EJEMPLO: Constitucion de la plantaLa planta de produccin de acetaldehido est constituida por las siguientes reas:

rea 100-Tanques de almacenamiento de reactivos: En esta rea se encuentran cuatro tanques criognicos de etileno colocados en el interior de un cubeto de retencin con el fin de evitar posibles fugas.

rea 200-rea de reaccin: En esta zona se produce la reaccin de oxidacin del etileno en una sola etapa. La reaccin tiene lugar en una una torre de burbujeo (R- 201), con un separador de fases (S-201) en su salida superior. Por colas del separador sale una corriente lquida de catalizador que se recircula al reactor; y una purga de esta se hace pasar por el regenerador (RG-201), un tipo de caldera que mediante vapor directo permite descomponer ciertos subproductos.Por cabezas del separador de fases sale una corriente gaseosa que entra a un condensador (CN-201) seguido de un separador de fases (S-202) para recircular el agua al reactor. La corriente gas de salida vuelve a entrar a un condensador (CN-202) seguido de un separador de fases (S-203). La corriente gaseosa de salida entra a una columna de absorcin (AB-201) para separar y recircular al reactor el oxigeno y el etileno.

rea 300-rea de tanques: En esta rea se encuentran dos tanques de mezcla (TM-301 y TM-302) de corriente de proceso colocados en paralelo y dos tanques pulmn (T- 301 y T-302) tambin colocados en paralelo. Estos tanques sirven de separacin entre las reas de reaccin y purificacin, permitiendo en caso de parada parcial de la planta seguir trabajando sin parar el proceso durante un cierto tiempo. Los tanques T-301 y T-302 mezclan una corriente que proviene del rea de reaccin con otra que proviene de la torre de absorcin con el fin de homogeneizar el fluido. Los tanques pulmn TM-301 y TM-302 permiten almacenar el agua residual proveniente de la torre de destilacin con el fin de garantizar el suministro de esta al proceso en caso de una avera.rea 400-rea de purificacin: En esta rea se encuentran tres torres (una de desabsorcin y dos de destilacin) con el fin de purificar el corriente de salida del reactor para obtener acetaldehido puro. Un intercambiador de carcasa y tubos y un separador de fases se encuentran antes de la primera columna de absorcin. El corriente de salida pasa a una torre de desabsorcin y el producto final se obtiene mediante una torre de destilacin. El agua recirculada que proviene de la cola de la columna de destilacin pasa por dos intercambiadores de carcasa y tubos antes de entrar en la torre de absorcin y en la de desabsorcin. Mediante otra torre de destilacin se concentra el crotonaldehdo para enviar a tratar.

rea 500-rea de almacenamiento de acetaldehido: En esta zona se encuentran doce tanques para almacenar el acetaldehido puro que sale por cabezas de la columna de destilacin CD-401.

rea 600-rea de almacenamiento de crotonaldehdo: En esta zona hay dos tanques para almacenar el crotonaldehido que obtenemos por una salida lateral de la torre CD-402.

rea 700-rea de tratamiento de aguas residuales: Esta zona consiste en una balsa aireada por la que pasa el agua residual de la planta antes de enviarse a la depuradora.

rea 800-rea de tratamiento de gases: Se quieren minimizar las emisiones de COVsy HCl a la atmosfera. Las corrientes gaseosas de salida de la torre de absorcin y de desabsorcin se envan a tratar en un reactor de oxidacin cataltica, seguido de dos torres de adsorcin y una antorcha.

rea 900-Servicios: en esta planta se encuentran todos los servicios de la planta, como por ejemplo, las torres de refrigeracin, los chillers, calderas, etc.

rea 1000-Oficinas administrativas:En esta zona se encuentra el edificio de oficinas. En este hay los despachos de directivos y trabajadores, sala de reuniones, sala de descanso, etc. Tambin se encuentra aqu el laboratorio para realizar el control de calidad

rea 1100-Parking: en esta zona se encuentran los aparcamientos de empleados y de camiones.

PLANTA DE PRODUCCION DE CARBONATO DE SODIODIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS (CUALITATIVO)

DIAGRAMA DE FLUJO DE EQUIPOS (CUALITATIVO)

DIAGRAMA DE FLUJO CUANTITATIVO

BALANCE DE MATERIANOTA: Los flujos totales de la tabla deben reflejarse en el diagrama de flujo cuantitativo, cosa que en este ejemplo no se aplica

Descripcindel flujo12345678910

Sal comn Agua para disolucin de sal Salmuera impura Agua para disolucin Carbonato sdicoSolucin de carbonato sdicoLechada de cal a agitacinLechada de cal Salmuera a maduracin de flculo Salmuera a clarificador

EstadoSLLLSLLLLL

Unidadkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hr

Na2CO373,03773,037

NaCl1947194719471947

CaCO335,44535,445

Mg (OH)20,4730,473

Ca (OH)21,2071,2070,6040,604

Na2SO447,5147,51

H2O59295929970,348970,3484,8284,8286904,1766904,176

Impurezas60,22560,22550,43750,437

TOTAL2007,22559297936,225970,34873,0371043,3856,0356,0358985,6458985,645

Descripcindel flujo11121314151617181920

Salmuera purificada a lavador Lodos Salmuera purificada a absorbedor Amonaco fresco Gases del absorbedor a chimeneaSalmuera amoniacada Gases a chimeneaPulpa de filtrado Agua de lavado Torta de filtrado

EstadoLLLLGLGLLS

Unidadkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hrkg/hr

NaHCO32249,0822168,115

NH4HCO394,71388,084

NaCl185097,36318501850283,573

NH4Cl1432,4518,79

NH321,7485,7855,785594,441118,888

CaCO335,445

Mg (OH)20,473

Ca (OH)20,604

Na2SO447,2340,27647,23447,23447,234

H2O680796,5687399,59213,498859,8367399,5926896,065260,343338,447

CO246,104307,711

O2110,881

N21391,828

Impurezas50,437

TOTAL8704,234281,1669318,57419,283911,7259891,2671810,4211122,006260,3432603,436

ANEXO 1MEMORIA DE CLCULO DEL BALANCE DE MATERIA

Para establecer la cantidad de las materias primas necesarias en el proceso se considerara el mximo que alcanzara la planta que es en el ao 2030 con una produccin de:

Composicin requerida del producto% % %ETAPA: DESCOMPOSICIN DEL BICARBONATO SDICO

Datos: % %Reacciones que ocurren en la etapa:2 NaHCO3 ------>Na2CO3 + CO2 +H2O (1)NH4Cl + NaHCO3 ----------->NaCl + NH3 +H2O + CO2 (2)NH4HCO3 ------> NH3 + CO2 +H2O (3)Ecuacin general para efectuar los clculos de balance de materia (Flujo continuo):

NaClSalida de NaCl en el producto final y sus impurezas:

Clculo de la generacin de NaCl con la ecuacin de balance:

NH4ClEcuacin de balance:

Hallando el consumo a partir de la 2 reaccin:

La entrada de NH4Cl al calcinador ser:

Na2CO3Ecuacin de balance:

Salida de Na2CO3 en el producto final:

Clculo de la generacin de Na2CO3 con la ecuacin de balance:

NaHCO3 Ecuacin de balance:

El NaHCO3 se consume tanto en la primera como en la segunda reaccin:

Por tanto la entrada ser:

NH4HCO3Ecuacin de balance:

Para determinar las relaciones en peso del NaHCO3 y NH4CO3 en el precipitado lavado, se utilizarn los resultados de ensayos en laboratorio para lograr el rendimiento ptimo, que se extrajeron de Ullman, Enciclopedia de Qumica Industrial III, p. 522

Segn esto a partir de 1000 cm3 de solucin inicial, que contienen 82,86 g de NH3 y 257,86 g de NaCl (relacin ptima), se obtienen 282,08 g de NaHCO3 y 11,46 g de NH4HCO3

Por tanto a partir del flujo de NaHCO3, podemos calcular el flujo de NH4HCO3:

H20Ecuacin de balance:

Los resultados de la determinacin de humedad, en el precipitado lavado proveniente del filtrado al vaco, arrojan un valor promedio del 65%, por tanto:%Adems el flujo de entrada al calcinador es la suma del flujo de todos sus componentes, es decir:Resolviendo:

Luego: El agua se genera con las tres reacciones involucradas en el proceso:NH3Ecuacin de balance:

El amoniaco se genera de acuerdo a la segunda y tercera reaccin:

CO2Ecuacin de balance:

El CO2 se genera en las tres reacciones involucradas

Por lo tanto el flujo de gases que abandona el horno calcinador es:ETAPA: FILTRACION

Datos:Durante el proceso de filtracin y lavado de los cristales, una parte de los cristales sern disueltos y pasarn al lquido, bajando con ello el rendimiento, por estimaciones hechas a nivel laboratorio, concretamente se tiene que se disuelven:NaHCO3

Luego:NH4HCO3

Luego:Agua de lavado

El filtro tiene un sistema de lavado de la torta tipo spray, por tanto se puede decir que no se requiere mucha agua de lavado, por ser este mtodo de los ms eficientes.Se puede aproximar que se requiere 0,1 m3 de agua (100 lt) para lavar 1 tonelada de torta de filtradoTomando en cuenta que densidad del agua = 1kg/lt:Para estimar los flujos de las dems sustancias se requiere mas datos, que recin sern determinados al hacer el balance msico en la etapa anterior de carbonatacin, por tanto los flujos que faltan sern calculados despus de hacer estos clculos.

ETAPA: TORRES DE CARBONATACIN

Reacciones que ocurren en la etapa:

NH3 + H2O+CO2 ------>NH4HCO3 (4)NH4HCO3 + NaCl----------->NaHCO3 + NH4Cl (5)Datos: NaHCO3Ecuacin de balance:NH4HCO3Ecuacin de balance:El NH4HCO3 se consume de acuerdo a la segunda reaccin y se genera por la primera:Luego por la ecuacin de balance:NH4Cl:Ecuacin de balance:

NH3 Ecuacin de balance:Hallando primero el consumo:La salida de NH3 acuoso de la torre de carbonatacin, depende de hasta que grado de conversin se quiere lograr en la torre, en Ullman se menciona que conviene proseguir la carbonatacin hasta que queden saturados 80 a 90 % del amonaco existente:Trabajando con el rendimiento mnimo para obtener un margen de seguridadLuego podemos calcular el flujo de salida:NaClClculo del consumo:Como se mencion anteriormente, se har el clculo con la relacin ptima para la mayor obtencin de cristales de bicarbonato: 257,86 g de NaCl por 82,86 g de NH3.

Luego la salida de NaCl es:

H2OPara calcular la entrada de agua se usar los datos de solubilidad de la costra salina en presencia de amonaco, obtenidos a nivel laboratorio, el dato expresado como porcentaje en peso es:%Peso de NaCl = 20Esto quiere decir que 100 g de solucin tendran 20 g de NaCl y 80 g de H2O, que es la cantidad mnima de agua para lograr que el NaCl permanezca en disolucin.Luego la entrada de agua se determina por:Del balance msico: Na2SO4El Na2SO4 se origina cuando en la etapa de purificacin de la salmuera se aade Na2CO3 para precipitar el CaSO4, segn esto:Na2CO3+CaSO4------>Na2SO4+CaCO3De acuerdo a anlisis de laboratorio de la materia prima, la costra de sal seca tiene 97% de NaCl y el resto impurezas, se determin que la impureza mayoritaria y se puede decir para efectos de clculo como nica, es el CaSO4*2H2O, por tanto se puede calcular la cantidad de esta en la materia prima:Y la cantidad de Na2SO4 formada en la purificacin es:Para esta sal se cumple que:CO2El balance para el CO2 en la torre de carbonatacin es:

Se puede calcular los requerimientos mnimos de CO2 para la carbonatacin, que es lo mismo que el consumo:Para que la carbonatacin se efecte de manera segura, se debe dosificar el CO2 en exceso, asumiendo un exceso del 25%. la entrada de CO2 es:A la salida:

ANEXO 2MEMORIA DE CLCULO DEL BALANCE DE ENERGIA

CARBONATADORPrimera parte de la columna: adiabticaHaciendo el anlisis termodinmico de la reaccin qumica que ocurre en la etapa, nos encontramos que la reaccin es exotrmica, por tanto el sistema libera energa mientras se efecta la carbonatacin. Segn bibliografa consultada, se impone que la reaccin se efecte en cierto momento a temperatura de 30 C para que el bicarbonato sdico cristalice en grano suelto.Para hacer el balance en la primera parte de la columna se considera que no se intercambia calor con el exterior, de esta forma la solucin de proceso va aumentando de temperatura a medida que desciende en la columna. Este incremento de la temperatura incluso es favorable porque as las sales permanecen disueltas sin llegar al punto de saturacin, excepto ya en el ltimo tramo en que empieza a precipitar bicarbonato sdico, como se mencion antes debe procurarse que el sistema tenga una temperatura de operacin media de 30 C.La temperatura de la solucin de proceso justo antes de entrar en la batera de cristalizadores, la podemos calcular a partir del balance de energa. Tendremos en cuenta que se trata de una columna adiabtica, y por tanto el intercambio de calor con el exterior ser muy pequeo (10% de prdidas de calor).Para el balance energtico se requiere los datos y resultados que arroja el balance msico:

Respecto a las temperaturas de cada corriente, se pretende calcular la temperatura del lquido de salida (T2, liq), que ser la temperatura de ingreso de los cristales + soln hacia la batera de cristalizadores, las temperaturas de los flujos restantes se fijan de acuerdo a las caractersticas y requerimientos del proceso como sigue:T1,liq =20CT1,gas =30 CT2,gas =40 C

La temperatura del lquido a la entrada es la temperatura de salida del absorbedor de amonaco en la etapa anterior, adecuada para que no se pierda mucho amonaco. El gas de proceso que proviene del horno y el calcinador, se enfra en el aerorefrigerante y el lavador de gases, se presume que llega al carbonatador a 30 C, valor que se corresponde con datos bibliogrficos. Segn bibliografa consultada (T. P. Hou), el gas absorbe calor y eleva su temperatura en aprox. 10 C, de ah que sale a 40C.Efectuando un balance global de energa sin perdidas de calor al exterior, obtenemos:

: Flujo molar para un componente cualquiera (kmol/h): Entalpa especfica de un componente cualquiera (kcal/kmol)La entalpa especfica a una determinada temperatura T, para un componente que participa en la reaccin qumica se expresa:

Donde:: Entalpa de formacin de un componente cualquiera en condiciones estndar (=25C).: Calor especfico de la sustancia (kcal/kmol C).Para un componente que no participa en la reaccin qumica puede simplificarse:

Los calores de formacin de muchas sustancias pueden encontrarse en distintas bibliografas, fueron tabuladas para las sustancias puras y un estado de referencia, para las sales es el estado slido. Como las sales en la etapa se encuentran en solucin, es necesario hacer un ajuste a la entalpa de formacin sumando el calor de disolucin, con esto se obtiene la entalpa de formacin en solucin acuosa:

En la siguiente tabla se muestra los calores de formacin y calores especficos de las sustancias involucradas en el proceso:Sustancia

NH3-11040-8280-193208.61

NaCl-98232930-9730212.06

NaHCO3-2258534000-22185210.63

NH4HCO3-2037006780-19692031.8

NH4Cl-753803620-7176020.95

Na2SO4-330900-560-33146032.8

H2O-68317--18

CO2-94052--8.94

N20--6.98

O20--7.17

(Valores de Cp tabulados a 30C, temperatura media de operacin)Reemplazando valores y calculando con las ecuaciones correspondientes:FLUJOS DE ENTRADA

Especie

NH334.96720-19363.05-677067.77

NaCl31.62220-97362.3-3078790.65

Na2SO40.33320-164-54.612

H2O411.08820-68407-28121296.82

CO234.96730-94007.3-3287153.26

N249.7083034.91734.81

O23.4653035.85124.22

-35162504.08

FLUJOS DE SALIDA

Especie

NH36.9938.61T-19535.2560.21T-136610

NaCl4.84712.06T-97603.558.46T-473084.16

NaHCO326.77510.63T-222117.75284.62T-5947202.76

NH4HCO31.19931.8T-19771538.13T-237060.28

NH4Cl26.77520.95T-72283.75560.94T-1935397.41

Na2SO40.33332.8T-82010.92T-273.06

H2O383.11518T-687676896.07T-26345669.21

CO26.99340-93917.9-656767.88

N249.70840104.75204.43

O23.46540107.55372.66

7909.35T-35589877.67

Reemplazando en la ecuacin de balance de energa global:

Despejando la temperatura de salida del lquido:

Clculo aproximado de la temperatura promedio en el lquido (Temp. de operacin):

Este valor se aproxima al valor supuesto estimado de 30C, mejor an considerando posibles prdidas de calor hacia al exterior que no se pueden controlar.Segunda parte de la columna: 4 etapas de enfriamiento por torreEl clculo del calor que hace falta retirar en la etapa de cristalizacin, se realiza mediante la siguiente ecuacin, la cual corresponde a una cristalizacin por enfriamiento:

: Es el calor que se debe retirar por enfriamiento en kcal/hr: Es el flujo molar de la disolucin entrante (kmol/hr): Calor especfico de la solucin: Diferencia de temperaturasEl calor especfico de la solucin se puede estimar con la siguiente ecuacin:

Donde yi es la fraccin molar de un componente cualquiera en la mezcla, resumiendo los clculos en una tabla:Especie

NH38.616.9930.01550.134

NaCl12.064.8470.01080.130

NaHCO310.6326.7750.05950.632

NH4HCO331.81.1990.00270.086

NH4Cl20.9526.7750.05951.246

Na2SO432.80.3330.00080.026

H2O18383.1150.851415.325

450.0371.017.579

Observando la tabla anterior sacamos lo siguiente:

En el balance energtico se determin la temperatura de entrada de la solucin que fue de 54 C, la temperatura de salida de la batera de cristalizadores debe permitir una buena cristalizacin adems de un ahorro energtico al enfriar el agua de enfriamiento, la temperatura ptima parece ser 15 C. Podemos establecer una cada de temperatura casi equivalente en cada etapa, con esto, reemplazando datos y calculando:Cristalizador (kcal/hr)

1544479112

24434.575156

334.52575156

4251579112

El calor total retirado en la batera de cristalizadores es:

AGUA

VASIJA DE DISOLUCIN

8985 kg/h

VASIJA DE MEZCLA

CLARIFICADOR

ENCALADO

CALCINACION

FILTRO

CARBONATADOR

CALIZA

HORNO

LAVADERO DE GAS

ABSORBEDOR

LECHADA DE CAL

1484 kg/h

CARBONATO DE SODIO

2714 kg/h

LAVADOR DE GASES

a

b

1043 kg/h

2420 kg/h

CONDENSADOR

CLORURO DE CALCIO

73 kg/h

STRIPPING

a

b

agua

970 kg/h

lodos

salmuera

Gases a chimenea

Amoniaco fresco

912 kg/h

Lechada de cal

19 kg/h

agua

aire

Coque o gas

Cal viva

Aguas residuales

CO2

CO2

Gases a chimenea

Agua para lavado de torta

CO2, NH3

NH4Cl

Salmuera amoniacada

CO2

SAL COMUN

1961 kg/h

5929 kg/h

7890 kg/h

6 kg/h

Na2CO3

1465 kg/h

DISOLUCIN DE Na2CO3

AGUA

8704 kg/h

281 kg/h

9319 kg/h

9891 kg/h

8779 kg/h

9319 kg/h

21605 kg/h

21272 kg/h

1810 kg/h

621 kg/h

3041 kg/h

11122 kg/h

2603 kg/h

260 kg/h

1373 kg/h

1235 kg/h

2518 kg/h

170 kg/h

1644 kg/h

1743 kg/h

1794 kg/h

5752 kg/h

4745 kg/h

lodos

TANQUE PRELIMER

DESTILACIN

8779 kg/h

1465 kg/h

8596 kg/h

1282 kg/h

12060 kg/h

13342 kg/h

CARBONATADOR

Gas de proceso

Cristales NaHCO3 + soln

Gases residuales

Salmuera amoniacada

T1,liq

T1,gas

T2,gas

T2,liq

AGUA

VASIJA DE DISOLUCIN

TANQUE DE AGITACION

VASIJA DE MEZCLA

CLARIFICADOR

ENCALADO

CALCINACION

FILTRO

CARBONATADOR

CALIZA

HORNO

LAVADERO DE GAS

ABSORBEDOR

LECHADA DE CAL

F38

CARBONATO DE SODIO

PRECIPITADOR ELECTROST.

LAVADOR DE GASES

a

b

CONDENSADOR

CLORURO DE CALCIO

STRIPPING

a

b

agua

lodos

salmuera

Gases a chimenea

Amoniaco fresco

Lechada de cal

Amonaco

agua

aire

Coque o gas

Cal viva

Aguas residuales

CO2

CO2

Gases a chimenea

Agua para lavado de torta

CO2, NH3

NH4Cl

Salmuera amoniacada

CO2

SAL COMUN

F1

F2

F3

F5

Na2CO3

F4

Na2CO3

AGUA

F6

F9

F10

F11

F12

F13

F14

F15

F16

F17

F18

F19

F20

F21

F22

F23

F24

F25

F26

F27

F28

F29

F30

F31

F32

F33

F34

F35

lodos

F36

F37

F8

TANQUE PRELIMER

DESTILACIN

F39

F41

F40

F42

F45

F43

F44