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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL AREA ACADÉMICA DE INGENIERÍA QUIMICA
INSTRUMENTOS DE CONTROL “PLANTA DE PRODUCCIÓN DE DIMETIL ÉTER A PARTIR DE METANOL”
PROFESOR: ING. EMERSON COLLADO ALUMNOS:
Carhuas Córdova Sergio Guardia Matos Santiago. Hermengildo Urpe Oscar. Moya Estela, Olimpio Vidal PERIODO ACADEMICO:
INSTRUMENTOS DE CONTROL
2017-I
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Índice Contenido FORMACIÓN DE DIMETIL ÉTER A PARTIR DE LA DESHIDRATACIÓN DE METANOL. ........................ 4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO. .................................................................................... 4 INSTRUMENTACIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE DIMETIL ETER ........................................ 7 PRECALENTAMIENTO Y REACCION.............................................................................................. 7 ENFRIAMIENTO ........................................................................................................................... 8 SEPARACION LIQUIDO-GAS ......................................................................................................... 9 CONTROL DEL PROCESO................................................................................................................ 10 CONTROL EN LOS REACTORES................................................................................................... 10 CONTROL EN LAS COLUMNAS DE SEPARACIÓN........................................................................ 10 DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL .......................................................................... 11 EN LA LÍNEA DE ALIMENTACIÓN 5, 7 Y 9................................................................................... 11 EN LA COLUMNA DE DESTILACIÓN C-100 ................................................................................. 14 SENSOR DE NIVEL EN LA COLUMNA C102: ............................................................................... 14 SENSOR DE NIVEL EN LA COLUMNA C103: ............................................................................... 16 MEDIDORES DE FLUJO TIPO VORTEX DE LOS REHERVIDORES: ................................................. 17 SENSOR DE FLUJO EN LAS CONDENSADORAS DE LA C102: ...................................................... 18 SENSOR DE FLUJO PARA EL REFLUJO Y LA LINEA DE SALIDA DE LA COLUMNA C102: .............. 19 SENSOR DE FLUJO PARA EL REFLUJO Y LA LINEA DE SALIDA DE LA COLUMNA C103: .............. 20 CONTROL DEL PROCESO................................................................................................................ 20 Control en los reactores ................................................................................................................ 21 Mediante el control en los reactores se logra mantener la conversión de los reactivos en el valor deseado. En este caso, el control se limitará a manipular la temperatura de la corriente de entrada a cada reactor, considerando que manteniéndose está al nivel adecuado se llegará al grado de conversión deseado. ...................................................................................................... 21 De esta forma solo es necesario un lazo de control simple que regule el caudal de vapor de agua o de agua de refrigeración en los intercambiadores, tal y como se muestra en la figura 3. ........ 21 INSTRUMENTOS DE CONTROL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL ....................................................................................................................................................... 21 Control en las columnas de separación ........................................................................................ 21 El objetivo del control de las columnas es conseguir la composición deseada en sus corrientes de salida. ............................................................................................................................................ 21 Para esto se debe controlar, en primer lugar y más importante, las purezas o calidades de los productos, aunque también deben controlarse los niveles del tanque de reflujo y en la columna. ....................................................................................................................................................... 21 Se dispone de la posibilidad de manipular los caudales de destilado, el calor aportado en el reboiler y el caudal de reflujo en la columna. ............................................................................... 22 El control del nivel en el tanque de reflujo se realiza mediante el control del reflujo en cabeza hacia la columna............................................................................................................................ 22 En la columna C1, de la que se extrae el DME formado, se conseguirá que su pureza sea la requerida. En la columna C2 se realiza el control sobre la corriente de destilado, con el objetivo de controlar el contenido en metanol de dicha corriente. De igual modo, en la columna C3 se realiza el control sobre la corriente de destilado, logrando que la corriente de recirculación no contenga grandes cantidades de agua y este formada principalmente por metanol. ................. 22 Esta disposición se muestra en la figura 4. ................................................................................... 22 ....................................................................................................................................................... 22 ESTRATEGAS DE CONTROL ............................................................................................................ 23
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FORMACIÓN DE DIMETIL ÉTER A PARTIR DE LA DESHIDRATACIÓN DE METANOL. La formación de DME a partir de metanol como materia prima se realiza mediante su deshidratación bajo el efecto de un catalizador ácido. El alcohol primario es protonado por el efecto del catalizador ácido, lo que lo hace susceptible de ser atacado por otra molécula de alcohol, de esta forma se crea el éter. La reacción puede llevarse a cabo tanto en un sistema de lecho fluido como en uno de lecho fijo. El lecho fluidizado muestra una mayor transferencia de masa y calor pero es más caro y complejo. Por otra parte, el lecho fijo es más sencillo en cuanto diseño y operación, además conlleva un menor coste. La reacción química que se produce con este método es:
2𝐶𝐻3 𝑂𝐻 ↔ 𝐶𝐻3 𝑂𝐶𝐻3 + 𝐻2 𝑂 En este caso, los únicos productos que abandonan la superficie del catalizador son el dimetil éter y el agua, por lo que se obtendría una corriente de productos mucho más sencilla de purificar. Teniendo todo esto en cuenta, se tomará como sistema de reacción la deshidratación de metanol a través de un lecho fijo de catalizador.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO. La reacción para la formación de DME mediante deshidratación de metanol se realiza sobre un lecho de catalizador zeolítico mesoporoso HZSM-5/MCM-41. El reactor será de tipo tubular y adiabático, incrementándose la temperatura a lo largo del mismo al ser una reacción exotérmica, acorde con la disposición habitual utilizada en la industria para esta reacción. La corriente de alimentación es impulsada mediante una bomba, mezclada con la corriente de recirculación de metanol e introducida en un intercambiador de calor con el fin de proporcionar al fluido las condiciones adecuadas para la reacción. Se establecerán 3 reactores en serie a una presión de 10 bar, utilizando temperaturas de entrada para cada reactor de 240 o 250 0C, con la cantidad de catalizador que permite que la reacción en cada uno de ellos se efectúe, utilizando la menor cantidad de catalizador posible y hasta que se alcanza la temperatura de salida máxima para cada reactor de entre 290 y 295 0C, marcando además el objetivo de conseguir al menos un 80% de conversión por paso. INSTRUMENTOS DE CONTROL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL En el diseño de planta se implementó el concepto de la integración energética que permite reducir el consumo energético de la planta, al utilizar como fluidos refrigerantes y calefactores las propias corrientes de proceso de la planta, reduciendo de ese modo el coste económico de la operación.
Fig. 1: diagrama del conjunto de reactores
Debido a que la corriente de producto 13, obtenida en el último reactor, es la que más hay que enfriar será la primera en aportar calor para el precalentamiento de la corriente 3, de forma que la diferencia de temperatura entre ambas corrientes sea lo mayor posible. Aun con el calor aportado por las corrientes productos de los reactores la alimentación no alcanza la temperatura adecuada, por lo que sigue siendo necesario la utilización de un intercambiador de calor que opere con vapor de agua a 10 bar como fluido calefactor para la vaporización de la corriente (en E4) y uno que opere con vapor a 55 bar para aumentar su temperatura hasta llegar a los 2500C (en E5). También sigue siendo necesario completar la refrigeración de la corriente de proceso utilizando agua de refrigeración, por lo que se añade un nuevo intercambiador (E6), que reduzca la temperatura de la corriente 14 hasta los 900C para la entrada en la columna C1. El producto de la reacción (corriente 15) se somete, finalmente, a un proceso de separación para conseguir el DME con la pureza especificada del 99,9% en peso y además recuperar el metanol no reaccionado. Esta separación se realiza mediante columnas de destilación. Los componentes más ligeros o volátiles tienden a concentrarse en la fase vapor, mientras que los más pesados se concentran en la fase líquida, por lo tanto, la separación que se logra entre el producto destilado y el producto de fondo depende de las volatilidades relativas de los componentes, el número de etapas de contacto y la relación de reflujo de la fase líquida y la de vapor. La volatilidad de un compuesto es dada según su temperatura de ebullición a INSTRUMENTOS DE CONTROL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL una determinada presión o su presión de vapor a una determinada temperatura. A continuación se ordenan los compuestos que forman la entrada, de mayor a menor volatilidad, atendiendo a su temperatura de ebullición a presión atmosférica.
El DME se obtiene de la corriente extraída por cabeza en la primera columna (C1), al ser el compuesto más volátil entre los presentes. Para ello, en primer lugar se utiliza un intercambiador de calor para ajustar su temperatura ya que al finalizar la reacción esta es demasiado alta para su separación. En el intercambiador de calor se pasa de una temperatura de 295 0C a 90 0C, adecuada para la purificación del DME. En la segunda (C2) se realiza la eliminación de los componentes que son más volátiles que el metanol (acetaldehído y acetona), los cuales salen por cabeza de la columna, mientras que el metanol se extrae por el fondo junto con el agua y el ácido acético. En la tercera columna (C3) se eliminan aquellos compuestos menos volátiles (agua y ácido acético), los cuales se extraen por el fondo, mientras que la corriente rica en metanol que se recircula para su mezcla con la alimentación sale por cabeza. Antes de esta mezcla, la corriente de recirculación, al igual que la de alimentación, es impulsada mediante una bomba (B2) de forma que adquiera la presión necesaria para la reacción.
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Fig. 2: diagrama del sistema de destiladores
INSTRUMENTACIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE DIMETIL ETER PRECALENTAMIENTO Y REACCION La corriente ingresa al reactor mediante una bomba, mezclada previamente con la corriente de recirculación de metanol, mediante intercambiadores de calor se llega a elevar la temperatura de la corriente a 240- 250°C, el cual opera a condiciones óptimas para emplear la mínima cantidad de catalizador. Una vez ingresa al reactor se da la conversión a dimetil éter y agua donde se van realizando análisis para garantizar la calidad del producto. Obteniéndose una corriente de salida de 280-290°C a la salida del reactor. El procedimiento se realiza n 3 reactores en serie con el fin de minimizar los costos en volumen de reactor. Características de Operación Intercambiador de calor
Control de temperatura Temperatura inicial= 60-90°C Temperatura final=240-250°C
Reactor INSTRUMENTOS DE CONTROL
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Control de temperatura Temperatura inicial= 240-250°C Temperatura final=280-290°C Control de la concentración. Concentración inicial = x% Concentración final = x% Control de flujo ¿?????
Sensores: Sensor de temperatura termocupla recta Tipo J (Fe-CuNi) o tipo p Sensor de concentración ¿?? Sensor de flujo: medidores de flujo tipo VORTEX innova de sierra:
ENFRIAMIENTO A la salida de los reactores se obtiene un fluido caliente y con el fin de operar en el intervalo óptimos de temperatura donde se da la mayor conversión se utilizan 3 intercambiadores de calor para enfriar el flujo de salida del reactor, como también se usan para calentar las corrientes de entrada. Con la finalidad de reducir los costos energéticos se plantea el concepto de la integración energética que permite reducir el consumo energético de la planta, al utilizar como fluidos refrigerantes y calefactores las propias corrientes de proceso de la planta, reduciendo de ese modo el coste económico de la operación. El enfriamiento final tiene por finalidad reducir la temperatura de manera que se favorezca la separación de los compuestos más volátiles. Características de Operación Intercambiador de calor
Control de temperatura Temperatura inicial= 280-290°C Temperatura final=240-250°C
Sensor: -SENSOR DE TEMPERATURA TERMOCUPLA RECTA J (Fe-Cu Ni) INSTRUMENTOS DE CONTROL
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Fig. 1: diagrama del conjunto de reactores
SEPARACION LIQUIDO-GAS De la corriente de producto se tiene una mezcla de los componentes de agua, metanol, ácido acético, éter, DME. Los cuales mediante sucesivas operaciones de enfriamiento se llega a separar uno a uno. En el intercambiador de calor se pasa de una temperatura de 295 0C a 90 0C, adecuada para la purificación del DME. En la segunda (C2) se realiza la eliminación de los componentes que son más volátiles que el metanol (acetaldehído y acetona), y el metanol se extrae por el fondo junto con el agua y el ácido acético. En la tercera columna (C3) se elimina el agua y ácido acético extrayéndolos por el fondo, mientras que la corriente rica en metanol que se recircula para su mezcla con la alimentación sale por cabeza.
Características de Operación Columna de destilación
Control de nivel Nivel inicial= Nivel final=
Control de flujo
SENSORES SENSOR DE NIVEL INSTRUMENTOS DE CONTROL
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VEGAFLEX 86: Sensor TDR, VEGAFLEX 81: sensor para todo tipo de líquidos VEGAFLEX 81: Sensor para todo tipo de líquidos VEGAPLUS 66: Medición de nivel de líquidos - incluso con medios muy agitados.
SENSOR DE FLUJO:
Para rehervidores: Tipo vortex, tipo vortex innova de sierra Condensadoras: VEGAPLUS 64 (para la medición continua de nivel de líquidos) Para el reflujo y la linea de salida de la columna: VEGADIF 65: Transmisor de presión diferencial (puede utilizarse universalmente para la medición de líquidos, gases y vapores)
CONTROL DEL PROCESO. CONTROL EN LOS REACTORES Mediante el control en los reactores se logra mantener la conversión de los reactivos en el valor deseado. En este caso, el control se limitará a manipular la temperatura de la corriente de entrada a cada reactor, considerando que manteniéndose esta al nivel adecuado se llegará al grado de conversión deseado. De esta forma solo es necesario un lazo de control simple que regule el caudal de vapor de agua o de agua de refrigeración en los intercambiadores.
CONTROL EN LAS COLUMNAS DE SEPARACIÓN El objetivo del control de las columnas es conseguir la composición deseada en sus corrientes de salida. Para esto se debe controlar, en primer lugar y más importante, las purezas o calidades de los productos, aunque también deben controlarse los niveles del tanque de reflujo y en la columna. Se dispone de la posibilidad de manipular los caudales de destilado, el calor aportado en el reboiler y el caudal de reflujo en la columna. El control del nivel en el tanque de reflujo se realiza mediante el control del reflujo en cabeza hacia la columna. En la columna C1, de la que se extrae el DME formado, se conseguirá que su pureza sea la requerida. En la columna C2 se realiza el control sobre la corriente de destilado, con el objetivo de controlar el contenido en metanol de dicha corriente. De igual modo, en la columna C3 se realiza el control sobre la corriente de destilado, logrando que la corriente de recirculación no contenga grandes cantidades de agua y este formada principalmente por metanol. El diseño definitivo de cada columna es la siguiente:
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En la columna C1 el objetivo es conseguir que la corriente de destilado tenga una concentración del 99,9 % de DME, siendo la corriente de producto de la planta. Esto se consigue usando 17 etapas de equilibrio y relación de reflujo de 1,42. La temperatura en cabeza de la columna es de aproximadamente 42,5 0C mientras que la temperatura en el fondo es de unos 148 0C. El diámetro de la columna C1 tiene un valor de 1 metro. b. La columna C2 se modela de forma que el 95% de la acetona y el acetaldehído introducido sea eliminado en el destilado. Para esto, en la columna C2 deben usarse 40 etapas de equilibrio y una relación de reflujo de 13. La temperatura en cabeza de la columna es de 115,8 0C y la temperatura en el fondo es de 148,5 0C. El diámetro de la columna C2 es de 0,53 metros. c. La columna C3 se modela para que el 99% del agua y ácido acético sea eliminado por la corriente de fondo. Para esto, en la columna C3 deben usarse 20 etapas de equilibrio y una relación de reflujo de 1,74. La temperatura en cabeza de la columna es de 133,5 0C y la temperatura en el fondo es de 162,3 0 C. El diámetro de la columna C2 es de 0,68 metros.
DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL
EN LA LÍNEA DE ALIMENTACIÓN 5, 7 Y 9.
a) Sensor de temperatura PRECISION TIPO J TIPO T
-
RANGO DE SPAN TRABAJO 0.4%(4.5°C) -310 – 1800°F 2110°F(1170°C) 0.4%(2.2°C) -300 – 700°F 1000°F(550°C)
Tipo J Para uso continuo en atmósferas oxidantes, reductoras e inertes y en vacío hasta 760°C. La ventaja fundamental de la termocupla Tipo J es su bajo costo. A causa de la oxidación y fragilidad potencial, no se las recomienda para temperaturas inferiores a 0º C . Por encima de 540°C, el alambre de hierro se oxida rápidamente.
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No deben someterse a ciclos por encima de 760º C si en algún momento posterior llegaran a necesitarse lecturas exactas por debajo de esa temperatura. Tipo T (Cu - CuNi) - Es muy buena para lel uso continuo en vacío y en atmósferas oxidantes, reductoras e inertes. - Su desventaja reside en él hecho de que su límite máximo de temperatura es de tan sólo 370° C para un diámetro de 3,25 mm.
SENSOR DE TEMPERATURA TERMOCUPLA RECTA Sensotec ha estandarizado estos modelos constructivos que combinan un diseño racional, con una baja relación costo prestación y que satisfacen las expectativas, en las aplicaciones más variadas, además de cumplir con las formas constructivas según normas DIN EN 50446. En función de las condiciones de servicio, debe elegirse el tipo de termoelemento, así como el material de la vaina de protección y cabezal de conexiones. Características Especiales: -
Vainas exteriores de protección, fabricadas con aceros refractarios o cerámicos y eventualmente vainas interiores cerámicas. Conexiones a proceso a rosca o brida, eventualmente con sello a prueba de gases. Vainas con recubrimientos especiales (opcional).
La resistencia al proceso y por ende la vida útil de estos sensores de temperatura depende de diferentes factores:
Factores específicos del medio a medir
Tipo de medio Viscosidad Velocidad de los fluidos Presión de operación Temperatura
Factores constructivos específicos o de instalación
Material de vaina de protección Geometría de la vaina Longitud de inserción Conexión a proceso sellado a prueba de gases Vibración
Máxima temperatura de operación recomendada dependiendo del diámetro de alambre o termoelemento compactado según sea el caso
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Termoelemento
Alambre Ø mm ( pulgadas)
Temperatura máxima
1,38 (0.05)
600 °C (1292 °F)
3 (0,12)
700 °C (1292 °F)
J
Exactitud de las termocuplas La exactitud de las termocuplas Sensotec cumplen con la norma internacional IEC 60584-2.
IEC 60584-2
Clase 1
J (Fe-CuNi) 2
Rango de Temperatura
Máxima desviación
-40 …… 333 ….. -40 …… 333 …..
± 1.5°C ± 0.004 x [t] ± 2.5°C ± 0.0075 x [t]
333°C 750°C 333°C 750°C
TERMOCUPLA AM-SENSOTEC Protección contra explosión: Sin Tipo de sensor y número: Tipo J Desviación de los límites del sensor: Categoría 2, según DIN IEC 584 Punto de medida: Aislado Diámetro de la unidad de medida extraíble: 6mm Longitud de la unidad de medida extraíble: 375 mm Conexión con vaina / Diámetro del cuello de extensión: acoplamiento roscado G ½ B / diámetro 14 mm Material del cuello de extensión: Acero CrNi 1.4571 Longitud del cuello de extensión: 165 mm Cabezal: tipo BSZ Conexión de la cabezal con el cuello de extensión: M24 x 1,5 Salida del cable del cabezal: M20 x 1,5 Transmisor: sin
a) Controlador Según las condiciones de operación Rango de temperaturas(°C) Efecto T. Control(°C) Liena 4 138 Calienta Línea 5 240 – 250 250 Línea 6 290 – 295 Enfría Línea 7 240 – 250 240 INSTRUMENTOS DE CONTROL
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Línea 8 Línea 9 Línea 10
290 – 295 240 – 250 290 – 295
Enfría 240 Enfría
EN LA COLUMNA DE DESTILACIÓN C-100
a) Sensor de nivel en la columna VEGAFLEX 86: Sensor TDR para la medición continúa de nivel e interfase en líquidos El VEGAFLEX 86 es un sensor de nivel sin mantenimiento para todo tipo de líquidos bajo condiciones extremas de presión y temperatura. Incluso en aplicaciones con vapor, formación de espuma y condensación, el sensor proporciona valores de medición precisos y fiables. En aplicaciones con vapor saturado, una sonda especial asegura una medición independiente de la densidad. El VEGAFLEX 86 es la solución eficiente en costes en medición de nivel e interfase para su aplicación. Ventajas: Ajuste guiado permite una configuración sencilla, ahorro de tiempo y fiabilidad Las sondas recortables ofrecen una estandarización sencilla y la más alta flexibilidad en la planificación Las amplias posibilidades de diagnóstico aseguran un funcionamiento sin mantenimiento y, por tanto, una elevada disponibilidad de la planta Datos técnicos Rango de medición – Distancia: 75 m Temperatura de proceso: -196 ... 450 °C Presión de proceso: -1 ... 400 bar Precisión: ± 2 mm Versión: Versión coaxial de ø 21,3 mm con orificio múltiple Versión coaxial de ø 42,2 mm con orificio simple Versión coaxial de ø 42,2 mm con orificion múltiple Varilla intercambiable ø 16 mm Cable intercambiable ø 2 mm con peso tensor Cable intercambiable ø 4 mm con peso tensor Cable intercambiable de ø 2 mm con peso de centrado Cable intercambiable de ø 4 mm con peso de centrado
SENSOR DE NIVEL EN LA COLUMNA C102:
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL VEGAFLEX 81: sensor para todo tipo de líquidos, aplicaciones con vapor, acumulación, espuma o condensación El sensor de nivel VEGAFLEX 81 mide sin mantenimiento todo tipo de líquidos. Incluso en aplicaciones con vapor, acumulación, generación de espuma y condensación, el sensor proporciona valores de medición precisos y confiables. El VEGAFLEX 81 es la solución económica para diversas mediciones de nivel e interfaz. CARACTERISTICAS Y BENEFICIOS: El ajuste guiado permite una configuración sencilla, ahorradora de tiempo y confiable. Las sondas abreviables ofrecen una estandarización simple y la mayor flexibilidad en la planificación. Las amplias posibilidades de diagnóstico garantizan una operación libre de mantenimiento y, por lo tanto, una alta disponibilidad de la planta. DATOS TECNICOS: Rango de medida – Distancia: Temperatura de proceso: Presión de proceso: Precisión:
75 m -60 ... 200 ° C -1 ... 40 bar ± 2 mm
Versión: Versión básica para cable intercambiable ø 2; Ø 4 mm Versión básica para varilla intercambiable ø 8 mm Versión básica para barra intercambiable ø 12 mm Versión coaxial ø 21,3 mm para aplicación de amoníaco Versión coaxial ø 21,3 mm con un solo orificio Versión coaxial ø 21,3 mm con agujero múltiple Versión coaxial ø 42,2 mm con agujero múltiple Barra intercambiable ø 8 mm Barra intercambiable ø 12 mm Cable intercambiable ø 2 mm con peso por gravedad Cable intercambiable ø 4 mm con peso por gravedad Cable intercambiable ø 2 mm con peso de centrado Cable intercambiable ø 4 mm con peso de centrado Cable intercambiable ø 4 mm sin peso
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Materiales, piezas húmedas:
Conexión roscada: Brida-conexión: Salida:
Temperatura ambiente:
PFA 316L Aleación C22 (2.4602) Aleación 400 (2.4360) Aleación C276 (2.4819) Dúplex (1.4462) 304L ≥ G¾, ≥ ¾ NPT ≥ DN25, ≥ 1 " Profibus PA Foundation Fieldbus 4 ... 20 mA / HART - dos hilos Modbus 4 ... 20 mA / HART - cuatro hilos -40 ... 80 ° C
SENSOR DE NIVEL EN LA COLUMNA C103: VEGAPLUS 66: Área de aplicación: Medición de nivel de líquidos - incluso con medios muy agitados. El VEGAPLUS 66 es un sensor para la medición continua del nivel de líquidos en condiciones de proceso arduas. Es adecuado para aplicaciones en depósitos de almacenamiento, recipientes de proceso o tuberías de separación. El VEGAPLUS 66 se puede utilizar universalmente gracias a diferentes versiones de antena. CARACTERISTICAS Y BENEFICIOS: Alta disponibilidad de la planta, debido al desgaste y mantenimiento Funcionamiento sin mantenimiento mediante principio de medición sin contacto Medición fiable independiente de las condiciones del proceso Datos técnicos: Rango de medición – Distancia: Temperatura de proceso: Presión de proceso: Precisión: INSTRUMENTOS DE CONTROL
35 m -60 ... 400 ° C -1 ... 160 bar ± 8 mm Página 16
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Versión:
Para antena de bocina independiente Con antena de bocina ø 48 mm Con antena de bocina ø 75 mm Con antena de bocina ø 95 mm Con tubo vertical de ø 52 mm Para tubería vertical separada Con antena cuerno ø 140 mm esmaltado Con antena de bocina ø 145 mm Con antena cuerno ø 160 mm esmaltado Con antena de bocina ø 195 mm Con antena de bocina ø 240 mm
Brida-conexión:
≥ DN50, ≥ 2 "
Salida:
Profibus PA Foundation Fieldbus 4 ... 20 mA / HART - dos hilos Modbus 4 ... 20 mA / HART - cuatro hilos -40 ... 80 ° C
Temperatura ambiente:
MEDIDORES DE FLUJO TIPO VORTEX DE LOS REHERVIDORES:
MEDIDORES DE FLUJO TIPO VORTEX INNOVA DE SIERRA: Los medidores Innova de Sierra, proporcionan una lectura directa de la rata de flujo de fluidos líquidos o gaseosos (incluyendo vapor de agua), con gran exactitud y repetibilidad. Su diseño de montaje inserción, le brinda la flexibilidad de instalarse en tuberías desde 2” hasta 72”, convirtiéndose en un medidor virtualmente universal. La inclusión de sensores de presión y temperatura, han convertido el Innova en medidor de caudal másico, ideal para realizar mediciones de vapor y gas (aire, oxigeno, nitrógeno, gas natural). CARACTERISTICAS Y BENEFICIOS:
Medición de fluidos líquidos o gaseosos Instalación en tuberías desde ½” hasta 72” Indica densidad, temperatura, presión, flujo volumétrico y másico Totalizador o integrador incorporado
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Montaje entre bridas o tipo inserción Alimentación: 110 Vac o 24 Vdc Hasta 5 salida de corriente 4- 20 Ma Protocolos de comunicación hart, modbus y profibus Certificado de calibración de fábrica
SENSOR DE FLUJO EN LAS CONDENSADORAS DE LA C102: VEGAPLUS 64: Área de aplicación: Depósitos de almacenamiento, dosificación y recipientes de proceso con diferentes condiciones de proceso o requisitos de higiene El VEGAPULS 64 es un sensor para la medición continua de nivel de líquidos. Con tanques pequeños o en caso de espacio estrecho, los pequeños accesorios de proceso ofrecen ventajas especiales. El enfoque de señal muy bueno permite el uso en recipientes con muchas instalaciones tales como p. Agitadores y espirales de calentamiento. CARACTERISTICAS Y BENEFICIOS: Resultados de medición exactos independientemente de las condiciones del proceso Alta disponibilidad de la planta, debido al desgaste y mantenimiento Funcionamiento sin mantenimiento mediante principio de medición sin contacto Datos técnicos: Rango de medida – Distancia: Temperatura de proceso: Presión de proceso: Precisión:
30 m -40 ... 200 ° C -1 ... 20 bar ± 2 mm
Versión:
Con antena cuerno de plástico ø 80 mm Rosca con antena integrada de bocina Brida con sistema de antena encapsulada Conexión higiénica con sistema de antena encapsulado
Conexión roscada:
≥ G¾, ≥ ¾ NPT
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Brida-conexión:
≥ DN50, ≥ 2”
Salida: Temperatura ambiente:
4 ... 20 mA -40 ... 80 ° C
SENSOR DE FLUJO PARA EL REFLUJO Y LA LINEA DE SALIDA DE LA COLUMNA C102: VEGADIF 65: Transmisor de presión diferencial con diafragma de medición metálico Área de aplicación: El transmisor de presión diferencial VEGADIF 65 puede utilizarse universalmente para la medición de líquidos, gases y vapores. Las aplicaciones típicas son mediciones de nivel en recipientes presurizados, así como mediciones de flujo en combinación con elementos de flujo DP. Otras aplicaciones son los monitores de presión en los filtros, así como las mediciones de densidad e interfaz. CARACTERISTICAS Y BENEFICIOS: Gran fiabilidad gracias al diafragma integrado de sobrecarga Medición de presiones diferenciales muy bajas mediante detección de valores medidos de alta precisión Uso versátil a través de una variedad de rangos de medición y accesorios de proceso Datos técnicos: Rango de medida – Distancia: Rango de medición – Presión: Temperatura de proceso: Presión de proceso:
-40 ... 40 bar -40 ... 120 ° C -1 ... 420 bar
Conexión roscada:
¼ - 18 NPT
Conexión de brida:
≥ DN32, ≥ 1⅜ "
Clasificación de protección IP66 / IP68 (0,2 bares) IP66 / IP67 IP66 / IP68 (1 bar) Salida: INSTRUMENTOS DE CONTROL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL 4 ... 20 mA / HART Profibus PA Foundation Fieldbus 4 ... 20 mA Temperatura ambiente:
-40 ... 80 ° C
SENSOR DE FLUJO PARA EL REFLUJO Y LA LINEA DE SALIDA DE LA COLUMNA C103: VEGADIF 65 Área de aplicación: Resistencia a la sobrecarga 420 bar El VEGADIF 65 con sello químico CSB (ambos ensamblajes laterales) es adecuado para nivel, interfaz, densidad, presión diferencial y medición de caudal. A través del montaje del sello químico CSB, se pueden realizar aplicaciones en productos corrosivos, de alta viscosidad y productos calientes. CARACTERISTICAS Y BENEFICIOS: Alta resistencia química a través de materiales de diafragma de alta calidad Datos técnicos: Rango de medida – Distancia: Rango de medición --- Presión: Temperatura de proceso: Presión de proceso: Materiales, piezas húmedas:
Brida-conexión:
-40 ... 40 bar -40 ... 400 ° C -100 ... 100 bar 316L Tantalio Aleación C276 (2.4819) ≥ DN50, ≥ 2 "
CONTROL DEL PROCESO INSTRUMENTOS DE CONTROL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL
Para lograr el correcto funcionamiento de la planta, de forma que la operación sea segura, económica y respetuosa con el medio ambiente y se obtenga un producto con las especificaciones requeridas, los equipos que la componen deben operarse adecuadamente desde el arranque de la planta hasta su parada, ya sea esta para realizar una revisión, cambiar el catalizador, realizar reparaciones o cualquier otro motivo. Esto se consigue mediante el control del proceso.
Control en los reactores Mediante el control en los reactores se logra mantener la conversión de los reactivos en el valor deseado. En este caso, el control se limitará a manipular la temperatura de la corriente de entrada a cada reactor, considerando que manteniéndose está al nivel adecuado se llegará al grado de conversión deseado. De esta forma solo es necesario un lazo de control simple que regule el caudal de vapor de agua o de agua de refrigeración en los intercambiadores, tal y como se muestra en la figura 3.
Fig. 3: Control de los reactores
Control en las columnas de separación El objetivo del control de las columnas es conseguir la composición deseada en sus corrientes de salida. Para esto se debe controlar, en primer lugar y más importante, las purezas o calidades de los productos, aunque también deben controlarse los niveles del tanque de reflujo y en la columna.
INSTRUMENTOS DE CONTROL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Se dispone de la posibilidad de manipular los caudales de destilado, el calor aportado en el reboiler y el caudal de reflujo en la columna. El control del nivel en el tanque de reflujo se realiza mediante el control del reflujo en cabeza hacia la columna. En la columna C1, de la que se extrae el DME formado, se conseguirá que su pureza sea la requerida. En la columna C2 se realiza el control sobre la corriente de destilado, con el objetivo de controlar el contenido en metanol de dicha corriente. De igual modo, en la columna C3 se realiza el control sobre la corriente de destilado, logrando que la corriente de recirculación no contenga grandes cantidades de agua y este formada principalmente por metanol. Esta disposición se muestra en la figura 4.
INSTRUMENTOS DE CONTROL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Fig. 4: Control de las columnas de destilación
ESTRATEGAS DE CONTROL
Lazo
Tipo de sensor
Tipo de estrategia
Tipo de acción controlada
Tipo de actuado de válvula (en caso de falla)
1
Flujo
Feedback
Inversa
Air to open
2
Flujo/temperatura
Cascada
Inversa
Air to open
3
Flujo/temperatura
Cascada
Inversa
Air to open
4
Flujo/temperatura
Cascada
Inversa
Air to open
5
Flujo
Feedback
Inversa
Air to open
6
Flujo
Feedback
Inversa
Air to open
7
Flujo/nivel
Cascada
Directa
Air to open
8
Flujo/análisis
Cascada
Inversa
Air to close
9
Flujo
Feedback
Inversa
Air to open
10
Flujo/nivel
Cascada
Directa
Air to close
11
Flujo
Feedback
Inversa
Air to open
12
Flujo/nivel
Cascada
Directa
Air to open
13
Flujo/análisis
Cascada
Inversa
Air to close
14
Flujo
Feedback
Inversa
Air to open
15
Flujo/nivel
Cascada
Directa
Air to close
16
Flujo
Feedback
Inversa
Air to open
17
Flujo/nivel
Cascada
Directa
Air to open
18
Flujo/análisis
Cascada
Inversa
Air to close
19
Flujo
Feedback
Inversa
Air to open
20
Flujo/nivel
Cascada
Directa
Air to close
INSTRUMENTOS DE CONTROL
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INSTRUMENTOS DE CONTROL
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4 5
11
6 8
7
13
12
10 15
9 INSTRUMENTOS DE CONTROL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL SIMBOLOGIA ISA Lazo
Tipo de sensor
Simbología ISA
1
Flujo
FC
2
Flujo/temperatura
FC
TC
3
Flujo/temperatura
FC
TC
4
Flujo/temperatura
FC
TC
5
Flujo
FC
6
Flujo
FC
7
Flujo/nivel
FC
LC
8
Flujo/análisis
FC
AC
9
Flujo
10
Flujo/nivel
11
Flujo
12
Flujo/nivel
FC
FC
13
Flujo/análisis
FC
FC
14
Flujo
15
Flujo/nivel
INSTRUMENTOS DE CONTROL
FC
FC
LC
FC
FC
FC
FC
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16
Flujo
17
Flujo/nivel
FC
FC
18
Flujo/análisis
FC
FC
19
Flujo
20
Flujo/nivel
FC
FC
FC
FC
Las reacciones involucradas en este proceso son:
Reacción de formación de metanol:
Reacción de deshidratación del metanol:
Reacción agua-gas
Puede resumirse, por tanto, en la siguiente reacción global:
INSTRUMENTOS DE CONTROL
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