Diseño de Procesos Clase 1

JORGE LUIS PIÑERES

INGENIERIA QUIMICA

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO

BIENVENIDOS A DISEÑO Y ANALISIS DE PROCESOS

PARADIGMAS EN LA EDUCACIÓN

PARADIGMAS EN LA EDUCACIÓN

APRENDIZAJE BASADO EN TEMAS

APRENDIZAJE BASADO EN PROBLEMAS

OPCIONES DE APRENDIZAJE

APRENDIZAJE COOPERATIVO

APRENDIZAJE COOPERATIVO

La cooperación consiste en un aprendizaje en común. Para este tipo de aprendizaje se requiere las siguientes condiciones: • Promover y utilizar las interacciones frente a frente.

• Participación y responsabilidad individual, (metas del grupo).

• Habilidades interpersonales y de grupos pequeños. • Evaluación del grupo.

• Interdependencia positiva.

METODO HEURÍSTICO PARA LA SOLUCION DE PROBLEMAS

PROCESO QUÍMICO

Sistema formado por equipos, conectados en forma organizada, que permiten transformaciones físicas y químicas, dando lugar a un producto de deseado.

PROCESO QUÍMICO

Diseño

Insumos

Materias primas Productos

Proceso

• Condiciones de operación estacionarias

• Gran escala de Producción • Cada equipo realiza una

operación o función específica

• Funcionamiento intermitente • Ciclo de operación • Pequeña escala de producción • Plantas flexibles, multiproducto

y multipropósito • Grandes tiempos de

procesamientos o residencia • Reacciones lentas. Flujos

pequeños • Productos que ensucian,

incrustan o corroen los equipos

PROCESO CONTINUO PROCESO DISCONTINUO

• Calidad del producto constante • Velocidad de producción

constante • Alta automatización • Poca mano de obra

• Productos de calidad variable • Velocidad de producción

variable • Mucha mano de obra • Productos de alto valor y

calidad • Procedimientos de síntesis

complejos • Condiciones de control muy

estrictas

PROCESO CONTINUO PROCESO DISCONTINUO

Calor Separador Reactor Alimento Producto

Calor Reactor

Separador Alimento

Producto

PROCESO CONTINUO

PROCESO DISCONTINUO

Materias Primas

Reacciones Químicas

Productos

Operaciones físicas de

acondicionamiento

Operaciones físicas de

separación

ETAPAS EN UNA PLANTA QUIMICA

DISEÑO DE UNA PLANTA QUIMICA

El diseño de una planta química presenta las siguientes etapas:

• Inicio

• Evaluación económica y mercadeo

• Desarrollo de los datos necesario para el diseño final

• Evaluación económica final

• Ingeniería de detalles

• Obtención

• Montaje

• Arranque y pruebas

• Producción

Planta

de procesos Químicos

Red de

Intercambiadores de Calor

Plantas de servicios Calderas, turbinas Aire comprimido

Oxigeno, vacío

Materias

Primas

Insumos

Productos

Electricidad Suministros y Servicios

Agua

Combustibles

Aire

Corrientes frías

Corrientes calientes

Servicio de calentamiento

Servicio de enfriamiento

PROCESO QUÍMICO GLOBAL

Preparación Purificación

Separación Purificación

Reacción

MP Insumos Insumos Producto

Subproductos Subproductos

Tratamiento Efluentes

Efluente Limpio

Productos Secundarios

ESTRUCTURA GENERAL DE UN PROCESO PRODUCTIVO

Alimentación Producto

PROCESO PRODUCTIVO

Reciclo Purga

Subproductos

Insumos

ESTRUCTURA DE ENTRADA Y DE SALIDA DEL DIAGRAMA DE FLUJOS

Hidrogeno

Metano

Tolueno

Benceno (Producto)

Difenil (Producto)

Hidrogeno , Metano

Tolueno no reaccionado

PROCESO

PROCESO, ENTRADAS Y SALIDAS

• Diagrama de bloques ( BFD )

• Diagrama de Flujo de Procesos ( PFD )

• Diagrama de Cañerías e Instrumentación ( P&ID )

• Diagrama Isométricos ( cañerías y equipos )

REPRESENTACIONES DE UN PROCESO

Estequiometria

Condiciones preliminares del proceso

Balance de materia

Balances de materia y energía+ Especificaciones de equipos

Información mecánica & instrumentación

Diagrama de entrada y salidas

Diagrama de flujo genérico

Diagrama de instrumentación y tubería (PID)

Diagrama de flujo (BFD)

Diagrama de flujo de procesos (PFD)

INFORMACIÓN DIAGRAMAS DE FLUJO

SECUENCIA DE DISEÑO DE PROCESOS

Diagrama de flujo (BFD)

Diagrama de flujo de proceso (PFD)

Diagrama de instrumentación y tuberias (P&ID)

DIAGRAMA DE FLUJO

• Dar una visión general clara de un proceso.

• Cada bloque representa una función de proceso, que en realidad puede consistir en varias piezas de equipo.

• Es útil para conceptualizar nuevos procesos.

• A menudo se utiliza como punto de PFD.

• Formato y convenciones que figuran en la página 8 de Turton, et al.

CONVENCIONES PARA LOS DIAGRAMAS DE BLOQUES

• Cada operación se representa por un bloque

• Las corrientes de flujo principal se representan por líneas flechadas en la dirección del flujo

• Los flujos van desde la izquierda a la derecha del diagrama

• Las corrientes gaseosas se incluyen en la parte superior del diagrama, y los líquidos o sólidos hacia la parte inferior separados por la densidad

• Se incluye la información crítica para entender el proceso

• Si las líneas se cruzan, las horizontales se mantienen y las verticales se cortan

• Se incluye un balance de masas y energía simplificado en forma de una tabla

DIAGRAMA DE FLUJO

CONVENCIONES PARA LOS DIAGRAMAS DE FLUJOS DE PROCESOS

• Se representan todos los equipos junto con su descripción. Cada equipo tiene un número y un nombre

• Todas las corrientes de proceso tienen un número. Se debe incluir una descripción de las condiciones (temperatura, presión), flujos y composición química ya sea en el diagrama o en una tabla adjunta.

• Se deben representar todas las corrientes de servicios (vapor, aire, calefacción, etc.) que se alimentan a cada producto de alimentación.

• Se deben representar los lazos de control básicos que aseguran la estabilidad de las condiciones del proceso durante la operación normal.

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS

DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERIA (P&ID)

• P&ID, representan el último paso en el diseño de proceso.

• Requiere que los diagramas de flujo del proceso (PFD) estén completos.

• P&ID es un documento clave para la construcción y operación de una instalación.

• Es una fuente de información para las listas de instrumentos, listas de equipos y de tuberías.

• Utilizado con frecuencia durante el HAZOP, puesta en marcha, operación de mantenimiento de rutina, entre otros.

• Un proceso no puede ser adecuadamente diseñado sin el debido P&ID.

IMPORTANCIA DEL P&ID

El P&ID es la última etapa del proceso de diseño y sirve de guía a los que será responsable del diseño final y la construcción.

Con base en el P&ID:

• Los ingenieros mecánicos y civiles diseñan e instalar piezas de equipo.

• Los ingenieros de instrumentos especificaran, instalaran y verificaran los sistemas de control.

• Los ingenieros del proyecto desarrollarán programaciones de la planta y la construcción.

CONVENCIONES PARA LA IDENTIFICACIÓN DE EQUIPOS

• C : Compresoras

• E : Intercambiadores de calor

• H : Calentadores a llama

• P : Bombas

• R : Reactores

• T : Columnas

• TK : Estanques de almacenamiento

• V : Estanque de proceso

NUMERACIÓN DE LOS EQUIPOS

• P – 101 A/B identifica una bomba

• P – 101 A/B identifica que la bomba está ubicada en el área N°1 de la planta

• P – 101 A/B identifica que la bomba es la número 01 de las n existentes en la planta

• P – 101 A/B identifica que hay 2 bombas idénticas, una de respaldo (backup)

Como mínimo

• Número de la corriente

• Temperatura (°C)

• Presión (bar)

• Fracción vapor

• Flujo total másico (Kg/h)

• Flujo molar total (Kmol/h)

• Flujo molar para cada componente (Kmol/h)

Muchas veces , además. • Fracciones molares de los

componentes • Fracciones másicas de los

componentes • Flujo volumétrico • Propiedades físicas (densidad,

viscosidad) • Datos termodinámicos (calor

específico, entalpia) • Nombre de la corriente

INFORMACIÓN PARA LAS CORRIENTES DE FLUJO