4.Informe Fina Lde Nitrato de Amonio

PLANTA DE NITRATO DE AMONIO

55

4.3 PLANTA DE NITRATO DE AMONIO

4.3.1 INGENIERA DE PROYECTO a) EVALUACIN DE TECNOLOGICA PARA NITRATO DE AMONIO

Como resultado del trabajo de investigacin se ha definido dos tecnologas: Proceso UHDE y Proceso

UCB.El equipo de trabajo del proyecto ha realizado un anlisis propio, para lo cual se ha utilizado el

mtodo del puntaje para analizar ambos procesos, cuyos resultados se sealan en cuadro N4.3.1 . En

este caso el anlisis indica que el proceso UHDE es el ms adecuado debido a su alto rendimiento de

conversin obteniendo un puntaje ponderado de 235 mientras que la tecnologa UCB alcanz un puntaje

de 210, razn por la cual en el presente informe se desarrolla con amplitud el proceso de tecnologa

UHDE.

CUADRO N 4.3.1: MTODO DEL PUNTAJE METODO DE PUNTAJE DE SELECCIN DE TECNOLOGA

CRITERIOS UNIDADES PONDERACIN

TECNOLOGIA UCB PROCESS TECNOLOGIA UHDE

INSUMO/ PRODUCTO

CALIFICACIN PONDERADO INSUMO/

PRODUCTO CALIFICACIN PONDERADO

NH3 Kg. 10 0.212 2 20 0.213 2 20

HNO3 Kg. 10 0.786 2 20 0.789 2 20

PH - 5 4 2 10 4 2 10

COMBUSTBLE gal 10 ND 2 20 ND 2 20

ENERGIA ELECTRICA Kw-h 10 0.0262 3 30 0.031 2 20

AGUA DE PROCESO L 5 9.8 3 15 36 2 10

DIFICULTAD EN DISPONIBILIDAD DE

ENERGIA

alta, media, baja

5 ND 2 10 ND 2 10

CATALIZADORES - 5 ND 1 5 ND 1 5

PUREZA PRODUCTO % 20 80 2 40 96 3 60

CONVERSIN % 20 75 - 80 2 40 92 - 96 3 60

CALIFICACIN

100

210

235

CALIFICACIN DE ESCALA: 1. Malo. 2. Bueno. 3. Muy bueno FUENTE: Thyssen Krupp Uhde , www.uhde.eu

ELABORACIN PROPIA: realizada por el grupo de trabajo de la planta de nitrato de amonio del curso

de evaluacin y elaboracin de proyectos, semestre 2015-I, Docente Ing. Jos Porlles Loarte.

Comentarios:

* Los datos fueron sacados de diversas fuentes, se coloc una calificacin de 2 a la tecnologa UCH y

tecnologa UHDE, para la materia prima NH3, ya que el uso de insumos es casi el mismo en ambos

casos.

* Paso de los recurso notamos que en el caso de PH, combustible, dificultad en disponibilidad de

energa y catalizadores no hay diferencia entre ambas tecnologas, por ello le dimos ponderaciones de

2, 2, 2,1 respectivamente. En el caso de la energa elctrica vemos que hay un mayor consumo para la

tecnologa UHDE por lo tanto se le dio una ponderacin de 2 mientras que la tecnologa UCB se le dio

una calificacin de 3, lo mismo ocurre con el gua de proceso donde el consumo de la tecnologa UHDE

es mayor de manera significativa.

* Se utilizar la tecnologa UHDE debido a su alto rendimiento de conversin y pureza,lo que significa

un uso ptimo de los insumos y recursos, obteniendo un ponderado de 235.


56

b) DESCRIPCIN DE LA TECNOLOGIA: UHDE

* Se describe en el Anexo 1

FIGURA 4.3.1: DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS DE LA PRODUCCIN DE NITRATO DE AMONIO (PFD)

Elaborado por: Grupo de trabajo de la planta de nitrato de amonio con el programa Visio 2013


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4.3.2 PLAN DE INVERSIONES a) SELECCIN Y DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS PRINCIPALES Y MATERIALES.

CUADRO N 4.3.2: DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS

Equipo Caractersticas

Item Secadoras Tipo rea(m2) 1 Dy-103 Rotatorio 19.8

2 Dy-102 Rotatorio 100

3 Dy-104 Rotatorio 35.3

Evaporadores Tipo rea(m2) MOC Presin (barg)

4 K-101 Pelcula descendente 124 SS 0.4

5 K-102 Evaporador de

amoniaco 194 SS 2

Intercambiador

de Calor Tipo rea(m2) MOC

Presin Tubo (barg)

MOC

6 E-103 Sobrecalentador de

amoniaco 27.1 SS/SS 6.01

SS/SS

7 E-104 Enfriador secundario de

NH4NO3 298 SS/SS 2.44 SS/SS

8 E-105 Calentador de agua de

enfriamiento 17.7 SS/SS 5.5 SS/SS

Bombas Tipo Potencia(KW) #

Spares MOC

Presin (barg)

9 P-103 Bomba de cido ntrico 0.71 0 SS 2.5

10 P-104 Bomba de nitrato de

amonio 0.16 0 SS 1.01

11 P-105 Bomba de agua de

enfriamiento 1.76 0 SS 2.51

12 P-106 Bomba de agua de

recuperacin de calor 16.4 0 SS 5.5

Reactor Tipo Vol (m3) 13 R-101 Neutralizacin 40

Columnas Concreto

Orientacin Altura

(m) Dimetro (m) MOC

Demister MOC

Presin (barg)

14 V-101 Vertical 30 5.8 SS 1.01

15 V-102 Vertical 30 5.8 SS 1.01 Fuente: Especificaciones proceso UHDE.


58

b) CLCULOS USANDO EL PROGRAMA CAPCOST:

Para el clculo de los equipos del proceso, se utilizar el software CAPCOST.

CAPCOST es un programa que estima los costes fijos de un proceso. Introduciendo la capacidad,

presin y temperatura de operacin, rea de intercambio necesaria, material de construccin y

otros parmetros, el programa estima el coste total de un equipo instalado de un proceso qumico

partiendo de unos costes base. La ecuacin que utiliza el software es la siguiente, de la ecuacin

(7.6) del Captulo 7 Estimation of Capital Costs del libro Del libro Analysis, Synthesis and Design

of Chemical Process, tercera edicin, Richard Turton, pg. 193

=

Dnde: CBM: Bare module cost del equipo, costo directo e indirecto por cada unidad

CP: costo de compra

FBM: factor de bare module cost y Fbm es igual a :

= + + .

Donde B1, B2 y Fm son constantes.

Luego

() = + () + (())

donde:

Dnde: V: volumen o capacidad del equipo en m3

K1, K2 Y K3: Constantes de la tabla A.1 del Apndice A Cost Equations and Curves for the CAPSOT

Program Del libro Analysis, Synthesis and Design of Chemical Process tercera edicin, Richard

Turton, pg. 928.

Intercambiador de calor:

Hay que introducir:

- Tipo de intercambiador: carcasa y tubo, espiral, aero-refrigerador, doble tubo, etc. Se ha optado

intercambiador de calor de cabeza flotante para este caso, al ser los ms comunes y tener una

buena superficie de intercambio de calor.

- Materiales de los tubos y las carcasas: acero inoxidable...etc.

- Presiones admisibles en los tubos y en la carcasa: al igual que con las bombas, la presin mxima

admisible es de 140 bar, por lo que en los casos de presiones superiores, se opta por la mxima

admisible por el software.

- rea de transferencia de calor (10 m2 min)

() = . . (. ) + . ((. ))

CP= 104.26

Luego: = + + . y =


59

Reemplazando

= . + . . = .

= , . = 114,000 $

Se prosigue de la misma manera a realizar los clculos para los dems equipos, con ayuda del

programa CAPCOST.

CUADRO 4.3.3: CUADRO RESUMEN DE BARE MODULE COST (CBM) PARA LOS EQUIPOS

Equipo Cp $ CBM $ Secador Rotatorio (Dy-103) 75,005 112,508

Secador Rotatorio (Dy-102) 300,124 450,186

Secador Rotatorio (Dy-104) 125,778 188,667 Evaporador de pelcula descendente (K-101) 476,937 1,879,132

Evaporador de amoniaco (K-102) 316,791 1,609,298

I.C. Sobrecalentador de amoniaco (E-103) 18,400 114,000

I.C. Enfriador de nitrato de amonio (E-104) 82,600 372,000 I.C. Evaporador de amoniaco (E-105) 18,400 114,000

Bomba de cido ntrico (P-103) 6,688 33,858

Bomba de nitrato de amonio (P-104) 4,958 25,100 Bomba de agua de enfriamiento (P-105) 2,580 12,817

Bomba de agua de recuperacin de calor (P-106) 4,801 23,851

Reactor de Neutralizacin (R-101) 143,060 214,592 Tanque Vertical (V-101) 1,030,225 8,914,613

Tanque Vertical (V-102) 1,030,225 8,914,613 Elaborado por: Grupo de trabajo de la Planta de Nitrato de amonio utilizando el programa CAPCOST

El coste base del equipo que utiliza el software corresponde a enero de 2001, por lo que se debe que

actualizar el aumento de costes debido a la inflacin. Los ndices ms usados para dar una estimacin

del coste de los equipos son el Marshall and Swift process-industry equipment indexes y tambin el

Chemical engineering plant cost index (CEPCI). En particular, CAPCOST utiliza los ndices CEPCI, y

para actualizar el coste del equipo al ao actual se utiliza la siguiente ecuacin:

= .

CBM (TOTAL 2015) USA= CBM (TOTAL) USA 2001* (CEPCI 2015/CEPCI 2001) CEPCI 2105=573.4 CEPCI 2001=394.3

CBM (TOTAL 2015) USA = $ 33,416,924

CBM TOTAL PER 2015 = CBM (TOTAL 2015) USA *1.30*1.03 CBM TOTAL PER 2015 = $ 44, 307,642 *El factor 1.30 ha sido calculado por el Ingeniero JPL e incluye todos los gastos de derechos

aduaneros, IGV y otros menores, tambin, tomamos la inflacin promedio de Per: 3%.


60

CUADRO 4.3.4: CUADRO RESUMEN DE BARE MODULE COST (CBM)

Elaborado por: Grupo de trabajo de la Planta de Nitrato de amonio

c) CALCULO DE GRASS ROOTS COST (GRC)

GRC GRC= CBM TOTAL PER 2015* 1.68 $ 74,436,838

CUADRO 4.3.5: PERFIL GRASS ROOTS COST = INVERSIN FIJA

CONCEPTO % MONTO(millones $)

1. Costo Planta Proceso 50 38

2.Costo Facilities: 30 23

Planta 21 16

Edificaciones 9 7

SUBTOTAL 61

3.Terreno y mejoras 5 4

4.Costos Intangibles 15 11

TOTAL 100 76 Fuente: Entregado por el Ing. Jos Porlles Loarte, el da 26 de Mayo de 2014 en la clase

de Clculos Econmicos en la E.A.P. Ing. Qumica de la F.Q.I.Q.I.A. de la U.N.M.S.M.

Elaborado por: Grupo de trabajo de Nitrato de amonio.

d) CLCULOS DE LA INVERSIN FIJA USANDO OTRAS TCNICAS Mtodo de escalamiento (Mtodo de Williams)

COSTO DE CAPITAL FIJO = INVERSIN DE CAPITAL FIJO

Datos de Costos de Capital para Plantas de Proceso:

C0= 400 000 Ton/ao

I0= 5 000 000 $

n= 0.65

Dnde:

I = Inversin Fija

CBM $ CAPACIDAD (Ton/da)

CBM (TOTAL) 2001 USA 22,979,235 1100

CBM (TOTAL) 2015 USA 33,416,924 1100

CBM (TOTAL) 2015 PER 44,307,642 1100


61

= 1100 Ton/d, valor de la capacidad que se desea conocer.

Base Ao: 1990

Por lo tanto, en la siguiente frmula:

= 0 ( 0 )

Consideraremos para nuestro caso 360 das/ao, por lo tanto:

0= (400 000/360) = 1111 Ton/da

Reemplazando datos:

(USA-1990) = 5x106 $ *(1100/1111)0.65 = 4,967,765 $

(USA-2015) = 5x106 $ *(573.4/357.6) = 8,017,337 $

(PERU-2015) = 8x106 $ *1.3 = 10,422,539 $

CUADRO 4.3.6: CUADRO RESUMEN DEL MTODO DE ESCALAMIENTO

INVERSIN FIJA ( $)

I0 1990 USA 5,000,000

Ix 1990 USA 4,967,765

Ix 2015 USA 8,017,337

Ix 2015 PERU 10,422,539

Fuente: Peters Retimmorhays, Plant Design and Equipments.

Elaborado por: Grupo de Trabajo de la Planta nitrato de amonio..

Conclusiones

El resultado del Mtodo de escalamiento de 26 millones de dlares se encuentra relativamente

lejos del Mtodo de Bare Module Cost (CBM), que da una Inversin Fija por Grass Root Cost de $

80 milones de dolares.

e) ESTIMACIN DE LA MANO DE OBRA DIRECTA (MOD) EN LA PLANTA DE NITRATO DE AMONIO.

Los operadores por tueno se han ajustado de acuerdo con el Cuadro N2, dado en el material de

trabajo entregado por el Ingeniero Jos Porlles para el curso de Clculos Econmicos, que refleja

los ltimos resultados de productividad registrados en 1998 (Chem. Eng., August 2000).


62

CUADRO 4.3.7: RESULTADOS DE LA ESTIMACION DE LA MOD EN LA UNIDAD DE PLANTA DE NITRATO DE AMONIO

EQUIPO NMEROS OPERADORES POR TURNO Y EQUIPO

OPERADORES POR TURNO

Bombas 4 0 0

Intercambiadores 3 0.05 0.2

Evaporador 2 0.2 0.2

Tanque 2 0 0

Reactor 1 0.3 0.3

Secador rotatorio 3 0.5 1.5

TOTAL NMERO DE OPERADORES POR TURNO 2.2 Fuente: Obras citadas de Ulrich, G., Diseo y Economa de los Procesos de Ingeniera Qumica, pp. 364; y Brown, Th., Chem. Eng., pp 87, August 2000.

CUADRO 4.3.8: TOTAL DE OPERADORES POR MES

OPERADORES/TURNO NMERO DE TURNOS/MES

OBREROS ADICIONALES POR MES

OPERADORES/MES

3 3 1 12

TOTAL NMERO DE OPERADORES POR MES 12 Elaborado: Grupo de Trabajo de nitrato de amonio.

CUADRO 4.3.9: ESTIMACION DE MANO DE OBRA DIRECTA (MOD): 14 SUELDOS AL AO

TOTAL NMERO DE OPERADORES POR MES 12 SUELDO DE OPERADOR POR MES $ 500.00

MOD MENSUAL $ 6,000.0

MOD ANUAL $ 2,160,000.00 Elaborado: Grupo de Trabajo de planta de nitrato de amonio.

f) COSTO DE INVERSIN FIJA (IF).

(CONSIDERANDO LOS IMPREVISTOS)

Para realizar el siguiente cuadro se utiliz la informacin correspondiente de la Estimacin de la

Inversin Fija.


63

CUADRO 4.3.10: RESULTADOS DE LA INVERSION FIJA

CONCEPTO CALIFICACIN MONTO($)

Costo de planta de proceso Tangibles(Activos fijos) 37,218,419

Planta Tangibles(Activos fijos) 15,631,736

Edificaciones Tangibles(Activos fijos) 6,699,315

Terreno Tangibles(Activos fijos) 3,721,842

Gastos intangibles 11,165,526

Imprevistos (suma de costo de planta de proceso ms planta) 10%

5,285,016

TOTAL INVERSIN FIJA 79,721,854 Fuente: Serie: Economa Aplicada a la Ingeniera de Procesos (Parte1) ESTIMACIN COSTO DEL PRODUCTO. Autor: MBA Jos ngel Porlles Loarte. Elaborado: Grupo de trabajo de nitrato de amonio

CUADRO 4.3.11: TOTAL DE INVERSION FIJA DEPRECIABLE

CONCEPTO MONTO($)

Edificaciones 6,699,315

Costo de Planta de Proceso 37,218,419

TOTAL INVERSIN FIJA DEPRECIABLE 22,331,052

Fuente: Serie: Economa Aplicada a la Ingeniera de Procesos (Parte1) ESTIMACIN COSTO DEL PRODUCTO. Autor: MBA Jos ngel Porlles Loarte. Elaborado: Grupo de trabajo de nitrato de amonio.

g) RESULTADOS DEL COSTO VARIABLE UNITARIO(CVU) Para realizar el siguiente cuadro se tom como base el ejemplo de la Planta de Carbn Activado

mostrado en el material de trabajo entregado por el Ingeniero Jos Porlles para el curso de

Evaluacion de proyectos


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DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA PLANTA DE NITRATO DE AMONIO (TECNOLOGA UHDE)

CUADRO 4.3.12: CVU PARA LA PLANTA DE NITRATO DE AMONIO

Fuente: Elaboracin propia por el grupo de trabajo de la planta de nitrato de amonio mediante el

programa Visio 2013

Precio Amoniaco: 490 $/TM (3)

1: Valores que se encuentran en el folleto de la tecnologa Uhde Gmbh ubicado en

www.thysekrupp-industrial-solutions.com. (7.1 Gcal =27 MMBTU)

2: Precio del ACIDO NITRICO establecido por Alibaba en $ .

3: Precio estimado de acuerdo a la siguiente grfica, encontrado en www.potashop.com.

4. Precios de utillities proporcionados por el Libro de evaluacin de Proyectos

(++) Se asume un valor de 0.05$/ton que es equivalente al costo del agua de enfriamiento, que

incluye catalizadores, empaque y otros componentes variables.

CMPUTO DEL CVU POR TM DE AMONIACO

RUBRO UNIDAD Unidad/TM de producto Precio Insumo $/Unidad CVU

($/TM)

A. Fabricacin

cido Ntrico Ton 0.789(1) 340(2) 268.26

Amoniaco Ton 0.213(1) 400(4) 85.20

Agua de enfriamiento m3 18(1) 1.36(4) 24.48

Energa elctrica KW-h 2(1) 0.08 0.160

Otros CV Produccin

0.050

Sub total CVU Produccin

378.10

B. Administracin C. Ventas

15% del precio PV= $ 490 73.50

TOTAL CVU

451.60


65

h) RESULTADOS DE LOS COSTOS FIJOS (OPERATIVOS) El siguiente cuadro tom como base los porcentajes expuestos en el material de trabajo entregado

por el Ingeniero Jos Porlles para el curso de Clculos Econmicos.

CUADRO 4.3.13: COSTOS FIJOS PARA LA PLANTA DE AMONIACO

CONCEPTO % $/AO

A)Costo de Manufactura

1)Mano de obra directa (MOD) 84,000

2)Gasto Indirecto de Fabricacin (GIF)

Mano de obra indirecta (MOI) 20% 16,800

Supervisin directa: 20% de (MOD + MOI) 20% 20,160

Suministros: 1% costo de planta 1% 372,184

Mantenimiento y reparacin: 6% costo de planta 6% 2,233,105

Control de Calidad: 15% MOD 15% 12,600

Depreciacin: 10% Inv. Fija Depreciable 10% 5,954,947

Seguro de Fbrica: 3%Inv. Fija Depreciable 3% 1,786,484

Gastos Generales de planta: 0.5% Inv. Fija Depreciable 0.50% 297,747

Sub total Costo de Manufactura Fijo 10,778,028

B) Gastos Administrativos %(MOD +MOI +SUPERV. + MANTEN.) 15% 353,110

C) Gastos de Ventas -

TOTAL COSTOS FIJOS 11,131,138

Total Costos Fijos Desembolsables (sin Depreciacin) 5,176,191 Fuente: Serie: Economa Aplicada a la Ingeniera de Procesos (Parte1) ESTIMACIN COSTO DEL

PRODUCTO. Autor: MBA Jos ngel Porlles Loarte. Elaborado: Grupo de trabajo de nitrato de amonio.

i) COSTO DE PRODUCTO UNITARIO (CPU) CUADRO 4.3.14: RESULTADOS DEL CPU

RUBROS $/TON

CVU 451.60

CFU 28.37

CPU 479.9 Elaborado: Grupo de trabajo de nitrato de amonio

CONCLUSIONES

El valor del CPU nos dio 480 $/Ton, ste es menor que nuestro precio de venta considerado que es

490 $/Ton


66

4.3.3 CALCULO DE LA RENTABILIDAD Objetivo:

Clculo de la rentabilidad por el mtodo ROI (retorno sobre la inversin) Metodologa: 1. Proyeccin del estado de prdidas y ganancias (EPG). 2. Clculos de flujo de caja proyectado para los prximos 15 aos.

3. Mtodo de retorno sobre la inversin (ROI).

CUADRO N 4.3.15: EPG Y FONDO GENERADO POR OPERACIONES

PLANTA NITRATO DE AMONIO:

Capacidad instalada: 4000000 ton.

P=490$/ton Inversin fija (millones$) =81

Fuente: Elaboracin propia.

Cuenta/Ao 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Produccin (miles ton)

243 255 262 270 280 280 290 300 322 330 340 360 360 380 398

Ventas 139 145 149 154 160 164 169 175 184 191 199 205 210 218 227

COP

CV 110 115 118 122 126 130 134 139 145 151 158 163 167 173 180

CF 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11

Total COP 121 127 130 133 138 141 145 150 157 163 169 174 178 184 191 Utilidad

Operativa UAII

17 19 20 21 22 23 24 25 27 28 30 31 32 34 36

Intereses 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U.A.Impuest

o 17 19 20 21 22 23 24 25 27 28 30 31 32 34 36

Impuesto Renta

5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 10 10 11

Utilidad Neta

(millones $) 12 13 14 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Depreciacin (millones

$) 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60

FGO 72 73 74 74 74 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85


67

ROI = utilidad promedio

Inversion total 100% =

18 $

81 $ = 22.2%

La rentabilidad de 22. 2 % nos estima que habr en promedio una ganancia de 18 millones de

dlares por ao a partir de una inversin fija total de 81 millones de dlares en los prximos 15 a


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