UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICADISEÑO DE PROCESOS

MODULO ECONÓMICO

Paula Cristina Bedoya, Lina María Uribe, Yuneired Güette Salcedo, Juan Camilo Bedoya

FLEXIBILIDAD DE LA CAPACIDAD DE PLANTAS QUÍMICAS

El proceso de producción de ácido adípico se origina a partir de la oxidación de la mezcla KA oil (ciclohexanona mas Ciclohexanol) con ácido nítrico, a temperaturas y presiones moderadas, en dos etapas. La mezcla KA oil se obtiene a partir de la oxidación del Ciclohexano con aire a alta presión. Los trenes de separación para la primera y la segunda oxidación, están compuesto principalmente por torres de destilación ordinaria y sistemas flash. Un proceso de recuperación de NOx a través de absorción reactiva, con el fin de disminuir el impacto ambiental de la planta, es llevado a cabo; en el cual los NOx

producidos en la oxidación de la mezcla KA oil se trasforman en ácido nítrico en presencia de aire y agua, y posteriormente es recirculado al proceso. Un tren de separación final es requerido, el cual permite la cristalización del ácido adípico (sólido a temperatura y presión ambiente) y a su vez garantiza las condiciones de pureza con las cuales se comercializara el producto final. El diagrama de flujo PFD se muestra como anexo.

La capacidad de producción de la planta (270.000 ton/año), se definió teniendo en cuenta el porcentaje del mercado que se quería abarcar para unos clientes potenciales compuestos por 6 países (Alemania, Italia, Holanda, Canadá, China Taipéi y Colombia). Inicialmente la proyección de vida de la planta se defino aproximadamente a 20 años, sin embargo, la capacidad máxima de producción solamente se lograra a partir del quinto año de operación. Esta predicción se realiza en base a que 5 años puede ser un rango esperado para que la marca se posicione en el mercado y se tenga una demanda suficiente para cubrir el porcentaje del mercado definido.

La forma como definimos la capacidad de la planta está fundamentada en una economía estable, en la cual nuestra empresa se encargara de satisfacer un porcentaje de la demanda constante y se mantendrá en dicho valor durante los 20 años en los que se proyecta su existencia. Como se menciona en el artículo base “A la luz de las incertidumbres del mercado y de la globalización, la capacidad de adaptación rápida y flexible de una fábrica de productos químicos a las condiciones cambiantes del mercado se convierte en una necesidad importante en futuros escenarios de producción” [1]. A partir de esto se puede concluir que el diseño de la planta de producción de ácido adípico propuesto, es poco competitivo, porque no tendrá la capacidad de abarcar condiciones de demanda superiores a la capacidad máxima definida, y en un caso contrario se verá enfrentada a circunstancias desfavorables cuando las necesidades del mercado estén por debajo de los valores esperados. A pesar de que se tiene la capacidad de reducir la producción a valores por debajo del máximo (primeros 5 años de producción), esta reducción no se hará de forma

eficiente donde se reduzcan los costos de consumo energéticos y de sistemas de servicio, como si se haría bajo un sistema de planta modular.

Una vez identificada la necesidad de ser competitivos en el medio mediante la adaptabilidad de la producción a las condiciones del mercado, se debe de definir la configuración necesaria para que el diseño de la planta sea efectivo respecto a la flexibilidad de la capacidad de la planta, pero que a su vez los beneficios obtenidos mediante esta flexibilidad sean lo suficientemente satisfactorios desde el punto de vista económico para soportar el efecto en el aumento de la inversión inicial del proyecto. Como lo misionan los autores “En general, la flexibilidad es la capacidad de cambiar un estado con bajos gastos de tiempo, esfuerzo, costes y rendimiento. La flexibilidad de la capacidad es la capacidad de adaptar la salida de la producción a las cambiantes demandas del mercado [1].” En cualquier planta de la industria química una disminución en tiempos, esfuerzos y rendimientos se ve directamente reflejado en mayores beneficios económicos para los inversionistas. Por lo tanto se puede definir que “Los métodos de evaluación se utilizan para seleccionar las configuraciones de plantas modulares que permiten el mejor compromiso entre los costes y la flexibilidad en los diferentes escenarios de mercado [1]”.

Los métodos propuestos por los autores son una herramienta de gran uso que posibilita la elección de la mejor configuración que cumpla con las exigencias ya mencionadas. Para definir una adecuada configuración de sebe partir de la primicia de que “La flexibilidad de la capacidad de una planta puede ser influenciada por sobredimensionamiento y numeración de operaciones unitarias [1]”. Bajo el diseño que se tiene actualmente el sobredimensionamiento solo está pensado para condiciones de seguridad adecuadas, y por lo tanto el valor de capacidad máxima no se puede superar para un caso de economía altamente favorable. Un sobredimensionamiento pensado en un margen que posibilite el aumento de producción para un caso determinado puede ser una buena estrategia, sin embargo esta ruta es viable cuando las condiciones del mercado presentan una baja incertidumbre. Por otro lado el diseño de equipos que tengan la posibilidad de operación en paralelo con dimensionamiento inferior al que hemos propuesto hasta ahora, es muy adecuado cuando luego de hacer un análisis de mercado se concluye que este presenta una alta incertidumbre. Esta es la conclusión a la cual llegaron los autores mediante el caso de estudio evaluado (flexibilidad de volumen). Sin embargo, los autores también concluyen que el uso de equipos paralelos es adecuado cuando se proyectó que la producción de expansión no será superior al doble de la capacidad de diseño, puesto que si esta expansión supera este valor, el sobredimensionamiento siempre será la estrategia más económica (flexibilidad de expansión).

Debido a que la ubicación de la planta será en Colombia, es necesario analizar la economía y el mercado de este país y evaluar las estrategias expuestas anteriormente para verificar la aplicabilidad de la misma en economías emergentes como la nuestra.

Para el caso de Colombia, en los primeros cuatro meses del año lectivo, la producción industrial decreció 2,4 % frente al mismo periodo del año anterior. En este periodo, de las 39 actividades industriales, 22 registraron variaciones negativas en su producción real, de las cuales, las más destacadas fueron las industrias de coquización, refinación de petróleo, y mezcla de combustible con -15,0 %. Los restantes 17 subsectores presentaron variaciones

positivas en su producción, entre los que se destacan las industrias dedicadas a la fabricación de sustancias químicas básicas, y sus productos con 13,2 % [2].

Como lo evidencian las cifras anteriores la aparición de redes globales de marketing y la intensa presión sobre los precios están dejando huella en las industrias químicas. Los fabricantes tienen que asegurarse de que acortar el tiempo de llegada al mercado no afecte a la calidad del producto. Los equipos de ingeniería que diseñan plantas químicas han de tener en cuenta todos estos factores, dado que los costes de la energía suben y sigue creciendo la importancia de una utilización eficiente de los recursos.

El uso y desgaste no es el único factor que limita la vida útil de los bienes de producción. En el mundo de hoy, los rápidos cambios en las condiciones del mercado y la innovación en los métodos y tecnologías de producción tienen un mayor efecto sobre la duración del ciclo de vida de un sistema. En el transcurso de los 40 o 50 años de su ciclo de vida, una planta química pasa por un proceso continuo de modernización, racionalización y sustitución de sistemas. La modificación y optimización tienen lugar en intervalos cada vez más cortos en respuesta a las cambiantes condiciones de la industria.

¿Cuáles son las tendencias actuales en el diseño de plantas químicas?. En términos muy generales se mantiene la tendencia general hacia el diseño modular y niveles más altos de automatización. El diseño modular aumenta la flexibilidad desde el punto de vista del usuario, que puede reaccionar con mayor rapidez y menor coste a las cambiantes condiciones del mercado. La automatización ofrece la ventaja de una calidad buena y reproducible con un coste menor de mano de obra. [3]

La competitividad se ha convertido en objeto y condición de supervivencia para la empresa colombiana contemporánea en los mercados globalizados, que caracterizan el entorno en el que estas se desempeñan. En la actualidad, uno de los sectores productivos de la económica colombiana con mayor sensibilidad a las fluctuaciones del mercado, generando alta incertidumbre, es la de los productos químicos. Por lo cual se hace necesario un cambio en las estrategias competitivas de las empresas industriales con el fin de encontrar la configuración que permite la mejor adaptación de las demandas de los mercado inciertos.

Para que una empresa se considere competitiva desde el punto de vista operativo, debe diseñar su estrategia, para cumplir las siguientes condiciones: precios competitivos, productos de excelente calidad y un alto nivel de servicio al cliente (velocidad y flexibilidad)

El concepto de flexibilidad debe estar presente en el momento de plantearse cualquier inversión en nuevos equipos, ya sea para abrir una nueva línea de producción o para modificar la capacidad de producción de líneas ya existentes. En la etapa de diseño no se deben especificar solamente las condiciones de producción nominales, sino que también se debe contemplar la facilidad con que la nueva instalación puede adaptarse a diversas situaciones de merado, políticas económicas y otras circunstancias que suelen afectar el funcionamiento de la planta a medio e incluso corto plazo. La flexibilidad necesaria para adaptarse a esta diversidad de situaciones permite plantear diferentes alternativas validas de operación en cada circunstancia. Por tanto se deben establecer procedimientos de planificación de la producción que permitan elegir entre estas alternativo, utilizando los equipos y recursos disponibles de forma que se obtenga el beneficio máximo

(productividad, satisfacción del cliente, coste minimo, etc.) Dada la gran variedad de mercados, formas de operación y de utilización del equipo disponible, factores económicos, políticas de empresas, etc., que se presentan, la resolución de este problema puede requerir diferentes procedimientos y herramientas, como los propuestos por los autores anteriormente mencionados.

En Colombia el desarrollo de plantas modulares con gran flexibilidad de capacidad, se ha venido incursionando principalmente en la industria textil y en el tratamiento de aguas residuales. Sin embargo en la industria de procesos químicos, aun, es una vía por explorar.

Finalmente podemos concluir que es necesario replantear el diseño actual del proyecto y tener en cuenta una planta modular con una alta flexibilidad en la capacidad de producción que permita que nuestra empresa sea mucho más competitiva y esté preparada para cada una de las fluctuaciones que se puedan presentar en los mercados a los cuales esta dirigida. La aplicación de los métodos referenciados por los autores se convierte en una muy buena estrategia que permite definir entonces la mejor configuración bajo la cual basar el diseño de la planta de producción de ácido adípico.

Como comentarios respecto al artículo es necesario mencionar que el hecho de que sólo se mencione un proceso de producción reduce considerablemente las posibilidades de extrapolación del método empleado, especialmente porque se analizan plantas modulares que como se mencionó antes apenas vienen iniciando en Colombia en la industria textil y el tratamiento de aguas pero muy poco en la industria química.

Sería interesante que en el artículo no sólo se analizaran las plantas modulares, teniendo en cuenta las plantas que son pensadas para un mercado en el cual las variaciones de la demanda no generen cambios significativos en el proceso y de esta forma quizás lograr que el proceso de producción de ácido adípico tenga flexibilidad en la capacidad.

Así pues terminamos diciendo que toda planta de producción debe ser capaz de alcanzar un proceso flexible teniendo en cuenta las fluctuaciones del mercado que cada vez se hacen mayores, ser competitivos y lograr los objetivos comerciales dependerá en gran medida de la capacidad para afrontar los cambios rápidamente y generar nuevas posibilidades.

Referencias.

[1] G. Schembecker et al. Capacity Flexibility of Chemical Plants. Technical University Dortmund, Department of Biochemical and Chemical Engineering, Laboratory of Plant and Process Design, Dortmund, Germany. 2013.

[2]. HSBCNOTICIAS Entre enero y abril de 2015 la producción industrial de Colombia decreció 2,4%. Junio 17, 2015.

[3]. Las plantas químicas buscan la excelencia en el funcionamiento de megaplantas. Dechema, Febrero de 2010. Disponible en: http://www.interempresas.net/Quimica/Articulos/37550-Las-plantas-quimicas-buscan-la-excelencia-en-el-funcionamiento-de-megaplantas.html

Anexo 1: Diagrama SPFD del proceso de producción de ácido adípico