RECICLAJE, SUESTIMADO PROCESO PARA REALIZAR METALURGIA
USO DE LOS RESIDUOS DEL HUESO DE ACEITUNA PARA OBTENER CARBN ACTIVADOPRESENTADO POR:EL BACHILLER: JESUS TALLEDO BERMUDEZPARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:INGENIERO METALURGISTATACNA PERU2013UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN.FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA METALRGICA
RESUMEN INTRODUCCINCAPTULO I: PLANTEAMIENTO METODOLGICODESCRIPCION DEL PROBLEMADELIMITACION DEL PROBLEMA PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA JUSTIFICACIN DEL PROBLEMATIPO Y NIVEL DE LA INVESTIGACIN OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN CAPTULO II: MARCO TERICO OBTENCIN DEL CARBNACTIVACION DEL CARBN. CAPTULO III: DESARROLLO METODOLOGICO DE LA INVESTIGACION ANTECEDENTES PRUEBAS DE LABORATORIO PRUEBAS METALURGICAS A NIVEL LABORATORIO PROGRAMACION DE LAS PRUEBAS DE LABORATORIOREALIZACIN DE LAS PRUEBAS DE LABORATORIO CAPTULO IV: ANALISIS DE LOS RESULTADOS RESULTADOS Y ANALISIS DE LOS RESULTADOS CAPTULO V: DISEO DE LA PLANTACONCLUISIONES Y RECOMENDACIONESCONTENIDOEl carbn activado es un derivado del carbn que ha sido tratado de manera de convertirlo en un material extremadamente poroso y por lo tanto posee un rea superficial muy alta que se torna muy eficiente para fenmenos de adsorcin, por ello se utiliza como mtodo de separacin. Para el proyecto se utiliz como materia prima residuos de hueso de aceituna, de la empresa Montefiori. El proceso en el laboratorio empez con la determinacin de la humedad, que fue de 10%, obtenindose 45 g de un total de 50 g, parar luego dar paso a la carbonizacin, y determinacin de cenizas. Posteriormente el material carbonizado se someti a un proceso de activacin fsica con vapor de agua sobrecalentado. Finalmente, se determinaron las propiedades de adsorcin del carbn activado por el nmero de Yodo. Estos resultados han permitido elaborar un estudio preliminar, de un proyecto de produccin industrial de Carbn Activado, a partir del residuo de hueso de aceituna; con el que se ha establecido una rentabilidad aceptable.RESUMEN INTRODUCCIN Para producir el carbn activado, se emplean diferentes materiales orgnicos ricos en carbono, como carbn vegetal, carbn mineral, madera, residuos celulsicos, cscaras de frutas, cscaras de coco, de nuez y de man, hueso de aceituna, de durazno, aceites pesados de petrleo, aserrn, desechos de leche, granos de maz, hollejos de legumbre, etc. La eleccin del precursor o sea de la materia prima, depende de la disponibilidad, precio y pureza, pero el proceso de fabricacin y la posible aplicacin del producto, sirven en forma muy importante para elegir el precursor a utilizar.El carbn activado es una forma preparada de carbn que tiene una gran superficie especfica y que se emplea para la adsorcin de gases o lquidos.La primera aplicacin documentada del uso de carbn activo en fase gas, data de 1793 realizadas por el Dr. D. M. Kehl, quien us el carbn vegetal para eliminar los olores emanados por la gangrenaActualmente, el carbn activado tiene cientos de aplicaciones diferentes, tanto en sistemas de vapor, como en fase lquida. El 80 % del consumo mundial est relacionado con aplicaciones en fase lquida, como: purificar agua, desodorizar, decolorar, o ionizar. Dadas sus caractersticas muy verstiles, son muy tiles en la industria minera, vitivinicultura, alimentos, cigarreras, farmacuticas, fabricacin de filtros para control de emisiones, cosmtica y muchsimas otras reas. El carbn puede estar en estado granular como en forma de polvo, segn la necesidad4CAPTULO I: PLANTEAMIENTO METODOLGICO
DESCRIPCIN DEL PROBLEMA
Los carbones activados son sustancias auxiliares para muchos sectores de la industria, la necesidad de cuidar los vertidos, el preservar el medio ambiente, etc., representan uno de los factores ms influyentes en cuanto a la utilizacin de los carbones activados en tratamientos de aguas residuales, plantas potabilizadoras, adsorcin de oro, corrientes gaseosas, etc.
La investigacin, tiene presente que la provincia de Tacna es uno de los productores de aceitunas y sus derivados, en la parte sur de nuestro Per; por lo tanto se dispone de una buena cantidad de residuo de hueso de aceituna para la elaboracin de carbn activado, ya que dicho residuos son desechados o sirven de alimento de animales, pero se pueden recuperar pagando por ellos un precio mejor.DELIMITACIN DEL PROBLEMADELIMITACIN ESPACIAL: La investigacin de estudio se realiz dentro de las instalaciones de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, en el laboratorio de la Escuela Profesional de Ingeniera Metalrgica.
DELIMITACIN TEMPORAL: La investigacin tuvo inicio el mes de agosto del 2011 y su finalizacin el mes de marzo 2012.DELIMITACIN SOCIAL: En el desarrollo de la siguiente investigacin participaron las siguientes personas:El investigadorEl asesorEspecialista en carbn activado.DELIMITACIN CONCEPTUAL: El trabajo de investigacin abarcara los siguientes temas:Especificaciones del productoCaracterizacin de la materia primaNmero de YodoFsico qumica del productoPropuesta de una planta pilotoPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Este trabajo de investigacin permite elaborar una propuesta, para la obtencin de carbn activado utilizando residuos de hueso de aceituna.JUSTIFICACIN DEL PROBLEMA
En la actualidad se utilizan diversos materiales para la elaboracin de carbones activados, la elaboracin de carbn activado de residuos de hueso de aceituna es una alternativa econmica, ecolgica y viable, sobre todo el aprovechamiento de toda la materia de desecho de las procesadoras de aceituna.
Dichos residuo se comienza a descomponer llega a producir algunos de los gases de efecto invernadero, tambin son buenos hogares para muchas plagas, as poniendo en riesgo a la salud de las poblaciones cercanas.
Por lo cual es importante evitar que dichos desperdicios puedan ser un problema de contaminacin.TIPO O NIVEL DE INVESTIGACINTipo: Investigacin aplicadaNivel: Experimental. Porque nos ayudara a determinar las caractersticas fsicas y qumicas de la investigacin.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACINObjetivo General:Obtener carbn activado a partir de los residuos de hueso de aceitunaObjetivos EspecficosDeterminaron las propiedades de adsorcin del carbn activado de huesos de aceituna, por el nmero de Yodo..Determinar los anlisis aproximados del porcentaje de humedad, cenizas y materia voltil. Proponer el diseo de una pequea planta piloto, para la obtencin de carbn activado a partir de los residuos de huesos de aceituna.CAPTULO II: MARCO TERICO
OBTENCIN DE CARBN.
DESCRIPCIN DE LA MATERIA PRIMA.
Fuente: Base de datos de nutrientes (USDA)La produccin de aceitunas en el Per, ha venido creciendo a un ritmo anual de 3,8% entre 1990 y 2003La produccin de aceituna se concentra principalmente en Tacna, que abarca ms del 61.7% de la produccin nacional
La aceituna es el fruto del olivo. Se le puede llamar tambin oliva.El fruto es una drupa comestible, de tamao variable, con una sola semilla o hueso o corazn en su interior
Fuente: MINAG. Elaboracin: MAXIMIXEOBTENCIN DE CARBN.
OBTENCIN DEL HUESO DE ACEITUNA
En el proceso de extraccin del aceite de oliva virgen, se genera un subproducto denominado alperujo: restos piel, pulpa, hueso de la aceituna y agua de vegetacin aadida en el proceso.De este producto hmedo, se ha extrado el hueso de aceituna triturado mediante secado al sol, reduciendo considerablemente la humedad inicial de hueso. Para posteriormente realizar los dems procesos de secado, carbonizacin, activacin fsica y qumica. Fuente: foto tomada en la empresaDEFINICION DEL CARBN ACTIVADOEl carbn activado se puede definir como una serie de carbones porosos, amorfos y preparados qumicamente para que tengan un elevado grado de porosidad y una alta superficie especfica interna.PROPIEDADES DEL CARBN ACTIVADO.El carbn activado, es un material orgnico el cual tiene una estructura esencialmente graftica, es decir; tiene una superficie especifica extremadamente grande debido al alto desarrollo interno de la estructura porosa y una rea superficial que excede 1000 m2 /g.
Fuente: Web Global WatersGroupTIPOS DE CARBONES ACTIVADOSCarbn Activado en Polvo (CAP).Carbn Activado Granular (CAG).Carbn Activado TroceadoCarbn Activado Conformado DESCRIPCIN DEL PROCESO DE PRODUCCINCAPITULO III.DESARROLLO METODOLOGICO DE LA INVESTIGACION
ANTECEDENTES PRUEBAS DE LABORATORIOPRUEBAS METALRGICAS A NIVEL DE LABORATORIOPROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA DE LABORATORIOOBTENCION DE MATERIAS PRIMASMOLER LAS PEPAS DE ACEITUNA A 4-5 mmSECAR LAS PEPAS EN MUFLA A 100 C HASTA PESO CONSTANTEEFECTUAR UN ANALISIS INMEDIATO Y UN ANALISIS ELEMENTALPESAR 50 GR DE PEPASREALIZAR LA CARBONIZACIN EN UN REACTOR TUBULAR DE LECHO FIJO A 600, C, ( H2 + COACTIVACION QUIMICA (< 500 C), CON ACIDO FOSFORICO H3PO4El H3PO4 retarda la oxidacin del carbnTemperatura de activacin: 800 C-850 CAdicionar 1 ml de H3PO4 al 85 % por cada gramo de muestra. Hacer otras pruebas con 0.5 y 0.75 mlTiempo de contacto con el vapor: 2h - 4 hCalentar en la parrilla elctrica hasta 158 C, hasta evaporar el cido fosfrico.En caso de agitacin 3 h a 50 CTasa alimentacin del vapor: 0.75 lb/h/lb carbnEnjuagar con agua destilada para eliminar los residuos de cido y 5 % NaHCO3 hasta pH de 5.5Presin de vapor: 40 PSISecar a 70 C hasta peso constanteDETERMINACION DEL NUMERO DE YODO(mg. de yodo absorbido por mg. de carbn activado)Pesar 1 gr. de carbn activado con una granulometra menor a 0.1 mm (malla 20)Secar a 150 C, hasta peso constanteColocar 10 ml de HCl al 5 %, en un matraz, agitar hasta que el carbn este mojadoColocar matraz en plancha caliente, hasta ebullicin, 30 segundos para eliminar SEnfriar a temperatura ambienteAgregar con pipeta 100 ml de solucin de yodo 0.10 NTapar matraz y agitar vigorosamente 30 segundosFiltrar por gravedad y descartar los primeros 20 ml del filtradoColectar el resto en un vaso de precipitados limpio y agitarPipetear 50 ml del filtrado a otro matraz ErlenmeyerTitular la muestra con tiosulfato de sodio 0.10 N, hasta que color amarillo desaparezcaAgregar solucin de almidn y continuar la titulacin hasta que color azul del indicador desaparezcaRegistrar el volumen de la solucin de tiosulfato de sodio utilizadoCalcular el nmero de yodo mediante la relacin: N yodo = X*A/MX = mg de yodo absorbidos por el carbn activadoM = masa del carbn activado en gramosA = factor de correlacin despus de la normalidad residualREALIZACIN DE LAS PRUEBAS DE LABORATORIO
CAPTULO IV: ANALISIS DE LOS RESULTADOS
RESULTADOS Y ANLISIS DE RESULTADOS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS.ANALISIS APROXIMADO CARBONIZACIONHUMEDO (%)SECO (%)MATERIA VOLATIL71,5377,75HUMEDAD8,000CENIZAS2,452,66CARBONO FIJO18,0219,59Se observa que el nivel de materia voltil es bueno y el nivel de cenizas es bajo y aceptable, por lo que se estima que el carbn activado producido ser aceptable.MUESTRANINDICE DE YODO1510250335204440COMERCIAL480Los valores del ndice de yodo de los carbones producidos, mayores que el de la muestra comercial, indican que el carbn obtenido de hueso de aceituna por medio de una activacin con vapor de agua posee un rea superficial similar que el carbn activado comercial.Los ndices de yodo ligeramente superiores, se deben a un buen tiempo de activacin, probablemente ligeramente mayores a los utilizados en la produccin industrial.La muestra N 4, no es representativa del proceso, dado que al incrementar el flujo de vapor, no se pudo controlar la temperatura del vapor que ingresaba al reactor, produciendo un descenso de su temperatura. Esta dificultad de control fue debido a que no se pudo sellar hermticamente el horno que calentaba el serpentn, perdindose calor e imposibilitando mantener una temperatura ms alta, lo que ocasiono que llegara vapor ms frio, por el mayor flujo y que finalmente enfriara el reactor hasta los 650 C.
CAPTULO V: DISEO DE LA PLANTA
Se considera que Tacna produce 24000 toneladas de aceituna y que el 15 % es la disponibilidad total de hueso de aceituna, esto es 3600 toneladas al ao.CAPACIDAD DE PRODUCCIONPara el presente estudio se ha considerado que se podra disponer del 25 % del total de hueso de aceituna, esto es 900 toneladasCon una carga de hueso de aceituna de 900 toneladas con una humedad de 10 % y teniendo en cuenta que el rendimiento del proceso es de 35 % en la etapa de la carbonizacin y que en la activacin el rendimiento es de 95 %. La capacidad ser:Cargaseca: 900 x 0,90 = 810 toneladas/aoSalida carbonizacin : 810 x 0,35 = 284 toneladas/aoSalida activacin: 284 x 0,95 = 270 toneladas/aoESPECIFICACION DE LOS EQUIPOSHORNO ROTATORIODimensiones:Dimetro Interior: 2,5 metrosLongitud Interior: 5 metros
ESPECIFICACION DE LOS EQUIPOSTOLVA DOSIFICADORAPor lo tanto se requiere de una tolva cuyo volumen mnimo sea de 5,2 m3CHANCADORASZARANDASer utilizado al final del proceso de fabricacin del carbn activado y ser utilizado para clasificar el producto final segn tamao. FAJASUtilizado para transportar los huesos de aceitunaCALDERALa caldera alimentar al horno rotatorio de vapor de agua, en la etapa de activacin del material slido carbonizado
ENFRIADORDimensionesLargo: 6,5 metrosDimetro interno: 0,70 metrosDimetro externo: 1,11 metros
21ESTUDIO ECONOMICODETERMINACION DE LA INVERSIONI. INVERSION FIJAUS$%A. ACTIVOS FIJOSEDIFICIO5000017,44PLANTA DE PRODUCCIONHORNO5000017,44CALDERA100003,49ENFRIADOR100003,49LAVADOR GASES40001,40FAJAS TRANSPORTADORAS107003,73CHANCADORA PRIMARIA80002,79CHANCADORA SECUNDARIA40001,40ZARANDA50001,74OBRAS CIVILES5000017,44SUBTOTAL PLANTA PRODUCCION151700B. INTANGIBLES100003,49TOTAL INVERSION FIJA211700II. CAPITAL DE TRABAJO (dos meses)7500026,16TOTAL INVERSION286700100,00PRODUCCION AOPROD. (t).121022503--10270AOINGR. $ x100014832575310621INGRESOSCOSTOSELEMENTO DEL COSTOUNIDADCANTIDADtPRECIO$/tCOSTO$/tPORCEN.%HUESO DE ACEITUNAtm/tc3,30200660,0038,65COMBUSTIBLE 90,005,27ENERGIA ELECTRICAKwh/t2500.1025,001,46AGUA REFRIGERAC.2,200,13DEPRECIACION78,414,59MANO OBRA DIRECTA512,3030,00COSTO PRODUCCION1367,9080,11MANO OBRA INDIREC.195,4811,45GASTOS ADMINISTRA.20,001,17GASTOS DE VENTA50,002,93MANTENIMIENTO74,074,34COSTOS OPERACION1707,46100,00UTILIDAD592,5425,76PRECIO DE VENTA2300,00DEPRECIACIONUS$EDIFICIO PLANTA50000PLANTA ALAMBRON151700INTANGIBLES10000TOTAL INVERSION FIJA211700PERIODO DE VIDA DE LOS BIENES FIJOS (aos)10DEPRECIACION ANUAL DE BIENES FIJOS21170CAPITAL DE TRABAJO. El capital de trabajo correspondiente a dos meses de produccin es el siguiente:PRODUCCION MENSUAL (T.M.)22,5COSTO UNITARIO OPERACION (US$/ton)1707CAPITAL DE TRABAJO (US$)76836ESTADO DE PERDIDAS Y GANANCIAS (DOLARES x 1000)12345INGRESOS483575621621621COSTOS OPERACION359427461461461UTILIDAD OPERACION124148160160160DEPRECIACION2121212121UTILIDAD BRUTA103127139139139IMPUESTOS3138424242UTILIDAD NETA7289979797FLUJO DE CAJA ECONOMICO(DOLARES CORRIENTES x 1000)AOINGRESOSCOSTOS T.UTIL. OPER.00287-28714833591242575427148362146116046214611605621461160662146116076214611608621461160962146116010621461160VAN$2,641$2,247$394VAN=$394B/C=$1,18TIRE=50%PRI (aos)=7 EVALUACION ECONOMICA(Tasa de Actualizacin: 18 %)VALOR ACTUAL NETO ECONOMICO: 394 000 US $TASA INTERNA DE RETORNO ECONOMICA: 50 %RELACIN BENEFICIO /COSTO: 1.18PERIODO DE RECUPERACION DE INVERSION: 7 AosCONCLUSIONESSe ha llevado a cabo un programa de pruebas sobre la carbonizacin y activacin de los residuos del hueso de aceituna, con aceptables resultados.Para la caracterizacin de los carbones activados. Se ha determinado el rendimiento del proceso por las cenizas y el nmero de Yodo.
Entre las variables de preparacin del carbn activado a partir de los residuos del hueso de aceituna, la razn de impregnacin y la temperatura de activacin tuvieron una influencia determinante en las propiedades adsorbentes de dicho carbn obtenido.
La elaboracin de carbn activado consiste en dos procesos que son la activacin fsica y la activacin qumica, en el proyecto se hicieron pruebas con los tipos de activaciones comprobando que al utilizar las dos activaciones en conjunto se obtuvieron mejores resultados que utilizando los procesos individualmente.
A partir de la produccin de carbn activado se comprob que los residuos del hueso de aceituna son de una calidad medianamente adecuada para la elaboracin de carbn activado, ya que el objetivo fue determinar si era posible obtener Carbn Activado de dicho producto.
El proyecto es muy interesante, dado que se est proponiendo un nuevo tipo de agroindustria que utilice a una materia prima nacional (residuo del hueso de aceituna) considerada un desecho, transformndola en una industria sustentable de un material con mayor valor agregado (carbn activado), que genere, ingresos econmicos, nuevos empleos y que ayude a reducir la importacin de este producto.
La rentabilidad del proyecto medida por la Tasa Interna de Retorno Econmica TIRE, es de 50 %, lo cual demuestra que el proyecto es rentable y tiene un periodo de recuperacin de la inversin de 7 aos.RECOMENDACINES.En la industria en general cada da se estn buscando nuevas alternativas para invertir en mtodos que permitan tratar cualquier tipo de contaminante de manera de reducir el impacto al medio ambiente y as poder cumplir con las exigencias de produccin limpia de cada pas. Dentro de estas alternativas se encuentra el tratamiento a travs de filtros y columnas de carbn activado, un mtodo aplicable al tratamiento de lquidos que implica un bajo costo para las empresas. Por lo cual se sugiere que el carbn activado a partir de los residuos de hueso de aceituna es una buena alternativa en nuestra ciudad, ya que Tacna es el principal productor de aceituna del pas.
Latinoamrica presenta un gran nivel de actividad minera aurfera, principalmente Per. Esta industria representa un mercado potencial para el carbn activado ya que en yacimientos de oro y plata de baja ley los mtodos ms utilizados para la recuperacin de oro involucran el uso de carbn activado.
Se debe realizar un programa mayor de pruebas, acondicionando especialmente los hornos de produccin de vapor y de calentamiento del reactor, especficamente sellndolos para mantener 800 C, con un mayor flujo de vapor y operar con mayores presiones.
Un programa mayor de pruebas, significa un mayor costo en la preparacin del equipo, por lo cual se debe buscar una fuente de financiamientoGRACIAS POR LA ATENCIN PRESTADA
Que sera de m, si Dios no me hubiera encontrado y perdonado
