Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Anlisis de Procesos Qumicos

    Bibliografa:

    Murphy, R. Int rodu cc in a los p rocesos qum icos.Pr in c ip io s , anlis is y sntes is . McGraw Hill, 2007.

    PDVSA, Manual de Ingeniera de Diseo, Vol 15:Procedimientos de Ingeniera. 1991

    Turton, R., Bailie, R. Analysis, Synthesis and Designof Chem ical Processes. Prentice Hall, PTR, 1998.

    Seider, W., Seader, J., Lewin, D. Process DesignPrincip les. Synthesis, Analysis and Evaluat ion. JoheWiley & Sons, INC., 1998.

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    PS3213

    Cap II: Anlisis de Procesos Qumicos

    Alejandro Requena

    Sartenejas, Ene-Mar 2014

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    CONTENIDOS.

    1. Representacin de procesos qumicos. DES, DBP, DFP, otros

    2. Estructura de los procesos qumicos.

    3. Tcnicas y estrategias para el anlisis deprocesos qumicos.

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    La comprensin de un sistema deprocesos qumico se facilita con una

    correcta lectura e interpretacin delos diagramas de procesos.

    Los distintos tipos de diagramas muestrandiferentes niveles de complejidad einformacin.

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    Tipos de diagramas de procesosTipo de Diagrama Informacin que suministra

    Entradas-Salidas(DES)

    Materias primas.Reacciones estequiomtricas.Productos.

    Bloques

    (DBP)

    Lo anterior ms:

    .- Balance de materia..- Principales unidades (secciones) del proceso.

    .- Especificaciones de desempeo de lasunidades de proceso.

    Flujo de Proceso(DFP)

    Todo lo anterior ms:.- Especificaciones de principales equipos deproceso..- Balance de energa..- Condiciones de proceso.

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    JUSTIFICACION:

    Proyectos de carcter multidisciplinarios conparticipacin de distintas nacionalidades.

    Procesos complejo con potenciales riesgospara la salud y el medio ambiente.

    Manipulan sustancias qumica que pueden ser

    explosivas, corrosivas, inflamables, etc. Es necesario evitar riesgos por fallas en la

    comunicacin entre las personas que disean,construyen u operan los procesos.

    Normas para las representacionesde los procesos.

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    ASME Sociedad Americana de IngenierosMecnicos.

    Calderas. Tanques presurizados

    API Instituto Americano de Petrleo Petrleo, Gas Natural y susderivados.

    NFPA Asociacin para la ProteccinNacional del Fuego

    Seguridad e Higiene Industrial.

    ANSI American National StandardInstitute

    Bombas. Tuberas y conexiones.

    DOT Cdigo Federal de Regulaciones delDepartamento de Transporte deEstados Unidos

    Seccin: Transporte de materiasprimas, productos qumico,equipos, etc.

    COVENIN Comisin Venezolana de NormasIndustriales

    PDVSA Normas de Ingeniera de PDVSA Industria petrolera ypetroqumica.

    NORMAS INTERNACIONALES

    NORMAS NACIONALES

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    Ejemplos de diagramas Entradas-Salidas

    1. Obtencin de benceno por hidrogenacin del tolueno:

    2. Sntesis de amonaco:

    Metano

    Benceno

    Hidrgeno

    Tolueno4662356

    CHHCHCHHC

    Proceso de Sntesis

    del Amonaco

    1000 ton NH3

    / da

    970 ton CO2/ da

    350 ton CH4

    / da

    795 ton H2 O / da

    825 ton N2

    / da

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    Diagramas Entradas-Salidas (DES)

    Todaslas operaciones fsicas y qumicasinvolucradas en el proceso se representan conun nico bloque.

    Se utilizan flechaspara representar lasentradas y salidasde materiales.Materias primas entran por la izquierda y los

    productos salen por la derecha. Pueden mostrarse velocidades de flujo o cantidad

    de las materias primas y productos.

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    Ejemplo de Diagrama de Bloque (DBP)

    Tolueno10.000 Kg/hr

    Hidrgeno820 Kg/hr

    Benceno8.210 Kg/hr

    Gases2.610 Kg/hr

    Conversion deTolueno 75%

    Metano

    Benceno

    Hidrgeno

    Tolueno4662356

    CHHCHCHHC

    REACTOR

    SEPARADOR

    DE GASES

    SEPARADOR

    DE

    BENCEN

    O

    Diagrama Entrada-Salidacorrespondiente

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    Convenciones para los diagramas de bloques. Cada operacin o unidad de proceso se representa por un

    bloque. Existenslo cuatro tipo de unidades de proceso

    que se representan en los diagramas de bloque:Mezcladores, Reactores, Divisores y Separadores.

    Las corrientes de flujo principal se representan por lneasflechadas en la direccin del flujo.

    Los flujos van de izquierda a derecha en el diagrama.

    Las corrientes gaseosas se incluyen en la parte superior del

    diagrama, y los lquidos y slidos hacia la parte inferior,separados por densidades.

    Si las lneas se cruzan, las horizontales se mantienen y lasverticales se cortan.

    Se incluye la informacin crtica para entender el proceso.

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    Ejemplo de Diagrama de Flujo de Proceso(DFP)

    TK-101 P-101A/B E-101 H-101 R-101 C-101A/B E-102 V-101 V-103 E103 E-106 T-101 V-102 P-102A/B E-105Almacn Bomba Precalen Horno Reactor Compresor Enfriador Separador Separador Calentador Rehervidor Torre de Tambor Bomba EnfriadorTolueno Tolueno Alim Alim Gas Reciclo Salida HP LP Entrada Benceno Benceno Reflujo Reflujo Producto

    Reactor Torre

    Diagrama

    Descr iptor de los equipo s

    Tabla con especi f icaciones de las c orr ientes

    TRES

    ELEMENTOS

    INDISPENSA

    BLES

    V-102

    Tolueno

    Hidrgeno

    Gases

    Benceno

    TK-101 E-101

    R-101

    C-101A/B

    P-101A/B

    H-101

    E-102

    E-106

    E-103

    E-104

    E-105

    P-102A/B

    V-101

    V-103

    T-101hps

    mps

    cw

    cw

    cw

    lps

    air fg

    gases de combustin

    5

    9

    2

    6

    7

    8

    17

    3

    1

    4

    10

    18

    14

    13

    11

    19

    12

    15

    16

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    Se representan TODOSlos equipos de procesoidentificados por su cdigos respectivo.

    Se numeran TODAS las corrientes de procesoincluyendo una descripcin de sus condiciones(temperatura, presin), flujos y composicin qumicamediante una TABLA adjunta.

    Se representan TODAS las corrientes de servicios(vapor, aire, refrigerantes, aceites de calefaccin, etc)utilizados en cada equipo de proceso.

    Se deben sealar los lazos de control bsicos paraasegurar la estabilidad de las condiciones de proceso.

    En los Diagramas de Flujo de Procesos

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    Tipos de diagramas de proceso

    Diagrama de Flujo de Proceso

    (DFP)

    Diagrama de Servicios Industriales(DSI)

    Diagrama de Sistemas de Efluentes(DSE)

    Diagramas de Tuberas eInstrumentacin (DTI)

    SEG

    NMANUAL

    DEINGENIER

    ADEDISE

    O

    -PDVSA

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    VISUALIZACIN

    INGENIERACONCEPTUAL

    ETAPASEN

    ELDESARROLLODELPR

    OYECTO

    INGENIERABSICA

    INGENIERADE DETALLE

    DIAGRAMADE BLOQUE

    (DBP)

    DIAGRAMAENTRADA-SALIDA

    (DES)

    DIAGRAMADE FLUJO

    (DFP)

    DIAGRAMAS DEINTERCONEXIN

    DIAGRAMADE

    SERVICIOSDIAGRAMA

    DEEFLUENTES

    DIAGRAMA

    TUBERIAS &INSTRUMENTACIN

    VAPOR

    SISTEMAS DEENFRIAMIENTO

    SISTEMAS DECALENTAMIENTO

    SISTEMAS DEGASES COMPRIMIDOS

    Y GASES INERTES

    SERVICIOS ELCTRICOS

    PLANOS DEPLANTA

    DIAGRAMASISOMTRICOS

    OBRASCIVILES DISTRIBUCIN

    DE SERVICIOSINDUSTRIALES

    AGUAS

    RESIDUALES

    CAPTACINDE

    EFLUENTES

    MECHURRIOS YSISTEMAS DE

    ALIVIO

    DISTINTOS TIPOS DE DIAGRAMAS DE PROCESOCON FUNCIONES ESPECFICAS

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    Ejemp

    lo:

    DIAGRAMADEINTERCONEXIO

    NENREFINER

    IA.

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    AZUFRE

    ME

    RCADONAC

    IONAL

    METANO

    NPK/DAP330

    AMONACO

    200UREA

    248

    CIDOSULFRICO

    462TRIPOLIVEN

    33

    SULFATO DEAMONIO

    80

    FERRALCA50

    CIDO

    FOSFRICO75

    El nmero corresponde a Miles de Toneladas Mtricas Anuales (MTMA)

    PRODUVEN10

    EMPRESAS PRIVADASEMPRESAS MIXTAS ROCA

    FOSFTICA

    POTASA

    Ejemplo: DIAGRAMA DE INTERCONEXION EN

    INDUSTRIA PETROQUMICA - COMPLEJO MORN

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    DIAGRAMADE FLUJO DE

    PROCESO

    Es una representacinesquemtica del proceso,

    sus condiciones deoperacinnormal y control

    bsico.

    Identifica los efluentes y su

    disposicin.Incluye balance de masa einformacin para el diseo y

    especificaciones de losequipos.

    Insumo para el desarrollo delDiagrama de Tubera e

    Instrumentacin.

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    DFP obtencin de Benceno por hidrodesalquilacin de toluenoV-101 P-101A/B E-101 H-101 R-101 C-101A/B E-102 V-102 V-103 E103 E-106 T-101 V-104 P-102A/B E-105

    Almacn Bomba Precalen Horno Reactor Compresor Enfriador Separador Separador Calentador Rehervidor Torre de Tambor Bomba EnfriadorTolueno Tolueno Alim Alim Gas Reciclo Salida HP LP Entrada Benceno Benceno Reflujo Reflujo Producto

    Reactor Torre

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

    Temperatura (C) 25 59 25 225 41 600 41 38 654 90 147 112 112 112 38 38 38 38 112

    Presin (bar) 1.9 25.8 25.5 25.5 25.5 25.0 25.5 23.9 24.0 2.6 2.8 3.3 2.5 3.3 2.3 2.5 2.8 2.9 2.5

    Fraccin vaporizada(molar)

    0.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 0.0 1.0

    Flujo msico (ton/h) 10.0 13.3 0.82 20.5 6.41 20.5 0.36 9.2 20.9 11.6 3.27 14.0 22.7 22.7 8.21 2.61 0.07 11.5 0.01

    Flujo molar (kmol/h) 108.7 144.2 301.0 1204.4 758.8 1204.4 42.6 1100.8 1247.0 142.2 35.7 185.2 290.7 290.7 105.6 304.6 4.06 142.2 0.90

    Componentes de flujo (kmol/h)

    Hidrgeno 0.0 0.0 286.0 735.4 449.4 735.4 25.2 651.9 652.6 0.02 0.0 0.0 0.02 0.0 0.0 178.0 0.67 0.02 0.02

    Metano 0.0 0.0 15.0 317.3 302.2 317.3 16.95 438.3 442.3 0.88 0.0 0.0 0.88 0.0 0.0 123.2 3.10 0.88 0.88

    Benceno 0.0

    1.0

    0.0

    7.6

    6.6

    7.6

    0.37

    9.55

    116.0

    106.3

    1.1

    184.3

    289.46

    289.46

    105.2

    2.85

    0.26

    106.3

    0.0

    Tolueno 108.7 143.2 0.0 144.0 0.7 144.0 0.04 1.05 36.0 35.0 34.6 0.88 1.22 1.22 0.4 0.31 0.03 35.0 0.0

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    XX-YZZ A/B

    Ejemplo:

    P-101 A/BIdentifica una bomba P-101 A/B

    Indica que la bomba est ubicadaen el rea 1de la planta.

    P-101A/BIndica que la bomba es la nmero01de las n existentes en la planta

    P-101 A/BExistencia de dos bombasidnticas, una de reemplazo(backup)

    Identificador del tipo de equipo

    rea asignada en laplanta

    Nmero asignado alequipo

    Indicador deunidades paralelas

    Diagramas DFP

    1.1.-Identificacin de equipos

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    Cdigos e imagen por tipo de equipo

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    SegnManual de Ingeniera de Diseo de PDVSA

    Vol15:Procedimi

    entosdeIngeniera

    TituloPreparacin

    dediagramasdeprocesos.

    PDVSANL-TP1.1

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    Lista de cdigospara la identificacin de equipos

    Fuente: PDVSA N L-TP 1.1- Vol 15: Procedimientos de IngenieraTitulo Preparacin de diagramas de procesos.

    Di DFP

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    1.2.-Identificacin de corrientes en los DFPDiagramas DFP

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    Smbolos para identificacin de corrientes

    Diagramas DFP

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    1.2.1.-Informacin para corrientes de proceso

    Como mnimo: Nmero de la corriente. Temperatura. Presin. Fraccin de vapor. Flujo total msico. Flujo molar total.

    Flujo molar por componente.

    En algunos casos, tambin ... Fracciones molares de los

    componente. Fracciones msicas de loscomponentes.

    Flujo volumtrico. Propiedades fsicas (densidad,

    viscosidad, etc) Datos termodinmicos (calor

    especfico, entalpa, etc.) Nombre de la corriente

    Corriente 1 2 3 4 5 6 7 8 9

    Temperatura (C) 25 59 25 225 41 600 41 38 654

    Presin (bar) 1.90 25.8 25.5 25.2 25.5 25.0 25.2 23.9 24.0

    Fraccin de vapor 0.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

    Flujo Msico (ton/hr) 10.0 13.3 0.82 20.5 6.41 20.5 0.36 9.2 20.9Flujo Molar (kmol/hr) 108.7 144.2 301.0 1204.4 758.8 1204.4 42.6 1100.8 1247.0

    Composicin molar (kmol/hr)

    Hidrogeno 0.0 0.0 286.0 735.4 449.4 735.4 25.2 651.9 652.4

    Metano 0.0 0.0 15.0 317.3 302.2 317.3 16.95 438.3 442.3

    Bemceno 0.0 1.0 0.0 7.6 6.6 7.6 0.37 9.55 116.0

    Tolueno 108.7 143.2 0.0 144.0 0.7 144.0 0.04 1.05 36.0

    Diagramas DFP

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    Corriente 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

    Temperatura (C) 90 147 112 112 112 38 38 38 38 112

    Presin (bar) 2.6 2.8 3.3 2.5 3.3 2.3 2.50 2.80 2.90 2.50

    Fraccin de vapor 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 0.0 1.0

    Flujo Msico (ton/hr) 11.6 3.27 14.0 22.7 22.7 8.21 2.61 0.07 11.5 0.01

    Flujo Molar (kmol/hr) 142.2 35.7 185.2 290.7 290.7 105.6 304.6 4.06 142.2 0.90

    Composicin molar (kmol/hr)

    Hidrogeno 0.02 0.0 0.0 0.02 0.0 0.0 178.0 0.67 0.02 0.02

    Metano 0.88 0.0 0.0 0.88 0.0 0.0 123.2 3.1 0.88 0.88

    Benceno 106.3 1.1 184.3 289.5 289.5 105.2 2.85 0.3 106.3 0.0

    Tolueno 35.0 34.6 0.88 1.22 1.22 0.4 0.31 0.0 35.0 0.0

    V-102Tolueno

    Hidrgeno

    Gases

    Benceno

    TK-101

    E-101

    R-101

    C-101A/B

    P-101A/B

    H-101

    E-102

    E-106

    E-103

    E-104

    E-105

    P-102A/B

    V-101

    V-103

    T-101hps

    mpscw

    cw

    cw

    lps

    air fg

    gases de combustin

    59

    2

    6

    7

    8

    17

    3

    1

    410

    18

    14

    13

    11

    19

    12

    15

    16

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    1.2.2.- Identificacin de corrientes de servicios

    lps Vapor de baja presin 3 - 5 barg (sat) [145C] mps Vapor de media presin 10 - 15 barg (sat) [190C] hps Vapor de alta presin 40 - 50 barg (sat) [260C] htm Medio de transferencia de calor hasta 400C cw Agua de enfriamiento 30C retorna 45C wr Agua de ro 25C retorna 15C rb Refrigerante -45C retorna 0C cs Agua de desechos qumicos con alto DQO ss Agua de desechos sanitarios con alto DBO el Energa elctrica 220, 440 o 660 V ng Gas natural fg Gas combustible fo Aceite combustible

    fw Agua para sistemas contra incendios

    Diagramas DFP

    Diagramas DFP

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    Tipo de Equipo Suministre la siguiente informacin.

    Intercambiadores deCalor Tipo (gas-gas; gas-lquido; condensador; evaporador).Area. Temperatura y presin de las corrientes. Nmero decarcazas y pasos de tubo. Materiales de construccin(tubos y carcazas)

    Recipientes y Estanques Altura y Dimetro. Orientacin. Temperatura y presin.Materiales de construccin

    Columnas Tipo. Tamao (altura, dimetro). Presin y temperatura.Nmero y tipo de platos o empaque.Materiales de construccin.

    Bombas Flujo. Presin de descarga. Temperatura. Diferencia depresin. Potencia en el eje. Tipo de impulsores. Materialde construccin.

    Calderas Tipo. Presin en los tubos. Combustible. Material de

    construccin. Potencia nominal.

    Compresores Flujo a la entrada. Temperatura y presin. Tipo. Potenciaen el eje. Materiales de construccin.

    Otros Toda la informacin crtica.

    2.1.- Informacin complementaria para equiposDiagramas DFP

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    30/114

    DIAGRAMAS DESERVICIOS

    INDUSTRIALES

    Indica los serviciosnecesarios para el

    funcionamiento de laplanta.

    Muestra los balances

    de masa paraarranque, operacinnormal, produccin

    mxima y parada.

    Se presenta undiagrama separadopara cada servicio.

    DIAGRAMAS DE SERVICIO:

    Sistema de generacin de vapor y

    condensado Tratamiento de agua de caldera y qumicos

    Agua de enfriamiento

    Sistema de refrigeracin

    Sistemas de aceite de sello y lubricantes

    Compresores y secadores de aire de plantay de instrumentos

    Generacin de potencia principal y auxiliar

    Generador y manejo de gas inerte

    Sistema contra incendio

    Sistema de aceite caliente

    Otros.

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    40 - 50 bargTmax 260C

    10 - 15 bargTmax 190C

    3 - 5 bargTmax 145C

    Diagramas de Servicios Industriales:Sistema de generacin de vapor

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Sistem

    adegeneracindevapor

    Ca

    ldera

    s:Acuotubu

    alres&Piro

    tubulares

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    Ejemplo de esquema para la produccin de vapor

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Diagramas de Servicios Industriales:Servicio de agua de enfriamiento

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Ejemplo Diagrama del sistema de agua de enfriamiento

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Diagramas de Servicios Industriales:Sistema de aire comprimido

    Distintos usos para el aire

    Aire para instrumentos y control neumtico

    Aire comprimido para otros usos: 3 bar (45 psi)

    7 bar (100 psi)

    10 bar (150 psi)

    20 bar (300 psi)

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Ejemplo Diagrama de sistema de aire comprimido

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    38/114

    DIAGRAMAS DESISTEMAS

    DE EFLUENTES

    Muestra todos losefluentes(gaseosos,

    lquidos y slidos) ysu tratamiento odisposicin para

    garantizar la calidadambiental.

    Se presenta un

    diagrama separadopara cada tipo detratamiento de

    efluentes.

    DIAGRAMAS:

    Distribucin de efluentes y tratamiento

    Sistema de alivio y mechurrios

    Tratamientos de aguas servidas Otros.

    MECHURRIOS Y

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    MECHURRIOS YSISTEMAS DE ALIVIO

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    DIAGRAMA DETUBERIA E

    INSTRUMENTACIN

    Muestra el proceso conlos detalles

    mecnicos deequipos, tuberasyvlvulas,

    conjuntamente con los

    lazos de control paragarantizar la operacin

    segura de la planta.

    Se elaboran DTI delproceso, de ServiciosIndustriales y de

    Sistemas de Efluentes.

    Ej l d DTI

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Ejemplo de DTI

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    En los diagrama DTIse muestra

    Adems de lo correspondiente a los DFP...Equipos:

    Mostrar equipos de respaldo, unidades paralelas, detallesprincipales de cada uno.

    Tuberas:Dimetros, espesor de pared (schedule), material deconstruccin, aislantes (tpo y espesor).

    Instrumentos:Indicadores, registradores, controladores y tipos. Tuberasy/o cableado de los instrumentos.

    Servicios:Entradas y salidas de las corrientes (aire, vapor, etc). Salidasde las corrientes a las plantas de tratamiento de efluentes.

    Diferencias para la representacin

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    43/114

    Diferencias para la representacinde equipos en DFP y en DTI

    Vol15:Procedimient

    osdeIngeniera

    TituloPreparacinde

    diagramasdeprocesos.

    PD

    VSANL-TP1.1

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    V

    ol15:ProcedimientosdeIngeniera

    T

    itulo:Identificacinynumeracindetuberas.

    P

    DVSANL-TP

    1.3

    PDVSA Cdi d i i d l t b

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    PDVSA: Cdigos de servicios de las tuberas

    PDVSA N L-TP 1.1

    Vol 15: Procedimientos de Ingeniera / Titulo: Preparacin de diagramas de procesos.

    PDVSA Cdi d i i d l t b

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    46/114

    PDVSA: Cdigos de servicios de las tuberas (Cont.)

    PDVSA N L-TP 1.1

    Vol 15: Procedimientos de Ingeniera

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Otros diagramas de proceso

    Diagrama Isomtricos

    Planos de plantas

    Obras civiles

    Distribucin de servicios industriales

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    48/114

    Representacinen 3D y aescala de laubicacin

    relativa detodos losequipos,sistemas desoporte,tuberas de

    proceso y deservicios.

    DIAGRAMAS ISOMTRICOS

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Cortes

    de

    secc

    in

    Ej l d Di I t i

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Ejemplo de Diagrama Isomtrico

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    M t di t ib i

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    PLANO DE PLANTA Muestra distribucin yespaciamiento de

    instalaciones y equipos.Resulta de utilidad paravisualizar la seguridad de

    las operaciones, el accesoa equipos para

    mantenimiento, proteccincontra incendio, etc.

    Toma en cuenta aspectosmeteorolgicos y

    econmicos.

    Diagrama PLOT PLAN

    Generalmente presenta:- Plano de planta general

    - Plano de distribucin de equipos

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    PLANODEPLANTA

    DIAGRAMAP

    LOTPLAN

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    EJEMPLOD

    EUTILIZACINENE

    L

    PROYECTO

    DEMODERNIZACIN

    DELA

    REFINER

    A

    DEBARRA

    NCABERM

    EJA

    San

    tan

    derC

    olom

    bia

    Cmo elaborar

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    56/114

    Cmo elaborarDiagramas de Flujo

    de Procesos ?

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Para el anlisis

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Para el anlisisde procesos qumicos

    Con base en la estructura general desistemas de proceso qumico, y la correcta

    lectura del DFPse recomienda: seguir el caminode los reactivos y productos, identificar

    puntos de mezcla y divisin decorrientes, identificar corrientes de bypass,

    corrientes de purga y lazos de reciclo.

    Estructura general de un sistema de

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    61/114

    Estructura general de un sistema deproceso qumico

    Alimentacin

    Preparacin de la

    alimentacin parala reaccin

    Zona deReaccin

    Preparacin

    para laseparacin

    Zona deseparacin

    Reciclo

    Producto

    Sub-Producto

    Ajuste a condiciones

    exigidas por la reaccin

    Cambios acondiciones

    que permitan la

    separacin

    Condiciones definidas porcintica y termodinmica

    de la reaccin

    Tratamiento

    de efluentes

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    62/114

    Seguimiento del camino de las especies

    A)

    R.I.)

    P.R.S. I.)

    P)

    Slo en los reactores

    se transforman las materias primas en productos.

    Direccin del anlisis

    Sistemade

    Reaccin

    Direccin del anlisis

    Cam ino de los qum icos

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Cam ino de los qum icosREACTIVOS Y PRODUCTOS

    V-102

    Tolueno

    Hidrgeno

    Gases

    Benceno

    TK-101 E-101

    R-101

    C-101A/B

    P-101A/B

    H-101

    E-102

    E-106

    E-103

    E-104

    E-105

    P-102A/B

    V-101

    V-103

    T-101hps

    mps

    cw

    cw

    cw

    lps

    air fg

    gases de combustin

    5

    9

    6

    7

    8

    17

    3

    110

    18

    14

    13

    11

    19

    12

    15

    16

    Reactantes

    Productos

    2

    4

    Sistema de Reaccin

    Id tifi i d t d l

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Identificacin de puntos de mezcla ydivisin de corrientes.

    ToluenoTK-101

    E-101

    R-101

    C-101A/B

    P-101A/B

    H-101

    hps

    cw

    air fg

    gases de combustin

    59

    2

    6

    7

    3

    1

    4

    Hidrgeno

    Puntos de mezcla

    Puntos de divisin de corrientes

    En el reciclo y preparacin para la reaccin.

    Identificacin de puntos de mezcla y

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    65/114

    Gases

    V-102

    Benceno

    R-101

    C-101A/B

    E-102

    E-106

    E-103

    E-104

    E-105

    P-102A/B

    V-101

    V-103

    T-101

    mps

    cw

    cw

    cw

    lps

    9

    6

    8

    17

    10

    18

    14

    13

    11

    19

    12

    15

    16

    7

    Puntos de mezcla

    Puntos de divisin de corrientes En el Sistema de Separacin

    Identificacin de puntos de mezcla yderivacin.

    Id tifi i d i l b

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    66/114

    Identificacin de reciclos, bypass ypurgas.

    Purga

    V-102

    Tolueno

    Hidrgeno

    Gases

    Benceno

    TK-101 E-101

    R-101

    C-101A/B

    P-101A/B

    H-101

    E-102

    E-106

    E-103

    E-104

    E-105

    P-102A/B

    V-101

    V-103

    T-101hps

    mps

    cw

    cw

    cw

    lps

    air fg

    gases de combustin

    5

    9

    2

    6

    7

    8

    17

    3

    1

    4

    10

    18

    14

    13

    11

    19

    12

    15

    16

    Reciclo de tolueno

    Reciclo de hidrogeno

    Bypass

    Secc iones del s istema de proceso para la

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    67/114

    Secc iones del sistema de proceso para la

    ob tenc in de benceno a part i r del tolueno.TK-101 P-101A/B E-101 H-101 R-101 C-101A/B E-102 V-101 V-103 E103 E-106 T-101 V-102 P-102A/B E-105

    Almacn Bomba Precalen Horno Reactor Compresor Enfriador Separador Separador Calentador Rehervidor Torre de Tambor Bomba Enfriador

    Tolueno Tolueno Alim Alim Gas Reciclo Salida HP LP Entrada Benceno Benceno Reflujo Reflujo ProductoReactor Torre

    V-102

    Tolueno

    Hidrgeno

    Gases

    Benceno

    TK-101 E-101

    R-101

    C-101A/B

    P-101A/B

    H-101

    E-102

    E-106

    E-103

    E-104

    E-105

    P-102A/B

    V-101

    V-103

    T-101hps

    mps

    cw

    cw

    cw

    lps

    air fg

    gases de combustin

    5

    9

    2

    6

    7

    8

    17

    3

    1

    4

    10

    18

    14

    13

    11

    19

    12

    15

    16

    Siempre d b j tifi

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Operar fuera del intervalo de presiones de1 a 10 bar.

    Operar fuera del intervalo de temperaturaentre 40C y 260C. lps Vapor de baja presin 3 - 5 barg (sat) [145C] mps Vapor de media presin 10 - 15 barg (sat) [190C]

    hps Vapor de alta presin 40 - 50 barg (sat) [260C]

    Operar por encima de los 400C.

    Siempre se debe justificar

    C di i i l d P i

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    69/114

    Condiciones especiales de PresinCondiciones Justificacin Penalidad

    de OperacinP > 10 REACTOR

    atm Favorece la conversin

    en fase gaseosa (aumenta concentracin)

    Mantener fase lquida

    SEPARADOR

    Obtener fase lquida para equilibrio

    (L-V o L-L )

    P < 1 REACTOR

    atm Favorece la conversin

    Mantener fase gaseosa

    SEPARADOR

    Obtener fase gaseosa para equilibrio L-V

    Equiposespeciales

    RequerimientosdeCompresores

    Requiere grandesequipos

    Diseo especial paracondiciones de vacio

    C di i i l d T t

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    70/114

    Condiciones especiales de TemperaturaCondiciones Justificacin Penalidad

    de Operacin

    T > 200C REACTOR

    Favorece la conversin (endotrmica)

    Incrementa velocidad de la reaccin

    Mantener fase gaseosa

    Mejora selectividad

    SEPARADORObtener fase gaseosa para equilibrio L-V

    T < 40C REACTOR

    Favorece la conversin (exotrmica)

    Mantener fase lquida

    Mejora selectividadSEPARADOR

    Obtener fase lquida para equilibrio L-V o LL

    Obtener fase slida para critalizacin

    Servicios especiales

    T > 400C materialesespeciales

    Refrigerantesespeciales

    Materiales

    especiales

    Inertes o Productos en la alimentacin

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    71/114

    Alimentacin no estequiomtrica

    Condicin de

    Operacin

    Justificacin Penalidad

    Inertes

    Diluyentes para el control dela velocidad de la reaccin

    Inhibidores de caminos

    indeseados de la reaccin

    Equipos de separacinpara su remocin

    Reactores de mayor

    tamao

    Decrece la conversin

    Reactivo en Exceso

    Incrementa la conversin delreactivo limitante

    Inhibidor de caminos

    indeseados de la reaccin

    Requerimientos dereciclo

    Mayor costo de materia

    primas

    Producto presente en la

    alimentacin

    Diluyente de la reaccin

    Inhibidor de camimosindeseados

    Mayor tamao de reactor

    Mayor flujo de reciclo Decrece la conversin

    Inertes o Productos en la alimentacin

    Estudio de casos

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    72/114

    Estudio de casosObtencin de benceno por hidrodesalquilacin del tolueno

    Actividades para la CLASE PRCTICA:La figura 1 muestra el diagrama de flujo del proceso de obtencin de benceno porhidrodesalquilacin del tolueno, segn la reaccin:

    CH3C6H5 + H2 C6H6+ CH4Basado en la informacin que pueda extraer de dicho diagrama, responda a cada uno delos siguientes planteamientos:

    1. Elabore una tabla o lista de equipos que forman parte de cada una de las diferentes etapasdel proceso (preparacin para la reaccin, reaccin, preparacin para la separacin,separacin, etc.).

    2. Indique el camino de los reactivos (tolueno e hidrgeno) y del producto (benceno), sealandolas corrientes que lo conforman.

    3. Identifique todos los puntos de mezcla y derivacin sealando para cada uno de ellos loslazos involucrados (equipos y corrientes).

    4. Determine la composicin msica de la corriente que se mezcla con la corriente 2 paraproporcionar la alimentacin al evaporador E-101

    5. Identifique los reciclos en el proceso, indicando las corrientes y equipos involucrados.

    6. Determine la conversin global del proceso y la conversin por pasos en el reactor.7. Indique si existe o no benceno a la entrada del reactor? Qu informacin del PDF le

    permite sustentar su respuesta? En caso de una respuesta afirmativa, determine la fraccinmolar y msica de benceno en la alimentacin al reactor.

    8. Qu fraccin de la corrientes 8 se recircula en el proceso?9. Construya el diagrama de bloque del proceso y seale sobre l el balance de masa

    correspondiente.

    DFP obtencin de Benceno por hidrodesalquilacin de tolueno

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    73/114

    FIGURA 1

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

    Temperatura (C) 25 59 25 225 41 600 41 38 654 90 147 112 112 112 38 38 38 38 112

    Presin (bar) 1.9 25.8 25.5 25.5 25.5 25.0 25.5 23.9 24.0 2.6 2.8 3.3 2.5 3.3 2.3 2.5 2.8 2.9 2.5

    Fraccin vaporizada

    (molar)

    0.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 0.0 1.0

    Flujo msico (ton/h) 10.0 13.3 0.82 20.5 6.41 20.5 0.36 9.2 20.9 11.6 3.27 14.0 22.7 22.7 8.21 2.61 0.07 11.5 0.01Flujo molar (kmol/h) 108.7 144.2 301.0 1204.4 758.8 1204.4 42.6 1100.8 1247.0 142.2 35.7 185.2 290.7 290.7 105.6 304.6 4.06 142.2 0.90

    Componentes de flujo (kmol/h)

    Hidrgeno 0.0 0.0 286.0 735.4 449.4 735.4 25.2 651.9 652.6 0.02 0.0 0.0 0.02 0.0 0.0 178.0 0.67 0.02 0.02

    Metano 0.0 0.0 15.0 317.3 302.2 317.3 16.95 438.3 442.3 0.88 0.0 0.0 0.88 0.0 0.0 123.2 3.10 0.88 0.88Benceno 0.0

    1.0

    0.0

    7.6

    6.6

    7.6

    0.37

    9.55

    116.0

    106.3

    1.1

    184.3

    289.46 289.46 105.2

    2.85

    0.26

    106.3

    0.0

    Tolueno 108.7 143.2 0.0 144.0 0.7 144.0 0.04 1.05 36.0 35.0 34.6 0.88 1.22 1.22 0.4 0.31 0.03 35.0 0.0

    C ti d l t di d

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    74/114

    Continuando el estudio de caso

    Observe el diagrama de flujo de la figura 2 (PFDhidrodesalquilacin del tolueno). Repita sobre l las

    actividades realizadas sobre el diagrama de la figura 1.

    Establezca correspondencia entre la numeracin de lascorrientes de este diagrama y el analizado en la figura 1

    Qu argumentos podra proponer para justificar la

    corriente 16? Podra eliminarse esta corriente sincomprometer la funcionalidad del proceso?

    DFP hidrodesalquilacin del tolueno

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    DFP hidrodesalquilacin del tolueno

    CASO II

    FIGURA 2

    Otras actividades relacionadas con

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Otras actividades relacionadas conel estudio de caso

    Observe el diagrama de flujo presentado en la figura 3 (obtencinde benceno por hidrodesalquilacin del tolueno) y con base en lrealice las siguientes actividades:1. Identifique el tipo de diagrama y comente sobre la aplicacin de normas

    en su elaboracin.2. Identifique las entradas y salidas de materias primas, productos,

    subproductos y/o efluentes. Seguidamente identifique las lneasprincipales de proceso, indicando el camino de las especies; sustentesu anlisis con localizacin de especies.

    3. Identifique las diferentes etapas del proceso y labore una lista de losequipos mayores que forman parte de cada una de ellas.

    4. Elabore una breve descripcin del proceso.5. Identifique los puntos de mezcla y de divisin.

    6. Diga si existen corrientes de reciclos, purgas, bypass. Identifiquedichas corrientes y justifquelas en trminos de la descripcin delproceso.

    7. Indique la funcin operacional de cada uno de los equipos mayoresasociados a cada etapa o seccin del proceso

    Hidrodesalquilacin del tolueno para produccin de benceno

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    77/114

    DFP para CASO III

    Tolueno

    Hidrgeno

    Benceno

    Metano

    FIGURA 3

    Hidrodesalquilacin del tolueno para produccin de benceno.

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    q p pCamino de reactivos

    punto de mezcla

    Hidrgeno

    Tolueno

    C-1E-1E-10

    F-1

    TKP-1E-1

    E-10F-1

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Hidrodesalquilacin del tolueno para produccin de benceno.

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Lazos dereciclo

    Tolueno

    bifurcacin de corriente

    punto de mezcla

    Purga de hidrgeno

    Purga de tolueno

    Desechos

    Hidrodesalquilacin del tolueno para produccin de benceno

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Hidrodesalquilacin del tolueno para produccin de benceno

    Tolueno

    Hidrgeno

    Metano

    Benceno

    Desechos

    bifurcacin de corriente

    punto de mezcla

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    82/114

    Tambin

    Compare el diagrama de flujo presentado en la figura 3con el mostrado en la figura 4. Resalte las principales

    semejanzas y diferencias, luego comente sobre laconveniencia de cada arreglo.

    Compare los diagramas de las figuras 3 y 4 con elpresentado en la figura 1, destacando las principales

    semejanzas y diferencias entre ellos.

    Repita sobre el diagrama de la figura 4 las actividadesrealizadas sobre los diagramas anteriores.

    Hidrodesalquilacin del tolueno para produccin de benceno.

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    83/114

    DFP para CASO IV

    FIGURA 4

    Hidrodesalquilacin del tolueno para produccin de benceno.

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    84/114

    Camino de los reactivosHidrgeno

    Tolueno

    Punto de mezcla

    C-1E-10F-1

    TK

    P-1E-1F-1

    Hidrodesalquilacin del tolueno para produccin de benceno.Camino de prod ctos

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    85/114

    Camino de productos

    Camino deproductos

    E-5E-7E-3

    E-10E-1E-2D-1

    E-3T-1P-5T-2E-6D-3P-3

    E-11 bifurcacin de corriente

    Benceno

    Metano

    Hidrodesalquilacin del tolueno para produccin de benceno.

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Lazos de reciclo

    Bay passt

    Benceno

    Metano

    Tolueno

    Hidrgeno

    bifurcacin de corriente

    punto de mezcla

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    87/114

    Diagramas de flujo para procesos qumicos

    Realicemos algunos ejercicios trazando el camino dereactivos y productos.

    Veamos que conclusiones podemos establecer al

    aplicar esta estrategia para el anlisis de DFP

    Ejercicios propuestos para el cursoPS3213:Ingeniera de Procesos

    Material para fines didctico preparado por Prof. A. Requena conbase en DFP presentado en Analysis, Synthesis,and Designof Chemical Processespor Turton, Bailie, Whiting & Shaeiwitz

    EJEMPLO 1:

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    88/114

    A continuacin se muestra el diagrama de flujo de proceso(DFP) para la produccin de acetonaa partir del alcohol

    isoproplico segn la reaccin:

    (CH3)2CHOH (CH3)2CO + H2

    El alcohol empleado en la reaccin est disponible en

    solucin acuosa al 60% en peso y para la acetona obtenidacomo producto se exige una pureza mnima del 90%.Por razones de seguridad no est permitida la entrada de

    hidrgeno al reactor y ste debe ser removido de losproductos de reaccin tan pronto como sea posible.

    Con base en la informacin suministrada proceda a efectuaruna correcta lectura e interpretacin del DFP siguiendo el

    camino de los reactivos y de los productos, luego identifiquelos equipos correspondientes a cada zona del proceso.

    DFP Obtencin de ACETONA a partir de alcohol isoproplico

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    89/114

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

    Temperatura (C) 25 32 350 357 20 27 33 25 22 61 61 90 83 83 109 33

    Presin (bar) 1.01 2.3 1.91 3.0 1.63 1.63 1.50 2.0 1.63 1.5 1.5 1.4 1.2 1.2 1.4 1.2

    Fraccin de vapor 0.0 0.0 1.0 0.0 1.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0

    Flujo msico (ton/h) 2.40 2.67 2.67 35.1 0.34 0.46 0.24 0.36 2.79 4.22 1.88 0.92 8.23 0.27 0.65 0.24

    Flujo molar (kmol/h) 51.9 57.8 92.6 -- 39.7 21.1 38.6 20.0 74.0 72.5 32.3 41.7 177 5.88 35.8 38.6

    Componentes

    (Flujo molar kmol/h)

    Hidrogeno -- -- 34.7 -- 34.7 0.00 34.7 -- 0.00 -- -- -- -- -- -- 34.7

    Acetona -- 0.16 34.9 -- 4.4 1.93 2.51 -- 32.4 72.4 32.3 0.16 4.82 0.16 -- 2.51

    Alcohol isoproplico 34.8 38.6 3.86 -- 0.12 0.10 0.02 -- 3.84 0.05 0.02 3.82 115 3.82 -- 0.02

    Agua 17.1 19.0 19.0 -- 0.40 19.1 1.29 20.0 37.8 -- -- 37.8 57.2 1.90 35.8 1.29

    (CH3)2CHOH (CH3)2CO + H2

    Camino de los REACTIVOS y caminos de los PRODUCTOS

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    90/114

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

    Temperatura (C) 25 32 350 357 20 27 33 25 22 61 61 90 83 83 109 33

    Presin (bar) 1.01 2.3 1.91 3.0 1.63 1.63 1.50 2.0 1.63 1.5 1.5 1.4 1.2 1.2 1.4 1.2

    Fraccin de vapor 0.0 0.0 1.0 0.0 1.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0

    Flujo msico (ton/h) 2.40 2.67 2.67 35.1 0.34 0.46 0.24 0.36 2.79 4.22 1.88 0.92 8.23 0.27 0.65 0.24

    Flujo molar (kmol/h) 51.9 57.8 92.6 -- 39.7 21.1 38.6 20.0 74.0 72.5 32.3 41.7 177 5.88 35.8 38.6

    Componentes

    (Flujo molar kmol/h)

    Hidrogeno -- -- 34.7 -- 34.7 0.00 34.7 -- 0.00 -- -- -- -- -- -- 34.7

    Acetona -- 0.16 34.9 -- 4.4 1.93 2.51 -- 32.4 72.4 32.3 0.16 4.82 0.16 -- 2.51

    Alcohol isoproplico 34.8 38.6 3.86 -- 0.12 0.10 0.02 -- 3.84 0.05 0.02 3.82 115 3.82 -- 0.02

    Agua 17.1 19.0 19.0 -- 0.40 19.1 1.29 20.0 37.8 -- -- 37.8 57.2 1.90 35.8 1.29

    (CH3)2CHOH (CH3)2CO + H2

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    91/114

    Sub-Producto

    Preparacinde la alimentacin

    para la reaccin

    Zona de

    Reaccin

    Preparacinpara la

    separacin

    Zona de

    separacin

    Reciclo

    Producto

    A tratamiento

    de efluentes

    RECUERDE:Estructura generalde un sistema de proceso qumico

    Alimentacin

    EJEMPLO 2:

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    92/114

    El anhdrido ftlicoes una de las materias primas ms importantespara la fabricacin de resinas alqulica, steres plastificantes, resinas

    polister y colorantes; se emplea tambin en la preparacin de cidobenzoico, sales metlicas, anhdrido tetracloroftlico y cido tereftlico.

    El diagrama de flujo de proceso (DFP) para la produccin deanhdridoftlico por oxidacin parcial de naftaleno,se muestra en la pgina siguiente.

    En l tienen lugar las siguientes reacciones:

    Con base en la informacin suministrada, efectu la lectura e interpretacindel DFP siguiendo el camino de los reactivos y de los productos, luego

    identifique los equipos correspondientes a cada zona del proceso.

    C10H8 + 9/2 O2 C8H4O3 + 2 H2O + 2 CO2

    naftaleno oxgeno anhdrido ftlico agua dixido de carbono

    C10H8 + 6 O2 2 C4H2O3 + 2 H2O + 2 CO2

    naftaleno oxgeno anhdrido maleico agua dixido de carbono

    C10H8 + 3/2 O2 C10H6O2 + H2O

    naftaleno oxgeno naftaquinona agua

    DFPObtencin de ANHDRIDO FTLICO por oxidacinparcial del naftaleno

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    93/114

    parcial del naftaleno

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

    Temperatura (C) 200 25 200 164 400 240 263 263 360 160 131 131 131 141 241 190 241 350Presin (bar) 0.80 1.01 3.35 3.10 2.85 2.85 2.75 2.25 2.00 1.70 1.40 1.40 0.15 0.11 0.30 0.05 0.20 3.00Fraccin de vapor 0.0 1.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

    Flujo msico (ton/h) 12.82 144.25 12.82 144.25 12.82 144.25 157.07 157.07 157.07 157.07 145.00 12.07 12.07 1.61 10.47 10.06 0.40 1624.72Flujo molar(kmol/h)

    100 5000 100 5000 100 5000 5100 5100 5101 5101 5014 86 86 16 71 68 2.60 17660

    Componentes Sal

    fundidaNaftaleno 100 - 100 - 100 - 100 100 - - - - - - - - - -Oxgeno - 1050 - 1050 - 1050 1050 1050 469 469 469 - - - - - - -Anhdrido ftlico - - - - - - - - 70 70 0.7 69 69 0.69 69 68 0.69 -Anhdrido malico - - - - - - - - 16 16 0.8 15 15 15 0.015 0.015 - -Naftaquinona - - - - - - - - 2 2 - 2 2 0.08 1.9 0.002 1.91 -Dixido de carbono - - - - - - - - 306 306 306 - - - - - - -Monxido carbono - - - - - - - - 50 50 50 - - - - - - -Nitrgeno - 3950 - 3950 - 3950 3950 3950 3950 3950 3950 - - - - - - -

    Agua - - - - - - - - 238 238 238 - - - - - - -

    Camino de los REACTIVOS y caminos de los PRODUCTOS

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    94/114

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

    Temperatura (C) 200 25 200 164 400 240 263 263 360 160 131 131 131 141 241 190 241 350Presin (bar) 0.80 1.01 3.35 3.10 2.85 2.85 2.75 2.25 2.00 1.70 1.40 1.40 0.15 0.11 0.30 0.05 0.20 3.00Fraccin de vapor 0.0 1.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0Flujo msico (ton/h) 12.82 144.25 12.82 144.25 12.82 144.25 157.07 157.07 157.07 157.07 145.00 12.07 12.07 1.61 10.47 10.06 0.40 1624.72Flujo molar(kmol/h) 100 5000 100 5000 100 5000 5100 5100 5101 5101 5014 86 86 16 71 68 2.60 17660

    Componentes Sal

    fundidaNaftaleno 100 - 100 - 100 - 100 100 - - - - - - - - - -Oxgeno - 1050 - 1050 - 1050 1050 1050 469 469 469 - - - - - - -Anhdrido ftlico - - - - - - - - 70 70 0.7 69 69 0.69 69 68 0.69 -Anhdrido malico - - - - - - - - 16 16 0.8 15 15 15 0.015 0.015 - -Naftaquinona - - - - - - - - 2 2 - 2 2 0.08 1.9 0.002 1.91 -Dixido de carbono - - - - - - - - 306 306 306 - - - - - - -Monxido carbono - - - - - - - - 50 50 50 - - - - - - -Nitrgeno - 3950 - 3950 - 3950 3950 3950 3950 3950 3950 - - - - - - -Agua - - - - - - - - 238 238 238 - - - - - - -

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    95/114

    Sub-Producto

    Preparacinde la alimentacin

    para la reaccin

    Zona de

    Reaccin

    Preparacinpara la

    separacin

    Zona de

    separacin

    Reciclo

    Producto

    A tratamiento

    de efluentes

    Por ANALOGA con la ESTRUCTURA GENERALde un sistema de proceso qumico

    Alimentacin

    El dimetil eter (DME) d i i l t l t

    EJEMPLO 3:

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    96/114

    El dimetil-eter (DME),usado principalmente como propelente,se obtiene por deshidrogenacin cataltica delmetanolsobre un catalizador cido de zeolita, segn la reaccin:

    2 CH3OH (CH3)2O + H2O

    Seguidamente se muestra el diagrama de flujo para la obtencin de50.000 toneladas mtricas por ao (suponga 8.375 h/ao).

    El DME se obtiene con una pureza del 99,5%.

    Datos Adicionales:Metanol Dimetil-eter Agua

    Formula CH3OH (CH3)2O H2O

    Peso molecular 32,04 46,01 18,016

    Peso especfico (20/4) 0,792 0,708 1

    Pto. Fusin (C) - 97,9 -140 0

    Capacidad calorfica (kJ/kmol) Lq

    Gas o Vap

    1,1097 E-5

    1,0533 E-5

    1,0314 E-5

    1,6581 E-5

    0,8939 E-5

    0,5276 E-5H fusin (kJ/gmol) 3,167 6,009

    Pto. Ebullicin normal (C) 64,7 -24 100

    H vaporizacin (kJ/mol) 35,27 40,65

    Presin de vapor (Ec. Antoine) -20 140C 60-150C

    A 7,87 7,9

    B 1473,11 1668,2

    C 230 228

    Calor de formacin Hfo?(kJ/mol) -238,6

    (l)

    -201,2 (g) -241,8 (g)

    DFPObtencin deDIMETIL ETER (DME)a partir del metanol

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

    97/114

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

    Temperatura (C) 25 25 45 154 250 364 278 100 89 46 153 139 121 167 50 46 121Presin (bar) 1,0 15,5 15,2 15,1 14,7 13,9 13,8 13,4 10,4 11,4 10,5 7,4 15,5 7,6 1,2 11,4 7,3

    Fraccin vaporizada (molar) 0 0 0 1 1 1 1 0,079 0,148 0 0 0,04 0 0 0 0 0

    Flujo msico (ton/h) 8,37 8,37 10,49 10,49 10,49 10,49 10,49 10,49 10,49 5,97 4,52 4,52 2,13 2,39 2,39 2,17 3,62

    Flujo molar (kmol/h) 262,2 262,2 328,3 328,3 328,3 328,3 328,3 328,3 328,3 129,7 198,6 198,6 66,3 132,3 132,3 47,1 113,0

    Componentes de flujo (kmol/h)

    Dimetil-eter 0,0 0,0 1,5 1,5 1,5 130,5 130,5 130,5 130,5 129,1 1,4 1,4 1,4 0,0 0,0 46,9 2,4

    Metanol 259,7 259,7 323,0 323,0 323,0 64,9 64,9 64,9 64,9 0,6 64,3 64,3 63,6 0,7 0,7 0,2 108,4

    Agua 2,5 2,5 3,8 3,8 3,8 132,9 132,9 132,9 132,9 0,0 132,9 132,9 1,3 131,6 131,6 0,0 2,2

    a partir del metanol

    2 CH3OH (CH3)2O + H2O

    Camino de los REACTIVOSy camino de los PRODUCTOS.

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

    Temperatura (C) 25 25 45 154 250 364 278 100 89 46 153 139 121 167 50 46 121Presin (bar) 1,0 15,5 15,2 15,1 14,7 13,9 13,8 13,4 10,4 11,4 10,5 7,4 15,5 7,6 1,2 11,4 7,3

    Fraccin vaporizada (molar) 0 0 0 1 1 1 1 0,079 0,148 0 0 0,04 0 0 0 0 0

    Flujo msico (ton/h) 8,37 8,37 10,49 10,49 10,49 10,49 10,49 10,49 10,49 5,97 4,52 4,52 2,13 2,39 2,39 2,17 3,62

    Flujo molar (kmol/h) 262,2 262,2 328,3 328,3 328,3 328,3 328,3 328,3 328,3 129,7 198,6 198,6 66,3 132,3 132,3 47,1 113,0

    Componentes de flujo (kmol/h)

    Dimetil-eter 0,0 0,0 1,5 1,5 1,5 130,5 130,5 130,5 130,5 129,1 1,4 1,4 1,4 0,0 0,0 46,9 2,4

    Metanol 259,7 259,7 323,0 323,0 323,0 64,9 64,9 64,9 64,9 0,6 64,3 64,3 63,6 0,7 0,7 0,2 108,4

    Agua 2,5 2,5 3,8 3,8 3,8 132,9 132,9 132,9 132,9 0,0 132,9 132,9 1,3 131,6 131,6 0,0 2,2

    2 CH3OH (CH3)2O + H2O

    RECUERDE:Estructura generalde un sistema de proceso qumico

    Reciclo

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Sub-Producto

    Preparacinde la alimentacin

    para la reaccin

    Zona de

    ReaccinPreparacin

    para laseparacin

    Zona de

    separacin

    Reciclo

    Producto

    A tratamiento

    de efluentes

    Alimentacin

    CONCLUSIONES:

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    EN LOS EJEMPLOS ANTERIORES OBSERVAMOS

    El trazado del camino de reactivos y de productosestablece los lmites de la zona de reaccin.

    El camino de los reactivos est relacionado con la

    zona de preparacin para la reaccin. Los equipos excluidos del camino de los

    reactivos y de los productos estn vinculados con

    zona de reciclo o servicios. Las corrientes de purgaestn relacionadas con los lazos

    de reciclo.

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    Anlisis de proceso qumico

    Obtencin de acetona

    a partir de alcohol isoproplicoEjercicio propuesto para el cursoPS3213:Ingeniera de Procesos

    Material para fines didctico preparado por Prof. A. Requena conbase en DFP presentado en Analysis, Synthesis,and Design of

    Chemical Processespor Turton, Bailie, Whiting & Shaeiwitz

    En la figura adjunta se muestra el diagrama de flujo de

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    proceso (DFP) para la produccin de acetona a partir delalcohol isoproplico segn la reaccin:

    (CH3)2CHOH (CH3)2CO + H2

    El alcohol empleado en la reaccin est disponible ensolucin acuosa al 60% en peso y para la acetona obtenida

    como producto se exige una pureza mnima del 90%.Por razones de seguridad no est permitida la entrada dehidrgeno al reactor y ste debe ser removido de losproductos de reaccin tan pronto como sea posible.

    Con base en la informacin suministrada proceda a efectuaruna correcta lectura e interpretacin del DFP siguiendo el

    camino de los reactivos y de los productos, luego respondaa cada uno de los planteamientos formulados.

    DFP acetona a partir de alcohol isoproplico

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

    Temperatura (C) 25 32 350 357 20 27 33 25 22 61 61 90 83 83 109 33

    Presin (bar) 1.01 2.3 1.91 3.0 1.63 1.63 1.50 2.0 1.63 1.5 1.5 1.4 1.2 1.2 1.4 1.2

    Fraccin de vapor 0.0 0.0 1.0 0.0 1.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0

    Flujo msico (ton/h) 2.40 2.67 2.67 35.1 0.34 0.46 0.24 0.36 2.79 4.22 1.88 0.92 8.23 0.27 0.65 0.24

    Flujo molar (kmol/h) 51.9 57.8 92.6 -- 39.7 21.1 38.6 20.0 74.0 72.5 32.3 41.7 177 5.88 35.8 38.6

    Componentes

    (Flujo molar kmol/h)

    Hidrogeno -- -- 34.7 -- 34.7 0.00 34.7 -- 0.00 -- -- -- -- -- -- 34.7

    Acetona -- 0.16 34.9 -- 4.4 1.93 2.51 -- 32.4 72.4 32.3 0.16 4.82 0.16 -- 2.51

    Alcohol isoproplico 34.8 38.6 3.86 -- 0.12 0.10 0.02 -- 3.84 0.05 0.02 3.82 115 3.82 -- 0.02

    Agua 17.1 19.0 19.0 -- 0.40 19.1 1.29 20.0 37.8 -- -- 37.8 57.2 1.90 35.8 1.29

    (CH3)2CHOH (CH3)2CO + H2

    1. Complete la Tabla indicando los cdigos de los equipos

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    que conforman cada una de las secciones del proceso.

    Zona Equipo s qu e la integran(Escr ib a slo el cdigo )

    Preparacin parala reaccin

    V-401 P-401 A/B E-401

    Reaccin R-401 P-402 A/B H-401

    Preparacin para laseparacin

    E-402 E-403

    E-404 V-403SeparacinV-402 T-401 T-402

    E-405 P-403 A/B

    E-406 V-404RecicloP-404 A/B T-403

    E-407 P-405 A/B

    Seguidamente se muestran las distintas zonascoloreadas segn su correspondencia con la estructura

    general de un sistema de proceso qumico.

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Sub-Producto

    Preparacinde la alimentacinpara la reaccin

    Zona deReaccin

    Preparacinpara la

    separacin

    Zona deseparacin

    Reciclo

    Producto

    A tratamiento

    de efluentes

    RECUERDE:Estructura generalde un sistema de proceso qumico

    Alimentacin

    2. Diga si existe corriente de purga o bypass en el DFP.

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    En caso afirmativo calcule el flujo de dichas corrientes.

    Nohay presencia de corrientes de bypass

    El reactivo se introduce disuelto en agua, la que acta

    como un inerte, por lo tanto, debe existiruna purgapara eliminar dicho inerte (agua) en cantidad similar a laintroducida. Tambin se debe tener en cuenta que para elproducto (acetona) slo se exige una pureza del 90%, por

    lo que puede arrastrar parte del inerte introducido.

    Para verificar esta hiptesis se puede seguir el siguienteprocedimiento:

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    Cantidad de agua a purgar = Cantidad de agua comoinerte en la alimentacin= mH2O1 = 17,1 t/h

    Agua eliminada en corriente 15 = 35,8 t/hAgua introducida en corriente 8 = 20,0 t/h

    Agua eliminada en 15 y no introducida en 8 = 15,8 t/hAgua eliminada con productos = Agua en corriente 16 = 1,29 t/h

    Cantidad de agua purgada= (15,8 + 1,29) t/h = 17,1 t/h

    Se verifica la eliminacin de agua inerte como una corriente de purga

    Purga

    3. Que funcin cumplen los equipos P-402 A/B y H-401 en

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    el proceso?Un ingeniero propone suprimir estos equipos

    reemplazndolos por un recuperador de calor a la salidadel reactor R-401 para aproveche el calor de la corriente 3.Apoyara Ud. esta propuesta?Justifique adecuadamente su respuesta.

    La bomba P-402 A/B hace circular un fluido que sale del sistema decalentamiento del reactor a 357C y lo lleva al horno H-401 paracalentarlo hasta 407C; esto permite inferir que la reaccin esendotrmica con alta energa de activacin.Cabe destacar que la corriente 4 NO ES FLUIDO DE PROCESO; es

    una corriente de servicio, muy probablemente constituida por una salinorgnica fundida y no un aceite orgnico, pues estos podran sufrircraqueo a temperaturas mayores a 350C.Esta configuracin permite afirma que la zona de reaccin estintegrada no slo por el reactor R-401, sino tambin por la bombaP-402 A/B y el horno H-401.

    La propuestade sustituir elsistema de calentamiento del

    d d

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    reactor por un recuperador decalor a la salida del reactor es

    inadecuada,ya que al

    tratarse de una reaccinendotrmica, la temperatura desalida del reactor (corriente 3)sera mucho ms baja si no sesuministra calor al reactor.

    Si se supone la capacidad calorfica del fluido de calentamiento, (parauna sal fundida puede tomarse 0,25 kcal/kg C) , es posible estimar elcalor de la reaccin, segn se muestra a continuacin:

    Sustituyendo valores numricos:Q = 35.100 (kg/h) 0,25 (kcal/kg C) (407357)C

    437.500 kcal/hEsta cantidad de calor no podra ser suplida por la corriente 3,(verifquelo) por lo que no se apoya la propuesta.

    RH

    TCpmQ

    ZONA DE REACCIN

    4. Uno de sus compaeros de curso le comenta que lpiensa que el agua alimentada al proceso slo se utiliza

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    piensa que el agua alimentada al proceso slo se utilizapara atrapar por solubilidad los vapores de acetonaarrastrados en la corriente gaseosa que abandona elV-402. Qu balance de masa propondra Ud. realizarpara verificar la hiptesis del su compaero?Realice dicho balance y diga si est Ud. de acuerdo conesta idea.

    Para verificar la hiptesis, determinamos la fraccin deacetona contenida en la corriente 5 que se arrastra a lacorriente 6.

    Fraccin acetona recuperada = mAC6 / mAC5

    1,93 / 4,4 = 43,9%

    Por lo que efectivamente SE RECUPERA ACETONA,sin embargo vale la pena evaluar la cantidad de acetonarecuperada en relacin a la produccin total.

    Esto puede estimarse a partir de la cantidad deSEPARACIN DE GASES

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    p pacetona en la corriente 9 que proviene de lacorriente 6.

    mAcetona6/ mAcetona9 = 1,93 / 32,4= 5,95%

    Pero la T-401 tambin recupera alcoholisoproplico no convertido:

    Alcohol recuperado = mAlc6 / mAlc5

    (0,10/0,12)*100 = 83,3%

    Pero el alcohol recuperado es muy poco enrelacin al contenido en la corriente 9.

    mAlc6/ mAlc9 = (0,10/3,84)*100 = 2,6%

    Se puede por tanto afirmar que la funcin principal de la T-401es recuperar acetona, para aumentar el rendimiento delproceso.

    5. Se propone eliminar el equipo E-403 y aumentar el readel intercambiador E-402 para manejar la carga trmica

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    del intercambiador E 402 para manejar la carga trmicadel E-403. Apoyara Ud. esta propuesta?Justifique adecuadamente su respuesta.

    No se apoya lapropuesta dada las

    diferencias en el tipo deservicio de cadaintercambiador.

    El servicio agua fra (cw) utilizado en el E-402 no

    permitira alcanzar la temperatura de 20C requerida ala entrada del V-402 y si se sustituye el servicio poragua refrigerada (rw) se sub-utilizara los servicios conel consecuente incremento de los costos de operacin.

    6. Construya el diagrama Entrada-Salida y el diagrama debloque para este proceso

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    bloque para este proceso

    Diagrama Entrada-Salida

    Diagrama de Bloquea) Si consideran alimentacin de alcohol puro

    b) Si considera alcohol al 60%

    Debe incluir corriente de purga para eliminar el agua antes del reciclo.

    (CH3)2CHOH (CH3)2CO + H2Hidrgeno

    Acetona

    AlcoholIsoproplico

    REACTORAlcohol

    Isoproplico

    SEPARADOR

    DE GASES

    Hidrgeno

    SEPARADOR

    DE LQUIDOS

    Acetona

    Reciclo del alcohol no convertido Purga paraeliminacindel agua inerte

    PS3213

  • 7/24/2019 Diagramas de Flujo y an Lisis de Procesos Qu Micos

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    Captulo II:Anlisis deProcesos Qumicos.

    Diagramas de bloque,diagramas de flujo y

    diagramas de tuberas einstrumentacin.

    Estrategias para el anlisisde procesos qumicos