Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 11

PIECENAMPProgram for North American Mobility in Higher EducationProgram for North American Mobility in Higher Education

NAMNAMPP

Introducing Process integration for Environmental Control in Engineering CurriculaIntroducing Process integration for Environmental Control in Engineering Curricula

Introducción a la Introducción a la Integración de Integración de

ProcesosProcesos

Tier IIITier III

Módulo 8Módulo 8

PIECEPIECE

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 22

PIECENAMP

Cómo usar esta presentaciónCómo usar esta presentación

Esta presentación contiene links internos a otras diapositivas y Esta presentación contiene links internos a otras diapositivas y links externos a sitios web:links externos a sitios web:

Ejemplo de un linkEjemplo de un link (texto subrayado en gris): link a una (texto subrayado en gris): link a una diapositiva en la presentación a un sitio webdiapositiva en la presentación a un sitio web

: link a la tabla de contenido del tier: link a la tabla de contenido del tier

: link a la última diapositiva revisada: link a la última diapositiva revisada

: cuando el usuario ha pasado por toda la presentación, : cuando el usuario ha pasado por toda la presentación, algunas preguntas de opción múltiple son efectuadas al final del algunas preguntas de opción múltiple son efectuadas al final del tier. Este icono lleva al usuario nuevamente al enunciado de tier. Este icono lleva al usuario nuevamente al enunciado de pregunta si la respuesta elegida es erróneapregunta si la respuesta elegida es errónea

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 33

PIECENAMP

Tabla de contenidoTabla de contenidoResumen del Proyecto

Instituciones participantesCreadores del módulo

Estructura y Propósito del MóduloTier III

Enunciado de propósitoEnunciado de propósitoEl proceso Kraft de fabricación de pulpaHoja de cálculo del Proceso KraftTratamiento de agua de desecho en el Proceso Kraft de fabricación de pulpa Energía en el Proceso Kraft de fabricación de PulpaPregunta 1Pregunta 1Pregunta 2Pregunta 2Pregunta 3Pregunta 3

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 44

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ObjetivosObjetivos Crear módulos web para ayudar a las universidades a Crear módulos web para ayudar a las universidades a realizar la introducción de la Integración de Procesos a realizar la introducción de la Integración de Procesos a la currícula de Ingenieríala currícula de IngenieríaHacer de estos módulos ampliamente disponibles en Hacer de estos módulos ampliamente disponibles en cada uno de los países participantescada uno de los países participantes

Instituciones ParticipantesInstituciones Participantes Dos universidades de tres países (Canadá, México y Dos universidades de tres países (Canadá, México y Estados Unidos de América)Estados Unidos de América)Dos institutos de investigación en diferentes sectores Dos institutos de investigación en diferentes sectores industriales: petróleo (México) y pulpa y papel (Canadá)industriales: petróleo (México) y pulpa y papel (Canadá)Cada una de las seis universidades ha patrocinado a 7 Cada una de las seis universidades ha patrocinado a 7 estudiantes de intercambio durante el periodo de la estudiantes de intercambio durante el periodo de la beca, subvencionados en parte por cada uno de los beca, subvencionados en parte por cada uno de los gobiernos de los tres países gobiernos de los tres países

Resumen del ProyectoResumen del Proyecto

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 55

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Program for North American Mobility in Higher EducationProgram for North American Mobility in Higher Education NAMPNAMP

Process integration for Environmental Control in Engineering CurriculaProcess integration for Environmental Control in Engineering CurriculaPIECEPIECE

University of University of OttawaOttawa

École École Polytechnique Polytechnique de Montréalde Montréal

Instituto Instituto Mexicano del Mexicano del

PetrPetróóleoleo

PapricanPaprican

Universidad Universidad AutAutóónoma de noma de

San Luis PotosSan Luis Potosíí

University of University of Texas A&MTexas A&M

Universidad de Universidad de GuanajuatoGuanajuato North Carolina North Carolina

State State UniversityUniversity

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 66

PIECENAMP

Módulo 8Módulo 8

Este módulo fue creado Este módulo fue creado por:por:

Carlos Alberto Miranda Carlos Alberto Miranda AlvarezAlvarez

Jean-Martin Jean-Martin BraultBrault

Institución Institución AnfitrionaAnfitriona

DeDe Profesor Profesor AnfitriónAnfitrión

Paul StuartPaul Stuart

Martin Picon-Martin Picon-NuNuññezez

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 77

PIECENAMP

Estructura del Módulo 8Estructura del Módulo 8¿Cuál es la estructura de este módulo?¿Cuál es la estructura de este módulo?

Todos los módulos están divididos en 3 tiers, cada uno con Todos los módulos están divididos en 3 tiers, cada uno con una meta específica:una meta específica:

Tier I: AntecedentesTier I: AntecedentesTier II: Aplicaciones a Caso de EstudioTier II: Aplicaciones a Caso de EstudioTier III: Problema de Diseño Propuesto Tier III: Problema de Diseño Propuesto

Se pretende completar estos tiers en ese orden particular. Se pretende completar estos tiers en ese orden particular. Los estudiantes son evaluados en varios puntos para medir Los estudiantes son evaluados en varios puntos para medir su grado de comprensión, antes de proseguir al siguiente su grado de comprensión, antes de proseguir al siguiente nivel. Cada tier contiene un enunciado de propósito u nivel. Cada tier contiene un enunciado de propósito u objetivo al inicio y un quiz al final. objetivo al inicio y un quiz al final.

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 88

PIECENAMP

¿Cuál es el propósito de este módulo?Cuál es el propósito de este módulo?

Es el objetivo de este módulo cubrir los aspectos básicos de Es el objetivo de este módulo cubrir los aspectos básicos de los los Métodos Métodos yy herramientas de Integración de herramientas de Integración de Procesos Procesos , y colocar a la , y colocar a la Integración de Procesos Integración de Procesos en una en una perspectiva más amplia. Está identificado como un perspectiva más amplia. Está identificado como un prerrequisito para otros módulos relacionadas con el prerrequisito para otros módulos relacionadas con el aprendizaje de aprendizaje de Integración de ProcesosIntegración de Procesos. .

Propósito del Módulo 8Propósito del Módulo 8

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 99

PIECENAMP

Tier IIIProblema propuesto

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1010

PIECENAMP

El objetivo de este tier es resolver una aplicación real de la El objetivo de este tier es resolver una aplicación real de la Integración de Procesos, en la cual el estudiante debe Integración de Procesos, en la cual el estudiante debe interpretar los resultados obtenidos con una variedad de interpretar los resultados obtenidos con una variedad de herramientas de Integración de Procesos. Al final del Tier III, el herramientas de Integración de Procesos. Al final del Tier III, el estudiante debe ser capaz de identificar lo siguiente: estudiante debe ser capaz de identificar lo siguiente:

Beneficios del uso de las herramientas de Integración de Beneficios del uso de las herramientas de Integración de Procesos Procesos Oportunidades potenciales de ahorro en costo por el uso Oportunidades potenciales de ahorro en costo por el uso de herramientas de Integración de Procesos de herramientas de Integración de Procesos Reducción del impacto ambiental resultante por la Reducción del impacto ambiental resultante por la aplicación de herramientas de Integración de Procesos aplicación de herramientas de Integración de Procesos Cómo puede ser usada la aplicación de herramientas de Cómo puede ser usada la aplicación de herramientas de Integración de Procesos para obtener un proceso operable Integración de Procesos para obtener un proceso operable

Tier III Enunciado de PropósitoTier III Enunciado de Propósito

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1111

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El proceso Kraft de El proceso Kraft de fabricación de pulpafabricación de pulpa

Las características básicas de un proceso Kraft de fabricación de pulpa se Las características básicas de un proceso Kraft de fabricación de pulpa se muestran en la siguiente diapositiva. Las astillas de madera (conteniendo 50% muestran en la siguiente diapositiva. Las astillas de madera (conteniendo 50% de agua) son llevadas de una tolva a una unidad de preevaporación para de agua) son llevadas de una tolva a una unidad de preevaporación para facilitar la subsecuente impregnación de las astillas con químicos. Un facilitar la subsecuente impregnación de las astillas con químicos. Un alimentador a alta presión transfiere las astillas de la vasija de preevaporación alimentador a alta presión transfiere las astillas de la vasija de preevaporación a un digestor. En el digestor, las astillas son "cocinadas" usando licor blanco a un digestor. En el digestor, las astillas son "cocinadas" usando licor blanco (una mezcla de químicos como NaOH, Na(una mezcla de químicos como NaOH, Na22S, NaS, Na22COCO3 3 y agua) para solubilizar la y agua) para solubilizar la lignina en las mismas. En el proceso de cocción se produce metanol. Después lignina en las mismas. En el proceso de cocción se produce metanol. Después de la digestión de la lignina, los químicos de cocción son retirados de la pulpa. de la digestión de la lignina, los químicos de cocción son retirados de la pulpa. Una unidad de lavado a contracorriente y de múltiples etapas es usada para Una unidad de lavado a contracorriente y de múltiples etapas es usada para minimizar el transporte de químicos con la pulpa. Los químicos residuales del minimizar el transporte de químicos con la pulpa. Los químicos residuales del proceso de fabricación de pulpa son llamados licor negro diluido (licor negro proceso de fabricación de pulpa son llamados licor negro diluido (licor negro débil). El licor negro contiene sales de sodio (hidróxidos, sulfuro, carbonato, débil). El licor negro contiene sales de sodio (hidróxidos, sulfuro, carbonato, cloruro, sulfito y sulfato), lignina disuelta, metanol y agua. Antes de que el cloruro, sulfito y sulfato), lignina disuelta, metanol y agua. Antes de que el efluente del digestor sea alimentado a los lavadores, la pulpa cocida y el licor efluente del digestor sea alimentado a los lavadores, la pulpa cocida y el licor son pasados a un tanque de soplado donde la pulpa es separada de licor negro son pasados a un tanque de soplado donde la pulpa es separada de licor negro diluido que es alimentado a un sistema de recuperación por conversión a licor diluido que es alimentado a un sistema de recuperación por conversión a licor blanco. El primer paso en la recuperación es la concentración del licor negro blanco. El primer paso en la recuperación es la concentración del licor negro diluido por medio de evaporadores de múltiple efecto. La solución concentrada diluido por medio de evaporadores de múltiple efecto. La solución concentrada es rociada en un horno de recuperación. El proceso de evaporación resulta en es rociada en un horno de recuperación. El proceso de evaporación resulta en la generación de una gran cantidad de condensado combinado clasificado como la generación de una gran cantidad de condensado combinado clasificado como una corriente de agua de desecho y de desecho gaseoso cuyo contaminante una corriente de agua de desecho y de desecho gaseoso cuyo contaminante primario es Hprimario es H22S. El fundido del horno es disuelto en agua para formar licor S. El fundido del horno es disuelto en agua para formar licor verde que es reaccionado con cal (CaO) para producir licor blanco y "lodo" de verde que es reaccionado con cal (CaO) para producir licor blanco y "lodo" de carbonato de calcio. El licor blanco recuperado es mezclado con materiales carbonato de calcio. El licor blanco recuperado es mezclado con materiales frescos y reciclado al digestor. El carbonato de calcio en lodo es descompuesto frescos y reciclado al digestor. El carbonato de calcio en lodo es descompuesto térmicamente en un horno para producir cal que es usada en la reacción de térmicamente en un horno para producir cal que es usada en la reacción de causterización. Hay varios desechos gaseosos emitidos por el proceso, algunos causterización. Hay varios desechos gaseosos emitidos por el proceso, algunos de los cuales pueden ser usados para la generación y cogeneración de vapor. de los cuales pueden ser usados para la generación y cogeneración de vapor.

Tier III – Enunciado del Problema

Referencia: El-Halwagi, M. M., Referencia: El-Halwagi, M. M., Pollution Prevention through Process Integration: Systematic Design Tools. . Academic Press, 1997.Academic Press, 1997.

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1212

PIECENAMP

CAUSTERIZACIÓN

SEDIMENTACIÓN

Y FILTRACIÓN

DIGESTOR

TANQUE DE SOPLADO

HORNO DE

RECUPERACIÓN

TANQUE DE

DISOLUCIÓN

HORNO DE CAL

EV

AP

OR

AD

OR

ES

DE

MÚ

LTIP

LE E

FEC

TO

Cal

Licor blanco

recuperado

Pulpa para procesamiento posterior

GasesGas fuer

a

Astillas de

madera

VaporLicor negro diluido

Vapor

Licor negro concentrado (licor negro

fuerte)

Condensado

Gas de chimene

a

Fundido

Gas fuer

a

Agua

Licor

verde

Carbonato

de calcio

Aire

Gases

Desecho Gaseoso

LAVADORES

Referencia: El-Halwagi, M. M., Referencia: El-Halwagi, M. M., Pollution Prevention through Process Integration: Systematic Design Tools. Academic Press, 1997.. Academic Press, 1997.Tier III – Enunciado del Problema

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1313

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Tratamiento de agua de desecho en el proceso de Kraft Tratamiento de agua de desecho en el proceso de Kraft de fabricación de pulpade fabricación de pulpa

Las plantas de pulpa y papel emplean altos niveles de agua fresca que llevan a Las plantas de pulpa y papel emplean altos niveles de agua fresca que llevan a la generación de una cantidad significativa de efluente acuoso. Por tanto, la optimización la generación de una cantidad significativa de efluente acuoso. Por tanto, la optimización de el uso de agua y de las descargas de agua de desecho representa un reto importante de el uso de agua y de las descargas de agua de desecho representa un reto importante para la industria. Debido al contacto directo del agua con varias especies, las corrientes para la industria. Debido al contacto directo del agua con varias especies, las corrientes acuosas están cargadas con varios componentes incluyendo metano, elementos de no-acuosas están cargadas con varios componentes incluyendo metano, elementos de no-proceso y especies orgánicas e inorgánicas. El metanol está clasificado como un proceso y especies orgánicas e inorgánicas. El metanol está clasificado como un contaminante de alta prioridad por la industria de fabricación de pulpa . En adición, éste contaminante de alta prioridad por la industria de fabricación de pulpa . En adición, éste puede proveer una fuente de ingresos si es recuperado correctamente. puede proveer una fuente de ingresos si es recuperado correctamente.

El metanol puede encontrarse en la mayoría de las corrientes de agua de El metanol puede encontrarse en la mayoría de las corrientes de agua de desecho del proceso Kraft de fabricación de pulpa, particularmente en el condensado desecho del proceso Kraft de fabricación de pulpa, particularmente en el condensado que sale de los evaporadores de múltiple efecto y los condensadores usados para que sale de los evaporadores de múltiple efecto y los condensadores usados para condensar el vapor de la unidad de preevaporación antes de que las astillas de madera condensar el vapor de la unidad de preevaporación antes de que las astillas de madera sean llevadas al digestor. Todas las corrientes de desecho son tratadas por sean llevadas al digestor. Todas las corrientes de desecho son tratadas por biotratamiento y luego son descargadas a un río. Cualquier corriente descargada al río biotratamiento y luego son descargadas a un río. Cualquier corriente descargada al río debe tener una composición de metanol no excedente a 15 ppmw. La siguiente debe tener una composición de metanol no excedente a 15 ppmw. La siguiente información está disponible para la instalación de biotratamiento:información está disponible para la instalación de biotratamiento:

• Composición aceptable de metanol entrando a biotratamiento Composición aceptable de metanol entrando a biotratamiento << 1.000 ppmw 1.000 ppmw• Composición promedio de metanol a la salida = 15 ppmwComposición promedio de metanol a la salida = 15 ppmw• Costo de operación del biotratamiento = 0.11*Costo de operación del biotratamiento = 0.11*MM + 0.0013* + 0.0013*G G donde donde M M es la es la

carga másica (kgcarga másica (kg//h) de metanol y h) de metanol y GG es el flujo de agua de desecho (kg es el flujo de agua de desecho (kg//h)h)Referencia: El-Halwagi, M. M., Referencia: El-Halwagi, M. M., Pollution Prevention through Process Integration: Systematic Design Tools. . Academic Press, 1997.Academic Press, 1997.

Tier III – Enunciado del Problema

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1414

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Tratamiento de agua de desecho en el proceso de Kraft Tratamiento de agua de desecho en el proceso de Kraft de fabricación de pulpa (2)de fabricación de pulpa (2)

La cantidad de metanol en el agua de desecho puede ser reducida usando stripping con La cantidad de metanol en el agua de desecho puede ser reducida usando stripping con aire y recuperado de las corrientes acuosas para proveer ventas de metanol mayores que aire y recuperado de las corrientes acuosas para proveer ventas de metanol mayores que los costos de recuperación. El flujo de aire es determinado como siguelos costos de recuperación. El flujo de aire es determinado como sigue::

LL = 0.5* = 0.5*ƒƒ**GG

Donde Donde LL y y GG son los flujos másicos (kg son los flujos másicos (kg//h) de aire y agua de desecho, h) de aire y agua de desecho, respectivamente, y respectivamente, y ƒ es la remoción fraccional másica de metanol del agua por ƒ es la remoción fraccional másica de metanol del agua por stripping. El costo de operación del stripping con aire es dado por la siguiente stripping. El costo de operación del stripping con aire es dado por la siguiente relación:relación:

Costo de Operación Costo de Operación (US$(US$//h) = 0.003*h) = 0.003*LL (kg aire (kg aire//h)h)

Este costo incluye la compresión de aire y la condensación del metanol.Este costo incluye la compresión de aire y la condensación del metanol.

El operador de la planta de tratamiento de agua de desecho también tiene El operador de la planta de tratamiento de agua de desecho también tiene problemas prediciendo cuando el proceso de tratamiento pasará de un régimen problemas prediciendo cuando el proceso de tratamiento pasará de un régimen operacional a otro o cuando el proceso producirá agua con concentraciones operacional a otro o cuando el proceso producirá agua con concentraciones superiores a los límites permitidos de metanol y otros contaminantes. Él dispone de superiores a los límites permitidos de metanol y otros contaminantes. Él dispone de los últimos tres años de datos de operación de las instalaciones de tratamiento pero los últimos tres años de datos de operación de las instalaciones de tratamiento pero no sabe como interpretar tal cantidad de información. no sabe como interpretar tal cantidad de información.

Referencia: El-Halwagi, M. M., Referencia: El-Halwagi, M. M., Pollution Prevention through Process Integration: Systematic Design Tools. . Academic Press, 1997.Academic Press, 1997.

Tier III – Enunciado del Problema

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1515

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Tratamiento de agua de desecho en el proceso de Tratamiento de agua de desecho en el proceso de Kraft de fabricación de pulpa (3)Kraft de fabricación de pulpa (3)

Junto con el metanol como uno de los principales contaminantes encontrados en los Junto con el metanol como uno de los principales contaminantes encontrados en los efluentes acuosos de las plantas con proceso Kraft, se presentan otros compuestos orgánicos efluentes acuosos de las plantas con proceso Kraft, se presentan otros compuestos orgánicos e inorgánicos. Estos incluyen cloroformo, formaldehído, fenol, etc. dependiendo de la planta y e inorgánicos. Estos incluyen cloroformo, formaldehído, fenol, etc. dependiendo de la planta y el proceso usado. El fenol es importante primariamente por su toxicidad, deterioro del el proceso usado. El fenol es importante primariamente por su toxicidad, deterioro del oxígeno y turbidez. Además, el fenol puede causar sabor y olor desagradables en los peces y oxígeno y turbidez. Además, el fenol puede causar sabor y olor desagradables en los peces y el agua potable. el agua potable.

Muchas técnicas pueden ser usadas para separar fenol. Tres tecnologías externas son Muchas técnicas pueden ser usadas para separar fenol. Tres tecnologías externas son consideradas aquí para la remoción de fenol. Estos procesos incluyen adsorción usando consideradas aquí para la remoción de fenol. Estos procesos incluyen adsorción usando carbón activado, intercambio iónico usando resina polimérica y stripping usando aire. carbón activado, intercambio iónico usando resina polimérica y stripping usando aire.

Los costos operacionales para cada método comprenden el costo de material fresco y Los costos operacionales para cada método comprenden el costo de material fresco y el cossto de regeneración. Para el carbón activado, el vapor es usado para regenerar el el cossto de regeneración. Para el carbón activado, el vapor es usado para regenerar el agente separador de masa cuando se usa sosa cáustica (NaOH) para la regeneración de agente separador de masa cuando se usa sosa cáustica (NaOH) para la regeneración de la resina de intercambio iónico. En el caso del stripping con aire, la corriente gaseosa la resina de intercambio iónico. En el caso del stripping con aire, la corriente gaseosa que abandona la unidad de intercambio de masa no puede ser descargada a la que abandona la unidad de intercambio de masa no puede ser descargada a la atmósfera a causa de las regulaciones de calidad del aire. Por lo tanto, el aire de salida atmósfera a causa de las regulaciones de calidad del aire. Por lo tanto, el aire de salida de la unidad de separación es alimentado a una unidad de recuperación de fenol en la de la unidad de separación es alimentado a una unidad de recuperación de fenol en la cual se usa un refrigerante para condensar el fenol. El costo operacional relacionada a cual se usa un refrigerante para condensar el fenol. El costo operacional relacionada a cada tecnología es entonces 0.737 US$, 1.150 US$ y 2.069 US$ por kg de fenol cada tecnología es entonces 0.737 US$, 1.150 US$ y 2.069 US$ por kg de fenol removido por carbón activado, resina de intercambio iónico y stripping con aire removido por carbón activado, resina de intercambio iónico y stripping con aire respectivamente. respectivamente.

Referencia: El-Halwagi, M. M., Referencia: El-Halwagi, M. M., Pollution Prevention through Process Integration: Systematic Design Tools. . Academic Press, 1997.Academic Press, 1997.

Tier III – Enunciado del Problema

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1616

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Energía en el proceso Kraft de fabricación de pulpaEnergía en el proceso Kraft de fabricación de pulpa

El proceso Kraft de fabricación de pulpa es un proceso muy intensivo energéticamente: El proceso Kraft de fabricación de pulpa es un proceso muy intensivo energéticamente: los usos finales de energía comunes a todas las plantas de pulpa y papel incluyen el los usos finales de energía comunes a todas las plantas de pulpa y papel incluyen el bombeo, manejo de aire e iluminación. Además, las necesidades de vapor y el gran bombeo, manejo de aire e iluminación. Además, las necesidades de vapor y el gran número de corrientes de proceso hacen de este sector industrial un buen candidato para número de corrientes de proceso hacen de este sector industrial un buen candidato para la integración de calor mejorada. La concentración de licor negro es, usualmente, la la integración de calor mejorada. La concentración de licor negro es, usualmente, la mayor corriente individual usada en la operación de una planta de proceso Kraft. Los mayor corriente individual usada en la operación de una planta de proceso Kraft. Los evaporadores instalados en los 60's y 70's fueron construidos con cuatro o cinco efectos, evaporadores instalados en los 60's y 70's fueron construidos con cuatro o cinco efectos, mientras que la mayoría de las plantas Kraft hoy en día usan evaporadores con cinco o mientras que la mayoría de las plantas Kraft hoy en día usan evaporadores con cinco o seis efectos, con un concentrador para incrementar posteriormente el contenido de seis efectos, con un concentrador para incrementar posteriormente el contenido de sólidos. La activación del boiler de recuperación con el licor negro con alto contenido de sólidos. La activación del boiler de recuperación con el licor negro con alto contenido de sólidos mejora el desempeño global del boiler y es una tendencia general en la industria. sólidos mejora el desempeño global del boiler y es una tendencia general en la industria.

Para considerar este problema de consumo de energía, una planta Kraft de pulpa Para considerar este problema de consumo de energía, una planta Kraft de pulpa usa biomasa. En efecto, además de ser la alimentación para la producción de pulpa usa biomasa. En efecto, además de ser la alimentación para la producción de pulpa y papel, la biomasa es también una fuente de energía para la industria. La cual y papel, la biomasa es también una fuente de energía para la industria. La cual también tiene acceso a los residuos del cultivo de pulpa de madera, algunos de los también tiene acceso a los residuos del cultivo de pulpa de madera, algunos de los cuales pueden ser removidos del bosque con base sostenible. Todo el licor negro y cuales pueden ser removidos del bosque con base sostenible. Todo el licor negro y la mayoría de los residuos de la planta son usados en los sitios de la misma planta la mayoría de los residuos de la planta son usados en los sitios de la misma planta para sistemas de cogeneración de combustible, para proveer vapor y electricidad para sistemas de cogeneración de combustible, para proveer vapor y electricidad para uso "en sitio". La cogeneración también conocida como Energía y Calor para uso "en sitio". La cogeneración también conocida como Energía y Calor combinados (Combinated Heat and Power, CHP) es la producción simultánea de combinados (Combinated Heat and Power, CHP) es la producción simultánea de electricidad y calor útil del mismo calor o energía. Un sistema de cogeneración electricidad y calor útil del mismo calor o energía. Un sistema de cogeneración típico consiste en un motor, turbina de vapor o turbina de combustión que opera un típico consiste en un motor, turbina de vapor o turbina de combustión que opera un generador eléctrico. Un intercambiador de calor de desecho recupera calor generador eléctrico. Un intercambiador de calor de desecho recupera calor desprendido por el motor y/o gas exhausto para producir agua caliente o vapor. desprendido por el motor y/o gas exhausto para producir agua caliente o vapor.

Tier III – Enunciado del Problema

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1717

PIECENAMP

Energía en el proceso Kraft de fabricación de pulpa (2)Energía en el proceso Kraft de fabricación de pulpa (2)

La cogeneración produce una cantidad dada de energía eléctrica y calor de proceso con La cogeneración produce una cantidad dada de energía eléctrica y calor de proceso con 10% a 30% menos combustible que el necesario para producir la electricidad y el calor de 10% a 30% menos combustible que el necesario para producir la electricidad y el calor de proceso por separado. Las instalaciones con sistemas de cogeneración los usan para proceso por separado. Las instalaciones con sistemas de cogeneración los usan para producir su propia electricidad, y usan el calor en exceso sin usar (desecho) del vapor de producir su propia electricidad, y usan el calor en exceso sin usar (desecho) del vapor de proceso, calentamiento de agua y otras necesidades térmicas. Ellos también pueden usar proceso, calentamiento de agua y otras necesidades térmicas. Ellos también pueden usar el calor excesivo de proceso para producir vapor para la producción de electricidad. En la el calor excesivo de proceso para producir vapor para la producción de electricidad. En la recuperación química, la planta de vapor y las áreas de cogeneración, sólidos del licor de recuperación química, la planta de vapor y las áreas de cogeneración, sólidos del licor de pulpa, desechos de madera comprados y autogenerados y lodos del clarificador primario pulpa, desechos de madera comprados y autogenerados y lodos del clarificador primario de la planta de tratamiento de agua de desecho son quemados para recuperar químicos de la planta de tratamiento de agua de desecho son quemados para recuperar químicos de cocción y para producir energía. Los licores gastados de la fabricación de pulpa de cocción y para producir energía. Los licores gastados de la fabricación de pulpa conforman mas del 70'% de los combustibles derivados de biomasa usados en la industria conforman mas del 70'% de los combustibles derivados de biomasa usados en la industria de la pulpa y el papel hoy en día. de la pulpa y el papel hoy en día. En el proceso de recuperación, el licor negro concentrado de los evaporadores es En el proceso de recuperación, el licor negro concentrado de los evaporadores es rociado en el boiler de recuperación donde el contenido orgánico del licor es rociado en el boiler de recuperación donde el contenido orgánico del licor es quemado, liberando energía y produciendo vapor para su uso en la planta. Además quemado, liberando energía y produciendo vapor para su uso en la planta. Además de la combustión, la porción inorgánica del licor negro concentrado produce un gas de la combustión, la porción inorgánica del licor negro concentrado produce un gas de chimenea. de chimenea. La razón de producción "electricidad a calor" (La razón de producción "electricidad a calor" (electricity-to-heat production) para un electricity-to-heat production) para un sistema de cogeneración de una turbina de vapor "back-pressure" convencional sistema de cogeneración de una turbina de vapor "back-pressure" convencional varía en el rango de 40-60 kWh/GJ, que es relativamente bueno para las varía en el rango de 40-60 kWh/GJ, que es relativamente bueno para las necesidades de vapor y electricidad en plantas Kraft antiguas. Razones de necesidades de vapor y electricidad en plantas Kraft antiguas. Razones de "electricidad a calor" mucho más grandes son posibles usando biomasa y "electricidad a calor" mucho más grandes son posibles usando biomasa y tecnologías de cogeneración de licor negro basadas en turbinas de gas mas que en tecnologías de cogeneración de licor negro basadas en turbinas de gas mas que en turbinas de vapor. El desarrollo de tecnologías orientadas a la comercialización para turbinas de vapor. El desarrollo de tecnologías orientadas a la comercialización para convertir licor negro o residuos de biomasa en gas combustible están en curso, convertir licor negro o residuos de biomasa en gas combustible están en curso, junto con los sistemas de limpieza que serían necesarios para permitir el uso del junto con los sistemas de limpieza que serían necesarios para permitir el uso del gas en ciclos de turbinas de gas. gas en ciclos de turbinas de gas.

Tier III – Enunciado del Problema

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1818

PIECENAMP

Pregunta 1. Tratamiento de agua de desecho en el Pregunta 1. Tratamiento de agua de desecho en el proceso Kraft de fabricación de pulpaproceso Kraft de fabricación de pulpa

¿Qué herramientas de Integración de Procesos pueden ser usadas para ¿Qué herramientas de Integración de Procesos pueden ser usadas para alcanzar todos los temas presentados en las diapositivas relacionadas al alcanzar todos los temas presentados en las diapositivas relacionadas al metanol? Define los pasos en la metodología que usarías para metanol? Define los pasos en la metodología que usarías para responder los siguientes puntos:responder los siguientes puntos:

(A)(A) Minimización de metanol en las corrientes de agua de desecho así como Minimización de metanol en las corrientes de agua de desecho así como el uso reducido de agua y la descarga reducida de agua de desecho el uso reducido de agua y la descarga reducida de agua de desecho

(B)(B) Trade-off entre la minimización de costos operacionales relacionados a Trade-off entre la minimización de costos operacionales relacionados a los elementos establecido en (A) y los beneficios resultantes de la los elementos establecido en (A) y los beneficios resultantes de la recuperación de metanol recuperación de metanol

(C)(C) Interpretación y uso de los datos operacionales de proceso para ayudar Interpretación y uso de los datos operacionales de proceso para ayudar al operador de la planta de tratamiento a obtener un mejor control de la al operador de la planta de tratamiento a obtener un mejor control de la operación de la planta de tratamiento de agua de desecho operación de la planta de tratamiento de agua de desecho

Pregunta 2. Tratamiento de agua de desecho en el Pregunta 2. Tratamiento de agua de desecho en el proceso Kraft de fabricación de pulpaproceso Kraft de fabricación de pulpa (2)(2)

Usando tu conocimiento de las herramientas de integración de proceso, Usando tu conocimiento de las herramientas de integración de proceso, describe la metodología que puede ser usada para elegir el mejor agente describe la metodología que puede ser usada para elegir el mejor agente separador de masa para tratar las corrientes de desecho de fenol en esta separador de masa para tratar las corrientes de desecho de fenol en esta planta Kraft de pulpa y papel. planta Kraft de pulpa y papel.

Tier III – Preguntas

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 1919

PIECENAMP

Pregunta 3. Energía en el proceso Kraft de fabricación de Pregunta 3. Energía en el proceso Kraft de fabricación de pulpa pulpa

Con el conocimiento de Integración de Procesos adquirido a lo largo de Con el conocimiento de Integración de Procesos adquirido a lo largo de los dos tiers anteriores, propón una metodología que ayude a identificar los dos tiers anteriores, propón una metodología que ayude a identificar las posibilidades de ahorro de energía así como el potencial para las posibilidades de ahorro de energía así como el potencial para cogeneración en una planta Kraft de fabricación de pulpa. Elabora cada cogeneración en una planta Kraft de fabricación de pulpa. Elabora cada uno de los pasos tomados en cuenta para el estudio y recuerda incluir uno de los pasos tomados en cuenta para el estudio y recuerda incluir en tu propuesta el impacto de tu solución en el ambiente.en tu propuesta el impacto de tu solución en el ambiente.

Tier III – Preguntas

Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos 2020

PIECENAMP

Este es el fin del Módulo 8. Por favor presente su reporte a Este es el fin del Módulo 8. Por favor presente su reporte a su profesor para evaluación. su profesor para evaluación.

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Fin del Tier III