3.11 Torsional Stiffness
3.11.7 Discussion
La aplicación de los modelos de simulación se realiza para la determinación de los balances de masa y energía en las principales corrientes en el proceso integrado de producción según la propuesta de reconversión y definida según la figura 3.1. En el caso de estudio se aplica para los flujos de caña de: 5113,64 t/d (450000 @/d), 5681,82 t/d (500000 @/d) y 6818,18 t/d (600000 @/d). La selección de los flujos se basa en el análisis para las condiciones de molienda del diagnóstico, los resultados de zafra actuales y la capacidad de molienda máxima del central azucarero. Se analiza para la producción de etanol de 500 hL/d, 550 hL/d y 600 hL/d. La selección se basa en los flujos de producción actuales y en la capacidad instalada de producción.
En las tablas 3.10, 3.11 y 3.12 se pueden observar los flujos de las principales corrientes. En el Anexo 12 se muestran las hojas de resultados obtenidas por el simulador.
Tabla 3.10. Resumen de las principales flujos de corrientes en el central. Flujos(t/d)/Caña 5113,64 t/d (450000 @/d) 5681,82 t/d (500000 @/d) 6818,18 t/d (600000 @/d) AGUA 1506,70 1674,12 2008,93 JF 403,80 516,84 538,35 Cachaza 9,18 11,75 12,23 AZÚCAR 646,87 781,25 862,50 MIELT 161,72 195,31 215,62 BAGAZO 1541,78 1719,30 2055,71 BAG-COG 1200 1200 1200 BAG-SOB 341,78 519,30 855,71
Siendo: AGUA- flujo de agua de imbibición, JF- flujo de jugo de los filtros, Cachaza- flujo de cachaza, AZÚCAR-flujo de azúcar, MIELT- flujo de miel total, BAGAZO-flujo total de bagazo obtenido, BAG-COG- flujo de bagazo para cogeneración, BAG-SOB- flujo de bagazo sobrante para producción.
Tabla 3.11. Resumen de las principales corrientes en la reconversión. Corrientes Bagazo H2SO4 AGUA1 VAPOR1 PRETF1 Flujo kg/h 6000 166,80 12000 1008,58 18288,46
CAPÍTULO 3. EVALUACIÓN TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA PROPUESTA DE RECONVERSIÓN
83
Corrientes DEST-F ENZIMAS SOLR LIQHID LIQHFER Flujo kg/h 41,66 27,33 756,59 29648,56 43969,38 Siendo: Bagazo- bagazo para hidrólisis, H2SO4- ácido en la hidrólisis, AGUA1- agua en la hidrólisis ácida, VAPOR1- vapor en la hidrólisis, PRETF1-flujo salida hidrólisis ácida, DEST-F-destilado de furfural, ENZIMAS-enzimas, SOLR-sólido residual de la hidrólisis enzimática, LIQHID-líquido de la hidrólisis enzimática, LIQHFER-líquido hidrolizado a fermentar.
Tabla 3.12. Comparación de flujos de miel a adicionar en la fermentación. 500 hL/d 550 hL/d 600 hL/d
MIEL t/d requerida 6,54 7,20 7,85
MIEL t/d propuesta 3,27 3,60 3,95
De los balances obtenidos se obtiene que, para una adecuada extracción en la etapa de molienda, es posible obtener bagazo para la cogeneración y sobrante para las producciones de derivados en tiempo de zafra. Si se considera un tiempo de zafra de 120 días y 180 días de no zafra y se tiene en cuenta el bagazo requerido para las producciones de furfural y etanol, de 144 t/d, así como el utilizado para la reanimación de tableros, de 34 t/d, para un total de 178 t/d, se tienen los siguientes resultados reportados en la tabla 3.13.
Tabla 3.13. Resultados comparativos de producción de bagazo para la producción de derivadospara tiempo de zafra y no zafra.
Bagazo(t) /Caña 5113,64 t/d (450000 @/d) 5681,82 t/d (500000 @/d) 6818,18 t/d 600000 @/d BAG-acum zafra 19653,6 40956,1 81325,2 BAG-prod no zafra 32040 32040 32040 BAGAZO-req no zafra 12386,4 -8916,1 -48285,2
Siendo: BAG-acum zafra: bagazo acumulado en el tiempo de zafra para producción de derivados, BAG-prod no zafra: bagazo para producción de derivados en tiempo no zafra, BAGAZO-req no zafra: bagazo a comprar para producción en tiempo no zafra.
Al incrementar el flujo de caña, se logra un acumulado de bagazo en tiempo de zafra, lo cual satisface la producción para tiempo de no zafra. Los valores negativos responden a que no es necesario comprar bagazo para tiempo de no zafra. Por otra parte, si se analizan los resultados de la tabla 3.14, se obtienen disminuciones de
CAPÍTULO 3. EVALUACIÓN TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA PROPUESTA DE RECONVERSIÓN
84 flujo de miel con la propuesta al comparar con los requerimientos reales de miel si se considera incrementar la capacidad de producción de etanol.
Tabla 3.14 Resultados comparativos de miel a utilizar considerando la propuesta de reconversión. MIEL/ETANOL 500 hL/d 550 hL/d 600 hL/d MIELT (t/d) 161,72 195,31 215,62 MIEL-real (t/d) 156,96 172,80 188,40 MIEL-prop (t/d) 78,48 86,40 94,2 MIEL-comprar (t/a) 4559,63 4826,25 9275,63
Siendo: MIEL-real: miel sin considerar la propuesta, MIEL-prop: miel considerando la propuesta, MIEL-comprar: miel a comprar según la propuesta. La aplicación de los modelos al caso de estudio permite predecir el comportamiento del proceso ante variaciones de las principales variables. Los resultados de los balances responden satisfactoriamente a que existen posibilidades de reanimación de las plantas de derivados según la propuesta de reconversión, beneficiándose los valores para cuando se incrementa el flujo de caña y la producción de etanol. 3.3 Integración másica en la planta de tableros de fibras.
Del diagnóstico y la determinación de los balances de masa en la planta de tableros se tiene que no existe recirculación el agua en el proceso, es por ello que el objetivo es plantear la integración másica para la reducción del uso de agua en el proceso y disminución de la carga ambiental. Como estrategia de integración se utiliza el diagrama fuente-sumidero como estrategia de solución de distribución de los flujos que implica bajos costos y que ha sido evaluada para estos objetivos por varios autores (González, 2004; Catá, 2006). En la tabla 3.15 se muestran los flujos de las fuentes y sumideros del proceso.
Función objetivo:
min
L
NfuenteNSumideros: unidades que requieren agua fresca como entrada.
NFuentes: unidades que llevan especies de interés (flujos de residuales). Balance de materiales en la fuente:
NS U MID ERO j j m m l L 1 , m = 1,2... Nsumidero j = 1,2... Nsumidero Donde: Lm = flujo total de la fuente (m)
CAPÍTULO 3. EVALUACIÓN TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA PROPUESTA DE RECONVERSIÓN
85 Balance de materiales en un sumidero:
Donde: lm, j = flujo individual que pasa de una fuente (m) a un sumidero (j)
Balance de composición de entrada a un sumidero:
Nfuente m j m sumidero j sumidero jZ
l
L
1 ,Donde:
L
sumideroj
flujo total que entra al sumidero (j), Zsumideroj Composiciónde entrada al sumidero
Para la intersección de una fuente (m) puede plantearse que:
int.
m m
m
Z
Z
L
Masa removida m = 1,2..NfuenteZmComposición de la fuente Tabla 3.15 Flujos y composiciones de las fuentes y sumideros.Corrientes Flujo de agua (m3/d) Composición (% de fibras) Fuentes Máquina formadora 1352,8 0,1 Prensa de vapor 5,01 0,1 Sumideros Cascada 1143,7 0-2 Maceración 194,3 0,10
Para la solución de la estrategia matemática se utilizó el programa LINGOTM, en el que fueron planteadas las ecuaciones descritas anteriormente. Los resultados se muestran en el Anexo 13. En la figura 3.7 se muestra la estrategia gráfica del diagrama fuente sumidero para el proceso.
.
Figura 3.7 Diagrama fuente-sumidero en el reciclo de agua del proceso Como resultado de la optimización del modelo se obtiene que, el proceso demanda 1338 m3/d de agua y genera 1357,81 m3/d de residuales acuosos, es decir, que si se realiza el reciclo de todas las fuentes, el consumo de agua se reduciría a 0 m3/d y se verterían 19,81 m3/d. Al tener las fuentes un bajo % de fibras, estas pueden ser segregadas y recicladas directamente, es decir, no es necesario mezclar fuentes
CAPÍTULO 3. EVALUACIÓN TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA PROPUESTA DE RECONVERSIÓN
86 para suplir la demanda de un sumidero determinado. Es importante considerar, que dada la naturaleza de los residuales de este tipo de producciones no se puede implementar de manera constante los circuitos cerrados de reciclo. Para ello, se necesitan realizar limpiezas y mantenimiento periódicos cada tres días aproximadamente, debido a las posibles obstrucciones del sistema de tuberías. Se propone que la planta trabaje en reciclo cerrado 2 veces por semana, 8 veces al mes, equivale a 96 veces en un año, por tanto:
Agua fresca a utilizar sin integración: 1338𝑚3
𝑑
×
300𝑑
𝑎
=
401400 𝑚3 𝑎
Agua fresca a utilizar con integración: 1338𝑚3
𝑑
×
20𝑑 𝑚×
12𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑎=
3211200 𝑚3 𝑎Disminución de agua fresca: 401400 − 321120
=
80280 𝑚3𝑎
Reducción de agua fresca: 20%
3.4 Evaluación de la fiabilidad y disponibilidad de las instalaciones ante la