producto. Al finalizar el proceso de purificacin y secado del slido obtenido se detect la presencia de algunos cristales cuyas caractersticas fsicas son las de un slido blanco amorfo y de acuerdo a lo reportado en la literatura el Policosanol tiene este aspecto, sin embargo, debido a las limitaciones que se tuvieron con la materia prima no se puede afirmar con certeza que el producto resultante es un alcohol aliftico de alto peso molecular.

23

2. 5 CONCLUSIONES EXPERIMENTALES

Los resultados obtenidos permiten formular las siguientes conclusiones:

Se logr una extraccin de cera a partir de la cachaza con un rendimiento del 15%.

Del anlisis de los sistemas de extraccin se eligi el equipo soxhlet ya que tiene mejores condiciones de operacin para la obtencin de cera.

Con respecto a los parmetros de extraccin, se concluye el heptano como solvente, una relacin cachaza: solvente 1:5 y 4 ciclos en el equipo.

El solvente con mejores resultados para la refinacin de cera es la acetona, ya que se obtiene mayor cantidad de cera refinada.

Se logr determinar los parmetros de reaccin, sin embargo, la purificacin del Policosanol requiere de una tcnica ms especializada.

24

CAPITULO 3

3.1 DESCRIPCIN DEL PROCESO

El proceso esta dividido en 3 secciones: extraccin de cera de la cachaza, refinacin de la cera y obtencin de Policosanol. La cachaza deber entrar libre de humedad al inicio del proceso por lo que deber ser secada antes. Todo el proceso es por lotes debido a los tiempos que se requieren en cada operacin.

3.1.1Extraccin de ceras

La cachaza hmeda es introducida a un secador rotatorio en donde se le disminuye el exceso de humedad para despus enviarla al sistema de extraccin (L1-L3). Este sistema consta de tres extractores que funcionan alternadamente en donde se introduce el solvente a una temperatura de 96 C con un tiempo de extraccin de 30 minutos. La cachaza es transportada por canjilones. Al trmino de la extraccin, la solucin de solvente-cera se bombea a un evaporador en el que se separa el heptano (E1, E2). Debido a que un evaporador no es suficiente para separar el solvente permitido en la cera, se enva a otro evaporador (E3) para eliminar el solvente sobrante. La cera cruda que sale de este evaporador es la materia prima para el siguiente proceso, la refinacin.

3.1.2 Refinacin

La cera cruda es mezclada durante 1.5 hr en un tanque (M1) con 5 Kg de acetona por cada Kg de cera, mantenindola a 25 C, esta operacin es para eliminar la fraccin aceitosa de la cera. Posteriormente, la suspensin formada es separada con un filtro (F1) en que se retiene la cera slida, los aceites mezclados en la acetona se separan nuevamente con un evaporador (E4).

La cera slida libre de aceites es llevada a un segundo tanque de mezclado (M2) que opera a 90C y 3 atm de presin, durante 1.5 hr, en esta etapa las ceras son solubles en la acetona a esta temperatura. La mezcla es separada en un decantador (D1), en donde la resina se deposita en el fondo y la cera queda en solucin. Esta solucin se bombea a un evaporador (E5) para retirar la acetona que contiene. Los productos finales de este proceso son: los aceites, las resinas y la cera refinada.

3.1.3 Obtencin de Policosanol

Una vez obtenida la cera refinada, una parte es destinada como producto final, es decir, esta lista para su venta al mercado; la otra cantidad se utiliza para obtener Policosanol. La mezcla de alcoholes alifticos se obtiene con una reaccin de saponificacin que se lleva a cabo en un reactor batch (R1). El tiempo de reaccin es de 1.5hrs y la temperatura es de 70 C. Al final de la reaccin la mezcla es filtrada (F2). La reaccin tendr dos productos principales, en la que nos interesa la parte insaponificable en donde estn disueltos los alcoholes de alto peso molecular. La materia saponificada slida se utiliza como materia prima para productos de limpieza.

25

Los alcoholes sern aislados en un laboratorio de alta tecnologa ubicado en la planta.

Tabla 3.1 Descripcin utilizada en el esquema de proceso

EQUIPO NOMENCLATURA BOMBAS B1-B5 CONDENSADORES K1-K3 DECANTADOR D-1 EVAPORADORES E1-E5 EXTRACTORES L1-L3 FILTROS F1,F2 MEZCLADORES M1,M2 REACTOR R-1 TANQUES DE ALMACENAMIENTO

T1,T2

VLVULAS V1-V4 INTERCAMBIADORES I1, I2, I3

Figura 3.3 Esquema de proceso.

27

3.2 BALANCE DE MATERIA

A continuacin se presentan las cantidades de materia (en Kg) que entran y salen de cada unidad de proceso, este balance se realiz por un lote de produccin, al da se procesan 48 lotes. El balance de materia se ha agrupado en las siguientes tablas, divididas en las 3 secciones en las que se divide en proceso. Los clculos se encuentran en el Apndice A. Esta primera tabla corresponde a la extraccin de cera cruda de la cachaza y la recuperacin del solvente empleado en esta etapa.

Tabla 3.2 Balance de materia para la obtencin de cera cruda

Sustancia C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 Cachaza 431.70 431.70

Cera cruda

47.93 47.93 47.45 0.55

47.45 0.48 46.97

Heptano 2396.00 2156.40 239.60 21.56 2134.84 21.56 21.35 0.21

Despus de la extraccin, la cera cruda se refina con acetona. Los datos del balance de materia se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 3.3 Balance de materia para el proceso de refinacin de cera

Sustancia C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 Cera

refinada 19.97 22.11

Cera con resinas

1.42 1.40 0.02 26.85

Resina 8.30 4.73 Aceites 18.70 17.75 0.15 17.60 0.95 Acetona 234.81 234.81 223.06 220.83 2.23 11.75 127.25 139

Sustancia C18 C19 C20 C21 Cera refinada

21.66 0.45 21.44 0.22

Cera con resinas

Resina 0.1 4.63 4.46 0.05 Aceites Acetona 136.22 2.78 2.37 133.85

28

La tercera parte del proceso es la correspondiente a la reaccin de saponificacin de la cera refinada, los alcoholes de alto peso molecular se encuentran disueltos en la parte insaponificable de la reaccin. El balance de materia en esta unidad est expresado en trminos de moles; posteriormente, para corroborar el resultado se hace un anlisis en unidades de masa.

Reaccin NA0 NA NB Nc 1 0.0031 0.00127 0.00191 0.0019 2 0.00023 9.4E-05 0.00014 0.00014 3 0.00064 0.000256 0.00038 0.00038

Moles totales 0.00406 0.00162 0.00244 0.00244

Tabla 3.4 Balance de materia para la obtencin de Policosanol.

Sustancia C22 C24 C25

Cera refinada 12.05 10.53

Hidrxido de sodio 0.879 0.716

Policosanol (Octacosanol, heptacosano, hexacosanol)

0.988*

Materia saponificada 0.678

*Nota: el Policosanol no esta aislado.

El balance de materia se puede comprobar de manera siguiente:

12.05+0.879=10.53+0.716+0.988+0.678

29

3.3. DISEO DE LOS EQUIPOS

En las pginas posteriores se muestran las caractersticas de los equipos, los cuales estn ordenados segn la seccin correspondiente dentro del proceso. Es importante mencionar que slo se describen aquellos que estn relacionados con las operaciones unitarias ms importantes y determinantes, tales como secado, evaporacin, mezclado, entre otras.

Se anexan tablas a cada figura donde se ponen datos del tamao, condiciones y tipo de material de construccin. Para conocer a fondo el clculo del diseo y otros criterios tomados en cuenta consltese el apndice A.

3.3.1. Secado de cachaza

3.3.1.1 Secador rotatorio

Antes de que la cachaza sea alimentada al proceso de extraccin, es necesario eliminar la humedad contenida en ella, de no ser as, el agua estara en contacto con el n-Heptano teniendo de esta manera una etapa ms de separacin para el n-Heptano y el agua.

Para la eleccin del equipo de secado se tomaron caractersticas fsicas de la cachaza como son: El contenido de bagazo 30%, contenido de humedad 75%, Capacidad calorfica, cantidad de sacarosa (azcar) 3.5% en base hmeda, el contenido de cera 10%, adems de que tiene el comportamiento esponjoso, es decir, que absorbe humedad.

El equipo propuesto para el secado de la cachaza es un secador rotatorio de transferencia de calor por conveccin, que cuenta con aspas que permiten la homogeneidad dentro del equipo, adems de que se encuentra en constante movimiento como el que se muestra en la figura 3.4. El material de construccin propuesto es acero al carbn, debido a que es un material econmico.

Figura 3.4 Secador rotatorio

30

Tabla 3.5 Caractersticas de construccin del secador de cachaza

Caracterstica Valor Longitud (m) 18.50 Dimetro (m) 3.50 Aspas por circulo (--) 11 Numero de crculos (--) 30 Espacio entre aspas (m) 0.60 Espesor (m) 0.0003 Material de construccin Acero al carbn Temperatura del gas (C) 120

El secado se realiza con un flujo de aire caliente. Los datos del flujo del aire para el secado se muestran en la tabla posterior.

Tabla 3.6 Requerimiento de energa para calentar el aire de 25 a 120 C Caracterstica Valor

Q KW 5304.66 F vapor (Kg/min) 0.43

HA (J/Kg) 0.50 Gs (Ton/min) 7.90

31

3.3.2 Obtencin de ceras

3.3.2.1 Lixiviador de ceras

El proceso de extraccin de ceras se lleva a cabo en un sistema semicontinuo, que consiste en torres de lixiviacin donde un lote de slido se pone en contacto por un determinado tiempo con solvente, que es administrado continuamente.

El tiempo de contacto requerido para llevar a cabo la separacin de cera se estableci de acuerdo a los resultados de la experimentacin (ver captulo 2), donde se encontr que el ptimo es de 30 minutos.

De acuerdo al volumen requerido para el procesamiento de cachaza por da, que es de 13m3 aproximadamente, se proponen 3 separadores con un volumen de 4.3m3 cada uno; aumentando un 25% se obtiene una capacidad de 5.7m3 por extractor de ceras. .

Tabla 3.7 Caractersticas de los separadores de cera de cachaza

Caracterstica Valor Nmero de extractores 3 Volumen de cada extractor (m3)

5.7

Dimetro (m) 1.5 Altura (m) 3. Separacin entre las torres (m) 1.5 Tiempo de contacto (min) 30

Se sugiere que el material de construccin sea acero vidriado con el fin de evitar la corrosin.

32

Figura 3.5. Diagrama del sistema de extraccin de ceras

33

Balance de energa para el extractor

El balance de energa en el extractor est dado por la siguiente ecuacin:

QH = (3.1)

Puesto que no hay contribuciones de energa cintica, potencial, ni trabajo realizado en la extraccin, el balance de energa se reduce a la ecuacin anterior.

El calor Q necesario para llevar a cabo la operacin es suministrado por el intercambiador de calor; dado que el extractor se encuentra aislado, es decir, no permite transferencia de calor con los alrededores, entonces el sistema opera adiabticamente, por lo tanto:

0== QH (3.2)

34

3.3.2.2 Evaporador de Heptano

Se disean 3 evaporadores de efecto simple para separar la mezcla de cera-heptano proveniente del proceso de extraccin, mediante vapor de agua a 120C; el diseo de los equipos se realiza conforme al modelo de evaporadores de pelcula descendente de tubos verticales y coraza, con un sobrediseo del 25% en el volumen.

Figura 3.6 Evaporador de pelcula descendente de tubos largos verticales.

Evaporador 1 y 2

stos operan alternadamente donde la mezcla de alimentacin entra con un peso de 2204.320 kg, una temperatura inicial de 90C y una concentracin de 2.17 % de cera cruda; las condiciones de trabajo son 110C de temperatura y una presin de 1.39 atm; la corriente de salida contiene 69.004 kg con un 68% de cera y se eliminan 47.27 kg de vapor de agua. La presin es de 1.92 atm.

Despus de que la mezcla haya sido concentrada en el primer evaporador, es dirigida hacia un intercambiador de calor con el propsito de aumentar la temperatura a 110 C, que es la temperatura ptima del producto en el evaporador 3; al realizarse lo anterior se ahorra energa en el calentamiento inicial del prximo proceso.

35

En la tabla 3.8 se muestran las dimensiones para los evaporadores que se utilizan despus del sistema de extraccin:

.

Tabla 3.8. Caractersticas y dimensiones del evaporador 1 y 2 Caracterstica Smbolo Magnitud Unidades

Volumen V 79.78 m3

rea de transferencia tA

36.37 m2

Calor q 400041.03 J/s Nmero de tubos tN

23 - - - Dimetro de los tubos do

0.10 m

Dimetro del evaporador

D 3.44 m

Longitud del evaporador

L 6.88 m

Dimetro de la coraza Dc 2.02 m

Longitud de la coraza Lc 5 m

Nmero de evaporadores

-- 2 ---

Evaporador 3

La mezcla concentrada a la salida de los anteriores evaporadores contiene 31.25% de heptano, por tal motivo, la mezcla nuevamente pasa por otro evaporador para eliminar la mayor cantidad posible de solvente. La alimentacin entra a 110C y a una presin de 1.39atm. El equipo opera a 115C y 1.59atm. Las dimensiones para este sistema se especifican en la tabla 3.9:

36

Tabla 3.9. Caractersticas y dimensiones del evaporador 3 Caracterstica Smbolo Magnitud Unidades

Volumen V 2.05 m3


2.60 m2


13 - - - Dimetro de los

tubos do

0.051 m


D 1.01 m


L 2.03 m

Dimetro de la coraza

Dc 0.59 m

Longitud de la coraza

Lc 1.2 m


-- 1 ---

3.3.3. Refinacin de ceras

3.3.3.1 Tanque de agitacin

En el proceso de refinacin de cera cruda se utilizan 2 tanques de mezclado, en el primero es separada la fraccin aceitosa de la cera utilizando acetona a 25 C, caracterstica que permite la solubilidad de los aceites en ella. El segundo tanque opera a una temperatura de 90 C y a una presin de 3 atm, presin suficiente para mantener la acetona en estado lquido, es en esta etapa donde las resinas son insolubles en acetona caliente por lo que la cera permanece en solucin con dicho solvente. El tiempo de operacin en ambos mezclados es de 1.5 hr. .

Tabla3.10 Propiedades fsicas de los componentes en la refinacin

T (25C) T( 90C) (Kg/m3) (cP) (kg/m3) (cP) Acetona 784.584 0.313 277 0.165 Cera 993.145 80 864.997 42.200

37

Los factores para calcular las dimensiones del tanque se describen a continuacin:

1=TD

H ;

4.0=TD

Da ;

1=DaE

; 51

=

DaW

; 41

=

DaL

Donde:

Da = Dimetro del impulsor DT = Dimetro del tanque H = Altura del lquido E = Altura del impulsor W = Anchura de las propelas L = Longitud del impulsor

Figura 3.7 Tanque agitado.

Dado que los tanques son cilndricos, el volumen total se define como:

4

2hDV Tpi= (3.3)

En un tanque cilndrico vertical la altura deber ser 2 veces mayor que el dimetro (h=2d). De la ecuacin 3.2 se calcula el dimetro del tanque:

32pi

VDT = (3.4)

38

Con estos datos se determinan las dimensiones y la potencia de la turbina dentro del tanque:

Tabla 3.11 Dimensiones del impulsor en el tanque agitado.

Mezclador1 Mezclador 2 E (m) 0.273 0.301 W (m) 0.055 0.060 Dt (m) 0.683 0.753 Da (m) 0.273 0.301 H (m) 0.683 0.753 N (rpm) 84.386 113.20 P (KW) 3.856 7.979

3.3.3.2 Evaporadores

Evaporador 4

En la primera etapa del proceso de refinacin, la cera es separada del aceite por medio de acetona a temperatura ambiente, esta mezcla es conducida a un filtro para posteriormente llevarse a un evaporador. La alimentacin es de 222.42 kg con una temperatura de 25C y concentracin de 7.33% en peso de aceite. El evaporador trabaja a 70C bajo una presin de 1.6atm. La corriente de salida contiene 21.189 kg de alimentacin concentrada. En la tabla 3.12 se muestran las dimensiones del evaporador:

Tabla 3.12. Caractersticas y dimensiones del evaporador Caracterstica Smbolo Magnitud Unidades

Volumen V 0.93 m3 rea de transferencia tA

1.43 m2



tubos do

0.05 m


D 0.78 m


L 1.56 m


Dc 0.45 m


Lc 0.85 m


-- 1 ---

39

Evaporador 5

En la segunda parte de la refinacin, la cera proveniente del filtro es llevada a un tanque agitador para mezclarse con acetona caliente, la solucin se transporta a un decantador donde se separa la resina que contiene la cera. Posteriormente la mezcla restante de cera refinada con acetona se introduce a un evaporador para finalizar la separacin. La alimentacin es de 153.31 kg a 90C y presion de 2.79atm.

En la tabla 3.13 se muestran las dimensiones del evaporador para esta parte del proceso:

Tabla 3.13 Caractersticas y dimensiones del evaporador 5 Caracterstica Smbolo Magnitud Unidades

Volumen V 0.72 m3


1.24 m2



tubos do

0.05 m


D 0.72 m


L 1.43 m


Dc 0.41 m


Lc 0.80 m


-- 1 ---

40

3.3.3.3 Decantadores

Dentro de la etapa de refinacin de ceras, especficamente en el retiro de las resinas, se utiliza un decantador para separar las mismas de la cera refinada. Debido a su densidad mayor, las resinas descienden al fondo del recipiente y de esta manera son eliminadas, el tiempo necesario para lograr la operacin es de 10 minutos, el cual ha sido calculado con la ecuacin de velocidad de sedimentacin.

Tabla 3.14 Datos del decantador

Caracterstica Valor VT(m3) 0.664 Vc (m3) 0.626 Vi (m3) 0.038 Lc (m) 1.215 Zc (m) 0.222 Dc (m) 0.810 J (m) 0.100

donde:

Vi : Volumen de la parte inferior con longitud de Zc Vc: Volumen de la parte superior con longitud Lc

El material del decantador es acero inoxidable. La figura siguiente es una aproximacin de la unidad.

Figura 3.8. Esquema de un decantador

41

3.3.4 Obtencin de Policosanol

3.3.4.1 Reactor de saponificacin

La reaccin qumica involucrada para convertir los steres en alcoholes primarios de cadena larga es la siguiente:

alcoholesgrasoscidosdeSalesNaOHEsteres ++

Los steres que participan en la reaccin son octacosanato de alquilo, heptacosanato de alquilo y hexacosanato de alquilo.

El mecanismo de reaccin se lleva a cabo dentro de un reactor batch. El volumen necesario para la produccin de policosanol tiene un sobrediseo del 25%. Una vez que el reactor contenga cera refinada, se pone en contacto con NaOH y etanol como solvente, la agitacin debe ser vigorosa. El tiempo de residencia es de 90 minutos con una conversin correspondiente del 60%.

Figura 3.9. Diagrama del reactor de saponificacin

42

Dimensiones del reactor

En la tabla 3.15 se pueden ver tanto las dimensiones y las condiciones de operacin del reactor. ste est equipado de un agitador de turbina de 4 aspas con inclinacin de 45 y un sistema de deflectores para asegurar una mezcla a fondo.

Tabla 3.15. Reactor Batch

Caracterstica Smbolo Valor

Orden de reaccin 2

Cintica de reaccin k (L/mol.s) 0.0098 Volumen del reactor V

(m3) 0.92

Longitud del reactor H (m) 1.67 Dimetro del reactor Dt (m) 0.84 Ancho de los deflectores J (m) 0.07 Tiempo de residencia

min 90

Temperatura C 70

Agitacin en el reactor

En el clculo de la potencia y el tipo de agitador del reactor, se utilizan los mismos factores y condiciones de un tanque agitado; para el diseo se han tomado en cuenta las caractersticas y propiedades de la mezcla, tales como densidad y viscosidad.

Tabla 3.16. Propiedades fsicas de los componentes en el reactor

T (70C) (Kg/m3) (cP) Etanol 744.720 0.226 Cera 864.997 42.200

43

Los valores obtenidos para el agitador son:

Tabla 3.17 Agitado

Caracterstica Smbolo Valor Dimetro del agitador Da (m) 0.34 Ancho de la paleta W (m) 0.07 Longitud a la que se pone el agitador E (m) 0.34 Revoluciones por minuto rpm 109.27 Potencia del motor P (kW) 7.498

3.3.5 Bombas

En la tabla 3.8 se reportan las potencias de las bombas utilizadas en el proceso, el clculo se realiz mediante el balance de energa mecnica mejor conocido como Ecuacin de Bernoullie.

Tabla 3.18 Potencia de bombas

BOMBAS POTENCIA (HP)

B1 2.5 B2 6.5 B3 0.5 B4 0.5 B5 0.5

44

3.3.6 Tanques de almacenamiento

A partir del balance de materia en la extraccin, se conoce que dicha operacin requiere de 115008 Kg/dia de n-Heptano. El solvente es recirculado despus de que ha sido separado el producto deseado, sin embargo existen prdidas de ste en el transcurso, por lo cual se hace necesario renovarlo, por tal motivo se requiere tener una reserva del mismo de 1011442.08Kg por semana.

Tabla 3.19. Dimensiones del tanque de almacenamiento de n-Heptano. Caracterstica Valor Volumen requerido (m3) 169.9 Volumen mximo(m3) 212.5 Dimetro del tanque (m) 9.8 Altura del tanque (m) 19.6

Tanque de almacenamiento de Acetona.

Para el proceso de refinacin de cera es preciso contar con 17374.56 Kg/dia de Acetona, las prdidas a lo largo del procedimiento son de 305.76 Kg/dia de Acetona. Por lo que el diseo del tanque se realiza contemplando un almacenamiento para satisfacer al proceso por una semana.

En seguida se presentan las dimensiones del tanque.

Tabla 3.20 Dimensiones del tanque de almacenamiento de Acetona Caracterstica Valor Volumen requerido (m3) 20.6 Volumen mximo(m3) 25.7 Dimetro del tanque (m) 4.9 Altura del tanque (m) 9.7

En la etapa de Saponificacin se utiliza Etanol, el cual es recuperados al 100% ya que slo funciona como disolvente y no interviene en la reaccin.

Los tanques de almacenamiento son cilndricos verticales de fondo plano, lo que permiten almacenar grandes cantidades volumtricas de solvente con techo flotante, ya que sto es usual para almacenar productos con alto grado de volatilidad. Este tipo de techo es con el fin de reducir o anular la cmara de aire, adems de que proporciona un medio aislante para la superficie del lquido, reducindose as la velocidad de transferencia de calor al solvente durante aquellos periodos en que la temperatura ambiente es alta, evitando as la formacin de gases (su evaporacin), y consecuentemente, la contaminacin del ambiental

45

3.3.7 Intercambiador de calor

Para la extraccin de la cera es necesario que el solvente entre a la columna de extraccin a una temperatura de 96C. Este intercambiador de calor esta diseado para calentar una corriente de n-heptano de 25 C hasta 96 C para despus ser enviado al sistema de extraccin. El intercambiador es de tubo y coraza de dos pasos con arreglo triangular.

Figura 3.10. Intercambiador de calor

Las dimensiones de este intercambiador se presentan el la siguiente tabla.

Tabla 3.21. Caractersticas del intercambiador para el heptano Caracterstica Smbolo Magnitud Unidades rea de transferencia

1.34 m2

Nmero de tubos

11 ----

Dimetro de los tubos

0.019 m

Dimetro de coraza

0.10 m


2 m

Requerimiento energtico

26.02 KW

tA

tN

do

CD

CL

Q

46

En el segundo mezclador es necesario tener una mezcla de cera con acetona a 90 C para la separacin de la fraccin resinosa. Por ello se disean 2 intercambiadores de calor, uno para elevar la temperatura de la cera que proviene del filtro de 25 a 90 C y el segundo intercambiador para calentar la acetona de 25 a 90 C. En la tabla 3.22 y 3.23 se presentan las dimensiones de los mismos.

Tabla 3.22. Intercambiador de calor para cera con resinas

Caracterstica Smbolo Magnitud Unidades rea de transferencia

2.49 m2

Nmero de tubos

21 ----


0.019 m

Dimetro de coraza

0.14 m


2 m


40.51 KW

Tabla 3.23. Intercambiador para acetona.

Caracterstica Smbolo Magnitud Unidades rea de transferencia

1.80 m2

Nmero de tubos

15 ----


0.019 m

Dimetro de coraza

0.12 m


2 m


29.31 KW

tA

tA

tN

do

CD

CL

Q

tN

do

CD

CL

Q

47

3.3.8 Compresor

Debido a que la acetona cambia a fase vapor con este calentamiento, es necesario comprimirla para enviarla al mezclador en estado lquido. Por lo que es necesario un compresor. La corriente de acetona se comprime isotrmicamente a 90C y presin de 1 hasta 3 atm.

Generalmente los compresores trabajan con una eficiencia entre el 75 y 80%.

3.4 EVALUACIN ECONMICA DEL PROCESO

Mediante la evaluacin econmica se determinan los recursos econmicos necesarios para la realizacin del proyecto, en l se hace la suma del capital fijo y el capital de trabajo.

El capital fijo es el costo requerido para la construccin del proceso en el estn involucrados los costos de terreno, de equipo, de instalacin (en general), y de servicios, de instrumentacin de control para el proceso. Representando el 85% del costo total de capital de inversin.

En el capital de trabajo, es el capital con el que hay que contar antes de empezar a trabajar (financiar); esto es, hay que costear la primera produccin antes de recibir ingresos, comprar la materia prima, otorgar crdito en las primeras ventas.

3.4.1 Costo de equipo

El costo del equipo se hizo mediante el uso de Capcost y chem y Distribuidora de Equipos de procesos qumicos Ullmann para cada uno de los siguientes equipos.

48

Tabla 3.24. Costo de equipo Unidad Cantidad Monto por unidad

(USD) Monto (USD)

Secador RA-25 2 466,400 932,800 Bandas transporadoras

(Acero al carbon) 32 13,900 444,800

Elevador de gravedad 3 15,000 45,000 Extractor 3 230,400 691,200

Decantadores 1 14,800 14,800

Evaporador de pelcula descendente de tubos largos para

separacin de cera-heptano de 80m3

2 200800 401,600


separacin de cera-heptano de 2m3

1 15400 15,400

Evaporador de pelcula descendente de tubos largos para separacin de aceite-acetona de

0.93m3

1 17100 17,100


separacin de cera refinada-acetona de 0.72m3

1 22400 22,400

Tanque agitador 2 17500 35,000 Reactor 1 28000 28,000 Filtros 3 295000 885,000

Bomba de 0.5 HP 3 3800 11,400 Bomba de 2.5 HP 1 19000 19,000 Bomba de 6.5 HP 1 49400 49,400

Intercambiador de calor para heptano

1 6300 6,300

Intercambiador de calor para cera 1 10000 10,000 Intercambiador de calor para

acetona 1 8000 8,000

Compresor 1 15700 15,700 Tanque de almacenamiento de

productos 3 35,000 105,000

Tuberia ----- ------ 14,670 Silos Tanque 2 26000 52,000

SUMA TOTAL

3,824,570

49

3.4.2 Capital de inversin

Teniendo el monto total del equipo del proceso de extraccin y de saponificacin de ceras, se calcula el monto necesario para los conceptos que conforman el capital fijo, asignndoles un porcentaje determinado del total de costo del equipo (Ulrich, 1984). Una vez determinado el capital fijo, se calcula en base a este el capital de trabajo.

En la tabla se desglosa el monto asignado para cada concepto del capital total de inversin, en ella podemos observar que el proyecto requiere una inversin inicial aproximada de $ 14,309,726 USD.

Tabla 3.24 Capital de inversin

Concepto Monto (USD) Costo de Equipo $ 3,824,570

Costo de instalacin del equipo $ 1,246,378 Costo de Instrumentacin y control $ 477,336 Costo de instalacin de tuberas $ 265,186 Costo de instalacin elctrica $ 291,705 Costos Directos fuera de sitio Instalaciones $ 477,336 Mantenimiento de instalaciones $ 132,592 Servicios auxiliares $ 928,154 Terreno $ 668,021

Costos Indirectos

Servicios de ingeniera y supervisin $ 875,116 Gastos de construccin $ 1,087,266 Gastos de contingencia. $ 1,113,785

Suma total del capital fijo $ 11,387,445 Capital de trabajo y mano de obra $ 2,962,281 Capital total de inversin $ 14,349,726

50

3.4.3 Costo de mano de obra

El costo de mano de obra esta incluido dentro de capital de trabajo, por lo que solo se hace mencin del personal necesario y el sueldo a percibir durante un ao de operacion. El clculo se realiza tomando como base el salario mnimo establecido para la zona C en la cual se encuentra el estado de Veracruz, lugar donde se ubicara la planta.

Tabla 3.25 Costo de mano de obra Puesto No.

Turnos

Personal por turno

Salarios mnimos

Salario anual (USD)

Ingeniero de Planta 3 2 10 113,880

Ingeniero de seguridad 3 1 8 45,552

Supervisores 3 1 7 39,858

Operarios Especializados 3 7 6 239,148

Personal de taller 2 4 4 60,736

Obrero calificado 3 27 4 614,952

Ayudante en general 3 4 2 45,552

Suma Total de Salrio Anual 1,159,678

3.4.4 Costos de operacin

El costo de venta del producto est dado por el costo de la materia prima, gastos de administracin y gastos de operacin, salarios de obreros, servicios auxiliares y mantenimiento de la planta. En la tabla 3.22 se muestran los flujos de materia prima, as como el monto de la misma que el proceso requiere para operar anualmente.

Tabla 3.26 Costo de operacin Concepto Cantidad Monto (USD)

Cachaza (transporte) 24150 Ton $ 1,207,500 Heptano (grado industrial) 2,441,000 Lt $ 5,882,810 Acetona (grado industrial) 722,862 Lt $ 3,729,972

Hidroxido de Sodio 139,650 Kg $ 54,088 Etanol 42,508 Lt $ 95,645

Gastos de operacin - - - $ 1,836,790 Gastos administrativos - - - $ 1,052,592

Costos de energa 50928 KW /da $ 112,448 Suma $ 13,971,845

51

3.4.5 Rentabilidad

La rentabilidad del proyecto se evala mediante el concepto de TIR (tasa interna de retorno) y TREMA (tasa de rendimiento mnima atractiva). Para ello se calcula el flujo de efectivo despus de impuestos (FDI).

Tabla 3.27 Calculo de rentabilidad Ao FAI USD

s/inflacin FAI c/

inflacin Depreciacin Ingreso

gravable Impuesto FDI

c/Impuesto 0 -14349726 ---- ------ ------ -14349726 1 7428750 9657375 -1304520,545 10961895,55 -3836663,441 5820711,559 2 7428750 12554587,5 -1304520,545 13859108,05 -4850687,816 7703899,684 3 7428750 16320963,8 -1304520,545 17625484,3 -6168919,503 10152044,25 4 7428750 21217252,9 -1304520,545 22521773,42 -7882620,697 13334632,18 5 7428750 27582428,7 -1304520,545 28886949,28 -10110432,25 17471996,49 6 7428750 35857157,4 -1304520,545 37161677,9 -13006587,27 22850570,09 7 7428750 46614304,6 -1304520,545 47918825,11 -16771588,79 29842715,78 8 7428750 60598595,9 -1304520,545 61903116,48 -21666090,77 38932505,17 9 7428750 78778174,7 -1304520,545 80082695,26 -28028943,34 50749231,38 10 7428750 102411627 -1304520,545 103716147,7 -36300651,69 66110975,45

Si la TREMA es menor que la TIR el proceso es rentable. Considerando una TIIE de 7.45 (BANXICO, 2007) y un porcentaje de riesgo del 35%, tenemos que la TREMA tiene un valor de 42.45 mientras que la TIR presenta un valor de 68.74 por lo que esto representara que el proceso si es rentable.

52

3.5 DESCRIPCION DE LA PLANTA

El esquema que se muestra a continuacin describe la distribucin de la planta de extraccin de ceras. La ubicacin de cada equipo y su localizacin se muestra en el diagrama.

Figura 3.1 Esquema de la planta.

53

Figura 3.2. Esquema general de la planta de extraccin de ceras

54

3.6. ASPECTOS DE SEGURIDAD

3.6.1 MEDIDAS ECOLOGICAS

De acuerdo a la NOM-052-ECOL-1993 debemos mantener al n-Heptano aislado de fuentes de ignicin, considerando riesgo de explosin, as como la NOMCRP-002-ECOL-1993 que hace referencia a disminuir las concentraciones elevadas de solvente en el ambiente para minimizar las posibilidades de explosin, estas concentraciones pueden ser medidas a travs de un equipo de medicin de gas en el ambiente.

Con la NOM-054-ECOL-1993 se analiza que la cantidad de n-Heptano en la cera es menor en relacin a la Acetona, adems en los anexos 1 y 2 publicados en la NOM-CPR-001-ECOL-1993 nos indican que estos dos compuestos son incompatibles y no generan una reaccin que cambie el equilibrio ecolgico y ambiental. Con el anexo 5 de la misma norma la acetona y n-Heptano se encuentra en el grupo 4 (Anexo 4) por lo tanto no reaccionan entre si.

Tomando en cuenta la NOM-056-ECOL-1993 diseamos el rea de confinamiento de los solventes. Teniendo un riguroso control de estos.

Se diseo de tal manera que las fuentes de electricidad estn por lo menos a 60 m de distancia y 3 m de altura, la instalacin elctrica debe de permitir el fcil manejo de estos solventes, con su debido sealamiento informativo, preventivo y restrictivo. En cuanto el sealamiento debe estar sobre placas con dimensiones de 0.60 x 40 m teniendo colores de fondo blanco con biseles y letras grandes.

3.6.2 MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA TRABAJADORES

Es necesario evaluar peridicamente a los trabajadores expuestos a las emisiones de n-Heptano y de Acetona, de esta manera se evita alteraciones a la salud, tomando en cuenta que la exposicin de n-Heptano en las reas de trabajo es de 85 ppm y de Acetona es de 32 ppm por cada 15 min NOM-010-STPS-1998.

El personal debe estar capacitado para el manejo y uso de los solventes como su clasificacin n-Heptano No.CAS 67-64-1, Acetona No. CAS-142-82-5 y la simbologa de sustancia qumicas (rombo de riesgos de sustancias qumicas, cdigo de colores y sealamientos que indican obligacin) NOM-017-STPS-2001.

Con los sealamientos que indica obligacin se preve al personal para que use el aditamento adecuado al manejo de solventes:

Cabeza Casco dielctrico Ojos Goggles Aparato respiratorio Respirador contra gases y Vapores Extremidades superiores Guantes para sustancias qumicas Tronco Bata Calzado Contra sustancias qumicas

55

En caso de emergencia el personal capacitado debe tomar medidas para el control de la emergencia, al momento de llegar los servicios auxiliares ponerse en coordinacin para poder auxiliar en el control de la emergencia.

El control de fugas de n-Heptano es con agua (menos de 25C) se evitara que aumente la concentracin de aire en el ambiente reduciendo la posibilidad de que se generen mezclas explosivas aire-acetona-heptano para la Acetona recoger el liquido o absorber con arena, absorbente e inerte y trasladarlo a un lugar seguro, equipo autnomo de respiracin NOM-018-STPS-2000.

Algunas otras medidas preventivas.

Por la exposicin de n-Heptano y de Acetona se recomienda tomar 2 litros de leche diarios.

3.7. CONCLUSIONES

Despus de conjuntar las 3 partes, estudio de mercado, experimentacin y diseo de la planta se puede concluir que el proyecto se puede llevar a cabo a escala industrial, sin embargo, habr que considerar algunos aspectos como el manejo de los solventes y la perdida de los mismos.

La purificacin del policosanol requiere de una tcnica ms especializada. Los equipos para la purificacin del policosanol no se especifican debido a que no existen resultados concretos. Por lo tanto no se consideraron en el diseo

A partir de los datos experimentales se realiz el diseo de los equipos que constituyen la parte fundamental para la obtencin de cera y Policosanol. Encontrando que el sistema de extraccin y el reactor son los pasos fundamentales para el proceso.

De manera general, con el anlisis de mercado y costos indirectos se encontr que la TIR es de 68.87%, y de esta manera se establece que el proyecto es rentable.

56

3.8 BIBLIOGRAFIA

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24. Skoog D., West D., Qumica Analtica.7 edicin, ao 2001. Editorial Mc Graw Hill

58

APNDICE A. CLCULOS DE BALANCE DE MATERIA

Estableciendo la ecuacin general de balance de materia, sabemos que las entradas son iguales a las salidas por lo tanto no tenemos acumulacin por lo tanto nuestro balance queda de la siguiente manera:

Entradas-Salidas = 0

Entradas = Salidas

Se presentan los clculos de balance de materia de cada para el proceso.

Balance de materia en el extractor 1.

Figura A1. Extractor de cera.

Balance de materia por componentes en el extractor de cera.

Balance de Cachaza: 04321 =+ PPPP

00.070.43100.070.43100.0 =+

Balance para n-Heptano. 04321 =+ PPPP

00.060.23840.215600.000.2396 =+

Balance para Cera: 04321 =+ PPPP

00.000.093.4793.4700.0 =+

Balance global de materia en el extractor de cera.

04321 =+ PPPP 00.030.67133.220463.47900.2396 =+

59

Balance de materia en el evaporador 1

Figura A2. Evaporador 1 de n-Heptano.

Balance de materia por componente en el evaporador.

Balance para Cera: 0653 = PPP

00.045.4748.093.47 =

Balance para n-Heptano: 0653 = PPP

00.056.2184.213440.2156 =

Balance de materia en el evaporador 2

Figura A3. Evaporador 2 de n-Heptano

Balance de materia por componente en el evaporador 2.

Balance para Cera: 0876 = PPP

00.097.4648.045.47 = Balance para n-Heptano:

0876 = PPP 00.021035.2156.21 =

60

Balance de materia en el condensador.

Figura A4. Condensador de n-Heptano

Balance de materia por componente en el condensador.

Balance para Cera: 0975 =+ PPP

00.096.048.048.0 =+ Balance para n-Heptano:

0975 =+ PPP 00.019.215635.2184.2134 =+

Balance de materia en el recuperador de solvente.

Figura A5. Recuperador de n-Heptano

Balance de materia por componente en el recuperador de solvente.

Balance para Cachaza: 011104 = PPP

00.000.070.43170.431 =

Balance para n-Heptano 011104 = PPP

00.062.22798.1160.239 =

Balance de materia en el mezclador.

Figura A6. Mezclador 1

61

Balance de materia por componente en el mezclador.

Para Cera: 013128 =+ PPP

00.097.4600.097.46 =+

Para Acetona: 013128 =+ PPP

00.081.23481.23400.0 =+

Balance de materia en el filtro.

Figura A6. Filtro 1

Balance de materia por componente en el filtro.

Balance para Aceite: 0151413 = PPP

00.095.075.1770.18 =

Balance par Cera con resinas: 0151413 = PPP

00.085.2642.127.28 =

Balance para Acetona: 0151413 = PPP

00.075.1106.22381.234 =

Balance de materia en el evaporad

Caña de Azucar 2

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