COLUMNA DEETANIZADORA

7/25/2019 COLUMNA DEETANIZADORA

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Simulacin de una

columna deetanizadora

214161 / TRABAJO DE FINAL DE GRADO 2013-2014

Tutor:Sr. Jose Mara Chillida

Realizador:Ivn Castro Palos

Fecha:5 de junio del 2014


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AGRADECIMIENTOS

Primero de todo agradecer a mi tutor el Sr. Chillida por encomiar mi trabajo de

final de grado sabiendo las dificultades escolares y personales que he tenido, ya que lo

he realizado yo solo y trabajando en la industria qumica para ganar experiencia.

Segundo dar gracias a todos los profesores que me han ayudado cuando los he

necesitado, en especial al Sr. Laureano Jimenez y el Sr. Josep Font. Los cuales me han

guiado y resuelto muchos problemas.

Tercero y no menos importante dar las gracias a mis compaeros de clase por su

gran apoyo que me han brindado durante la realizacin del trabajo, ellos me han estado

animando en los peores momentos y aconsejando en todo aquello que podan.

Cuarto dar las gracias a mi familia, pareja y amigos por el apoyo emocional y

sentimental que me han brindado en los momentos de depresin y tristeza.

En definitiva muchas gracias a todos y cada uno/as de las personas que me han

ayudado y apoyado durante mi realizacin del proyecto.


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Simulacin de una columna deetanizadora 1-86

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NDICE

1. INTRODUCCIN ............................................................................................................... 6

2. ETAPA PRELIMINAR ....................................................................................................... 7

2.1. Scope ............................................................................................................................ 7

2.2. Planificacin inicial del proyecto ................................................................................. 8

3. BASES PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO ..................................................... 9

3.1. Bases de diseo ............................................................................................................ 9

3.1.1. Especificaciones de alimentacin ......................................................................... 9

3.1.2. Especificaciones de cabeza de columna ............................................................... 9

3.1.3. Especificaciones de fondo de columna ................................................................. 9

3.2. Procedimiento de diseo a aplicar .............................................................................. 10

3.2.1. Mtodo Short Cut y FUG (Fenske, Underwood, Guilliland) ............................. 10

3.2.2. Mtodo ASPEN PLUS .................................................................................... 10

3.2.3. Resultados ........................................................................................................... 11

3.2.4. Conclusin .......................................................................................................... 11

3.3. Datos bsicos para el desarrollo de la ingeniera ....................................................... 11

3.3.1. Energas (Utilities) disponibles: ...................................................................... 11

3.3.1.1. Vapor de baja presin .................................................................................. 11

3.3.1.2. Propileno ...................................................................................................... 12

3.3.1.3. Energa elctrica .......................................................................................... 12

3.3.1.4. Equipos dinmicos ....................................................................................... 12

4. DESARROLLO DE LA INGENIERA BSICA ............................................................ 13

4.1. Elaboracin de diagramas .......................................................................................... 13

4.1.1. De flujo del proceso (PFD) ................................................................................. 13

4.1.2. De control (PCD) ................................................................................................ 13

4.2. Diseo bsico de la torre de destilacin T-3001 ........................................................ 13


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4.2.1. Extraccin de datos ............................................................................................. 13

4.2.2. Diseo de platos (Hidrodinmica) ...................................................................... 13

4.2.3. Resultados ........................................................................................................... 15

4.2.4. Conclusin .......................................................................................................... 15

4.3. Eficiencia de los platos y de la torre .......................................................................... 16

4.3.1. Resultados ........................................................................................................... 16

4.3.2. Conclusin .......................................................................................................... 17

4.4. Clculo del espesor de la torre de destilacin T-3001 ............................................... 17

4.4.1. Tipo de material .................................................................................................. 17

4.4.2. Hiptesis de trabajo ............................................................................................ 18

4.4.3. Clculo del espesor ............................................................................................. 18

4.4.4. Resultados ........................................................................................................... 19

4.4.5. Conclusin .......................................................................................................... 19

4.5. Diseo de la instrumentacin y control ...................................................................... 19

4.5.1. T-3001 ................................................................................................................. 20

4.5.1.1. FV-3001 ....................................................................................................... 20

4.5.1.2. TV-3001 ...................................................................................................... 20

4.5.1.3. LV-3001 ...................................................................................................... 20

4.5.2. RE-3001 .............................................................................................................. 21

4.5.2.1. LV-3002 ...................................................................................................... 214.5.3. E-3001 ................................................................................................................. 21

4.5.3.1. TV-3002 ...................................................................................................... 21

4.5.4. V-3001 ................................................................................................................ 21

4.5.4.1. PV-3001 ....................................................................................................... 21

4.6. Descripciones ............................................................................................................. 22

4.6.1. Descripcin de la instalacin .............................................................................. 22


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4.6.1.1. T-3001 ......................................................................................................... 22

4.6.1.2. V-3001 ......................................................................................................... 22

4.6.1.3. E-3001 ......................................................................................................... 22

4.6.1.4. RE-3001 ....................................................................................................... 23

5. SEGURIDAD EN EL DISEO DE LAS INSTALACIONES ......................................... 24

5.1. Seguridad del proceso ................................................................................................ 24

5.1.1. Hazop .................................................................................................................. 24

5.1.2. Index Dow de incendio y explosin ................................................................... 24

5.1.2.1. F&EI ............................................................................................................ 24

5.1.3. Resultados ........................................................................................................... 25

5.2. Proteccin de equipos ................................................................................................ 25

5.2.1. Proteccin contra la sobrepresin ....................................................................... 25

5.3. Proteccin del proceso (antorcha) .............................................................................. 25

6. MANUAL DE OPERACIN ........................................................................................... 26

6.1. Puesta en marcha ........................................................................................................ 26

6.1.1. Actos previos a la puesta en marcha ................................................................... 26

6.2. Parada de planta ......................................................................................................... 27

6.3. Conclusin.................................................................................................................. 27

7. ESTUDIO ECONMICO ................................................................................................. 29

7.1. Cuenta de resultados .................................................................................................. 297.1.1. Coste de la energa requerida .............................................................................. 29

7.1.2. Coste del mantenimiento .................................................................................... 30

7.1.3. Margen de beneficio ........................................................................................... 30

7.2. Inversin inicial .......................................................................................................... 30

7.2.1. Coste de la instalacin ........................................................................................ 30

7.2.2. Resultados ........................................................................................................... 31


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7.3. Evaluacin global de la inversin (TIR, VAN) ......................................................... 31

7.4. Conclusin.................................................................................................................. 32

8. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS .............................................................................. 33

ANEXOS

A.1. PLANIFICACIN (DIAGRAMA DE GANTT) ............................................................. 35

A.2. MTODO SHORT CUT................................................................................................... 36

A.2.1. Resultados ............................................................................................................. 38

A.3. CLCULO DE LA HIDRDINAMICA DE PLATOS .................................................. 39

A.3.1. Primer test (velocidad mxima del lquido por el plato) ...................................... 39

A.3.2. Segundo test (rgimen de trabajo) ........................................................................ 41

A.3.3. Tercer test (cada de presin) ............................................................................... 44

A.3.4. Cuarto test (goteo total) ........................................................................................ 47

A.3.5. Quinto test (goteo parcial) .................................................................................... 47

A.3.6. Hidrulica del desguace ........................................................................................ 48A.4. CLCULO DE EFICIENCIA DE PLATOS .................................................................... 49

A.5. CLCULO DE ESPESOR DE LA TORRE .................................................................... 50

A.5.1. Semi-esfera superior ............................................................................................. 50

A.5.2. Cilindro ................................................................................................................. 51

A.5.3. Semi-esfera inferior .............................................................................................. 51

A.6. FICHAS DE ESPECIFICACIN DE EQUIPOS ............................................................. 52

A.7. HAZOP DE LA T-3001 .................................................................................................... 61

A.8. INDEX DOW .................................................................................................................... 65

A.9. BALANCE ECONMICO .............................................................................................. 66

A.9.1. Clculo de la inversin inicial .............................................................................. 66

A.10. FICHAS DE SEGURIDAD DE LOS COMPUESTO .................................................... 68


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A.10.1. Metano ................................................................................................................ 68

A.10.2. Etano ................................................................................................................... 70

A.10.3. Propano ............................................................................................................... 72

A.10.4. Isobutano ............................................................................................................ 74

A.10.5. N-butano ............................................................................................................. 76

A.11. DATOS EXTRAIDOS DEASPEN PLUS...................................................................... 78

A.12. DIAGRAMAS PFD y PCD ............................................................................................ 84


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1. INTRODUCCIN

En este proyecto se describe el proceso de separacin de ligeros de una alimentacin de

propano a planta, para ello se disear una columna deetanizadora.

Esta columna se instalar en una planta ya existente en BASF (Tarragona) llamada

Planta de deshidrogenacin de propano (PDH) que utiliza un mtodo de proceso llamado

Oleflex, de UOP, utilizando un catalizador que favorece la deshidrogenacin, lo que la

diferencia del mtodo ms convencional para la obtencin de propileno mediante el cracking.

El mtodo UOP produce propileno a travs de la transformacin del propano y utilizando una

reaccin cataltica, que libera hidrogeno (off-gas). El propileno obtenido es utilizado como

materia prima en la planta para la elaboracin de polipropileno. La produccin anual de

propileno es de 350000 T/ao.

Con ello se conseguir que el propano sea ms puro y as aumentar el volumen del

reactor, al eliminar los inertes, lo que conllevar un incremento en la produccin de propileno

al cabo del ao.


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2. ETAPA PRELIMINAR

2.1.Scope

El siguiente documento describe un diseo a nivel de ingeniera conceptual donde elncleo principal es el diseo conceptual y simulacin de la columna deetanizadora. La

columna trabajar a 25 bar y a 70C como presin y temperatura mximas as como producir

5.39104 kg/h de propano, ya que sta ser la demanda del cliente. Por otro lado, la inversin

prevista para esta nueva instalacin ser de 10.4M.

Referente al alcance del proyecto, se ha diseado la columna para conseguir las

especificaciones de cabeza y de fondo que el cliente ha solicitado. El diseo se ha realizado

mediante varios mtodos los cuales uno sirve para hacer el balance de materia y saber los

platos tericos y el otro para saber el dimetro de la torre y su altura. Como ayuda visual de la

planta y la estrategia de control empleado se han realizado los diagramas PFD y PCD.

Tambin se ha realizado unHazopyIndex Dowpara cuantificar la peligrosidad de la planta y

as ayudar en la seguridad de sta. Por ltimo se ha llevado a cabo un estudio econmico para

determinar la rentabilidad de la planta y la recuperacin de la inversin.

En el alcance del proyecto no se incluirn los diseos varios de los equipos que se

encuentran en la planta, como las vlvulas, bombas, tuberas, reboiler y condensador por falta

de tiempo y recursos.


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2.2.Planificacin inicial del proyecto

El tiempo invertido para cada una de las tareas realizadas en este proyecto ser a corde

con su dificultad e importancia. Como se puede observar en la Figura A.1. las tareas en lasque se ha de disear consumen una parte del tiempo total bastante grande ya que se ha de

realizar muchos clculos y hay que ir con mucho cuidado de no errar en ningn sitio y de

asegurarse de que el mtodo utilizado es el correcto.

Tambin se puede observar que la realizacin de los diagramas pertinentes se les ha

hecho un seguimiento a lo largo del tiempo ya que siempre se ha de ir cambiando o

corrigiendo algunos aspectos que van surgiendo.


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3. BASES PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO

3.1.Bases de diseo

A continuacin se pasar a mostrar las especificaciones de entrada y de salida de latorre de destilacin.

3.1.1.Especificaciones de alimentacin

La alimentacin a la torre de destilacin es una corriente rica en propano, pero tambin

le acompaan otros productos como el metano, etano, N-butano y I-butano. Como se puede

observar todos estos productos a condiciones estndar son gases as que la corriente se

mantiene a una presin de 25 bar y 25 C para qu la mezcla se encuentre en estado lquido.

El caudal es de 55000 kg/h.

Como ya se ha dicho anteriormente la corriente es muy rica en propano, exactamente

un 97.9% molar, del resto de compuesto son un 0.015% en metano, 1.4% en etano, 0.6% en

N-butano y un 0.085% en I-butano.

3.1.2.Especificaciones de cabeza de columna

Como es una columna donde se requiere separar todo lo posible el etano del propano, la

restriccin de cabeza es que no puede salir ms de un 0.1% de propano alimentado. La

corriente gaseosa final de cabeza tendr que mantener una presin de 4.5 bar ya que se

utilizaran como combustible de calderas de la planta, off-gas.

3.1.3.Especificaciones de fondo de columna

Aqu es el contrario que en la cabeza de columna, la restriccin impuesta es que no

puede salir por fondo ms de un 0.1% del etano alimentado. La presin de salida no puede ser

inferior a 20 bar ya que sta luego ir a una depropanizadora.


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3.2.Procedimiento de diseo a aplicar

El diseo se ha realizado mediante dos mtodos diferentes para su posterior

comparacin de resultados y decidir si el diseo es correcto. Estos dos mtodos ser de formaanaltica mediante correlaciones (Short Cut y FUG) [ref 7] y la otra mediante el programa

Aspen Plus V8 el cual ya tiene incorporados dichas correlaciones y solamente se le ha de

introducir los parmetros para que ste te de un diseo ptimo.

3.2.1.Mtodo Short Cut y FUG (Fenske, Underwood, Guilliland)

Este mtodo consiste en aplicar correlaciones utilizando como base de diseo el

compuesto clave ligero (CL) y el clave pesado (CP) que corresponden al etano y al propano

respectivamente. Este mtodo permitir calcular el nmero de platos tericos que contendr la

torre. En el apartado A.2. de los anexos se podr observar la aplicacin de este mtodo al

detalle.

3.2.2.Mtodo ASPEN PLUS

Este segundo mtodo consiste en hacer un diseo preliminar de la torre de destilacin

mediante una torre de tipo DSTWU. Segn ASPEN es el tipo de torre que utiliza las

mismas correlaciones que el primer mtodo [ref 8].

El diseo mediante este programa informtico consiste en insertar los valores iniciales y

necesarios (fracciones molares, temperatura, presin de entrada) y las especificaciones de

salida por cabeza y por fondo. Luego se empieza a disear jugando con el nmero de las

etapas que contendr la torre, miras los resultados y compruebas que el balance de materia

est bien calculado, que cumple las especificaciones, etc. y ya tienes la torre diseada.


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3.2.3.Resultados

A continuacin se mostrarn las tablas con los resultados obtenidos mediante los dos

mtodos.

Tabla 3.1. Resultados del mtodoFUG

Nmin rmin r N Nali17.9 37.3 41.7 30 14.7

Tabla 3.2. Resultados del mtodo ASPEN

Nmin rmin r N Nali

18.2 34.7 47.5 30 13.8

3.2.4.Conclusin

Como se puede observar en las tablas de la 3.1.. y 3.2. los resultados obtenidos

mediante los dos mtodos son muy similares por lo que conlleva a decir que la torre se ha

diseado correctamente. Estos resultados servirn para poder realizar el diseo completo de latorre de forma ms estricta.

3.3.Datos bsicos para el desarrollo de la ingeniera

3.3.1.Energas (Utilities) disponibles:

3.3.1.1. Vapor de baja presin

La lnea de vapor de baja presin (4.5 bar) servir para calentar la mezcla de producto

que sale por fondo hacia el RE-3001 y as conseguir evaporar la mezcla para luego volverla a

insertar a la T-3001. Este vapor est generado por las calderas de la fbrica donde utilizan gas

natural y la corriente de salida por cabeza de la T-3001 como combustible para evaporar y

sobrecalentar agua industrial que proviene de las torres de refrigeracin.


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3.3.1.2. Propileno

La lnea de propileno servir como refrigerante para poder condensar producto en el E-

3001. Se utiliza este producto ya que se requiere bajar la temperatura hasta 7 C, cosa que conagua industrial no podra conseguir ya que su temperatura de entrada sera de 25 C. El

propileno viene del proceso posterior a ste donde el propano se deshidrogena para formar

dicho producto en un reactor cataltico y una posterior separacin de propano y propileno

mediante una columna de destilacin.

3.3.1.3. Energa elctrica

Es necesaria para el suministro de energa en las bombas, para su funcionamiento.

Tambin es necesaria en la instrumentacin (vlvulas automticas), iluminacin, panel de

control, etc. Esta energa proviene de la planta de alta tensin que contiene la fbrica donde

producen energa de alto voltaje a partir de la red elctrica convencional.

3.3.1.4. Equipos dinmicos

Como equipos dinmicos que contiene la plata estn las bombas que impulsan el lquido

que proviene del V-3001 para el reflujo hacia la T-3001. Estas bombas son de tipo centrfugas

ya que requiere impulsar el lquido a una altura considerable y son las que mejor responden a

este tipo de situaciones. Las bombas estarn dotadas de doble cierre mecnico para asegurarse

de que no haya ninguna fuga dada la peligrosidad de los productos. Al doble cierre mecnico

se le aadir un botelln con agua industrial que servir como indicador de fugas. Si la presin

del lquido aumenta querr decir que el primer cierre est roto, y si disminuye se habr roto el

segundo cierre. Si la presin del agua se mantiene igual al inicial querr decir que el doble

cierre mecnico est en perfecto estado.


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4. DESARROLLO DE LA INGENIERA BSICA

4.1.Elaboracin de diagramas

4.1.1.

De flujo del proceso (PFD)El diagrama se podr observar en el anexo A.12.

4.1.2.De control (PCD)

El diagrama se podr observar en el anexo A.12.

4.2.Diseo bsico de la torre de destilacin T-3001

4.2.1.Extraccin de datos

Primeramente antes de hacer el diseo de la torre se necesitan saber una serie de datos

importantes para la realizacin de sta. Gracias a los resultados obtenidos en el apartado 3.3.

se ha podido realizar un diseo ms estricto mediante el programa ASPENutilizando un

tipo de torre llamado Rad-Frac.Esta torre necesita ms especificaciones que con laDSTWU,

pero la manera de utilizar el programa es similar.

Una vez el programa converge y se obtiene un resultado correcto se puede recopilar los

datos necesarios, como caudales, temperaturas, presiones, densidades y tensiones

superficiales de lquido y gas en cada plato.

4.2.2.Diseo de platos (Hidrodinmica)

El diseo de los platos es necesario porque dictar el dimetro y la altura de la torre.

Para ello se escogen cuatro platos de la torre, pero no cuatro cualquiera sino dos de la zona de

enriquecimiento y dos de la zona de agotamiento. Estos sern los platos que tenga un mayor y

un menor caudal de lquido y gas en las dos zonas. Gracias al apartado 4.2.1. se puede saber


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cules son estos cuatro platos. Los platos son el nmero 3 y 13 para la zona de

enriquecimiento y 27 y 29 para la zona de agotamiento.

Cada plato ser diseado de la misma manera [ref 1], se podr observar el

procedimiento, que consiste en pasar una serie de test que marca un procedimiento especfico.

Los test a pasar son:

Velocidad mxima del lquido en el plato.

Rgimen de operacin (spray, froth o emulsion).

Cada de presin. Goteo total.

Goteo parcial.

Hidrulica del desguace.

Si el plato consigue pasar todos estos test, se podr decir que est bien diseado. El

procedimiento de los test se podr observar en el anexo A.3.

Una vez diseado los cuatro platos se proseguir a realizar el Turdown Check que

consiste en ver si el diseo de estos platos funciona para una disminucin o aumento de

caudal. Se obtiene que el diseo de los platos sirva para un caudal no inferior al 80% y no

superior al 100% del estipulado.

Otra cosa que hay que tener en cuenta es seleccionar el dimetro de la torre, en este caso

el valor del mayor dimetro de los platos diseados. Se ha de confirmar que este dimetro

sirva para todos los platos. Se obtiene que sirve para todos los platos ya que pasan todos los

test.

Con todos estos pasos se puede dar por finalizado el diseo hidrulico de los platos. A

continuacin se mostrar un apartado con los resultados obtenidos.


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4.2.3.Resultados

A continuacin se mostrarn las tablas con los resultados finales.

Tabla 4.1. Resultados de los test de cada plato

Plato 3 Plato 13 Plato 27 Plato 29Qlmax(m/s) 0.101 0.077 0.07 0.07Rgimen 1 Froth Froth Froth FrothRgimen 2 Emulsin Emulsin Emulsin EmulsinP (Pa) 361 315 307 685Goteo total No No No NoGoteo parcial No No No NoAltura de espuma (m) 0.473 0.527 0.768 0.768

Tabla 4.2. Dimensiones de cada plato

Plato 3 Plato 13 Plato 27 Plato 29D (m) 2.66 3.17 3.59 3.57At (m ) 5.58 7.87 10.1 10AB(m

2) 4.04 6.01 7.23 7.22dh(m) 0.004 0.004 0.006 0.006AD(m

2) 0.806 1.02 1.44 1.42Af(%) 14 15 11 11

S (m) 0.457 0.508 0.61 0.61LW(m) 2.45 3.04 3.44 3.42WW(m) 0.789 0.951 1.08 1.06hw(m) 0.051 0.051 0.051 0.051hcl(m) 0.043 0.043 0.043 0.043how(m) 0.119 0.119 0.119 0.119

4.2.4.Conclusin

Gracias a los valores obtenidos en el diseo de la hidrodinmica de los platos se puede

decir que se han pasado todos los test en cada uno de los platos. El dimetro final de la torre

ser de 3.6 metros, equivalente al plato ms grande, y una altura total de 25 metros.


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4.3.Eficiencia de los platos y de la torre

En este apartado se proceder a calcular la eficiencia de los platos y posteriormente la

de la torre, as se podr saber cuntos platos reales contendr la torre.Para el clculo de la eficiencia se utilizar la correlacin de OConnell. En el apartado

de anexo A.4. se podr observar el procedimiento.

4.3.1.Resultados

A continuacin se mostrarn las tablas con los resultados finales.

Tabla 4.3. Eficiencia de cada etapa

Etapa Eficiencia Etapa Eficiencia1 0.776 16 0.8432 0.784 17 0.8433 0.798 18 0.8444 0.814 19 0.8445 0.825 20 0.844

6 0.833 21 0.8447 0.837 22 0.8448 0.839 23 0.8449 0.841 24 0.84410 0.841 25 0.84511 0.842 26 0.84512 0.842 27 0.84513 0.842 28 0.84514 0.843 29 0.84515 0.843 30 0.845

Una vez calculadas se realiza la media de estas y se obtiene la eficiencia global de latorre, y este equivale a una eficiencia de 0.835. Multiplicando este valor por los platos

tericos se obtiene el nmero de platos reales que contendr la torre, estos equivalen a 34

platos.


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4.3.2.Conclusin

Que la torre de destilacin contenga al final 34 platos reales es buena seal ya que no se

esperaban muchos platos ms ya que el etano y el propano tienen puntos de ebullicinbastante diferentes y eso hace ms fcil la separacin.

4.4.Clculo del espesor de la torre de destilacin T-3001

Para poder saber cunto espesor necesita la T-3001 para poder aguantar la presin interna

se ha de realizar una serie de pasos.

4.4.1.Tipo de material

Teniendo en cuenta los productos con los que se trabaja y sus temperaturas de

ebullicin se puede buscar el material [ref 2]. En este caso como el propano es el compuesto

mayoritario en la torre se coge como referencia la temperatura de ebullicin de ste. El rango

de temperaturas es de -30 a 40 C, donde la temperatura de ebullicin del propano est entre

medio. El material seleccionado que cumple con esta condicin y se adecue a los productos es

un acero al carbono SA-516 de grado 70. A continuacin se mostrar una tabla con la

composicin de este acero:

Tabla 4.4. Composicin del acero SA-516 grado 70

Composicin %C 0.10/ 0.22Si 0.6Mn 1/ 1.7

P 0.03

S 0.03

Al 0.02

Cr 0.3


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Cu 0.3Ni 0.3Mo 0.08

Nb 0.01Ti 0.03V 0.02

Tambin ser de utilidad la tensin mxima que puede soportar este material para el

posterior clculo del espesor. En este acero esta tensin mxima es de 138MPa.

4.4.2.Hiptesis de trabajo

Para un buen funcionamiento del espesor se harn unas hiptesis de trabajo que a

continuacin se exponen:

Presin interna ser los 25 bar ms un 20% por si subiera la presin repentinamente,

en total 30 bar.

El clculo se realizar teniendo la torre llena de agua, a esto se le llama pruebahidrulica.

Como se realizar con la torre llena se ha de considerar la presin hidrulica que el

fluido ejercer sobre las paredes de la torre.

La torre se considerar como dos semi-esferas, la de cabeza y la del fondo, y un

cilindro como cuerpo.

4.4.3.Clculo del espesor

El clculo realizado se podr observar en el apartado de anexo A.5. el cual utiliza como

referencia bibliogrfica [ref 3].


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4.4.4.Resultados

A continuacin se mostrar una tabla con los resultados finales.

Tabla 4.5. Resultados del clculo de espesores

Semi-esfera superior Cilindro Semi-esfera inferiorR (m) 1.8 1.8 1.8P (Pa) 310 310 310V (m ) 12.2 208 12.2P hidrulica (Pa) 17.610 2.1710 2.3510PT (Pa) 3.2410 3.2210 3.0210Sm(MPa) 138 138 138t (cm) 2.32 5.02 2.49

4.4.5.Conclusin

Lo espesores calculados son coherentes respecto a valores reales que se encuentran en

equipos reales de este tipo. Como se puede observar se obtienen 3 espesores de diferente

valor, y claro est que no se puede hacer una torre que tenga una configuracin de pared

irregular ya que esto hara muy difcil su construccin. Por esto la torre ser diseada con elespesor ms grande ya que los otros dos aguantarn ms que de sobras la presin interna. En

este caso el espesor que contendr la torre entera ser de 5.02 cm.

4.5.Diseo de la instrumentacin y control

En este apartado se proceder a explicar en detalle todos los sistemas de control que hayen la instalacin. Para ello se describirn los sistemas de control en aquel equipo donde

acten.


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4.5.1.T-3001

4.5.1.1. FV-3001

Este sistema de control regula el caudal de entrada a la T-3001. Su sistema es simple yse basa en abrir o cerrar la vlvula de control segn lo que marque su indicador. En el

programa utilizado se le dicta una consigna que es de 55000 kg/h que tiene que pasar a travs

de la vlvula de control, este a su vez hace una estimacin del caudal que tiene que atravesar

en funcin del tiempo. Si el control nota que pasa demasiado caudal para el tiempo

transcurrido cerrar y si nota que pasa muy poco abrir.

4.5.1.2. TV-3001

Este sistema de control regula el caudal de reflujo que entra en la T-3001. Es un sistema

en cascada donde midiendo la temperatura de un plato hace regular el caudal que entrar, pero

este plato no puede ser cualquiera tiene que ser uno de los ms cercanos a la cabeza y aqul

donde haya un salto de temperatura entre platos ms grande respecto a los valores que

contienen los dems (plato sensible). En este caso este plato equivale al nmero 3. Con ello se

consigue tener siempre la entrada de reflujo correcta.

4.5.1.3. LV-3001

Este sistema de control regula el caudal de salida por fondo de la T-3001. Este control

es actuado por el nivel del fondo, es decir si la controladora nota que el nivel es ms pequeo

del ptimo cerrar para dejar que se acumule ms lquido en el fondo, pero si nota que el nivel

es demasiado grande al ptimo abrir para dejar pasar ms lquido y as evitar una posible

inundacin de la T-3001.


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4.5.2.RE-3001

4.5.2.1. LV-3002

Este sistema regula la cantidad de vapor de entrada al RE-3001. Se basa simplemente enabrir o cerrar la vlvula de control dependiendo el nivel del V-3001. Si la controladora nota

que el nivel del tanque es inferior al ptimo la controladora abrir para dejar pasar ms caudal

de vapor y as evaporar ms cantidad de mezcla para que no se vace el tanque, y si por el

contrario el nivel es superior cerrar la controladora para impedir el paso de vapor y evaporar

menos cantidad de mezcla y dejar que se vace el tanque hasta su nivel ptimo.

4.5.3.E-3001

4.5.3.1. TV-3002

Este sistema de control regula el caudal de propileno (refrigerante) que entra en el E-

3001. Es un sistema de control en cascada donde mide la temperatura en el V-3001. Si el

indicador marca ms temperatura del ptimo la controladora abrir para dejar pasar ms

caudal de refrigerante y as conseguir bajar la temperatura del condensado, si por el contrario

la temperatura del tanque es inferior al ptimo la controladora cerrar para impedir el paso de

refrigerante y dejar que la temperatura del tanque suba hasta su temperatura ptima.

4.5.4.V-3001

4.5.4.1. PV-3001

Este sistema de control regula la presin en el interior del V-3001. Un indicador de

presin estar mandando continuamente el valor de la presin a la controladora, si este manda

un valor por encima del ptimo la controladora abrir para aliviar y disminuir la presin en el

interior, por lo contrario si la presin es inferior al ptimo la controladora cerrar.

Como un aporte extra de seguridad en lo que conlleva a la composicin de cabeza se

ha instalado un cromatgrafo de gas en lnea (AW) que indicar en un rango de 15 minutos la

composicin de cabeza que hay en ese momento.


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4.6.Descripciones

En este apartado se proceder a describir cada uno de los cuatro equipos que contiene la

instalacin. A parte de una descripcin del funcionamiento se les adjuntarn unas fichas deespecificacin de cada equipo para una mejor comprensin.

4.6.1.Descripcin de la instalacin

4.6.1.1. T-3001

La torre de destilacin T-3001, tiene como finalidad conseguir separar el etano y

metano del propano, para que este ltimo pueda ser ms puro ya que se necesita para la

siguiente instalacin. La torre est dotada de las entradas y salidas de materia correspondiente

(reflujo, destilado, etc), pero adems se le incorpora entrada de nitrgeno para cuando haya

una parada y haya que vaciar la torre para su posterior mantenimiento. Y como mecanismo de

seguridad una vlvula tipo PSV. Su ficha de especificacin se podr observar en el anexo

A.6.1.

4.6.1.2. V-3001

El tanque de acumulacin de reflujo V-3001, tiene como finalidad almacenar

temporalmente el lquido de destilado que sale por cabeza de la T-3001. Tambin servir

como separador de la fase lquida de la fase incondensable. Este equipo es necesario ya que

todo lo que sale por cabeza no se puede recircular como reflujo ya que supondra un mal

funcionamiento de la T-3001, por ello se almacena. Su ficha de especificacin se podr

observar en el anexo A.6.2.

4.6.1.3. E-3001

El condensador E-3001 tiene como finalidad enfriar el producto que sale de cabeza de la

T-3001 para condensar el propano que pueda salir. El refrigerante utilizado para la


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condensacin del propano es propileno ya que su temperatura en estado lquido es de -40 C

aproximadamente. El agua en este caso no servira ya que su temperatura es de 25C y no

podra llegar a enfriar ms de esta temperatura y se necesita que enfre hasta 7C. La potencianecesaria para llevar a cabo esta condensacin es de -10.1 kW. Su ficha de especificacin se

podr observar en el anexo A.6.3.

4.6.1.4. RE-3001

El reboiler RE-3001 tiene como finalidad calentar la mezcla de lquido que cae por la

torre para evaporarla y as permitir la separacin de los productos en cabeza mediante la

condensacin de esta mezcla vaporizada. La potencia necesaria de este equipo ser aquella

que pueda calentar la mezcla de x kg/h a una temperatura de 68 C que equivale al producto

que tiene mayor punto de ebullicin. Esta potencia es de 10.2 kW. Su ficha de especificacin

se podr observar en el anexo A.6.4.


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5. SEGURIDAD EN EL DISEO DE LAS INSTALACIONES

5.1.Seguridad del proceso

Como herramientas que ayuden a la seguridad del proceso se ha realizado un Hazopyun Index Dow.

5.1.1.Hazop

Aplicacin de un examen crtico, formal y sistemtico de la instalacin, para evaluar el

riesgo potencial de la operacin o funcionamiento incorrecto de los componentes individuales

de los equipos, y los consiguientes efectos sobre la instalacin como conjunto.

Dicho examen est realizado a partir de los nudos ms peligrosos (temperatura, presin

y nivel) en la T-3001. Considerando estos tres factores, este estudio permitir que hacer o que

sistemas de control y seguridad instalar para arreglar o conseguir que no ocurra un fallo

catastrfico. Este examen se podr observar en el anexo A.6. tabla A.4.

5.1.2.Index Dow de incendio y explosin

Proporciona un valor numrico el cual permite identificar reas en las cuales el riesgo

potencial llega a un nivel determinado. Dicho valor ser calculado siguiendo las pautas que

marca [ref 4].

5.1.2.1. F&EI

El ndice de incendio y explosin se calcula mediante unas penalizaciones que marca el

mtodo, segn el tipo de unidad a estudiar, los productos que contiene, temperatura, presin,

etc. Y junto con el factor del material, que en este caso es el de la mezcla y casualmente es el

mismo valor para los individuales, conforman el F&EI. Todas estas penalizaciones y valor

final se pueden observar en la tabla A.5.


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5.1.3.Resultados

En el valor obtenido del F&EI se puede observar que la instalacin se encuentra en un

punto intenso, rozando el severo, de posibilidad de tener incendio o explosin, por esa mismarazn en el apartado 5.1.1. se detalla perfectamente el Hazop de la instalacin, donde se puede

ver que hacer en cada una de las situaciones peligrosas.

5.2.Proteccin de equipos

5.2.1.Proteccin contra la sobrepresin

Para la proteccin contra la sobrepresin ser instalar una vlvula de seguridad tipo

PSV en el T-3001 dnde aliviar la sobrepresin que pueda surgir dentro del equipo. Esta est

diseada para aliviar la sobrepresin 2 bar por debajo de la presin de diseo, esto sirve para

asegurarse de que no pueda romper la instalacin y para que tenga margen de trabajo.

Tambin como medida preventiva a la sobrepresin estar marcada por un sistema de

control bien diseado. Este se puede observar en el Hazop de la planta donde describe al

detalle las acciones a emprender en caso de que pueda ocurrir dicha sobrepresin.

5.3.Proteccin del proceso (antorcha)

Como una ltima proteccin del proceso se ha instalado una antorcha para que si se da

un problema en el proceso siguiente de la torre y no se quiera parar, la corriente de salida de

fondo se enviara a una antorcha para quemar el producto y as evitar que entre en la siguiente

instalacin.


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6. MANUAL DE OPERACIN

6.1.Puesta en marcha

Para una buena puesta en marcha de la planta se habr de seguir unos pasos ordenadospara no tener ningn fallo [ref 5]. A continuacin se mostrarn los pasos a seguir:

1. Actos previos a la puesta en marcha.

2. Eliminacin definitiva de materiales indeseables.

3. Llevar la columna a su presin normal de operacin introduciendo la alimentacin.

4. Alimentar reboiler con vapor y condensador con propileno.

5. Puesta en marcha del reboiler y el condensador.

6. Llevar la columna a las especificaciones deseadas.

Una vez realizado todos estos pasos, la columna ya podr funcionar con toda

normalidad.

6.1.1.Actos previos a la puesta en marcha

Antes de que la planta pueda empezar a funcionar se ha de someter a unos pasos

estrictos para evitar cualquier problema que pueda surgir en el futuro. Estos pasos consisten

en hacer comprobaciones varias en la columna para confirmar de que sta est en perfecto

estado para su arrancada. Los pasos a seguir sern los siguientes:

1. Soplado de todas las lneas.

2.

Presurizar y despresurizar la columna.

3. Purgar la columna.

4. Cegamiento y desenmascaramiento para eliminar fugas del material dentro de la

columna cuando se introduce aire.

5. Pruebas de fugas.

6. Lavado de columna.

7. Secado de columna (deshidratacin).


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La realizacin de todos estos pasos puede evitar una catstrofe ya que los productos son

inflamables, como puede verse en el anexo A.9. mediante sus fichas de seguridad, y pueden

producir un incendio en caso de que la columna contenga fugas. La presurizacin ydespresurizacin sirve para eliminar compuestos que pueda contener la columna, como

oxgeno, buen comburente para un incendio.

6.2.Parada de planta

La parada de planta es simplemente invertir el orden de pasos de la puesta en marcha,

aunque con alguna que otra variante:

1. Reducir las especificaciones.

2. Apagar el reboiler y el condensador.

3. Parar la entrada de alimentacin.

4. Drenar el lquido que haya quedado en el interior de la columna.

5. Cerrar las alimentaciones de vapor y propileno.

6. Llevar la columna a presin atmosfrica.

7. Eliminar materiales indeseables.

8. Preparar la columna para ser abierta a la atmsfera.

Una vez realizado estos pasos se pueden dar por finalizada el funcionamiento de la

planta y estar parada para un posterior mantenimiento o lo que se requiera.

6.3.Conclusin

Si este manual se sigue al pie de la letra no tiene por qu haber ningn problema a la

hora de poner la planta en marcha o en pararla. En la puesta en marcha los pasos ms

importantes son el nmero 2 y 5 de los actos previos, ya que evitaran un incendio por

combustin de oxgeno que no haya sido purgado por la despresurizacin y tambin una


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expansin trmica debido al paso de lquido a gas al estar en contacto con el exterior (donde

hay presin y temperatura atmosfrica) por culpa de una fuga.

En la parte de parada de planta los dos pasos ms importantes son el nmero 4 y 6 ya

que en el paso 4 se dara el mismo problema comentado anteriormente por el cambio de fase

brusco y el 6 porque si no se despresuriza la torre a la hora de hacer el mantenimiento alguien

podra abrir alguna de las bocas de hombre y toda la presin que contiene la columna le

impactara y posiblemente le causara la muerte.


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7. ESTUDIO ECONMICO

7.1.Cuenta de resultados

Para poder realizar un estudio econmico se ha de saber todo aquello que supondr ungasto econmico en la planta, costes de operacin. A continuacin se mostrar una lista.

Coste de la energa requerida.

Coste de mantenimiento.

7.1.1.Coste de la energa requerida

Claro est que para que la planta funcione necesitar el suministro de energa elctrica,

para poder calcular el coste total se necesita saber el coste de la energa en /kWh [ref 9], la

cantidad de esta que necesita cada equipo en kW y el tiempo que estar la planta en

funcionamiento en horas. Las bombas requieren una potencia de 15 kW cada una y el resto

(instrumentacin) una potencia de 1.5 kW. El tiempo de funcionamiento ser de unas 7920

horas anualmente, equivalente a 330 das. Y el precio de la energa hoy en da es de 0.11

/kWh. Por lo tanto si se multiplican estos tres factores se obtiene el coste total de energa a

suministrar anualmente, y este valor corresponde a 2.74104.

Pero el factor ms determinante de energa es la cantidad de vapor que consume la

columna. Mediante los kilogramos que se evaporan en el reboiler cada hora (se puede

observar en la tabla A.14) se puede saber la cantidad de vapor que requiere dicha evaporacin

sabiendo que la relacin mezcla y vapor es de 7/1, es decir, con 1 kg de vapor se puede

evaporar 7 kg de mezcla, la cantidad de vapor consumida es de 22.4 T/h. El precio de

mercado que cuesta dicho vapor es de 18 /T. El coste final del consumo de vapor ser de 3.2

M/anuales.


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7.1.2.Coste del mantenimiento

El coste se ha estimado teniendo en cuenta la inversin inicial de la planta. El precio del

mantenimiento ser igual a un 3% de la inversin inicial. El coste final es de 0.313M/anuales.

7.1.3.Margen de beneficio

La planta gana dinero gracias a la separacin de los dos productos, etano y propano. El

propano al salir ms puro es mucho ms til para el siguiente proceso donde lo deshidrogenan

y forman propileno para poder fabricar plsticos, por lo tanto ms beneficio al mejorar la

reaccin con un producto ms puro. La produccin anual de la planta es de 350000 T/ao,

pero gracias a esta nueva columna se podr incrementar esta produccin hasta 4900 T/ao

ms. Por lo tanto el margen de beneficio es esta cantidad multiplicado por el precio al que se

vende el producto final, que es de 400 /T. Finalmente el valor obtenido es de 1.96

M/anuales.

7.2.Inversin inicial

Todos los costes comentados anteriormente son costes anuales, es decir, cada ao se

deber gastar la planta dinero en ellos (teniendo en cuenta que los precios de la energa y

materias pueden cambiar). Pero el coste que solamente se deber de abonar en un ao es la

inversin inicial, en este caso el coste de la instalacin de la planta.

7.2.1.Coste de la instalacin

Este coste representa la inversin que se ha de hacer para la compra e instalacin de

cada uno de los equipos, tuberas e instrumentacin de la planta. Para ello se ha calculado el

coste de la torre mediante unas correlaciones y tablas extradas de la [ref 6]. Una vez

calculado se ha realizado una estimacin muy aproximada y es que el coste de la torre


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representa el 20% del coste total de la instalacin. En el anexo A.9. se podr observar el

procedimiento de clculo.

7.2.2.Resultados

A continuacin se mostrar una tabla con los resultados obtenidos.

Tabla 7.1. Resultados del clculo del coste de la torre

Parmetro Valor UnidadesK1 3.4974 -K2 0.4485 -K3 0.1074 -V 232 mCP 1.4510 $P 25 barD 3.66 mFP,vessel 9.55 -FM 1 -B1 2.25 -

B2 1.82 -CBM 2.8410 $

Como se puede observar el coste total de la torre es de 2.84 M$, por lo tanto si supone

el 20% de toda la inversin, esta ser de 14.2 M$.

7.3.

Evaluacin global de la inversin (TIR, VAN)El VAN y el TIR son dos mtodos que te permiten calcular la rentabilidad de tu

inversin. La planta quiere que la rentabilidad o tasa mnima sea del 10%. A partir de aqu

para que la inversin sea viable, el VAN tiene que dar positivo y el TIR tiene que dar un valor

ms grande que la tasa mnima fijada. A continuacin se mostrar las ecuaciones utilizadas:

AN A

s

1 is (.1)

n

s1


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DondeA representa la inversin inicial, Qs representa el cashflow, i representa la tasa

mnima, ys representa los aos transcurridos.

0A 11r1 21r2 n1rn (.2)Donde r representa el valor del TIRque tiene que dar para que se cumpla esta ecuacin.

Como resultados finales se puede decir que la inversin no es viable ya que el VAN

obtiene un valor de -20 M$ y el TIR 8% no llegado a la tasa mnima. Esto es debido a que los

costes de operacin son ms grandes a los beneficios.

7.4.Conclusin

La inversin para esta nueva planta no es rentable ya que el balance econmico no ha

dado positivo. La cantidad de vapor a suministrar es demasiado grande y esto puede ser

debido a que las especificaciones de cabeza y de fondo sean excesivas. Posiblemente bajando

las especificaciones y haciendo una simulacin ms rigurosa la columna pueda llegar a ser

rentable.


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8. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[ref 1]

Distilliation Design by Henry Z. Kister.[ref 2]

An international code, 2007 ASME Boiler & Pressure Vessel Code, II Part D, Properties

(metric) materials

[ref 3]

Manual de recipientes a presin, diseo y clculo by Eugene F. Megyesy.

[ref 4]

ndice de incendio y explosin, gua para la clasificacin de riesgos, 5 edicin.

[ref 5]

Distillation Operation by Henry Z. Kister.

[ref 6]

Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes by Richard Turtotn/Richard C.

Bailie/Wallace B. Whiting/Joseph A. Shaeiwitz- Third edition.

[ref 7]

Apuntes de la asignatura de tercero D.O.S (diseo de operaciones de separacin).

[ref 8]

Apuntes de la asignatura de tercero S.A.P.Q (simulacin y anlisis de procesos qumicos).

[ref 9]

http://www20.gencat.cat/docs/icaen/03_Planificacio%20Energetica/Documents/Arxius/FULL

PREU.pdf

[ref 10]

http://www20.gencat.cat/docs/icaen/03_Planificacio%20Energetica/Documents/Full%20de%

20preus%20energia/Arxius/GAS%20TAR%20I%20GLP.pdf


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ANEXOS


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A.1. PLANIFICACIN (DIAGRAMA DE GANTT)


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A.2. MTODO SHORT CUT

La primera parte consta de realizar el balance de materia en la torre para determinar la

cantidad de materia que hay en cada corriente de salidas de la torre junto con la presin y

temperatura de stas. Para ello se utilizar la ecuacin deHengstebeck (A.1).

lnniDniRAlni,M (A.1)

La A y B son constantes que servirn para calcular las fracciones molares de cada

compuesto, no cambian.

Una vez se obtienen las fracciones molares de cada corriente (cabeza y fondo) se

proceder a calcular el nmero de platos que contendr la columna para que pueda separar los

compuestos segn las especificaciones mencionadas anteriormente.

Para ello primero se calcular el nmero de platos tericos (A.2) ecuacin de Fenske,

luego el reflujo mnimo a partir de la q que significa si la corriente entra en estado lquido o

gaseoso, dependiendo de su valor (1=lquido, 0=gas). El valor de qes 0.98 ya que la corriente

entra en estado lquido pero contiene metano disuelto en forma gaseosa y ste esincompresible. Con ello se calcula la (A.3) que servir para calcular el reflujo mnimo (A.5)

ecuaciones de Underwood, ya que este valor es el mismo.

Nmin

ln xCLxCP

D

xCPxCL

R

lnCL,CPm A.2

Donde las siglas CLy CPsignifican clave ligero y pesado que son el etano y el propano

respectivamente, CL,CPes la volatilidad relativa entre ellas.

1 q xF,i ii

i

A.3

Donde qes el valor el cual determina en qu estado entra a la torre, en este caso es de

0.98 (prcticamente lquido) ya que el metano es incondensable pero al representar muy poca


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materia respecto al total se solubiliza en la mezcla lquida, i (A.4) es la volatilidad media

relativa que representa mejor cada compuesto en toda la columna y se calcula de la siguiente

manera:

iDFR3 A.4rmin 1 xD,i i

i i

A.

Una vez calculado el reflujo mnimo ste se multiplica por 1.1 que es el criterio de

reflujo de operacin establecido por el mtodo Guilliland en el que puede ir de 1.1 a 1.5.

Con este mismo mtodo se calcular el nmero de platos reales (A.6) utilizando la

correlacin deMolokanovque es la mejor que se ajusta, y el plato de alimentacin (A.8).

NNminN1 1exp 14.1111.2 10. (A.6)

Donde (x.7) es igual a:

rrminr1 (A.)

Nalim

NNmin,rec

Nmin (A.8)

Donde Nmin,rec (x.9) es igual a:

Nminln xCL

xCP

D

xCPxCL

F

lnCL,CPm A.9


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A.2.1. Resultados

A continuacin se mostrarn unas tablas con los resultados obtenidos por los dos

mtodos nombrados en el apartado 3.2.1. y 3.2.2.

Tabla A.1. Resultados del mtodo Short Cut yFUGy ASPEN

xF (msico) mF (kg/h) xD (msico) mD (kg/h) xR (msico) mR (kg/h)

Metano 5.4710-5 3.01 9.9210-3 2.99 2.3310-13 1.2710-8Etano 9.5710-3 526 0.925 525 9.6710-6 0.526Propano 0.981 5.41104 6.4710-2 54 0.991 5.39104n-Butano 7.9310-3 436 3.9910-4 0.438 810-3 435.6i- Butano 1.1210-3 61.8 5.7310-5 6.2910-2 1.1310-3 61.7

Tabla A.2. Resultados del mtodo Short Cut yFUG

Alimentacin Cabeza FondoPresin (bar) 25 24.4 24.8Temperatura (C) 25 3.87 68.1

Tabla A.3. Resultados del mtodo ASPEN

Alimentacin Cabeza FondoPresin (bar) 25 24.4 24.8

Temperatura (C) 25 4.02 67.8


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A.3. CLCULO DE LA HIDRDINAMICA DE PLATOS

El primer paso es especificar una serie de valores iniciales:

S = distancia entre platos = 18 in para la seccin de cabeza y 24 in para la de fondo

como primera aproximacin.

hw = altura de la pared del desguace = 2 in como primera y mejor aproximacin, con

la restriccin de que hW< S/6.

Af = fraccin de rea perforada = rango entre 0.05 y 0.15.

t = grueso de los platos (acero al carbono) = 0.135 in.

dH = dimetro de los agujeros = valores entre 1/8 y 1/2 in.

Np

= nmero de pasos del lquido por el plato = 1 si QL/L

W< 13 gpm/in.

SF = factor de seguridad = 0.9

% ind = porcentaje de inundacin = 0.7 como primera aproximacin.

LW= 0.8dT como primera aproximacin, luego se recalcular.

dT = dimetro total del plato = probar valores hasta pasar los test.

hcl = espacio entre el plato y la pared del desguace = hw+ hcl= entre 0.25 y 0.5 in.

A.3.1. Primer test (velocidad mxima del lquido por el plato)

Este primer test consiste en calcular la velocidad mxima del lquido por el plato. A

continuacin se mostrar un seguido de clculos mediante correlaciones y grficas por el

mtodo deKister.


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Lo primero que hay que hacer es recalcular la LW mediante la figura A.1.

Figura A.1. Grfica de diseo para un desguace lateral (Kister 1992).

De aqu se obtiene que para un valor de AD hay dos porcentajes, la de LWy la de WW

(anchura de cada del desguace). Estos porcentajes multiplicados por el dT dan como resultado

los verdaderos valores de estos.

Donde AD (rea del desguace) es igual a:

AD0.112dT2 (A.10)Seguidamente se proceder a calcular la velocidad mxima del lquido por el plato con

la siguiente ecuacin:


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D,max

448 S12tR (A.11)

Donde tRes un valor sacado de la figura A.2.

Figura A.2. Curva de Koch.

Finalmente el test se considerar pasado si el valor QD,max QD, donde QD es igual al

caudal de lquido dividido por el rea del desguace en gpm/ft2.

A.3.2. Segundo test (rgimen de trabajo)

hctH2O 0.29Af0.91dH0.83310.0036

LL 0.9Af1.9 (A.10)


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Si el valor de uBes mayor a uNel proceso trabaja en rgimen froth sino se trabajara en

spray lo que conlleva a pasar de nuevo el test ya que este rgimen no es bueno para la torre.

A.3.1.2. Transicin froth-emulsin

Para determinar en que rgimen de operacin de esta segunda transicin se trabaja se ha

de calcular un seguido de valores:

FlvL

L

(A.20)

A0.61dt2 (A.21)DondeABes el rea de burbujeo.

p0.91d

TAf

0. (A.22)

Dondep es el Pitch (disposicin triangular).

hc2.08 FlvNpAL

p0.2 h0. (A.23)

FlvNpALhc 0.0208 (A.24)Si el valor obtenido de la ecuacin A.24 da igual o ms pequeo que el reflejado se

estar trabajando en rgimen froth, lo que sera muy buen rgimen, pero si no es as se estar

trabajando en rgimen emulsin, que no es mal rgimen, y igualmente hace pasar el test.


46/89


214161

A.3.3. Tercer test (cada de presin)

En este tercer test se proceder a calcular la cada de presin de los platos, lo ptimo

sera que esta cada de presin fuera entre 0.08 y 0.12 psi, pero si es inferior o superior

(aunque no demasiado) no pasara nada, siempre y cuando no produzca goteo. A continuacin

se mostrar el procedimiento a seguir:

Figura A.3. Coeficiente de descarga (Co).


47/89


214161

Figura A.4. Factor de correccin del desguace (FW).

Figura A.5. Factor de aeracin ().


48/89


214161

Mediante estas tres figuras se obtendrn valores que se necesitan para poder calcular los

siguientes parmetros:

how0.48FL L 2/3

(A.2)

Donde howequivale a la altura de lquido por encima de la pared del desguace.

hChwhow (A.26)

Donde hCrepresenta la cada de presin debido al peso del lquido encima del plato.

hLhC (A.2)Donde hL representa la cada de presin debido a que el vapor tiene que atravesar el

lquido.

uh AAf (A.28)

hd0.186 uh2Co

2

L

(A.29)

Donde hdrepresenta la cada de presin en seco, debido al paso de vapor a travs de los

orificios del plato.

Finalmente se podr calcular la cada de presin en el plato con la siguiente ecuacin:

PhtLghdhLLg (A.30)Dondeg representa la fuerza de la gravedad yPla cada de presin.


49/89


214161

A.3.4. Cuarto test (goteo total)

En este cuarto test se proceder a comprobar que no haya goteo total en los platos ya

que supondra un mal funcionamiento de la torre.

Figura A.6. Correlacin de Chan y Prince para el punto del vertedero (FH1).

FH2uh (A.31)Si el valor de FH2 > FH1 supondr que no hay goteo total, pero si es al contrario habra

que volver a pasar los test.

A.3.5. Quinto test (goteo parcial)

En este quinto test se proceder a comprobar que no haya goteo parcial en los platos,

pero en el caso de que haya si no supone ms de un 10% del total no pasa nada, el

funcionamiento de la torre no se ver daada por ello.


50/89


214161

h 0.04

LdH (A.32)

Para que no haya goteo parcial se tiene que cumplir que: hd+ h< hw+how, y si no se

cumple habra que mirar el porcentaje de goteo parcial que representa.

A.3.6. Hidrulica del desguace

El clculo de la hidrulica del desguace es importante para saber la altura de la espuma

en el desguace, ya que si es demasiada puede hacer funcionar incorrectamente la torre.

hda0.03 L100Ada

2

(A.33)

DondeAdarepresenta el rea mnima que ha de atravesar el lquido por el desguace. Se

coger el valor ms pequeo entre el ADy la multiplicacin de LWy hcl, y hda representa la

prdida de carga debido al paso del lquido por el desguace.

hdchthChda (A.34)Donde hdc representa la estimacin de la altura de lquido que tiene que haber en el

desguace.

hdc

hdc

dc

(A.3)

Donde hdcrepresenta la altura de espuma en el desguace y es un factor de aeracin,

que en este caso equivale a 0.6. Finalmente para que la hidrodinmica del desguace est bien

calculada tiene que cumplir la siguiente limitacin:

hdc

S

hw

80100

(A.36)


51/89


214161

A.4. CLCULO DE EFICIENCIA DE PLATOS

Para el clculo se utilizarla correlacin de OConnell:

EOC0.492L0.24

(A.3)

Donde Lrepresenta la viscosidad del lquido en cada plato y la volatilidad relativaCL, CP media.

Una vez calculada las eficiencias en cada etapa, el global de la torre simplemente ser

hacer una media de todos los valores.


52/89


214161

A.5. CLCULO DE ESPESOR DE LA TORRE

El clculo se realizar en tres partes ya que cada figura geomtrica aguanta la presin de

manera diferente. El mtodo seleccionado para el clculo ser utilizar el cdigo ASME ya que

es el ms conservador.

A.5.1. Semi-esfera superior

Para la parte superior se ha de tener en cuenta la presin de cabeza, el radio de la semi-

esfera que ser igual a la mitad del dimetro de la torre, la fuerza de la gravedad, la tensin

mxima del material y la densidad del agua. Todo esto servir para calcular el volumen

interior A.38, y la presin hidrulica A.39 que sumada a la presin de cabeza se obtiene la

presin mxima que llegar a tener la torre por cabeza. Tambin se ha de tener en cuenta que

hay un factor de seguridad que interviene en la ecuacin A.40 que ser igual a 0.85, valor

tabulado en la bibliografa escogida.

43R3 (A.38)

PHARg (A.39)Donde A representa la densidad del agua, 998 kg/m3.La presin total ser la suma de la presin hidrulica y la presin mxima que puede

alcanzar el proceso.

Una vez se tienen estos valores ya se puede proceder a hacer el clculo del espesor de la

cabeza de la torre necesaria para aguantar la presin.

t PTR2E0.2PT (A.40)

Donde tes igual al espesor, PT es igual a la presin total, Res el radio interior de la

semi-esfera,Ees el valor del factor de seguridad y Smes la tensin mxima del material.


53/89


214161

A.5.2. Cilindro

Para la parte del cuerpo de la torre se necesitan los mismos valores que para la parte de

cabeza, pero adems se necesita saber la altura de sta para poder calcular el volumen interior.

La altura del cilindro es igual a la suma de los espacios que hay entre plato, este es igual a

20.4 metros.

Tambin hay que tener cuidado con la presin hidrulica porque ahora a parte del

volumen de agua del cilindro se ha de tener en cuenta la de la semi-esfera de arriba ya que

ejerce presin sobre el cilindro tambin.

Una vez se tienen estos valores ya se puede proceder a hacer el clculo del espesor del

cuerpo de la torre necesaria para aguantar la presin.

t PTRE0.6PT (A.41)

A.5.3. Semi-esfera inferiorEl clculo de esta parte de la torre se hace de la misma forma que en la semi-esfera

superior, con la misma ecuacin A.40, pero lo nico que cambia es la presin hidrulica

porque se ha de tener en cuenta todo el volumen de lquido que contiene la torre.


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214161

A.6. FICHAS DE ESPECIFICACIN DE EQUIPOS

A continuacin se mostrarn cada ficha de especificacin de cada equipo.


55/89


214161

A.6.1. T-3001

1

2

3

4

56

7

8

9 Torre de destilacin

10 Mezcla: metabo, etano, propano, N-butano y Isobutano

11 TEMPER. 25.00 C

12 25.00 kg/cm2g

13 kg/m3

14 3.60 m

15 25.00 m

16 50.20 mm 70 C

17 esfrico 30 kg/cm2 g

18 esfrico kg/m3

19 m3 4.7 kg/cm2 g

20 m3

21 1105 kg 3 mm

22 0.85

23

24 parcial

25

26

27

28

29

30

31

32

3334

35

36

37

38

39

40

41

42

43 CANT. D.N.

44 1

45 1

46 1

47 148 1

49 1

50 S2 1 Salida por la PSV T-3001

51 S3 1 Salida de producto hacia el RE-3001

52 S4 1 Salida de producto por el fondo

53 1

54 1

55 1

56 1

T3 1

57 1

TUBULADURAS

T1 Indicador de temperatura

L1 Indicador de nivel

N1 Entrada de nitrgeno a T-3011

T2 Indicador de temperatura

Salida de nitrgeno de T-3001N2

E2 Entrada de reflujo

E4 Posible conexin futura

S1 Salida de destilado por cabeza

E1 Corriente de entrada a la T-3001

E3 Entrada de producto que proviene del RE-3001

SA-516 grado 70

MARCA SERVICIO RATING

JUNTAS EXTERNAS SA-516 grado 70

SOPORTES EXTERIORES

TORNILLOS/TUERCA S EXTER. SA -516 g rado 70

JUNTAS INTERIOR SA-516 grado 70

SOPORTES PARA INTERNOS SA-516 grado 70

TORNILLOS/TUERCAS INT. SA-516 grado 70

PLACA PARTICIN SA-516 grado 70CORTACORRIENTES SA-516 grado 70

SA-516 grado 70

BRIDAS TUBULADUR. SA-516 grado 70

TUBULADURAS SA-516 grado 70

BRIDAS CUERPO SA-516 grado 70

MATERIAL

ES

DESCRIPCIN COMENTARIOS

CUERPO

VALONA BRIDAS CUERPO

TAPAS/FONDOS SA-516 grado 70

VOL. TOTAL

ALIVIO DE TENSIONES

PINTURA RADIOGRAFIADO

SA-516 grado 70

DISEO

NEUMTICA

INSTALACIN EFICACIA DE SOLDADURA

VOL. / PESO

PESO ESPESOR DE CORROSIN

HIDRALICAPRESIN DEVOL. TIL

OPERACIN DESCRIPCIN

CONSTRUC

CIN

DIMENSIONES

FONDOS

PRESIN

DENSIDAD

AISLAMIENTO

ESPESOR

SERVICIO

PRODUCTO

LONG. / ALT.

DIMETRO

DISEOYPR

UEBA

SUPERIOR PRESIN

INFERIOR DENSIDAD

REVISADO

ASME. Sec VIII div. 1

DE

PRUEBA

CONDICIONES TEMPERAT.

CDIGOS

EMPRESATEM N UNIDADES

PLANTA Deetanizadora

1

21/05/2014

Equipo 16

APROBADO

N

HOJA N

EMPRESA URVT-3001

FECHA

FBRICA Tarragona PREPARADO


Indicador de temperatura

1 de 2PROYECTO ESPECIFICACIN


56/89


214161

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

2021

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

3435

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

4849

50

51

52

53

54

55

56

1

REVISADO

APROBADO

SERVICIO

N UNIDADES

EMPRESATEM

PREPARADO Equipo 16

FECHA 21/05/2014T-3001

PLANTA

EMPRESA

FBRICA

N

HOJA N 2 de 2PROYECTO ESPECIFICACIN


57/89


214161

A.6.2. V-3001

1

2

3

4

56

7

8

9 Tanque acumulador de reflujo


11 TEMPER. 12.00 C

12 24.40 kg/cm2g

13 kg/m3

14 m

15 m

16 mm 7 a 13 C

17 esfrico 24.4 kg/cm2 g

18 esfrico kg/m3

19 m3 kg/cm2 g

20 m3

21 kg 3 mm

22 0.85

23

24 parcial

25

26

27

28

29

30

31

32

3334

35

36

37

38

39

40

41

42

43 CANT. D.N.

44 1

45 1

46 1

47 148 1

49

50

51

52

53

54

55

56

57

TUBULADURAS

S2 Salida de materia incondensable

S1 Salida de emergencia por la PSV V-3001


E1 Corriente de entrada de destilado a la V-3001



SOPORTES EXTERIORES SA-516 grado 70






SA-516 grado 70




MATERIAL

ES


CUERPO



VOL. TOTAL

ALIVIO DE TENSIONES


SA-516 grado 70

DISEO

NEUMTICA


VOL. / PESO



OPERACIN DESCRIPCIN

CONSTRUC

CIN

DIMENSIONES

FONDOS

PRESIN

DENSIDAD

AISLAMIENTO

ESPESOR

SERVICIO

PRODUCTO

LONG. / ALT.

DIMETRO

DISEOYPR

UEBA

SUPERIOR PRESIN

INFERIOR DENSIDAD

REVISADO


DE

PRUEBA


CDIGOS



1

21/05/2014

Equipo 16

APROBADO

N

HOJA N

EMPRESA URVV-3001

FECHA


S3 Salida de reflujo del V-3001



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214161

1

2

3

4

5

6

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9

10

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12

13

14

15

16

17

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2021

22

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28

29

30

31

32

33

3435

36

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38

39

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42

43

44

45

46

47

4849

50

51

52

53

54

55

1

REVISADO

APROBADO

SERVICIO

N UNIDADES

EMPRESATEM

PREPARADO Equipo 16

FECHA 21/05/2014V-3001

PLANTA

EMPRESA

FBRICA

N



59/89


214161

A.6.3. E-3001

1

2

3

4

56

7

8

9 Condensador


11 TEMPER. 12.00 C

12 24.40 kg/cm2g

13 kg/m3

14 m

15 m

16 mm 7 a 13 C

17 esfrico 24.4 kg/cm2 g

18 esfrico kg/m3

19 m3 kg/cm2 g

20 m3

21 kg 3 mm

22 0.85

23

24 parcial

25

26

27

28

29

30

31

32

3334

35

36

37

38

39

40

41

42

43 CANT. D.N.

44 1

45 1

46 1

47 148 1

49 1

50

51

52

53

54

55

56

57

TUBULADURAS

S1 Salida de refrigerante del E-3001

S3 Salida de emergencia por la PSV E-3001


E2 Entrada de refrigerante (propileno) a E-3001

E1 Corriente de entrada de destilado a la E-3001









SA-516 grado 70




MATERIAL

ES


CUERPO



VOL. TOTAL

ALIVIO DE TENSIONES


SA-516 grado 70

DISEO

NEUMTICA


VOL. / PESO



OPERACIN DESCRIPCIN

CONSTRUC

CIN

DIMENSIONES

FONDOS

PRESIN

DENSIDAD

AISLAMIENTO

ESPESOR

SERVICIO

PRODUCTO

LONG. / ALT.

DIMETRO

DISEOYPR

UEBA

SUPERIOR PRESIN

INFERIOR DENSIDAD

REVISADO


DE

PRUEBA


CDIGOS



1

21/05/2014

Equipo 16

APROBADO

N

HOJA N

EMPRESA URVE-3001

FECHA


S2 Salida de destilado del E-3001



60/89


214161

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

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12

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14

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2021

22

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30

31

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3435

36

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46

47

4849

50

51

52

53

54

55

56

1

REVISADO

APROBADO

SERVICIO

N UNIDADES

EMPRESATEM

PREPARADO Equipo 16

FECHA 21/05/2014E-3001

PLANTA

EMPRESA

FBRICA

N



61/89


214161

A.6.4. RE-3001

1

2

3

4

56

7

8

9 Reboiler


11 TEMPER. 68.00 C

12 24.80 kg/cm2g

13 kg/m3

14 m

15 m

16 mm 65 a 70 C

17 cilindro 24.8 kg/cm2 g

18 esfrico kg/m3

19 m3 kg/cm2 g

20 m3

21 kg 3 mm

22 0.85

23

24 parcial

25

26

27

28

29

30

31

32

3334

35

36

37

38

39

40

41

42

43 CANT. D.N.

44 1

45 1

46 1

47 148 1

49 1

50

51

52

53

54

55

56

57

S2 Salida del vapor de baja presin


N

HOJA N

EMPRESA URVRE-3001

FECHA


APROBADO

21/05/2014

Equipo 16

TEM N UNIDADES


1

DE

PRUEBA


CDIGOS

EMPRESA

DENSIDAD

REVISADO


ESPESOR

SERVICIO

PRODUCTO

LONG. / ALT.

DIMETRO

DISEOYPR

UEBA

SUPERIOR PRESIN

INFERIOR

VOL. TIL

OPERACIN DESCRIPCIN

CONSTRUC

CIN

DIMENSIONES

FONDOS

PRESIN

DENSIDAD

AISLAMIENTO

DISEO

NEUMTICA


VOL. / PESO


HIDRALICAPRESIN DE

VOL. TOTAL

ALIVIO DE TENSIONES


SA-516 grado 70



MATERIAL

ES


CUERPO

VALONA BRIDAS CUERPO SA-516 grado 70











E1 Corriente de entrada de producto del fondo al RE-3001


E2 Entrada de vapor de baja presin al RE-3001

S1 Salida del producto hacia T-3001

S3 Salida de emergencia por la PSV RE-3001

TUBULADURAS


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214161

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

2021

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

3435

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

4849

50

51

52

53

54

55

56

ESPECIFICACIN

FBRICA

N

HOJA N 2 de 2PROYECTO

PLANTA

EMPRESA

PREPARADO Equipo 16

FECHA 21/05/2014RE-3001

TEM N UNIDADES

EMPRESA1

REVISADO

APROBADO

SERVICIO


63/89


214161

A.7. HAZOP DE LA T-3001

A continuacin se mostrar una tabla donde se detalla el Hazop de la planta.

Tabla A.4. Hazop de la T-3001

Nudo Palabra clave Desviacin Posibles causas Consecuencias Res

Nivel Ms Ms nivel en el

fondo de T-3001

Error controlador

LT del LV-3001(lee menos nivel delreal)

Inundacin de la

columna. Noconsecuencias deseguridad

Menos Menos nivel en elfondo de T-3001

Error controladorLT del LV-3001(lee ms nivel del

real)

La tasa derecirculacin del

reboiler disminuye

Temfondpor l

30Pos

No No flujoalimentacin en T-

3001

Error (cierra) FV-3001

Inestabilidad en T-3001 con arrastre a

los platos. Noconsecuencias deseguridad

Falta suministro Inestabilidad en T-3001 con arrastre a

los platos. Noconsecuencias de

seguridadNo flujo en elreflujo T-3001

Error (cierra) TV-3001

Temperatura msgrande en cabeza yproducto fuera de


64/89


214161

especificacin. Noconsecuencias de

seguridadMs Ms nivel en V-

3001Error controlador

TV-3001 (leemenos nivel del

real)

Posibilidad deinundacin del V-3001 con aumento

de presin porencima diseo.

Ruptura catastrfica

Si lsuperiabre

Menos Menos nivel en V-3001 Error controladorTV-3001 Cavitacin de P-3001A/B D

No Flujo de entrada alV-3001

Falta suministro Cavitacin de P-3001A/B

Parapor

Presin Menos Presin en T-3001 Fallada del PC delPV-3001

Disminuye presinen T-3001 y V-3001

Mas Presin en V-3001 Fallo en PC del PV-3001 (cierra)

Aparecenincondensables al

tanque, roptracatastrfica de T-

3001 y V-3001

EnclaPC, p

Fuego externo Ruptura catastrficade T-3001 y D-3001

con escape deinflamables

EnclaPC, p

Fallada delrefrigerante

Ruptura catastrficade T-3001 y D-3001


EnclaPC, p

Fallo de bombas P-3001A/B

Inundacin de V-3001 y E-3001

EnclaPC, p


65/89


214161

Menos Presin en V-3001 Fallo en PC del PV-3001

Disminuye presinen V-3001 y E-

3001. Noconsecuencias de

seguridadMs Presin en T-3001 Fuego externo Ruptura catastrfica

de T-3001 y V-3001con escape de

inflamables

EnclaPC, p

Fallo refrigeracin Ruptura catastrficade T-3001 y V-3001


EnclaPC, p

Fallo de bombas P-3001A/B

Inundacin de V-3001 y E-3001. Con

el tiempo fallarefrigeracin

EnclaPC, p

Falla FC del TV-3001 (cierra)

Aumenta la presin EnclaPC, p

Falla PC del PV-3001

Aparecenincondensables.

Rotura catastrficade T-3001 y V-3001

EnclaPC, p

Menos Presin en T-3001 Falla PC del PV-3001

Disminuye presinen T-3001 y V-

3001. Noconsecuencias de

seguridadTemperatura Ms Temperatura en T- Ruptura del E-3001 Con el tiempo falla PSV


66/89


214161

3001 refrigeracin.Aumenta presin en

T-3001Menos Temperatura en T-

3001Disminuye presin

en T-3001Posible fuga degases. Aumenta

caudal de lquido.Sobrepresin

Abr

Ms Temperatura en V-3001

Disminuye el caudalde E-3001

Aumenta presin enV-3001

Menos Temperatura en V-3001 Disminuye presinen V-3001 Baja la temperaturaen la T-3001Disminuye

temperatura en T-3001

Disminuye presinen V-3001

Otros Otros Composicin deentrada diferente

Materia primadiferente

Composicin desalida T-3001 no

vlidaAs well as Corrosin Materia prima con

impurezascorrosivas

Rotura de tuberas


67/89


214161

A.8. INDEX DOW

A continuacin se mostrarn unas tablas con el procedimiento del Index Dow

Tabla A.5. Index Dow (F&EI):

1.Riesgos generales del proceso PenalizacionesFactor del material 21A.Reacciones exotrmicas 0B.Reacc

COLUMNA DEETANIZADORA

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