CAPITULO II

DISEO DE PLANTAS DE PROCESOS QUIMICOS

i

INDICE

PRESENTACIN

1

CAPITULO 1

2

INTRODUCCION AL DISEO2

1.1NATURALEZA DEL DISEO2

1.2EL OBJETIVO DEL DISEO (LA NECESIDAD)2

1.3RESTRICCIONES AL DISEO3

1.4CODIGOS Y NORMALIZACIONES4

1.5FACTORES DE SEGURIDAD (FACTORES DE DISEO)5

1.6SISTEMAS DE UNIDADES5

1.7DISEO OPTIMO6

1.7.1Diseo Econmico Optimo.6

1.7.2Operacin Optima.7

1.8DISEO ASISTIDO POR COMPUTADORA8

1.9LOS PROYECTOS EN INGENIERIA QUIMICA9

1.9.1Organizacin de un Proyecto en Ingeniera qumica.9

1.9.2Documentacin del proyecto.10

Hojas de clculo11

Dibujos11

Hojas de especificaciones11

Manuales de proceso11

Manuales de operacin11

CAPITULO 2

13

CONCEPCION Y DEFINICION DEL PROYECTO

13

2.1CONCEPCION Y DEFINICION DEL PROYECTO14

2.2ELIMINACION DE POSIBILIDADES14

2.3DEFINICION DE CAPACIDADES15

2.4ESTUDIO DE MERCADO15

2.4.1Conceptos fundamentales de Consumo, Demanda y Mercado15

2.4.2Fuentes de informacin.16

2.4.3Anlisis del consumo16

2.4.4Proyeccin de la demanda17

2.4.5Resolucin analtica de la tendencia en el consumo17

2.4.6Medida de la precisin del ajuste18

La desviacin estndar:18

Correlacin del ajuste19

2.4.7Caso de estudio.19

CAPITULO 3

22

DISEO DEL PROCESO

22

3.1TIPOS DE DISEOS.22

3.1.1Diseo preliminar (o estimados rpidos)23

3.1.2Diseo de estimados detallados.24

3.1.3Diseo exacto (o diseo detallado)24

3.2ETAPAS EN EL DISEO DE UN PROCESO25

3.2.1Objetivo del diseo25

3.2.2Recoleccin de datos26

3.2.3Generacin de posibles soluciones27

Desarrollo del proceso27

Diagramas de flujo27

Diseo del equipo28

3.2.4.Seleccin y Evaluacin28

Operacin Batch versus Contina.29

Evaluacin econmica29

Optimizacin30

3.2.5Diseo final30

Reporte del diseo.30

3.3CONSTRUCCIN Y OPERACIN30

CAPITULO 4

31

Fundamentos de los balances de materiales

31

4.1LA EQUIVALENCIA DE LA MASA Y LA ENERGIA31

4.2CONSERVACION DE LA MASA32

4.3UNIDADES USADAS PARA EXPRESAR COMPOSICIONES33

4.4ESTEQUIOMETRIA34

4.5CAMBIO DE LIMITES DEL SISTEMA35

4.6ELECCION PARA BASES DE CALCULOS37

4.7NUMERO DE COMPONENTES INDEPENDIENTES38

Sistemas fsicos sin reaccin38

Sistemas fsicos con reaccin38

4.8RESTRICCIONES SOBRE FLUJOS Y COMPOSICIONES39

4.9METODO ALGEBRAICO GENERAL40

4.10COMPONENTES DE RELACION42

4.11EXCESO DE UN REACTANTE43

4.12conversion y rendimiento44

Conversin44

Rendimiento45

4.13reciclos de proceso48

4.14PURGAS50

4.15"BY PASS" (DESVIOS)52

4.16calculos en estado no estacionario52

4.17procedimiento general para problemas

de balance de materiales54

CAPITULO 5

56

Fundamentos de los balances de ENERGIA

56

5.1CONSERVACION DE LA ENERGIA56

5,2FORMAS DE ENERGIA (POR UNIDAD DE MASA DEL MATERIAL)57

5.2.1Energa potencial57

5.2.2Energa cintica57

5.2.3Energa interna57

5.2.4Trabajo57

5.2.5Calor58

5.2.6Energa elctrica58

5.3EL BALANCE DE ENERGIA58

5.4CALCULO DE LA ENTALPIA ESPECIFICA63

5.5.CAPACIDADES CALORIFICAS PROMEDIO64

5.6EFECTO DE LA PRESION SOBRE LA CAPACIDAD CALORIFICA66

5.7ENTALPIA DE MEZCLAS66

5.7.1Calores de solucin integrales67

5.8DIAGRAMAS DE ENTALPIA CONCENTRACION68

5.9CALORES DE REACCION69

5.9.1Efecto de la presin sobre el calor de reaccin71

5.10CALORES ESTANDARD DE FORMACION73

5.11CALORES DE COMBUSTIN73

5.12COMPRESION Y EXPANSION DE GASES73

5.13BALANCES DE ENERGIA AL ESTADO NO ESTACIONARIO74

CAPITULO 6

76

PREPARACION DEL DIAGRAMA DE FLUJO

76

6.1PRESENTACION DEL DIAGRAMA DE FLUJO77

6.1.1Diagrama de bloques77

6.1.2Unidades de proceso80

6.1.3Representacin grfica de los equipos81

6.1.4Presentacin del flujo de las corrientes82

6.1.5Informacin a ser incluida82

Informacin esencial.82

Informacin opcional.82

6.1.6Distribucin84

6.1.7Precisin de los datos84

6.1.8Base de clculos84

6.1.9Procesos intermitentes (batch)84

6.1.10Servicios85

6.1.11Identificacin del equipo85

6.2CALCULOS MANUALES DEL DIAGRAMA DE FLUJO85

Restricciones externas85

Restricciones internas85

6.2.1Bases para clculos del diagrama de flujo86

Base en el tiempo.86

Factor de escala87

6.2.2Clculos del diagrama de flujo en unidades individuales87

Reactores87

Etapas de equilibrio88

Ajuste de composiciones de corrientes88

Balances combinados de materia y energa88

DISEO PRELIMINAR DE UN PROCESO94

6.3DIAGRAMA DE FLUJO ASISTIDO POR COMPUTADOR102

6.4PROGRAMAS DE SIMULACIN TOTAL AL ESTADO ESTACIONARIO102

6.4.1Informacin para diagramas de flujo104

6.5PROGRAMAS SIMPLES DE BALANCE DE MATERIALES105

6.5.1Desarrollo de un programa simple de balance de materiales105

El concepto de fraccin dividida.105

Procesos con reaccin108

6.5.2Ilustracin del mtodo109

6.5.3Reglas para estimar los coeficientes de fraccin dividida119

CAPITULO 7

122

EQUIPO DE PROCESO

122

7.1ESPECIFICACIN Y DISEO DE EQUIPO122

7.1.1Escalamiento en el diseo125

7.1.2Factores de seguridad125

7.1.3Especificaciones125

7.2METODOS CORTOS DE SELECCIN DE EQUIPO126

7.2.1Compresores y Bombas de vaco126

7.2.2Transportadores para partculas slidas127

7.2.3Torres de enfriamiento128

7.2.4Chancado y molienda128

7.2.5Cristalizacin a partir de soluciones129

7.2.6Destilacin y absorcin de gases129

7.2.7Secado de slidos131

7.2.8Extraccin Liquido Liquido132

7.2.9Filtracin133

7.2.10Fluidizacin de partculas con gases134

7.2.11Intercambiadores de calor134

7.2.12Mezclado y Agitacin135

7.2.13Aumento de tamao de partculas136

7.2.14Tuberas136

7.2.15Bombas137

7.2.16Reactores137

7.2.17Refrigeracin138

7.2.18Separacin de partculas por tamao138

7.2.19Utilitarios, especificaciones comunes139

7.2.20Recipientes (Tambores)139

7.2.21Recipientes (A presin)140

7.2.22Recipientes (Tanques de almacenamiento)140

7.3MATERIALES DE CONSTRUCCION141

CAPITULO 8

142

CONSIDERACIONES GENERALES

142

8.1LOCALIZACION DE LA PLANTA142

8.1.1Materias primas143

8.1.2Mercados143

8.1.3Disponibilidad de energa143

8.1.4Clima144

8.1.5Facilidades de transporte144

8.1.6Suministro de agua144

8.1.7Disposicin de desperdicios144

8.1.8Mano de obra144

8.1.9Impuestos y restricciones legales144

8.1.10Caractersticas del lugar145

8.1.11Proteccin contra incendios e inundaciones145

8.1.12Factores comunitarios145

8.2DISTRIBUCION DE LA PLANTA146

8.2.1Preparacin de la distribucin146

8.3OPERACIN Y CONTROL DE LA PLANTA147

8.3.1Instrumentacin.147

8.3.2Mantenimiento147

8.4SERVICIOS147

8.5DISEO DE ESTRUCTURAS148

8.6ALMACENAMIENTO149

8.7MANIPULACION DE MATERIALES149

8.8DISPOSICIN DE DESPERDICIOS150

8.8.1La necesidad de prevenir la contaminacin150

8.8.2Desarrollo de un sistema de control de la polucin150

8.8.3Formas de contaminacin151

Efluentes gaseosos151

Efluentes lquidos151

Residuos slidos151

8.8.4Pretratamiento y tratamiento de residuos peligrosos151

Desecado.152

Fijacin qumica y solidificacin (FQS)153

Encapsulamiento153

CAPITULO 9

154

ESTUDIO DE CASOS

154

9.1OBTENCION DEL ACIDO NITRICO154

9.2PROBLEMAS PROPUESTOS173

APNDICE A176

LUIS MONCADA ALBITRES