Diseño de una planta de producción de nanofibras de celulosa (NFC) modificadas químicamente

Abstract

El presente proyecto tuvo como objetivo evaluar la factibilidad técnica-económica de una planta piloto demostrativa industrial de Nanofibras de celulosa (NFC), que cambia su superficie química a través de la acetilación que sustituye los grupos hidroxilos (OH-) por grupos acetilos (CH3CO-). Esta propuesta de modificación de superficie surge por parte de Ingenieros de la Unidad de Desarrollo Tecnológico (UDT), de la Universidad de Concepción debido a la limitada compatibilidad de las NFC en medios de carácter hidrofóbico, a consecuencia del gran número de grupos hidroxilos en su superficie que provoca su naturaleza altamente hidrofílica. Para demostrar la factibilidad técnica se desarrolló la Ingeniería conceptual y básica que comprende las etapas de molienda de las láminas de celulosa, refinación y acetilación de las NFC. En cuanto a la Ingeniería conceptual se determinaron las bases de diseño del proyecto, y definieron los equipos necesarios para cada etapa del proceso productivo que actualmente se encuentran en UDT. Además, se realizó el balance de materia y energía de cada etapa de la planta productiva. En base a estos balances, se determinaron las materias primas, las utilidades que requiere el proceso en cuanto a vapor saturado, agua de enfriamiento y los productos que se obtendrán de esta planta. La Ingeniería básica tuvo como objetivo diseñar el diagrama de tubería e instrumentación (P&ID), y en base a este se escogieron el tipo de material de las cañerías, válvulas, accesorios e instrumentación y control. Además, en esta sección se estudiaron las pérdidas de carga y calor que se producen en cañerías y equipos durante la operación del proceso. En base a los puntos anteriores, con el balance de materia y energía, las pérdidas de carga y calor y el P&ID se estimaron los costos de operación e inversión total para la implementación de la planta. Posteriormente, se evaluó la rentabilidad de la planta, mediante el flujo de caja para un período de 10 años, con una tasa interna de retorno del 15%, financiado por UDT. Se estimaron 3 parámetros económicos para determinar la factibilidad del proyecto: El valor actual neto (VAN), la tasa interna de retorno (TIR) y el periodo de recuperación de la inversión inicial (PRI). A partir, de estos parámetros se determinó el precio de venta mínimo que corresponde a $ 30.080 por kg de NFC acetiladas en base seca, con una TIR del 15% y el PRI al sexto año. Como conclusión se logró determinar que, a partir del desarrollo de la Ingeniería conceptual, Ingeniería básica y del análisis económico, el proyecto es técnicamente y económicamente factible de realizar, siendo una oportunidad para UDT o empresas que se interesen en expandirse y sobresalir entre sus competidores en el mercado introduciendo un producto nuevo