Máster Universitario en Ingeniería Química

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Evaluación del potencial de generación de energía a partir de biogás de vertederos situados en los centros de tratamiento de RSU en España
(2018) Hernández Medina, Belén; Vidal Barrero, Fernando; Arjona Antolín, Ricardo; Caraballo Bello, José; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Hoy en día la mayor parte de los residuos sólidos urbanos van a parar a vertederos, aunque cada vez está más presente la consciencia del reciclaje. En este trabajo se van a analizar todas las instalaciones de residuos sólidos urbanos (RSU) de España, así como las características de cada uno de ellos. Con un análisis inicial de ellas, se va a proceder a un estudio de biogás de vertedero. Una parte de los vertederos de España disponen de aprovechamiento energético de biogás. Se hará un estudio, en una primera parte, de los centros de residuos sólidos urbanos en España, para poder diferenciar bien las distitas instalaciones que puede haber en cada uno de los centros, y para poder diferenciar cuales tienen aprovechamiento energético de biogás y cuales no. En una segunda parte, se identificarán los vertederos en los que no se tiene este tipo de aprovechamiento y los cuales son interesantes de estudiar, para a continuación aplicarles el Modelo Mexicano de Biogás, en el que se mostrarán los mW que se podrían obtener con la instalación de un sistema de este tipo, además de otros muchos parámetros muy interesantes. Se concluye con un estudio económico de los vertederos seleccionados en los que podría ser interesante la implantación de este sistema de aprovechamiento energético, con el cual se reducirían las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. Con todo esto se llegan a varias conclusiones. Una de ellas es que es importante seguir en el desarrollo de tecnologías que mejoren el reciclaje de los residuos sólidos urbanos. Y, por otro lado, cuando los residuos van a vertedero como destino final, hay que asegurar que tengan el menor impacto medioambiental. Una de las mejores opciones es la implantación de sistemas de aprovechamiento energético de biogás, con el que además de reducir la emisión de gases de efecto invernadero se consigue generación de energía, la cual puede ser aprovechada en el mismo centro o ser incluida a la red eléctrica, con lo que la oportunidad de negocio es buena.
Planta de producción de fosfato monocálcico y fosfato dicálcico
(2018) Rodríguez Martín, Saúl; Matute Martín, Pablo José; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
En este proyecto se desarrolla la ingeniería básica del proceso de producción de fosfato monocálcico (MCP) y fosfato dicálcico (DCP) para alimentación animal. Para ello, se estudia el proceso de producción más empleado en la industria y se desarrolla el proyecto para una producción anual total de 60.000Tn de MCP y DCP, de forma que se minimicen los consumibles y se maximice la eficiencia del proceso. La planta operará 24h al día durante 300 días al año, y el producto generado será almacenado para su posterior venta a granel en camión o big bags.
Aplicaciones de la observación satelital terrestre en la Evaluación Ambiental de la industria minera
(2019) Gómez Pariente, María del Carmen; Romero González, Eladio Martín; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
La principal motivación que lleva a la realización del presente Proyecto es la de analizar los condicionantes para el cumplimiento de la evaluación de impacto ambiental de actividades industriales. A partir de ahí, estudiar la posibilidad de implantar nuevas técnicas que refuercen los planes de monitorización convencionales, en el marco de un desarrollo sostenible, ayudando así a conseguir los objetivos marcados por la normativa vigente en materia de gestión ambiental. En este contexto, debido al amplio grado de alcance que ostenta la evaluación ambiental en la industria, se ha optado por particularizar dicho estudio a un ámbito concreto de aplicación. Así, dada la complejidad que conlleva la problemática de la contaminación hídrica por a Drenajes ácidos de mina a nivel mundial, se ha optado por estudiar la posibilidad de incorporar técnicas emergentes de Teledetección para el control de la calidad de las aguas, como método complementario a los métodos convencionales, proponiendo un plan de monitorización alternativo a los actualmente implementados.
Herramienta para la comparación de la sostenibilidad de diferentes rutas químicas
(2019) Pérez Urbano, Francisco Javier; Vidal Barrero, Fernando; Caraballo Bello, José; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Este proyecto es la continuación de una serie de estudios o artículos cuyo objetivo es la investigación de la viabilidad y la sostenibilidad de las nuevas rutas químicas basadas en el etanol, para la obtención de productos químicos con gran importancia en el mercado. En este caso, la atención se centra en el estudio de la sostenibilidad de varias rutas químicas (convencionales y no convencionales), mediante el desarrollo y posterior uso de una herramienta pensada para la comparación de la sostenibilidad. Esta herramienta se ha aplicado a seis rutas químicas, 3 basadas en el bioetanol y 3 convencionales, mediante las cuales se producen tres de los compuestos más demandados en la industria química: etileno, butadieno y butanol. Mediante dicha herramienta se han podido obtener una serie de índices o valores numéricos que han permitido evaluar de manera cuantitativa cada uno de los aspectos en que se divide la definición de sostenibilidad y así determinar cuál de las mencionadas rutas sería la más sostenible, con el fin de ayudar en el futuro a la toma de decisiones en la selección entre varias alternativas de producción. El uso de la propia herramienta y los resultados obtenidos con ella muestran como dentro de las posibles alternativas, el etileno basado en el etanol sería la opción más prometedora para el futuro desde el punto de vista de la sostenibilidad, y la única que también supera en estos términos a su correspondiente ruta convencional (basada en materias primas fósiles). Aún a pesar de esto, todavía queda mucho margen de mejora para el resto de rutas no convencionales, cuyos puntos críticos (y en los que habría que centrar los estudios) se ven más recalcados con el uso de la herramienta desarrollada. Todo este desarrollo de la herramienta y posterior uso de la misma se ha podido llevar a cabo gracias a una importante labor documental llevada a cabo, que ha permitido mostrar en este trabajo una importante imagen en relación a cómo se encuentra hoy en día el estudio de la sostenibilidad en la industria química.
Residuos radiactivos de alta actividad. Opciones de tratamiento en ciclo cerrado avanzado
(2019) Tirado Sánchez, Alejandro; Villegas Sánchez, Rosario; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Con los grandes avances industriales y los cada vez más acuciantes problemas medioambientales a los que debe hacer frente la sociedad, la gestión de los residuos se trata de un asunto primordial actualmente, y lo seguirá siendo sin duda para las generaciones futuras. De entre todos los tipos de residuos existentes, los residuos nucleares, y en concreto, los residuos radiactivos de alta actividad (básicamente, el combustible gastado de las centrales nucleares), destacan especialmente debido a su potencial peligrosidad e impacto ambiental. El presente estudio tratará de analizar y comparar las distintas opciones que se utilizan actualmente para llevar a cabo la gestión de los residuos radiactivos de alta actividad, además de explicar diversas técnicas que aún se encuentran en fase de desarrollo e investigación. Para ello, se utilizará toda la información de bibliografía que se encuentra disponible y se realizarán un análisis económico de las distintas líneas de actuación posibles y una comparativa a nivel mundial de qué opciones de gestión se llevan a cabo en diferentes países del mundo.
Análisis del Impacto de la Degradación de las Barreras Ingenieriles en un Almacenamiento Geológico Profundo de Residuos Radiactivos de Alta Actividad: Aplicación a España
(2019) Cuenca García, Sergio; García Haro, Pedro; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
El principal problema que trae consigo la energía nuclear es, sin duda alguna, la gestión de los residuos generados. El método de gestión de dichos residuos depende del ciclo del combustible nuclear utilizado en cada país. En el mundo existen dos alternativas de gestión: la posibilidad de reciclar el combustible gastado para volverlo a utilizar en el reactor (ciclo cerrado) y, por otro lado, almacenarlo de forma definitiva tras su uso como combustible (ciclo abierto). En España, a pesar de ser un país con plantas nucleares en explotación desde hace más de 50 años, la gestión del combustible aún no ha sido definida. A día de hoy, todavía se están llevando a cabo investigaciones relacionadas con las dos alternativas de gestión previamente mencionadas. Si bien, la empresa encargada de gestionar este tipo de residuos en España (ENRESA) establece el ciclo abierto como escenario de referencia. De acuerdo a este método de gestión, tras un periodo de enfriamiento en las piscinas de las centrales o en almacenamientos temporales, el combustible pasa a ser almacenado, de forma definitiva, en un almacenamiento geológico profundo (AGP), donde los residuos de combustible nuclear gastado permanecen almacenados, a gran profundidad, en formaciones geológicas estables. El principio de funcionamiento de dicha instalación subterránea consiste en un diseño "multibarrera”, cuyo objetivo es interponer una serie de barreras ingenieriles entre el combustible y la biosfera, con el objetivo de evitar la interacción entre ambos. Dichas barreras tienen una serie de limitaciones en cuanto a condiciones operativas se refiere, así como unos límites de operatividad a partir de los cuales no se garantiza que se cumpla su función: el aislamiento del combustible gastado de la biosfera. Por tanto, es importante garantizar que las barreras anteriores cumplen su función en diferentes escenarios y ante la presencia de determinados factores. En este TFM, se analiza un caso de estudio de AGP en el que se plantean diversos escenarios (basados en su probabilidad de ocurrencia) de degradación de las barreras ingenieriles. Se ha seleccionado como caso de estudio para el AGP una formación de arcilla en la localidad de Villarejo-Periesteban (Cuenca), ya que cumple con los criterios exigidos para estas instalaciones. Para el diseño de la instalación se han seguido los estándares fijados por ENRESA y los datos públicos accesibles. En la instalación se han modelado los fenómenos de transferencia de calor y materia. Del análisis de los escenarios de degradación se ha concluido que el AGP es una instalación segura que permite aislar el combustible gastado en condiciones óptimas siempre que el tiempo de enfriamiento inicial (llevado a cabo en otras instalaciones) sea superior a 50 años.
Desarrollo de un modelo para el análisis de sistemas de plantas termosolares eléctricas con aplicación a España
(2019) Pérez Gómez, Manuel; García Haro, Pedro; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
En el presente proyecto, se realiza la continuación del Trabajo Fin de Grado (TFG) “Desarrollo de un modelo para el análisis de sistemas de plantas solares termoeléctricas de colectores cilindro-parabólicos: Aplicación a España”. Se continúa y mejora el modelo matemático que simula el comportamiento de una o un grupo de plantas termosolares que emplean la tecnología de colectores cilindro parabólicos o colectores centrales de torre, a partir de la potencia nominal, las horas de almacenamiento térmico y la localización. Siendo capaz de aprovechar el curtailment desperdiciado, en abastecer los tanques de almacenamiento térmico. Por otro lado, se realiza un estudio económico para comprobar la rentabilidad de la producción de energía eléctrica a partir de plantas termosolares, obteniéndose un óptimo un número de equidad de plantas cilindro parabólicas y de torre, con 6 horas de almacenamiento. Siendo el precio de producción de energía con este óptimo superior al precio de generación medio de energía eléctrica en España.
Study of the effect of CO2 on char particle temperature and conversion in oxy-fuel combustion in fluidized bed
(2019) Berdugo Vilches, Ana; Gómez Barea, Alberto; Salinero González, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
In the energy sector, carbon capture has emerged as a technical solution for reducing CO2 emissions, which are responsible for the greenhouse gas effect and global warming. Oxy-fuel combustion is one of the options for implementing carbon capture. The technology consists of combustion of a fuel with pure oxygen which results in a flue gas stream rich in CO2 that is suitable for storage. Due to the high temperatures reached inside the boiler, the O2 is partially dilute with the recycled flue gases, which mainly contents CO2 (dry recirculation) or CO2 and water vapor (wet recirculation). Oxy-fuel may be applied in existing power plants which are designed to operate with traditional air combustion (i.e. 1stgeneration). Alternatively, the design of newly built boilers may be improved to enable the operation with higher concentrations of oxygen, thereby reducing the size of the units as compared to the conventional boilers (i.e. 2nd generation). However, the construction of such oxy-fuel combustors requires further knowledge of the fuel conversion process in oxygen-rich environment. Recently a 3rd generation of oxy-fuel combustion has been proposed (i.e. oxy-steam combustion), where the water vapor is directly used as temperature moderator and it avoids the recirculation stream. The literature on oxy-fuel combustion in the presence of steam is still scarce and requires some efforts to clarify its influence on the combustion characteristics. An important aspect is the temperature of the fuel particles, as the high O2 concentrations in the combustor leads to fast conversion of the fuel, which can result in intolerable temperatures. In this work, the effect of CO2 and water vapor on the temperature and conversion of the char particles during the combustion process is investigated. A lab-scale fluidized bed reactor is used and the temperature of the char particles is quantified by means of a digital camera. Also, a one-dimensional model is developed to study the influence of H2O. The results show that the main difference in the temperature and conversion of the fuel particle between oxy-fuel, oxy-steam and air combustion relates to the different diffusivity of O2 in N2, CO2 and H2O, and the contribution of the gasification reaction under certain conditions.
Estudio del estado del arte de las propiedades físicas y mecánicas de geopolímeros dopados con nanopartículas de óxido de grafeno
(2020) Pérez García, Ana; Ariza Moreno, María del Pilar; Luna Galiano, Yolanda; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
El principal objetivo de este proyecto es analizar y evaluar las propiedades físicas y mecánicas de geopolímeros dopados con nanopartículas de óxido de grafeno. Se realiza una primera introducción, donde se comentará el origen, las estructuras y los diferentes métodos de síntesis para la obteción del grafeno, óxido de grafeno (GO) y óxido de grafeno reducido. También se mostará a gran escala como es el mercado, hoy en día, a nivel mundial del grafeno y algunas de las empresas dedicadas a este sector en España. En segundo lugar, se especificarán algunas de las aplicaciones del grafeno y óxido de grafeno para la adsorción de metales pesados, la creación de baterías de dispositivos electrónicos de bajo coste de óxido de grafeno y la modificación de las propiedades de pigmento azul. Otra de las aplicaciones discutidas, es la fabricación de supercondensadores debido a su amplia superficie específica, la alta conductividad eléctrica y la estabilidad química, así como las propiedades mecánicas, térmicas y ópticas. Además, se realizará un estudio sobre el efecto del óxido de grafeno modificado con amina orgánica sobre la resistencia al envejecimiento, la pérdida de rodadura y la resistencia al deslizamiento en húmedo de la solución caucho de estireno-butadieno polimerizado. Ante la diversidad de geoplímeros que existen, se hará una introducción sobre los mismos, se describirán las distintas cadenas y mecanismos de la reacción de geopolimerización, las materias primas utilizadas para fabricarlos, sus propiedades y características (física, química, mecánicas y medioambientales) y los campos potenciales de aplicación. Se explicarán las diferentes modificaciones que sufren los geopolímeros al ser dopados con nanopartículas, primeramente, con nanomateriales tales como la nano-sílice o la nano-alúmina y al añadirle el nanocompuesto de óxido de grafeno. Estas modificaciones serán medidas por diversos métodos. Por último, se detallarán algunas de las aplicaciones de los geopolímeros dopados con óxido de grafeno y se nombran los problemas medioambientales y sobre el ser humano que podría tener el uso de la nanotecnología.
Integración de captura y utilización de dióxido de carbono en corrientes de biogás con regeneración química y membranas BMED: escalado y análisis económico
(2020) Moreno Martín, Carlos; Rodríguez Galán, Mónica; Baena-Moreno, Francisco M.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Este trabajo viene motivado por los buenos resultados que se obtuvieron en estudios anteriores. El objetivo de este trabajo consiste en la realización de un estudio tecnoeconómico del proceso de valorización de biogás mediante la absorción del dióxido de carbono con un compuesto alcalino, el hidróxido sódico, y la posterior regeneración química de este. Para ello, se precipitará el dióxido de carbono atrapado del biogás en forma de carbonato mediante el empleo de precipitadores como son el cloruro cálcico o magnésico, generando de esta forma el compuesto alcalino mediante una serie de etapas posteriores. Se estudiará de esta manera la viabilidad del proceso que fomenta la economía circular. Se realizará un recorrido por las distintas técnicas de captura de dióxido de carbono a través del estado del arte de la producción de biogás, exponiendo así las bases para la elección del método de captura de este compuesto mediante una disolución alcalina en una torre de absorción. Se analizarán distintos escenarios: en el primero de ellos no se considererá la implantación de un sistema que permita la instauración del concepto de economía circular, en el segundo se considerarará instaurar una economía circular de forma parcial; y en el tercero se pretende conseguir un sistema completamente inlcuido en el concepto de economía circular. De esta forma se procederá al análisis de la influencia del factor de la economía circular en este tipo de plantas, de manera que se podrá realizar un análisis exhaustivo de la rentabilidad económica de estas plantas mediante el método del flujo de caja descontado (FCD) Dentro de estos tres escenarios, el estudio se realizará sobre distintos tamaños de planta, para analizar así si alguno de ellos puede llegar a una rentabilidad económica óptima mediante subsidios o ventas de subproductos. Los tamaños seleccionados para el estudio serán de 100, 250, 500 y 1000 m3 /h de biogás, de acuerdo con los tamaños estándares de plantas de producción de biogás en Europa. Finalmente se darán unas conclusiones sobre la rentabilidad económica del proceso en base a los cálculos realizados.
Bentonitas y Zeolitas sintéticas con propiedades absorbentes de iones mejoradas. Aplicaciones en tratamiento de aguas contaminadas
(2020) García Baena, María; Fernández Pereira, Constantino; Luna Galiano, Yolanda; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
En los últimos años, la descarga excesiva de fosfato al medio ambiente acuático se ha convertido en el principal problema ambiental que amenaza a todo tipo de organismos vivos. La alta concentración de fosfato en ríos y lagos acelera el crecimiento de plantas y organismos acuosos. Este crecimiento excesivo reduce el oxígeno disuelto y provoca la muerte de organismos acuáticos, y es conocido con el nombre de eutrofización. En consecuencia, se requieren técnicas eficientes para eliminar fosfatos y así evitar la eutrofización en las aguas residuales. Los procesos más utilizados para eliminar fosfatos son los tratamientos biológicos y los tratamientos físicoquímcios, siendo la precipitación química el procedimiento más usado. Pero estos métodos son demasiados caros o no son efectivos para eliminar fosfatos en bajas concentraciones. Sin embargo, los últimos estudios han demostrado que la adsorción, es una de las técnicas de eliminación más eficiente y económica en la eliminación de fosfato debido a su simplicidad y flexibilidad de diseño. La bentonita es un tipo de arcilla, la cual se compone de alúmina y sílice principalmente. Esta ha sido estudiada debido a las buenas propiedades adsorbentes, como consecuencia de su capacidad de intercambio catiónico y su alta superficie específica. Además de dispersarse fácilmente en medio acuoso, lo cual aumenta la eficacia del tratamiento. Debido al alto contenido en sílice y alúmina que presenta la zeolita, se ha querido comparar su capacidad de adsorción con la de la bentonita. Ádemas, la búsqueda actualmente de adsorbentes altamente eficientes, respetuosos con el medio ambiente y rentables, se ha querido comparar también con la geopolímeros basados en subproductos industriales o residuos, ya que estos se consideran similares a la zeolita en su estructura química y mineralógica. Por tanto, se ha llevado a cabo, un estudio bibliográfico de la adsorción de fosfato en aguas residuales a partir de distintos adsorbentes como son la bentonita, zeolitas y geopolímeros.
Ingeniería básica de una planta de producción de etanol a partir de gas de síntesis
(2020) Sánchez Montero, Ricardo; Campoy Naranjo, Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
El objetivo de este proyecto es la realización de una ingeniería básica para una planta de producción de 100.000 toneladas de etanol al año empleando gas de síntesis. En primera instancia, se mostrará una introducción donde se comentará qué es el etanol, sus métodos de obtención, el mercado de dicho producto y sus aplicaciones. Después, se describirá el proceso de producción mediante un diagrama de flujo detallado con todos los equipos y corrientes que participan en el proceso, realizando los diversos balances de materia y energía del proceso completo, además de un diseño de los equipos participantes con sus respectivas hojas de datos. Para terminar, se realizará un análisis económico preliminar de la instalación con la finalidad de determinar los costes de los equipos y de la inversión de la planta.
Localización de Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): aplicación a energía y cambio climático
(2020) Martín Vázquez, Manuel; Romero González, Eladio Martín; Fernández Baco, Custodia; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
En la búsqueda por conformar una acción conjunta institucional entre países para tratar de solucionar los principales problemas del mundo a través de la unión de fuerzas se comenzó a trabajar en dos planos paralelos, uno de ellos que impulsaba la lucha contra el cambio climático, con una cita a remarcar como fue la cumbre de Rio+20, y otro plano que trabaja sobre las problemáticas sociales. La ONU impulsó, en el plano de lo social, un plan denominado “Objetivos de Desarrollo del Milenio”, que exponía ocho puntos sobre los que se debía trabajar en el periodo 2000-2015. Una vez finalizado este periodo, se realizó una reflexión sobre el nivel de consecución que había tenido la iniciativa y se comenzó a diseñar una nueva estrategia. En este punto surge la unificación de las agendas de cambio climático y lucha social, lo que supone un aspecto muy positivo para los trabajos al confluir los distintos puntos en un mismo documento. Se diseña entonces la denominada Agenda 2030 y sus Objetivos de Desarrollo Sostenible, una lista mucho más amplia, con 17 objetivos y 169 metas, la cual se postula como un gran paso en este recorrido. En el presente trabajo se trata de redactar una estrategia teórico-práctica de localización de los ODS, centrándose en tres de los diecisiete Objetivos. Esta localización consiste, en primer lugar, en municipalizar las metas de cada uno de los Objetivos que puedan ser relevantes para los gobiernos locales. De esta forma, se obtiene una o más metas localizadas por cada una de las globales. Posteriormente, se presentarán una o diversas líneas de acción ligadas a cada una de las metas locales. Siendo esta parte fundamental para la acción por parte del gobierno municipal. Las líneas de acción o estrategias marcarán la metodología que deben seguir dichos gobiernos para, en primer lugar, lograr las metas locales impuestas y, por último, aportar el máximo posible para la consecución de la meta global en la que se incluye. Para plasmar todo ello, la metodología que se utilizará será la realización de “fichas de localización de ODS”, en las cuales aparecerán, de forma concisa, el ODS sobre el que se estará trabajando, las metas globales relevantes para los gobiernos locales, las metas locales extraídas de las anteriores y, por último, las líneas de acción a seguir por parte de dichos gobiernos. Para la evaluación de la implantación de estas líneas de acción se hace necesario, por tanto, definir también indicadores concretos para cada estrategia. De esta forma, a través de ellos, se podrá evaluar la situación inicial, una intermedia impuesta en 2025 y la situación final, en 2030. Por último, puesto que los Objetivos de Desarrollo Sostenible no son independientes unos de los otros, el presente proyecto dedicará también un espacio para el análisis de la contribución de las diversas líneas de acción estudiadas sobre el resto de las metas globales de los ODS.
Planta de acondicionamiento de agua para fabricación de cerveza artesanal
(2020) Flórez Benito, Jorge Juan; Vilches Arenas, Luis Francisco; Rodríguez Galán, Mónica; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
El agua es un elemento fundamental en la fabricación de la cerveza, llegando a constituir entre el 85 y el 90 % de esta bebida. Tal es su importancia que antiguamente, cuando no existían las redes de suministro de agua, las cerveceras construían sus fábricas cercanas a manantiales de agua, debido a la gran cantidad de agua necesaria, además de la necesidad de que el agua presentase unas características determinadas y lo más constantes posibles, de esta forma, la cerveza presentaría un sabor lo más homogéneo posible. En ocasiones, al intentar reproducir una instalación de producción de cerveza en otro lugar diferente al original, al utilizar un agua distinta, la cerveza pierde su sabor original. (extraído de la introducción)
Análisis técnico-económico de la producción de aromáticos a partir de bioetanol
(2020) Lara Quijano, Ana; Campoy Naranjo, Manuel; Villanueva Perales, Ángel Luis; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
En este trabajo se desarrolla la ingeniería básica de una planta de producción de 140.000 toneladas anuales de BTX (benceno, tolueno y xileno) empleando etanol como materia prima. En primer lugar, se realiza una introducción en la que se expone la situación actual de los BTX y un breve análisis de mercado que servirá de ayuda para fijar la producción de la planta. A continuación, se exponen los principales métodos de producción de BTX en la actualidad, además de otros métodos no convencionales. Entre ellos, se explica con más detalle la ruta de obtención de BTX a partir de etanol, concretamente las características del reactor, en el que se emplea un catalizador de zeolita HZSM-5 dopada con galio, que permite obtener una conversión de etanol del 96% y una selectividad a BTX del 73%. Posteriormente, se presenta el diagrama de flujo de la instalación, considerando varios sistemas alternativos de separación y justificando la elección de los equipos incluidos en el PFD definitivo. En cuanto a los cálculos realizados, cabe descatar que se han usado los softwares “Aspen Plus” y “Excel”. El primero ha permitido resolver los balances de materia y energía de la planta, además de diseñar los equipos involucrados en el proceso. Tras realizar estos cálculos, se obtiene un rendimiento a productos del 70%, es decir, se producen 70 kg de BTX por cada 100 kg de etanol alimentado a la planta. Por otro lado, el “Excel” se ha empleado en la elaboración del estudio económico, donde se estima, mediante correlaciones, la inversión inicial requerida por la instalación y se estudia la viabilidad económica del proyecto a través del VAN (Valor Presente Neto). Para ello, se analiza cómo afecta a este indicador económico la variación del precio de la materia prima y los productos obtenidos en la planta. Así, se consigue realizar una primera estimación de la viabilidad económica de la instalación, obteniendo un VAN de 41 millones de euros para una vida útil de la planta de 30 años, considerando un precio de medio del etanol y los BTX.
Prediseño del proceso de selección y clasificación de envases plásticos ligeros con la implementación de tecnología del Internet de las Cosas (IoT)
(2021) Hernández Leal, Santiago Alejandro; Arjona Antolín, Ricardo; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
El sistema de gestión de residuos en España es actualmente mediante fraccionamiento, una de esas fracciones es de residuos de envases plásticos ligeros (contenedor amarillo), esta está compuestas de envases y embalajes de diferentes tipos de materiales como lo son el acero, aluminio y plásticos (PET, HDPE, LDPE, PP, PS y otros). Entre los objetivos principales de la gestión de residuos se tiene la preparación para el reciclado del material en un 65% para 2.030 y limitar el porcentaje del vertido al 10% en 2.035, para lograr esto las plantas de clasificación y selección deben alcanzar una gran eficiencia. En el presente proyecto se plantea el prediseño del proceso de selección y clasificación de envases plásticos ligeros implementando equipos que utilizan la tecnología IoT (Internet of Thing), con el fin de aumentar la eficiencia de la planta modelo (Montemarta Cónica Aborgase), ya que para el año 2.018 con los equipos que están en funcionamiento (ópticos) la planta alcanzó una eficiencia del 55.10%. Como resultado, se han seleccionado dos alternativas que se ajustan a este proceso los cuales son: Alternativa 1 (Robb AQC fabricado por la empresa Bollegraaf) y la alternativa 2 (Cortex de la empresa AMP Robotics), estos han arrojado resultados positivos en cuanto al aumento de la eficiencia de la planta, para el caso de la alternativa 1 un aumento del 8,15% mientras que para la alternativa 2 el aumento fue del 8,97%, siendo estos capaces de producir el producto terminado (balas) con una pureza > 96 % y 99% respectivamente. Por otro lado, en materia económica estos equipos en la actualidad no son una opción rentable, debido a que el periodo de recuperación de la inversión oscila entre 12 y 13 años.
Estudio sobre la reducción del impacto ambiental de una EDAR mediante implantación de hidrólisis térmica
(2021) Pérez Fernández, Cristina; Alonso-Fariñas, Bernabé; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
En este proyecto se realiza un estudio sobre la reducción del impacto ambiental en una Estación Depuradora de Aguas Residuales mediante la implantación de hidrólisis térmica. Se ha utilizado la herramienta Análisis de Ciclo de Vida con ayuda de un programa denominado Simapro, en el que se han creado dos modelos principales a comparar según los impactos ambientales generados en cada uno de los procesos involucrados. Uno de los modelos considera el estado actual de la planta; y el otro, la misma tras la implantación de la hidrólisis térmica
Aplicación de la herramienta BOW-TIE para la identificación y gestión de los riesgos en instalaciones de procesos
(2021) Muñoz Arjona, Andrés; Cañadas Serrano, Luis; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
La seguridad en la industria de procesos es uno de los aspectos más importantes. Toda instalación y cadena de procesos debe estar adecuada y preparada para saber actuar ante cualquier tipo de situación que lleve asociado un peligro, desde un posible fallo en la cadena de proceso hasta un accidente grave, tanto con daños a instalaciones y equipos como a personas. El primer objetivo de este trabajo es la de utilizar una de las herramientas más conocidas en las instalaciones de procesos para la evaluación de su seguridad, la metodología de evaluación de riesgos BOWTIE. Esta metodología muestra, de forma visual, todos los elementos que pueden contribuir en el desarrollo de un posible escenario, teniendo en cuenta los posibles peligros involucrados en el proceso de producción de cualquier instalación, con el objetivo de producir un producto de la forma más segura posible, analizando qué tipo de causas pueden generar dicho evento (que se quiere evitar) hasta las consecuencias que pueden llegar a originarse. La metodología BOW-TIE no es de obligado cumplimiento, por lo que no hay ninguna ley que obligue a las instalaciones a usarla como estudio de seguridad. Sin embargo, es una de las herramientas más útiles y visuales, usadas para analizar los posibles escenarios peligrosos que se pueden producir, identificando las capas de protección que evitan y/o mitigan las consecuencias derivadas de los mismos. Como segunda parte de dicho proyecto, se presenta un software basado en la metodología que sirve de objeto de estudio en este trabajo, denominado BowTieXP. Se ha realizado un caso práctico basado en la metodología BOW-TIE, usando el software mencionado anteriormente. El caso práctico está basado en un análisis de riesgos en un horno industrial de procesos. El horno objeto de estudio fue examinado para poder definir el peligro y evento principal que conformarían el inicio del diagrama BOW-TIE, siendo los cuales “presencia de fuel gas dentro del horno de procesos” y “formación de atmosfera explosiva”, respectivamente. Una vez seleccionado uno de todos los posibles peligros que caracterizan a un horno de procesos, fue posible poder generar todo el diagrama BOWTIE, visualizando de forma clara, por un lado, el estudio correspondiente a la parte de amenazas y cualquier situación que pueda generar el evento no deseado y, por otro lado, el estudio correspondiente a la parte de consecuencias, determinando que escenario no deseado podría llegar a generarse. En ambos casos, se determinó de qué forma poder evitar tanto la generación del evento no deseado, a través de barreras de prevención, como la forma de poder controlar, de manera segura, las consecuencias una vez que este evento ya se haya descontrolado, a través de barreras de mitigación.
Estudio de la separación por destilación de la corriente producto en un proceso de producción de n-butanol por condensación aldólica de etanol
(2021) Gámiz Castilla, Francisco; Villanueva Perales, Ángel Luis; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Este trabajo persigue aplicar una metodología de diseño conceptual de trenes de destilación a una mezcla de acetaldehído, etil acetato, etanol, agua, n-butanol y n-hexanol, altamente no ideal y con seis azeótropos presentes. Dicha mezcla se presenta en el marco de la obtención de biobutanol a través de la reacción de Guerbet, usando etanol como materia prima. Este proceso está captando cierta atención a nivel de investigación dadas las prometedoras características del n-butanol como biocombustible, superando en varios aspectos al tradicional etanol. La motivación de este trabajo viene a raíz de la ausencia de un diseño conceptual sólido en gran parte de los artículos publicados en los últimos años que atajan este asunto, en los cuales se llevan a cabo grandes simplificaciones para reducir la complejidad de la separación, lo que genera una pérdida de fiabilidad importante en el diseño de sus respectivos trenes de destilación. Para llevar a cabo el diseño conceptual de la separación, se genera una herramienta informática en Matlab, la cual permite computar los pasos a seguir descritos por la metodología.
Evaluación técnico-económica y ambiental de los procesos de producción de butadieno a partir de bioetanol
(2021) Pérez Fernández, Tomás; Vidal Barrero, Fernando; Caraballo Bello, José; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
El 1,3-butadieno producido en la industria hoy en día es generado como subproducto en el craqueo de naftas para la obtención de etileno. Esto hace de este producto un gran dependiente del mercado del crudo, sujeto a su cambiante precio, demanda y disponibilidad. Para evitar esta dependencia, el uso del bioetanol como reactivo principal surge como una ruta alternativa interesante para la producción del 1,3-butadieno. Además, de esto, es posible conseguir producciones industriales más neutras climáticamente, reduciendo sus impactos en el medio ambiente. En el presente trabajo se estudian los diferentes procesos para la producción de este producto por dicha vía. Seleccionando cuatro catalizadores que lo consiguen por los dos procesos existentes conocidos, los procesos de dos pasos y los de un paso. De esta forma este proyecto se centra en el análisis técnico-económico y ambiental de los procesos diseñados con dichos catalizadores, para su comparación entre ellos, a fin de poder analizar la posible competencia en dichos tres aspectos de estos procesos diseñados con el del butadieno producido por la vía tradicional, es decir, a partir de recursos fósiles.

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