Techno-economic evaluation of a chromic wastewater treatment plant proposal

As estações de tratamento de águas residuais são sistemas que, se operados corretamente, podem ajudar a saúde da indústria e do meio ambiente. No presente trabalho, foi realizada a avaliação técnico-econômica de uma proposta de estação de tratamento de efluentes de cromo com capacidade de processamento de 9 t de efluente por lote, a fim de determinar seus principais parâmetros de rentabilidade, utilizando o simulador SuperPro Designer® v. 10. Cerca de 6.959,90 L/lote de água tratada são gerados, enquanto um investimento de capital total de US $3.549 milhões e um capital fixo direto de US$ 3.222 milhões são necessários. O item que mais influencia nos custos operacionais anuais é o dos custos dependentes da instalação (US $345.000/ano) enquanto o reagente que mais influencia nos custos anuais de consumo de materiais é o cloreto férrico (US$ 56.805/ano). Houve um custo unitário de processamento de US $0,22/kg, um lucro líquido anual de US$ 486.000 e um retorno sobre o investimento de 22,16%. Os valores obtidos a partir dos indicadores Valor Presente Líquido (US $3.361.000), Taxa Interna de Retorno (29,61$ 3,549 millones y un capital fijo directo de USD $3,222 millones. La partida que más influencia presenta en los costos anuales de operación es la de costos dependientes de la instalación (USD$ 345 000/año) mientras que el reactivo que más influye en los costos anuales por concepto de consumo de materiales es el cloruro férrico (USD $56 805/año). Se obtuvo un costo unitario de procesamiento de USD$ 0,22/kg, unas ganancias netas anuales de USD $486 000 y un Retorno de la Inversión de 22,16$ 3 361 000), Tasa Interna de Retorno (29,61 %) y Periodo de Recuperación de la Inversión (4,51 años) permiten establecer que la propuesta es rentable bajo las condiciones económicas actuales de Cuba.Wastewater treatment plants are systems that, if properly operated, can help the health of industry and the environment. In the present work, the techno-economic evaluation of a proposed chromic wastewater treatment plant with a processing capacity of 9 t of wastewater per batch was carried out, in order to determine its main profitability parameters, using SuperPro Designer® simulator v. 10. Around 6,959.90 L/batch of treated water are generated, while a total capital investment of USD $3,549 million and a direct fixed capital of USD$ 3,222 million are required. The item that most influences the annual operating costs is the facility-dependent costs (USD $345,000/year) while the reagent that most influences the material consumption annual costs is ferric chloride (USD$ 56,805/year). It was obtained a unit processing cost of USD $0.22/kg, an annual net profit of USD$ 486,000 and a return on investment of 22.16%. The values ​​obtained for the indicators Net Present Value (USD $ 3,361,000), Internal Rate of Return (29.61%) and Payback Time (4.51 years) allow establishing that the proposal is profitable under the current economic conditions of Cuba

Evaluación técnico-económica de un proceso de producción de leche descremada en polvo

Milk powder is a highly demanded food that is used in various ways, both in the industrial area and in everyday life. In the present work, an innovative and unprecedented techno-economic evaluation of a technological proposal for a skimmed milk powder production plant with an annual capacity of 700 tons was carried out through the use of the SuperPro Designer® simulator, in order to know its main economic and profitability indicators under the current economic conditions in Cuba. For economic performance evaluation, the total capital investment, unit production cost, internal rate of return (IRR), net present value (NPV) and project payback time (PT) among other indicators, were determined. A sensitivity study was also accomplished, to determine from what value of the fluid milk unit cost the proposed skimmed milk powder plant begins to be unprofitable. A total capital investment of USD 22 744 000, an annual operating cost of USD 9 884 000, a working capital of USD 647 000 and a unit production cost of USD 352.95 per 25 kg bag were obtained. From the techno-economic results obtained, it can be concluded that the evaluated skimmed milk powder production plant is profitable and feasible due to the values of NPV (USD 14 475 000), IRR (18.98 %) and PT (4.46 years) obtained. The proposed production plant becomes unprofitable from a value of the fluid milk unit cost of USD 1.32/L.La leche en polvo es un alimento muy demandado que es utilizado de diversas formas, tanto en el área industrial como en la vida cotidiana. En el presente trabajo se efectuó la evaluación técnico-económica novedosa y sin precedente de una propuesta tecnológica de planta de producción de leche descremada en polvo con una capacidad anual de 700 toneladas, mediante el empleo del simulador SuperPro Designer®, con el fin de conocer sus principales indicadores económicos y de rentabilidad bajo las condiciones económicas actuales de Cuba. Para la evaluación del rendimiento económico se determinaron la inversión total de capital, costo unitario de producción, tasa interna de retorno (TIR), valor actual neto (VAN) y período de recuperación de la inversión (PRI) del proyecto, entre otros indicadores. Se llevó a cabo, también, un estudio de sensibilidad con el que se buscó determinar a partir de cuál valor del costo unitario de la leche fluida, la planta de leche descremada en polvo propuesta comienza a ser no rentable. Se obtuvo una inversión total de capital de USD 22 744 000, un costo de operación anual de USD 9 884 000, un capital de trabajo de USD 647 000 y un costo unitario de producción de USD 352.95 por bolsa de 25 kg. A partir de los resultados técnico-económicos obtenidos, se puede concluir que la planta de producción de leche descremada en polvo propuesta es rentable y factible debido a los valores de valor actual neto (USD 14 475 000), tasa interna de retorno (18.98 %) y período de recuperación de la inversión (4.46 años) obtenidos. La planta de producción propuesta comienza a ser no rentable a partir de un valor del costo unitario de la leche fluida de USD 1.32/L

Diseño de un enfriador por aire de tiro inducido con tubos aleteados para el enfriamiento de etanol

En el presente trabajo se diseñó un enfriador por aire de tiro inducido para efectuar el enfriamiento de una corriente de etanol. También se efectuó un estudio de sensibilidad para evaluar la influencia que presenta el incremento de tanto la temperatura del aire ambiente como la temperatura de entrada del etanol sobre tres parámetros de diseño. La relación porcentual entre el área proyectada por el ventilador y el área frontal (f) tuvo un valor de 43,13 %, el cual es superior al 40 % por lo que se establece que el diseño realizado es efectivo. La caída de presión total calculada para la corriente de etanol fue de 3 785,64 Pa, la cual no sobrepasa el límite máximo permisible establecido por el proceso (10 000 Pa). La potencia calculada de cada uno de los motores acoplados a los ventiladores alcanzó un valor de 897 W. Se sugiere operar a la menor temperatura posible del aire de entrada, y que la temperatura de alimentación del etanol al equipo se conserve en el valor establecido por el proceso (80 ºC) para que el parámetro f se mantenga superior al 40 %, y la potencia del motor no se incremente hasta alcanzar valores elevado

Análisis económico de una planta piloto para la extracción de aceite de Moringa oleífera Lam para producir biodiesel

Las aplicaciones del aceite vegetal de Moringa oleifera Lam son diversas. Van desde su utilización en la cocina, para producir jabones, cosméticos, y biocombustible, también se aplica externamente para enfermedades de la piel por lo que es altamente cotizado en el mercado mundial. El presente trabajo tiene el objetivo de determinar la viabilidad económica de una planta piloto para la obtención del aceite vegetal de Moringa oleifera Lam. Con el diseño de esta instalación se podrá sustituir una materia prima empleada en la industria farmacéutica y de cosmético, así como usarlo para la producción de biodiesel. Fueron calculados las dimensiones de los equipamientos del proceso. El análisis económico fue realizado usando tres indicadores dinámicos, Valor Actual Neto, Tasa Interna de Retorno y Periodo de Retorno. Fue considerada la planta con una capacidad anual de producción de 150 m3, funcionado 24 días por mes, durante 11 meses al año. Se concluye que la planta es económicamente viable pues su Valor Actual Neto es positivo con un valor de USD $ 1,3 millones, además de que se obtiene un valor de la Tasa de Interna de Retorno de 37% y el Periodo de Recuperación de la Inversión es de 1,9 años, lo cual indica que el proyecto puede ser ejecutado de forma satisfactoria.

Evaluación técnico-económica de una propuesta de planta de producción de helado de fresa en Cuba

Ice cream is a solidified dairy product produced by freezing a pasteurized mixture by stirring to incorporate air and guarantee a uniform consistency. This product is in high demand among people of all ages. In the present work, we used the SuperPro Designer® tool to simulate an industrial-scale strawberry ice-cream production plant located in Cuba with an annual production capacity of approximately 830 ice-cream 10 L containers per batch (1 201 770 L per year). Through simulation, the mass and energy balances were determined, as well as the main economic and profitability indicators of the proposed production process. The unit production cost was USD $7.04/container, while the annual net profit was USD$ 980 000. The Net Present Value, Internal Rate of Return, and Payback period were USD $2 860 000, 24.29$ 7.04/envase, mientras que la ganancia neta anual fue de USD $980 000. El Valor Actual Neto, Tasa Interna de Retorno y Período de Recuperación de la Inversión tuvieron valores de USD$ 2 860 000, 24.29 % y 3.94 años, respectivamente, lo cual indica que la planta de producción de helado de fresa propuesta es factible desde el punto de vista técnico-económico bajo las condiciones económicas actuales de Cuba

Techno-Economic Design of a Packed-Bed Column and a Sieve Tray Tower for Ethanol Absorption. 1. Packed-Bed Column Design

En el presente trabajo se llevó a cabo el diseño de una columna empacada para efectuar la absorción de etanol contenido en una corriente gaseosa usando agua como solvente. Como material de empaque se seleccionó anillos plásticos Nor-Pac® de 35 mm. Se obtuvo un diámetro de la columna de 0,334 m; la caída de presión total calculada fue de 321 Pa/m, la cual es inferior a la permitida por el sistema de absorción (350 Pa/m); se obtuvo un coeficiente global volumétrico de transferencia de masa de 0,201 kmol/m3s; la altura de empaque tuvo un valor de 1,97 m; y la altura total de la columna de absorción fue de 4 m. La columna empacada tendrá un costo total aproximado de usd  22.000.In the present work, the design of a packed column was carried out to achieve the absorption of ethanol contained in a gaseous stream, using water as a solvent. As packing material, 35-mm Nor-Pac® plastic rings was selected. A column diameter of 0.334 m was obtained; the calculated total pressure drop was 321 Pa/m, which is lower than that allowed by the absorption system (350 Pa/m); a mass volumetric mass transfer coefficient of 0.201 kmol/m3s was obtained; the packing height had a value of 1.97 m; while the total height of the absorption column was 4 m. The packed column will have a total cost of approximately USD $ 22,000

Simulation of the maleic anhydride production process through ChemCAD® simulator

El anhídrido maleico es una un producto químico con un amplio rango de aplicaciones como compuesto intermedio en la producción de resinas, polímeros, barnices y pinturas. En el siguiente trabajo se llevó a cabo la simulación del proceso de producción del anhídrido maleico a partir de la oxidación catalítica de benceno mediante el simulador ChemCADâ, versión 5.2.0, con el fin de realizar los balances de masa de todas las corrientes de proceso, determinar el consumo de los servicios auxiliares en los intercambiadores de calor y conocer los parámetros de diseño más importantes del equipamiento empleado. Se llevaron a cabo dos estudios de sensibilidad: influencia de la temperatura y presión de operación del absorbedor sobre la cantidad a obtener de anhídrido maleico por la corriente del fondo de este equipo. Se obtienen 5.027,14 kg/h de anhídrido maleico por la corriente del tope de la columna de destilación con una pureza del 97,45 %. El absorbedor debe operar a una temperatura cercana a 20 ºC y una presión de 5 bar para reducir las pérdidas de anhídrido maleico e incrementar las ganancias económicas del procesoMaleic anhydride is a chemical product with a wide range of applications in the production of resins, polymers, varnishes, and paints. This work presents a simulation of the maleic anhydride production process from the catalytic oxidation of benzene carried out in ChemCADâ simulator, version 5.2.0, in order to perform the mass balances of all the process streams, determine the consumption of utilities in the heat exchangers, and establish the most important design parameters of the equipment used. Two sensitivity studies were carried out: influence of the operating temperature and pressure of the absorber on the amount of maleic anhydride to be obtained in the bottom stream of this equipment. Around 5,027.14 kg/h of maleic anhydride were obtained on the top stream of the distillation column, with a purity of 97.45%. Based on our findings, the absorber must operate at a temperature near 20 ºC and a pressure of 5 bar to reduce losses of maleic anhydride and increase the economic profits of the production process

Simulación del proceso de producción del estireno mediante la deshidrogenación catalítica del etilbenceno utilizando el simulador CHEMCAD®

Background: Process simulation has been extensively used in recent years to design, evaluate or optimize processes, systems and specific operations of the chemical industry and its related disciplines. Currently, CHEMCAD® constitute one of the most used process simulators because of the great number of chemical and petrochemical processes that can be simulated.Method: The simulation of the production process of styrene via catalytic dehydrogenation of ethyl-benzene is carried out by using the process simulator CHEMCAD® version 5.2.0, in order to determine the composition and mass flow-rate of each process involved in the production, as well as the main operating parameters of the equipment used. Two sensitivity studies were carried out: firstly, the influence of the temperature and pressure values applied at the LLV Separator on the amounts of ethyl-benzene and styrene to be obtained by the intermediate and top currents of this equipment; secondly, the influence of the operating pressure of the Distillation Column No. 1 (benzene-toluene column) on the quantity of ethyl-benzene and styrene obtained at the bottom stream. The simulating software MATLAB® version 7.8.0 was used to process the results obtained.Results: Around 9234.436 kg/h of styrene is obtained in the last distillation column with 99.6% purity. Additionally, it was found that the water is the main impurity found on this stream, which represents 0.35% of the weight.Conclusions: The LLV Separator must operate at a low temperature (5 – 10 ºC) and at a relatively high pressure (10 bar), whereas the Distillation Column No. 1 must work at a pressure near atmospheric (1.0 bar), or preferably under vacuum conditions in order to obtain the highest yields of styrene and ethyl-benzene.Contexto: la simulación de procesos se ha venido utilizando extensivamente en los últimos años con el propósito de diseñar, evaluar u optimizar procesos, sistemas u operaciones específicos de la industria química y sus ramas afines. Uno de los simuladores de procesos más empleados en la actualidad es el CHEMCAD®, mediante el cual se pueden simular un gran número de procesos químicos y petroquímicos.Método: se lleva a cabo la simulación del proceso de producción del estireno a partir de la deshidrogenación catalítica del etilbenceno, utilizando el simulador de procesos CHEMCAD® versión 5.2.0., con el fin de conocer la composición y el flujo másico de cada una de las corrientes de proceso, así como también los principales parámetros de operación de los equipos utilizados. Se efectuaron dos estudios de sensibilidad: 1) influencia de los valores de temperatura y presión aplicados en el Separador LLV sobre las cantidades de etilbenceno y estireno a obtener por la corriente intermedia y del tope de este equipo; y 2) influencia de la presión de operación de la Columna de Destilación No. 1 sobre la cantidad de estireno y etilbenceno que sale por el fondo de ésta. Se empleó además el simulador MATLAB®, versión 7.8.0, para procesar los resultados obtenidosResultados: en la última columna de destilación se obtienen 9234.436 kg/h de estireno con un 99.6 % de pureza, siendo la principal impureza encontrada en esta corriente el agua, con 0.35% en masa.Conclusiones: el Separador LLV deberá operarse a una temperatura baja (5 – 10 ºC) y a una presión relativamente alta (10 bar), mientras que la Columna de Destilación No. 1 deberá operar a una presión cercana a la atmosférica (1.0 bar) o, preferiblemente, bajo condiciones de vacío, para obtener los mejores rendimientos de estireno y etilbenceno

Design of a Packed-Bed Column and a Sieve Tray Tower for Ethanol Absorption. 2. Sieve Tray Tower Design

En el presente trabajo se realizó el diseño de una torre de bandejas perforadas para efectuar un proceso de absorción de etanol gaseoso empleando agua como solvente. El resultado de costo obtenido se comparó con el costo de una columna empacada diseñada por (Pérez, Pérez, & Liaño, 2019) con el fin de seleccionar el equipo más adecuado desde el punto de vista económico. La torre tuvo un diámetro de 0,404 m, una caída de presión del gas de 0,783 kPa/bandeja –inferior a la máxima caída de presión establecida por el sistema (1,0 kPa/bandeja)– y un flujo de arrastre de 0,018 kg/s (64,8 kg/h), el cual puede calificarse como aceptable. La eficiencia de la bandeja de Murphree corregida por flujo de arrastre fue igual a 0,829, mientras que la torre presentó 11 bandejas o etapas en total. La torre de bandejas perforadas tuvo un costo aproximado de usd 15.315, siendo 1,44 veces inferior al costo de la columna empacada determinado por (Pérez, Pérez, & Liaño, 2019). Se concluye que resulta más factible, desde el punto de vista económico, adquirir la torre de bandejas perforadas para llevar a cabo el proceso de absorción establecido en este proyecto.This work explains the design of a sieve tray tower for gaseous ethanol absorption using water as solvent. The resulting cost was compared with that of the packed column designed by (Pérez, Pérez, & Liaño, 2019), in order to select the most suitable equipment from an economic point of view. The tower had a diameter of 0.404 m, a gas pressure drop of 0.783 kPa/tray, which is inferior to the maximum pressure drop established by the system (1.0 kPa/tray), and the entrainment flow had a value of 0.018 kg/s (64.8 kg/h), which can be considered acceptable. The entrainment-corrected Murphree tray efficiency was 0.829, while the tower had 11 trays or stages in total. The sieve tray tower had an approximate cost of usd 15,115, being 1.44 times lower than the cost of the packed column determined by (Pérez, Pérez, & Liaño, 2019). From an economic point of view, this work concludes that it is more feasible to acquire the sieve tray tower to carry out the absorption process established in this project

Evaluación térmica de un intercambiador de calor de tubo y coraza para efectuar la condensación de etanol

La adecuada evaluación y posterior selección de un intercambiador de calor para una aplicación determinada es de suma importancia para llevar a cabo una operación de intercambio de calor eficaz y eficiente. En el presente trabajo se realizó la evaluación térmica de un intercambiador de calor de tubo y coraza para efectuar la condensación de de una corriente de etanol, utilizando para ello agua como refrigerante. También se realizó un estudio de sensibilidad con el fin de evaluar la influencia del incremento de tanto el caudal de alimentación del etanol como su temperatura de entrada sobre el porciento de área en exceso del intercambiador (%Aexc). Se obtuvo un valor del parámetro %Aexc de 24,23 %, lo cual indica que el intercambiador de calor propuesto puede emplearse satisfactoriamente para llevar a cabo el servicio de condensación requerido. El %Aexc disminuye con un aumento de tanto el caudal de alimentación de etanol como de su temperatura de entrada, lo cual indica que el intercambiador de calor propuesto puede manejar valores superiores tanto del caudal de alimentación (hasta 4200 kg/h) como de la temperatura de entrada de estés compuesto (hasta 100 °C)