3. Diagramas de Proceso

Diagramas de proc proceso eso Principios de Química Industrial

Programa de Química Programa Facultad Facult ad de Ciencias C iencias Universidad Nacional de Colombia

Laura Rosa Conde Rivera Febrero 19 de 2013

1

Materias primas (estado definido)

Proceso

Productos (estado definido)

Conjunto de operaciones operaciones   que permiten transformar   transformar las materias primas  primas  en el(los) producto(s) de interés

Operación http://lasmateriasprimas.com/

Permite eliminar una o más más   de las diferencias   entre las materias diferencias primas y el(los) producto(s) final(es)

 Acondicionamiento de materias primas

REACCIONES QUÍMICAS

 Acondicionamiento de productos

Insumos MP

Insumos

PREPARACIÓN PURIFICACIÓN

PRODUCTO

REACCIÓN Subproductos

EFLUENTE LIMPIO

SEPARACIÓN PURIFICACIÓN Subproductos

TRATAMIENTO EFLUENTES

PRODUCTOS SECUNDARIOS



Proceso continuo



Condiciones de operación estacionarias Gran escala de Producción Cada equipo realiza una operación o función específica

 



Proceso discontinuo o por lotes (Batch)



Funcionamiento intermitente Ciclo de operación Pequeña escala de producción Plantas flexibles, multiproducto y multi propósito Grandes tiempos de procesamiento o residencia Reacciones lentas. Flujos pequeños Productos que ensucian, incrustran o corroen los equipos

  

  

6



Proceso continuo



Calidad del producto constante Velocidad de producción constante Alta automatización Poca mano de obra

  



Proceso discontinuo o por lotes (Batch)



Productos de calidad variable Velocidad de producción variable Mucha mano de obra Productos de alto valor y calidad Procedimientos de síntesis complejos Condiciones de control muy estrictas

    

7



Proceso continuo Catalyst Fedd

HEAT

REACTOR

SEPARATOR

Heat 

Proceso discontinuo o por lotes (Batch) Product    l    l    i    t    S

(1) Fedd (2) Catalyst

HEAT REACTOR SEPARATOR

Heat

Product

¿Qué son los diagramas de proceso? Son

representaciones de un proceso que se utilizan para compartir información entre personas involucradas en el diseño, construcción y operación del mismo

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Tipos de diagramas de proceso Información mostrada

Diagrama

11

Diagrama de entrada y salida Estructura general del diagrama de entrada y salida  –

Input - Output Reciclo

Purga

 Alimentación PROCESO PRODUCTIVO

Producto

Insumos Subproductos

12

Diagrama de entrada y salida Estructura general del diagrama de entrada y salida  –

Input - Output Ej: diagrama de entrada y salida del proceso de Hidrodealquilación de tolueno

Hydrogen, Methane

Hydrogen

Benzene Product PROCESS

Toluene

Diphenyl By -Product

Unreacted Toluene 13

Diagrama de bloques Importancia   

Útiles para la conceptualización de nuevos procesos Se utilizan como punto de partida para un PFD Brindan una visión clara de un proceso, representando las operaciones que lo componen y el orden en que se encuentran.

14

Diagrama de bloques Convenciones    

 

Las operaciones se representan con bloques Las corrientes principales se representan con líneas cuyas flechas indican la dirección de flujo. En lo posible, los flujos van desde la izquierda a la derecha del diagrama Las corrientes livianas (ej: gaseosas) se dirigen hacia arriba, y las corrientes pesadas (ej: líquidos o sólidos) hacia abajo. Si las líneas se cruzan, las horizontales se mantienen y las verticales se cortan (válido para todos los diagramas) Balance de materia y energía simplificado (tabla).

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Diagrama de bloques Diagrama de bloques  – BFD (block flow

diagram)

Ej: diagrama de bloques para el proceso de obtención de cloruro de vinilo

Seider, W. D., J. Seader, et al. (2004). Product and process design principles: synthesis, analysis, and evaluation, Wiley New York



Secciones principales de procesamiento (bloques funcionales)



Topología principal del proceso (disposición de bloques)



Balances de materia



Condiciones de operación 16

Actividad en casa –Taller 2 – Punto 1 Trabajando en parejas, los Leer

estudiantes deben:

el siguiente enunciado:

“El proceso de elaboración de chocolatinas inicia con el lavado de 500 kg de semilla de cacao por hora.

Las semillas contienen un 57% en peso de grasa. Posteriormente se realiza el proceso de tueste (100140°C de 45-90 min.), con el cual adquiere su sabor y olor característico. En este proceso las semillas pierden agua (12% p/p). Después se realiza el proceso de descascarillado, para obtener las almendras de cacao. El rendimiento de esta etapa del proceso es del 90%. Luego las almendras se muelen para obtener el licor de cacao, el cual se prensa (presión 5000-6000 psi) para eliminar el 70% de la grasa (manteca de cacao). Posteriormente el chocolate líquido se mezcla con una cantidad igual de azúcar y 100 kg de leche en polvo. La pasta de chocolate obtenida se calienta a 55°C para liberar el sabor y olor del cacao. Enseguida se agregan 100 kg de lecitina de soya en el proceso llamado de acabado, el cual se ajusta la viscosidad final. Luego se enfría y moldea”. Y. Piñeros. 2012.

a) Construir el diagrama de entradas y salidas b) Construir el diagrama de bloques c) Realizar un balance de materia del proceso, construir una tabla de entradas y salidas para verificar el balance y establecer: ¿Cuántas chocolatinas de 100 gramos se obtienen? ¿Cuánta manteca de cacao se produce?

Diagrama de flujo de proceso Convenciones 

Se representan TODOS los equipos junto con su descripción. Cada equipo tiene un número y un nombre.



Todas las corrientes de proceso tienen un número. Se debe incluir una descripción de las condiciones (temperatura, presión),flujos y composición química ya sea en el diagrama o en un a TABLA adjunta.



Se deben representar TODAS las corrientes de servicios( vapor, aire, calefacción, etc.) que se alimentan a cada producto de alimentación.

18

Diagrama de flujo de proceso Convenciones 

Se deben representar los lazos de control básicos que aseguran la estabilidad de las condiciones del proceso durante la operación normal.

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Diagrama de flujo de proceso Información de las corrientes de flujo Mínima       

Número de la corriente Temperatura Presión Fracción de vapor Flujo másico total Flujo molar total Flujo molar para cada componente

Adicional opcional  

  

Nombre de la corriente Fracciones másicas y/o molares de cada componente Flujo volumétrico Propiedades físicas (ρ, µ, etc) Datos termodinámicos (H, Cp, etc)

20

Diagrama de flujo de proceso Diagrama

de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Ej: diagrama de flujo para el proceso de obtención de cloruro de vinilo



Seider, W. D., J. Seader, et al. (2004). Product and process design principles: synthesis, analysis, and evaluation, Wiley

Unidades de procesamiento

21

Diagrama de flujo de proceso Diagrama

de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Ej: diagrama de flujo para el proceso de obtención de cloruro de vinilo  

Unidades de procesamiento Convención

U - XYY Número de dos dígitos que identifica la unidad Dígito que identifica el área de proceso donde está instalada la unidad Tipo de equipo: V (vessel), E(exchanger), R (reactor), T(tower), P (pump), C (compressor), H (Heaters) 22

Diagrama de flujo de proceso Diagrama

 

de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Unidades de procesamiento Algunos íconos que representan las unidades de procesamiento

http://www.pipingguide.net/2008/12/piping-instrumentationdiagram.html. Fecha de consulta: febrero 24 de 2011

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Diagrama de flujo de proceso Diagrama

 

de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Unidades de procesamiento Algunos íconos que representan las unidades de procesamiento

24

Diagrama de flujo de proceso Diagrama

de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Ej: diagrama de flujo para el proceso de obtención de cloruro de vinilo



Información de las corrientes

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Diagrama de flujo de proceso Diagrama

de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Ej: diagrama de flujo para el proceso de obtención de cloruro de vinilo 

Información de las corrientes

26

Diagrama de flujo de proceso Diagrama

de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Ej: diagrama de flujo para el proceso de obtención de cloruro de vinilo



Fluidos de servicio - utilities

27

Diagrama de flujo de proceso Diagrama

de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Ej: diagrama de flujo para el proceso de obtención de cloruro de vinilo



Fluidos de servicio - utilities

28

Diagrama de flujo de proceso Diagrama 

de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Fluidos de servicio - utilities Tabla de convenciones para fluidos de servicio e intervalos de temperatura

    ↑    o    t    s    o    C

    ↑    o    t    s    o    C

Seider, W. D., J. Seader, et al. (2004). Product and process design principles: synthesis, analysis, and evaluation, 29 Wiley New York

Diagrama de flujo de proceso Diagrama



de flujo de proceso – PFD (process flow diagram)

Especificaciones de equipos Tabla de resumen de especificaciones de equipos

Seider, W. D., J. Seader, et al. (2004). Product and process design principles: synthesis, analysis, and evaluation, Wiley New York

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Actividad en casa –Taller 2 – Punto 2 Entendiendo el PFD del proceso de producción de cloruro de vinilo Trabajando en parejas,

los estudiantes deben:

Leer

el texto: Lectura Entendiendo el PFD –   Proceso de  producción de cloruro de vinilo. a) Identificar el nombre que corresponde a cada unidad de procesamiento y a cada corriente mostrada en el diagrama de flujo (Flowsheet), de acuerdo con el nombre que se le asigna en el Diagrama de Flujo de Proceso (PFD). b) Explicar la función que cumple cada operación unitaria en el proceso de transformación de acuerdo con lo expuesto en la lectura y lo mostrado en el diagrama de flujo (Flowsheet).

Diagrama de tubería e instrumentación Características

       

Documento transmitido por el equipo de diseño a los responsables de la construcción de la planta Se utiliza para soportar el proceso de arranque de la planta Ubicación y tipo de instrumentos de control Ubicación de las válvulas Tamaño, materiales y espesor de tubería Incluye aspectos mecánicos de la planta Incluye tuberías, válvulas, desagües, registradores, sensores y elementos de control, salidas de subproductos, etc. Excluye: condiciones de los flujos, (T, P, masa)

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Diagrama de tubería e instrumentación Diagrama

de tubería e instrumentación  –  P&ID (piping and instrumentation diagram) 

Algunas convenciones en los P&ID

http://www.pipingguide.net/2008/12/piping-instrumentation33

Diagrama de tubería e instrumentación P&ID (piping and instrumentation diagram) Diagrama

de tubería e instrumentación  –  P&ID (piping and instrumentation diagram) 

Tipo de válvulas de control

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Diagrama de tubería e instrumentación Diagrama

de tubería e instrumentación  –  P&ID (piping and instrumentation diagram) 

Siglas para Identificación de instrumentos

Algunos ejemplos de siglas de instrumentos:

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Diagrama de tubería e instrumentación Diagrama de tubería e

instrumentación – P&ID (piping and instrumentation diagram) 

Símbolos de sensores (instrumentos de medida )

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Diagrama de tubería e instrumentación Diagrama de tubería e

instrumentación – P&ID (piping and instrumentation diagram) 

Tipo de controlador según variable controlada

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Diagrama de tubería e instrumentación Diagrama de tubería e

instrumentación – P&ID (piping and instrumentation diagram) 

Componentes principales – Bombas, ventiladores, agitadores

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Diagrama de tubería e instrumentación Diagrama de tubería e

instrumentación – P&ID (piping and instrumentation diagram) 

Componentes principales – Intercambiadores, Compresores

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Diagrama de tubería e instrumentación Diagrama de tubería e

instrumentación – P&ID (piping and instrumentation diagram) 

Componentes principales – Tanques, Filtros

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Diagrama de tubería e instrumentación Diagrama de tubería e

instrumentación – P&ID (piping and instrumentation diagram)