JORGE EDUARDO LOAYZA PÉREZ
“PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES, INNOVACIÓN, SEGURIDAD Y MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS ”
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE PROCESOS
UPSMP - CONGRESO INTERNACIONAL “VISIÓN” 2016 Planta Botnia (Hoy UPM) Fray Bentos. Uruguay
CONTENIDO
• Marco situacional
• Proceso industrial
• Características de un proceso industrial sostenible
• Diseño de procesos industriales Innovación en procesos Indicadores para evaluar la sostenibilidad
• Análisis de casos
• Conclusiones
(c) Jorge Loayza - 2016 2
Digestor de Kamyr para chips de madera
EMPRESA INDUSTRIAL
COMPONENTE ORGANIZATIVO
COMPONENTE OPERATIVO
PLANTA INDUSTRIAL
PROCESO INDUSTRIAL
(MODELO DE ORGANIZACIÓN)
BIENES MALES
POTENCIALES GENERADORES DE CONTAMINACIÓN
PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS
RESIDUOS Y DESECHOS
(EXTERNALIDADES)
APRENDIZAJE
(MODELO DE GESTIÓN)
PRODUCCIÓN
INDUSTRIA NACIONAL
SECTOR INDUSTRIAL
(c) Jorge Loayza - 2016 3
CONOCIMIENTO
CONOCIMIENTO
EMPRESA QUÍMICA
COMPONENTE ORGANIZATIVO
COMPONENTE OPERATIVO
PLANTA INDUSTRIAL
PROCESO INDUSTRIAL
(MODELO DE ORGANIZACIÓN)
BIENES MALES
POTENCIALES GENERADORES DE CONTAMINACIÓN
PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS
RESIDUOS Y DESECHOS
(EXTERNALIDADES)
APRENDIZAJE
(MODELO DE GESTIÓN)
PRODUCCIÓN
(c) Jorge Loayza - 2016 4
PLANTA INDUSTRIAL
PROCESO INDUSTRIAL
(RESPONDE AL DISEÑO CONCEPTUAL) (RESPONDE AL DISEÑO REAL Y CORRESPONDE A LA INFRAESTRUCTURA FÍSICA)
(c) Jorge Loayza - 2016 5
¿QUÉ ES?
CARACTERÍSTICAS DE UN PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE
• Innovador (Incorpora innovaciones tecnológicos)
• Eficiente (Tiene en cuenta indicadores tecnológicos y económicos)
• Seguro (Tiene en cuenta los análisis de riesgo ¿Qué puede fallar?)
• Limpio (Emplea la “minimización” de residuos sólidos, líquidos y gaseosos, tiene en cuenta indicadores ambientales)
Planta de Celulosa, ENCE
(c) Jorge Loayza - 2016 6
CARACTERÍSTICAS…
• Contribuye al desarrollo sostenible (Potencia el uso de materias primas renovables, “no” contamina el ambiente y “evita” conflictos socio ambientales)
• Competitivo (sus productos y servicios son de “calidad” y a precios que pueden ser asumidos por el mercado)
• Sostenible empresarialmente
www.proininso.com
(c) Jorge Loayza - 2016 7
EMPRESA QUÍMICA
COMPONENTE ORGANIZATIVO
COMPONENTE OPERATIVO
PLANTA INDUSTRIAL
(MODELO DE GESTIÓN)
(RESPONDE AL DISEÑO REAL, CORRESPONDE A LA INFRAESTRUCTURA FÍSICA)
BIENES MALES
(PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS)
(RESIDUOS Y DESECHOS) EXTERNALIDADES
(MODELO DE NEGOCIO)
POTENCIALES GENERADORES DE CONTAMINACIÓN
PRODUCCIÓN
(c) Jorge Loayza - 2016 8
PROCESO INDUSTRIAL RESPONSABLE
MATERIAS PRIMAS*
E INSUMOS
ENERGÍA
*RECURSOS NO RENOVABLES”
(O “AGOTABLES”) RESIDUOS
PRODUCTOS Y SUB
PRODUCTOS
REAPROVECHAMIENTO OTROS
PRODUCTOS
ENERGÍA
MINIMIZA
SUBPRODUCTOS
MINIMIZA
UNA CARACTERÍSTICA …
(c) Jorge Loayza - 2016 9
PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE
MATERIAS PRIMAS*
E INSUMOS
ENERGÍA
*RECURSOS RENOVABLES
(REGENERABLES POR MECANISMOS
BIOLÓGICOS)
RESIDUOS
PRODUCTOS Y SUB
PRODUCTOS
REAPROVECHAMIENTO OTROS
PRODUCTOS
MINIMIZA
ENERGÍA
MINIMIZA
UNA CARACTERÍSTICA …
(c) Jorge Loayza - 2016 10
DISCIPLINAS QUE SE DEBEN CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES
DISEÑO DE INGENIERÍA
QUÍMICA VERDE
INGENIERÍA VERDE
DISEÑO INTEGRADO
DE LA “CUNA A LA CUNA”
BIO MIMETISMO
BENYUS (1997) McDONOUGH Y
BRAUNGART (1992)
ALLEN Y SHONNARD
(2002)
ANASTAS Y WARNER
(1998)
PALMER (2001)
PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES
CERO RESIDUOS
Elaboración: Loayza J. (2010) (c) Jorge Loayza - 2016 11
CASO 1 : PROCESO INDUSTRIAL RESPONSIBLE PARA PRODUCIR ACIDO SULFÚRICO
REDUCCIÓN DE TAMAÑO
RECUPERACIÓN DE CALOR
CLASIFICACIÓN
DEPURACIÓN DE LOS GASES
OXIDACIÓN CATALÍTICA
ABSORCIÓN
GENERACIÓN DE VAPOR
ACIDO SULFÚRICO
(98,5 %)
PIRITAS
Elaboración: Loayza Jorge, 2008
FLOTACIÓN TOSTACIÓN
CALCINA
GASES DE TOSTACIÓN
R2
SO2, SO3
HACIA LA OBTENCIÓN DE HIERRO FUNDIDO
A ALMACENAMIENTO PARA LUEGO OBTENER
OTROS METALES
VAPOR DE SERVICIO PARA SER USADO EN DIVERSAS
ÁREAS DE LA PLANTA VAPOR AGUA
YACIMIENTO (RECURSO NATURAL
NO RENOVABLE
EXTRACCIÓN
ABSORCIÓN
H2SO4(c)
H2SO4(c)
R1 COLAS
AIRE SECO
AIRE SECO
R3
POLVO
ACERO
PROCESO INDUSTRIAL RESPONSABLE (PRODUCCIÓN “LIMPIA”)
¿INNOVACIÓN?
12
CASO: ÁCIDO SULFÚRICO (ETAPA OXIDACIÓN CATALÍTICA) TIPOS DE INNOVACIÓN
CRITERIO INNOVACIÓN … CARACTERÍSTICA CHECK
EN GENERAL
TECNOLÓGICA Cambios introducidos en los productos y en los procesos X
SOCIAL Soluciones nuevas a problemas de desempleo
EN MÉTODOS DE GESTIÓN
Realizadas en los ámbitos comercial, financiero, organizativo
SEGÚN EL OBJETO DE LA …
DE PRODUCTO Nuevos productos o mejoramiento de los existentes
DE PROCESO Nuevos procesos de producción o nuevas etapas del proceso X
SEGÚN EL IMPACTO DE LA …
INCREMENTAL Se parte del conocimiento adquirido
RADICAL Se desarrolla a partir de resultados de la investigación X
SEGÚN EL EFECTO DE LA…
CONTINUISTA No alteran ni el mercado ni la funcionalidad básica X
RUPTURISTA Más barato, más simple, más pequeño, más fácil de usar
SEGÚN EL ORIGEN DE LA …
DIRIGIDA POR LA TECNOLOGÍA
Evolución tecnológica natural X
IMPULSADA POR EL MERCADO
Evolución tecnológica dirigida por las exigencias del mercado 13
INDICADORES PARA EVALUAR LA SOSTENIBILIDAD DE UN PROCESO INDUSTRIAL
Eficiencia: 1) Rendimiento de la
reacción 2) Economía fraccionaria
de los átomos (EFA) 3) Otros Económicos:
1) Valor Presente Neto 2) Costo de purificación
del aire 3) Otros Planta electroquímica de Basf en Ludwigshafen (Alemania)
http://www.interempresas.net/Quimica/Articulos/10737-La-quimica-contribuye-a-la-eficiencia-y-la-sostenibilidad.html
Energía: 1) Consumo total
de energía 2) Energía debido
al tratamiento de aguas
3) Otros
Ambientales: 1) Potencial de calentamiento global GWP 2) Potencial de
eutroficación 3) Otros
INDICADORES PARA EVALUAR LA SOSTENIBILIDAD DE UN PROCESO INDUSTRIAL
http://www.ual.es/portales/ingenieriaquimica/imagenes/qatar.jpg
GREENSCOPE
• GREENSCOPE, es el resultado de operar con 139 indicadores en cuatro áreas principales:
Eficiencia (26) , Energía (14), Economía (33) y Medio Ambiente (66)
• Se deben identificar dos estados de referencia para cada indicador de sostenibilidad:
el mejor escenario (valor del indicador 100% de sostenibilidad ó 1) y
el peor escenario (valor del indicador 0% de sostenibilidad ó 0).
Fuente: Ruíz-Mercado G. (2013), GREENSCOPE: A Tool for Chemical Process Sustainability Assessment and Design
66
Fuente: Ruíz-Mercado G. (2013), GREENSCOPE: A Tool for Chemical Process Sustainability Assessment and Design
26
Fuente: Ruíz-Mercado G. (2013), GREENSCOPE: A Tool for Chemical Process Sustainability Assessment and Design
14
Fuente: Ruíz-Mercado G. (2013), GREENSCOPE: A Tool for Chemical Process Sustainability Assessment and Design
33
BOSQUE NATURAL TALA DESCORTEZADO
Especies maderables R1
CASO 2: DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PASTA DE CELULOSA)
PROCESO EN EL BOSQUE
R2
TRANSPORTE ROLOS
DESCORTE- ZADOS
CAMIONES CON CAPACIAD
DE CARGA DE 300 TM
R3
ASERRÍN Y ASTILLAS CORTEZAS
EMISIONES Y RUIDO
(QUEDAN EN LA PLANTACIÓN)
(QUEDAN EN LA PLANTACIÓN)
(A)
(c) Jorge Loayza - 2016 21
(c) Jorge Loayza - 2016 22
BOSQUE NATURAL TALA DESCORTEZADO
Especies maderables R1
CASO 2: DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PASTA DE CELULOSA)
PROCESO EN EL BOSQUE
PROCESO NO SOSTENIBLE (O INSOSTENIBLE)
R2
TRANSPORTE ROLOS
DESCORTE- ZADOS
CAMIONES CON CAPACIAD
DE CARGA DE 300 TM
R3
ASERRÍN Y ASTILLAS CORTEZAS
EMISIONES Y RUIDO
(QUEDAN EN LA PLANTACIÓN)
(QUEDAN EN LA PLANTACIÓN)
(A)
ROLOS DESCOR- TEZADOS
ASTILLADO
COCCION BLANQUEO PULPA BLANQUEADA
COMPUESTOS AZUFRE
EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS
DE AZUFRE
AGUAS RESIDUALES
AGUA CLORO
(Cl2)
EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS
DE CLORO
SECADO
R4
ENERGÍA
DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA)
R6 R5 R7
ALMACENAMIENTO TRANSPORTE
LAVADO
ALMACENAMIENTO (B)
(B)
FAJAS TRANSPORTADORAS
ENERGÍA
(A)
(c) Jorge Loayza - 2016 23
(c) Jorge Loayza - 2016 24
ROLOS DESCOR- TEZADOS
ASTILLADO
COCCION BLANQUEO PULPA BLANQUEADA
COMPUESTOS AZUFRE
EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS
DE AZUFRE
AGUAS RESIDUALES
AGUA CLORO
(Cl2)
EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS
DE CLORO
SECADO
R4
ENERGÍA
DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA)
PROCESO NO SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN “SUCIA”)
R6 R5 R7
ALMACENAMIENTO TRANSPORTE
LAVADO
ALMACENAMIENTO (B)
(B)
FAJAS TRANSPORTADORAS
ENERGÍA
(A)
BOSQUE SEMBRADO TALA DESCORTEZADO
Especies maderables
R1
DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA
(PROCESO EN LA PLANTACIÓN)
PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN “LIMPIA”)
R2
TRANSPORTE ROLOS
DESCORTE- ZADOS
R3
INCORPORACIÓN AL SUELO
(Y/O COMPOST)
INCORPORACIÓN AL SUELO
(Y/O COMPOST)
CAMIONES CON MAYOR CAPACIDAD DE CARGA
(> 300 TM)
SUSTITUCIÓN DE COMBUSTIBLES Y/O
CONVERTIDORES CATALÍTICOS
• Explotación forestal controlada • Especies genéticamente modificadas
(A)
¿INNOVACIÓN?
(c) Jorge Loayza - 2016 25
ROLOS DESCOR- TEZADOS
ASTILLADO
COCCION BLANQUEO
PULPA BLANQUEADA
COMPUESTOS AZUFRE
CONCENTRACIÓN DEL LICOR NEGRO Y GENERACIÓN
DE ENERGÍA
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
AGUA TLC
(O2, O3, H2O2)
SECADO
R4
DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA-1)
PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN “LIMPIA”) (HAY INNOVACIÓN EN LA PLANTACIÓN Y EN LA PLANTA INDUSTRIAL)
R6 R5
ALMACENAMIENTO TRANSPORTE
LAVADO
ALMACENAMIENTO (B)
(B)
FAJAS TRANSPORTADORAS
ENERGÍA RENOVABLE
PRE-BLANQUEO
1) Enzimático 2) Deslignificación con oxígeno
NO HAY INNOVACIÓN DE PRODUCTO
RECOLECCIÓN E INCORPORACIÓN AL SUELO
(A)
¿INNOVACIÓN?
(c) Jorge Loayza - 2016 26
(c) Jorge Loayza - 2016 27
ROLOS DESCOR- TEZADOS
ASTILLADO
COCCION BLANQUEO
PULPA BLANQUEADA
COMPUESTOS AZUFRE
CONCENTRACIÓN DEL LICOR NEGRO Y GENERACIÓN
DE ENERGÍA
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
AGUA
SECADO
R4
DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA-2)
PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN “LIMPIA”) (HAY INNOVACIÓN EN LA PLANTACIÓN Y EN LA PLANTA INDUSTRIAL)
R6 R5
ALMACENAMIENTO TRANSPORTE
LAVADO
ALMACENAMIENTO (B)
(B)
FAJAS TRANSPORTADORAS
ENERGÍA RENOVABLE
PRE-BLANQUEO
1) Enzimático 2) Deslignificación con oxígeno
NO HAY INNOVACIÓN DE PRODUCTO
RECOLECCIÓN E INCORPORACIÓN AL SUELO
(A)
LCE (ClO2)
¿INNOVACIÓN?
CASO: PASTA DE CELULOSA – ETAPA: BLANQUEO TIPOS DE INNOVACIÓN
CRITERIO INNOVACIÓN … CARACTERÍSTICA CHECK
EN GENERAL
TECNOLÓGICA Cambios introducidos en los productos y en los procesos X
SOCIAL Soluciones nuevas a problemas de desempleo
EN MÉTODOS DE GESTIÓN
Realizadas en los ámbitos comercial, financiero, organizativo
SEGÚN EL OBJETO DE LA …
DE PRODUCTO Nuevos productos o mejoramiento de los existentes
DE PROCESO Nuevos procesos de producción o nuevas etapas del proceso X
SEGÚN EL IMPACTO DE LA …
INCREMENTAL Se parte del conocimiento adquirido
RADICAL Se desarrolla a partir de resultados de la investigación X
SEGÚN EL EFECTO DE LA…
CONTINUISTA No alteran ni el mercado ni la funcionalidad básica X
RUPTURISTA Más barato, más simple, más pequeño, más fácil de usar
SEGÚN EL ORIGEN DE LA …
DIRIGIDA POR LA TECNOLOGÍA
Evolución tecnológica natural
IMPULSADA POR EL MERCADO
Evolución tecnológica dirigida por las exigencias del mercado X
28
PULPA BLANQUEADA
MEZCLADO REFINACIÓN REGULACIÓN DE CONSISTENCIA
LAMINACIÓN
SECADO
PAPEL
AGUA
AGUAS BLANCAS
AGUA ADITIVOS
ACABADO
ENERGÍA ENERGÍA
DIVERSOS AGENTES QUÍMICOS
PROCESO PARA LA ELABORACIÓN DE PAPEL
(c) Jorge Loayza - 2016 29
CONCLUSIONES
(c) Jorge Loayza - 2016 30
PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (CORRESPONDE A UNA CONCEPCIÓN INTEGRAL)
INNOVADOR
(c) Jorge Loayza - 2016 31
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• Cadena Edith (2008) Estudio del refinado de pastas de papel utilizando métodos biotecnológicos (enzimas) . Tesis Doctoral de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Terrasa. España.
• Fernández, G. (2007), Gestión de la Innovación. Ingeniería Química. XXXIX
(445), 134-143.
• García, J., Pérez, L., Cocero, M. (2007), Nuevas bases para el diseño de procesos industriales sostenibles. Ingeniería Química. XXXIX
(444), 106-113.
• Loayza, J., Silva, M. (2013)
• Loayza, J., Silva, M. (2015)
• Roncero, M. (2001), Secuencia “TCF” con aplicación de ozono y enzimas para el blanqueo de pastas madereras. Tesis Doctoral de la
Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Terrasa. España.
(c) Jorge Loayza - 2016 32
SUGERENCIA
SUSCRIPCIÓN GRATUITA: www.revistavirtualpro.com (c) Jorge Loayza - 2016 33