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7/27/2019 Exposicion Topicos Selectos Procesos - Equipo 1
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UNIVERSIDAD JUAREZ AUTONOMADE TABASCO
DIVISIN ACADEMICA DE INGENIERA YARQUITECTURA
INGENIERA QUMICA .
Tpicos selectos de procesos.Integrantes:
Sergio Antonio Lpez Celvera.Jess Adn Lpez Velzquez.
Jos Luis Snchez Cupil.Carlos Alberto Lpez de la Cruz.Jos Manuel Velzquez Crdova.
Jess Santiago Alejandro De la Cruz.
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Un mtodo heursticoes un enfoque que
aprovecha la estructura
del problema. Mediante
el uso de un conjunto
de reglas racionales,obteniendo una
solucin buena, es
decir cercana ala
optima o en ocasiones
la optima.
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Principios Heursticos: constituyen sugerencias para encontrar(directamente) la idea de solucin; posibilita determinar, por tanto, a
la vez, los medios y la va de solucin. Dentro de estos principios se
destacan la analoga y la reduccin.
Reglas Heursticas: actan como impulsos generales dentro delproceso de bsqueda y ayudan a encontrar, especialmente, los
medios para resolver los problemas. Las Reglas Heursticas quems se emplean son:
* Separar lo dado de lo buscado.
* Representar magnitudes dadas y buscadas con variables.
* Determinar si se tienen frmulas adecuadas.* Utilizar nmeros (estructuras ms simples) en lugar de datos.
* Reformular el problema.
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Los diagramas de bloques proporcionan: formas de bloque
normales y bloques en relieve para contrastar ideas, planear y
comunicar; formas de rbol para representar jerarquas, como los
rboles genealgicos o un torneo; y formas de capas parciales y
concntricas para crear diagramas de tipo cebolla.
Esquema general proceso de un proceso con una reaccin:
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Esquema general proceso de un proceso con reaccin yrecirculacin de las diferentes unidades de separacin
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El diagrama de cebolla
pertenece a la categora
de diagramas de bloques,
los cuales son la
representacin grfica del
funcionamiento interno de
un sistema, que se hace
mediante bloques y sus
relaciones, y que, adems,
definen la organizacin detodo el proceso interno,
sus entradas y sus salidas.
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Los diagramas de tipo cebolla se componen de crculosconcntricos. Cada crculo representa un proceso o componente
que depende del que tiene en su interior. En el centro se coloca
el ncleo, el concepto central del diagrama.
En un proceso qumico un enfoque similar al de la jerarqua para
el diseo conceptual o bsico de los procesos usa como pauta
para su desarrollo el diagrama de cebolla, que descompone un
sistema complejo en componentes de magnitud ms manejables.
Inicia con un diseo preliminar y por etapas se enriquece,
empezando con el subsistema de reactores.
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Cmo provocamos la separacin?
Qu es un agente mecnico de separacin y un agente energticode separacin?
agente energtico de separacin (AES)
agente mecnico de separacin (AMS), tal como disolvente oun absorbente.
Esta segunda fase se puede generar por medio de:
Si la mezcla que se ha de separar es una disolucin homognea de
una sola fase (gaseosa, lquida o slida), generalmente es precisogenerar una segunda fase antes de que pueda llevarse a cabo
econmicamente la separacin de una especie qumica.
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OPERACIONES DE SEPARACIN CONTINUA BASADAS ENLA TRANSFERENCIA DE MATERIA DE INTERFASE
Operacin bsica: Destilacin
Fase inicial o de alimentacin: Vapor y/o liquidoFase generada o aadida: Vapor y/o liquidoAgente de separacin: Transmisin de calor (AES) y a vecestransmisin de trabajo
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Operacin bsica: Lixiviacin
Fase inicial o de alimentacin: SolidoFase generada o aadida: LiquidoAgente de separacin: Disolvente liquido(ASM)
Operacin bsica: EvaporacinFase inicial o de alimentacin: LiquidoFase generada o aadida: VaporAgente de separacin: Transmisin decalor (AES)
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Operacin bsica: Extraccin liquido-liquido
Fase inicial o de alimentacin: Liquido
Fase generada o aadida: LiquidoAgente de separacin: Liquido disolvente(AMS)
Operacin bsica: SecadoFase inicial o de alimentacin: Liquido ycon frecuencia solido
Fase generada o aadida: VaporAgente de separacin: Gas (AMS) y/otransmisin de calor (AES).
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Secuencias de separacin.
Conversiones menores a 100% en reactores industriales.
Se tienen varios reactivos y productos.La corriente de salida es seguida por un sistema de
separacin.
El problema bsico: Especificar la corriente que contiene
los productos.
Los procesos de separacin se pueden clasificar en dos
tipos:
Separaciones directas (Ejemplo: Destilacin), y
Separaciones indirectas (Ejemplo: extraccin, absorcin).
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Seleccin de procesos de separacin:
El problema inicial consiste en seleccionar el mtodo de separacin
adecuado de acuerdo a las caractersticas de la mezcla. Algunos puntosque se toman como gua son:
Bsqueda de propiedades fsicas: Rechazar alternativas querequieren condiciones de operacin extremas (muy altas o muy baja)
para llevar a cabo la separacin.
Valor del producto: Dependiendo el valor del producto habr opcionesque pueden ser recomendables para productos caros que no tendran
economa favorable para productos baratos.
Dao al producto: es importante cuidar que la adicin de calor o dealgn componente externo no dae el producto.
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Tcnicas de sntesis de sistemas de separacin:
La sntesis de sistemas de separacin se puede hacer siguiendo 2
enfoques generales:
Mtodos heursticos, y
Mtodos algortmicos.
Los mtodos heursticos estn basados en la experiencia y proveen
una tcnica rpida para la obtencin de una secuencia de separacin.
Los mtodos algortmicos se basan en el uso de tcnicas formales de
optimizacin y requieren el uso de computadora.
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El problema de la sntesis de sistemas de separacin se complica por la
naturaleza combinatoria del problema.
Tabla 8.3 Jimnez Gutirrez Arturo - Diseo De Procesos En Ingeniera
Qumica Revert.
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Para una mezcla de 3 componente: ABC (A ms voltil, C ms
pesado)
Se pueden generar 3 subgrupos que dan origen a problemas de
separacin: ABC, AB, BC.Se pueden generar 2 secuencias diferentes de separacin para este
caso, lo cual incluye 4 subproblemas de separacin consistentes en 4
diferentes columnas de destilacin.
Secuencia # 1. Secuencia # 2.
Figura 8.2 Jimnez Gutirrez Arturo - Diseo De Procesos En Ingeniera
Qumica Revert.
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Uso de reglas heursticas.
Las reglas heursticas se basan en la experiencia que se ha
adquirido sobre la operacin y diseo de procesos existentes.
Rudd, Powers y Siirola reportan las siguientes reglas heursticaspara procesos de separacin.
1.Elegir el mtodo de separacin primero.
2.Cuando sea posible, reducir la carga de separacin mediantedivisin y mezclado de corrientes.
3.Tratar de separar los componentes ms abundantes primero.
4.Separar los componentes corrosivos y peligrosos primero.
5.Hacer la separacin ms difcil a lo ultimo.
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REGLAS HEURISTICAS PARA DETERMINAR UNASECUENCIA DE SEPARACION.
Clasificacin de las
reglas heursticas
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El mtodo heurstico consiste en la aplicacin de las siguientes reglas
heursticas una por una en el orden establecido.
(M1) Favorecer la destilacin ordinariay remover el agente de separacin
msico primero (MSA).
Consideraciones: si Lk, HK< 1.05 O1.10 emplear AMS. Al emplear AMS,removerlo en el separador inmediato
siguiente.
(M2) evitar ladestilacin al vacio o eluso de refrigerantes
Consideraciones: si serequiere vacio en la
destilacin, considerarextraccin (L-L)
Si se requiererefrigerante, considerar
adsorcin
(D1) favorecer secuencias que den el mnimo numeronecesario de productos
Consideraciones: favorecer secuencias que den los productosdirectamente sin necesidad de mezclarlos.
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(S1) remover loscompuestoscorrosivos o
peligrosos primero
(S2) dejar lasseparaciones difciles al
final
Consideraciones: siLK,HK 1, la separacinse har en ausencia decomponentes no clave
(C1) remueva elcomponente mas
abundanteprimero
(C2) favorezca unaseparacin equimolar
(50/50)
Consideraciones:establecer la
separacin para el
coeficiente de facilidadde separacin (CES)
mas alto
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CES= f X
destilados/fondos= D/B
f= fondos/destilados=B/Del que resulte menor o igual a 1
donde:
f= razn de flujo molar de los productos
B: flujo molar de fondosD: flujo molar de destilado
:diferencia entre la propiedad fsica o qumica a evaluar entre los
componentes a separar.
Generalmente: =T (diferencia entre los puntos de ebullicin)
=(-1) x 100
= volatilidad relativa
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Ejemplo: determine la mejor secuencia de separacion por medio de la
aplicacin de las reglas heuristicas definidas por Nagdir & Liu[5], para
una mezcla de cinco hidrocarburos ligeros tal que se obtenga cinco
productos por destilacion, la alimentacion esta dad por:
Especie fraccion
(A) propano 0.05
(B) i- butano 0.15(C) n-butano 0.25
(D) i-pentano 0.20
(E) n- pentano 0.35
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Especie fraccion
(A) propano 0.05
(B) i- butano 0.15
(C) n-butano 0.25
(D) i-pentano 0.20
(E) n- pentano 0.35
Volatilidad
relativa ( )
CES
2.00 5.263*
1.33 8.25
2.40 114.545
1.25 13.462**
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Aplicando el mtodo heurstico
1.Reglas M1 y M2. usar destilacin ordinaria con refrigeracin a alta presin
2.Reglas D1 y S1. no son aplicables
3.Regla S2. la separacin D/E tiene menor volatilidad relativa (=1.25) por lo
que se realizara al final en ausencia de los dems componentes
4. Regla C1. se anula por la aplicacin de la regla S2
(*) CESA/BCDE= fA/BCDE X A/BCDE
D/B= (0.05) / (0.15 + 0.25 + 0.35) = 0.5263
= x (2-1) x100= 5.263
B/D= (0.15 + 0.25 + 0.35) / (0.05) = 19
(**) CESABCD/E= fABCD/E XABCD/E
D/B= (0.05 + 0.15 + 0.25 + 0.2) / (0.35) = 1.8571
= x(1.25-1)*100=13.462
B/D= (0.05 + 0.155 + 0.25 + 0.2) / (0.35) = 5.385
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5. Regla C2. CESABC/DE= es la mayor.CESABC/DE=114.54
Especie fraccion
(A) propano 0.05
(B) i- butano 0.15
(C) n-butano 0.25
Volatilidadrelativa ( )
CES
2.00 12.5
1.33 26.4
Regla C2. CESAB/C= es la mayor.CESAB/C= 26.4
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Finalmente, se tiene que la mejor secuencia de separacin es la
siguiente
A
B
CD
E
A
C
AB
A
B
C
B
DE
D
E
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Ejemplo 1:
Determinacin de las condiciones de operacin para lasunidades de separacin a travs del uso de programas
de simulacin.
Clave Especie Fraccin mol en la alimentacin
A Propano 0.05B Isobutano 0.15Clave n-Butano 0.25D isopentano 0.2E n-Pentano 0.35
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Secuencia de separacin obtenido anteriormente:
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Datos para el diseo de las columnas de destilacin:
Separador
Presin de operacin del
Domo (kPa)
Relacin de
reflujo real
1 450 2.562 680 7.83
3 210 11.67
4 900 3.65
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Bibliografa:
Jimnez Gutirrez Arturo - Diseo De Procesos En IngenieraQumica - Editorial Revert.
Seider, W.D., Seader, J.D, Lewin, D.R (2003) Product &Process Desing Principles: Synthesis, Analysis, andevaluation.
Nagdir, V.M. & Liu, Y.A. (1989), Studies in Chemical Process
Design and Synthesis.