Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero

Identificador:  TFG:136

Handle: https://hdl.handle.net/20.500.11797/TFG136

Autores:  Anna Domènech Figueras

Resumen:
Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero 1-3 RESUMEN La planta de producción de polipropileno copolímero , en la que se sitúa la unidad a diseñar, sigue el proceso Novolen . Éste es uno de los diferentes métodos de síntesis del producto. Tiene como materias primas etileno y propileno. Después de la zona de reacción y la formación de las cadenas del polímero deseado, se realiza la separación de este mismo de todos los gases no reaccionados . El objetivo del proyecto es el tratamiento de 4340 kg/h de gas, conteniendo 933 kg/h de etileno y 3068 kg/h de propileno, siendo el resto productos secundarios. Dado que la gran parte de este corriente está formado por gases alimentados al reactor, es interesante el reaprovechamiento de estos para aumentar la eficiencia del proceso. Se tienen en cuenta dos alternativas. Una primera, de la que se ha realizado un estudio riguroso, que consiste en el diseño de una unidad de recuperación capaz de extraer de esta corriente el 99% del etileno, obteniendo una recirculación por el reactor del 94.2 % de pureza. La segunda posibilidad es la implantación de una caldera de generación de vapor alimentada por esta corriente, pero hay que tener en cuenta que esta alternativa se ha estudiado con menos profundidad que la anterior. Para realizar la separación se opta por la destilación de los compuestos. Inicialmente se realizan el diagrama de bloques (BFD) y el diagrama de flujo (PFD), para definir todos los equipos y las tuberías que integran la unidad diseñada. El estudio de esta unidad implica un alto nivel de detalle, que supone la realización de los balances de materia y energía mecánica, con la consecuente estandarización de las tuberías, las listas de líneas e instrumentos, diseñar unos bucles de control adecuados para asegurar el óptimo funcionamiento del proceso, diseño de los equipos impulsores, las válvulas de control y la elección de las diferentes válvulas de seguridad y de elementos de medida, como las placas de orificio. Seguidamente se realiza el diseño de los platos, el condensador y el reboiler de la columna de destilación, el diseño térmico y mecánico de los intercambiadores, y el diseño de los recipientes a presión y su suportación. Una vez se disponga de los diseños, hay que realizar el diagrama de tuberías e instrumentos (P&ID), llenando a continuación las hojas de especificación de todos los equipos presentes en la unidad de separación. También hay que decidir la disposición física de los equipos o layout, la cual se ve reflejada en el plot plant. También se realiza una isométrica de la línea de entrada a la unidad. Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero 2-3 Para asegurar la integridad tanto de los trabajadores como de la propia instalación , se realizan diferentes estudios de seguridad, elaborando el HAZOP y el Índice Dow de Incendio y Explosión de toda la unidad, se definen las zonas ATEX y se estudian posibles incidentes como una BLEVE o la dispersión de una fuga por efecto del viento . Hay que comprobar que se cumple la normativa vigente respecto a los impactos medioambientales que la unidad diseñada pueda causar. Por ello es necesario llevar a cabo un estudio medioambiental en el que se especifiquen los impactos que implica la planta y las posibles medidas a considerar. Además , se realizará un manual de mantenimiento y otro de operación. Aunque la unidad diseñada cumpla todas las especificaciones impuestas, siga la normativa actual y opere con un alto nivel de seguridad, finalmente es necesario justificar económicamente la viabilidad de este proyecto. Se realiza un presupuesto de la adquisición de los equipos de la unidad , los costes que supone operar con estos, y extraer el beneficio que implica separar el etileno y reintroducirlo en el reactor de polimerización. Una vez diseñada la unidad de separación de etileno de la planta de producción de polipropileno copolímero, se puede afirmar que se ha llevado a cabo un diseño riguroso en la mayoría de los equipos, comparando los métodos estipulados en la bibliografía con los resultados de los diferentes simuladores disponibles, sin obtener diferencias relevantes en la mayoría de los cálculos. Este procedimiento se ha seguido para poder entender realmente los distintos parámetros que se imponen y resultan de una simulación. Una vez diseñado los diferentes equipos , se puede afirmar que la flexibilidad de operación de la unidad es muy reducida , pudiendo trabajar entre un 90 y un 100 % del caudal de diseño. Si se excedieran estos márgenes, la columna de destilación no podrá llevar a cabo la separación deseada , ya sea por el paso del régimen de operación a spray o por goteo que se forma. Para poder realizar los intercambios de calor necesarios , será necesario disponer de un equipo de frío capaz de condensar y enfriar propileno a -40 º C para licuar el fluido de proceso e introducirlo en la columna de destilación, la cual está formada por 31 platos perforados. Una vez finalizado el diseño de los equipos, se ha realizado un estudio completo de seguridad, realizando un HAZOP, analizando posibles riesgos de seguridad y modificando así el sistema de control planteado inicialmente, el Índice Dow, el cual estipula que el riesgo de operación se moderado, se ha estudiado si la atmósfera de la unidad es explosiva, clasificándola como Zona ATEX de nivel 2, es decir, poco probable, y los casos hipotéticos de una fuga y la Unidad de separación de etileno de una planta de producción de polipropileno copolímero 3-3 producción una BLEVE en el recipiente pulmón, lo afectaría a más de 250 metros de distancia. También se han estudiado las emisiones que afectarían al medio local, y los residuos que se pueden generar. Se han clasificado los impactos que se llevarían a cabo tanto en la construcción como durante la fase de explotación. También se ha tenido en cuenta el ahorro energético de la planta con las condiciones actuales. Casi la totalidad de equipos , tuberías y accesorios están recubiertos de material aislante, ya sea por alta o baja temperatura. Finalmente se ha realizado el estudio económico para verificar la viabilidad de este proyecto, obteniendo un VAN ( 10% ) 15,692,174.75 € y una TIR del 81%, recuperando la inversión antes de finalizar el segundo año. Por otra parte se ha comparado con la posibilidad de generar vapor a partir de esta corriente , pero queda totalmente descartada por los resultados obtenidos, siendo el VAN ( 10% ) de 425,250.72 € y la TIR 21%.