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Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Diseño de procesos 2014-1

PRODUCCIÓN DE CUMENO ENTREGA N°2 ICQ341- Diseño de Procesos

PROFESOR: AYUDANTE: INTEGRANTES:

FECHA:

Andrés Vargas Sebastián Franco Juan I. Chanceaulme S.  Angélica B. Durán M. Javiera T. Izaurieta G. Juan L. Ogaz Q. Nicolás A. Quiroz L. Tamara J. Solís V. 28 de Julio 2014

Producción de Cumeno Chanceaulme-Durán-Izaurieta-Ogaz-Quiroz-Solís

1. Resumen Ejecutivo La producción de cumeno se realiza generalmente por alquilación de Friedel-Crafts de  benceno con propileno en estado gas, utilizando zeolita como catalizador ácido, además se genera DIPB, un producto indeseado resultado de una reacción secundaria. El producto de la reacción de alquilación es purificado en 3 torres de destilación (C-1, C-2 y C-3), obteniéndose el  producto con una pureza del 99,99% [peso/peso] por el tope de C-3. El DIPB es utilizado en un reactor secundario R-2 para la reacción de trans-alquilación recuperando cumeno. La planta es alimentada por una corriente de benceno de 7.728 [Kg/h] y una corriente de 4440 [Kg/h] de propileno con un 5,2% [peso/peso] de propano, estas corrientes se mezclan, vaporizan y se sobrecalientan para alimentar al reactor R-1 y obtener cumeno. Luego comienza el proceso de purificado donde la corriente de cumeno obtenida se enfría y se alimenta a C-1, donde se obtiene por el tope LPG a 279,8 [Kg/h]. El fondo de C-1 se alimenta a la torre de destilación C-2, la cual genera por el tope una corriente de recirculación de benceno y una corriente por el fondo de concentrado de cumeno, la cual es tratada finalmente por la torre de destilación C-3 para obtener por el tope cumeno con una pureza del 99,99% [peso/peso] a 11.888 [Kg/h]. El DIPB generado es derivado al reactor R-2 para generar cumeno por trans-alquilación y enviado a C-2 para ser recuperado finalmente por el tope de C-3. Las condiciones de operación de los equipos fueron establecidas para reducir el costo de inversión en estos y optimizar las cargas térmicas necesarias en función de la cantidad de cumeno producido. Se establece que las condiciones óptimas de operación para el reactor R-1 son de 25 [bar] y 343 [°C] lo que permite una conversión del 96%. Para la columna C-1 se considera un reflujo líquido de 20,87 [kmol/h] y una presión de 15 [bar] utilizando así el P entre el reactor y la torre para operar sin bomba. Tanto C-2 y C-3 operan a presiones de 1,4 [bar] con reflujos líquidos de 148,4 [kmol/h] y 36,63 [kmol/h] respectivamente. El reactor R-2 opera a 240 [°C] y 1,4 [bar] con la finalidad de obtener la mayor formación de cumeno al menor costo energético. El Diseño y elección de los equipos se decide por la necesidad de adaptabilidad a la planta al ser un proceso continuo y por cumplir con las necesidades termodinámicas del sistema. Tanto el reactor R-1 y el R-2 son PBR que permiten un procesamiento continuo de producto además de  permitir una buen desempeño del catalizador. El reactor R-1 consta de 1500 tubos de 3[in] con un largo de 7,614 [m] y R-2 consta de 100 tubos de 3[in] con un largo de 1,601 [m]. La torre C-1 cuenta con 15 platos alimentada por el plato 2 y un diámetro de 1,067 [m]. C-2 cuenta con 23  platos alimentada por el plato 6 con un diámetro de 1,372 [m]. C-3 cuenta con 20 platos alimentada por el plato 12 con un diámetro de 1,219 [m].

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2. Índice General

1. Resumen Ejecutivo .................................................................................................................. 2 2. Índice General .......................................................................................................................... 3 3. Introducción ............................................................................................................................. 4 4. Diagrama de bloques ................................................................................................................ 5 5. Diagrama de Flujo planta cumeno ........................................................................................... 6 6. Control ..................................................................................................................................... 7 7. P&ID ...................................................................................................................................... 13 8. Puesta en Marcha ................................................................................................................... 14 9. Detención ............................................................................................................................... 19 10. Emergencias ....................................................................................................................... 20 10.1 Fallas en instrumentación ........................................................................................... 20 10.2 Materias Primas .......................................................................................................... 20 10.3 Servicios ...................................................................................................................... 20 10.4 Equipos ....................................................................................................................... 21 11. Referencias ......................................................................................................................... 23

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3. Introducción El cumeno o también llamado isopropilbenceno corresponde a un compuesto químico clasificado como un hidrocarburo aromático. Actualmente es utilizado principalmente como materia prima en la fabricación de fenol y acetona, otra de sus aplicaciones es actuar como disolvente para pinturas, lacas, esmaltes y también como componente de algunos solventes, además es utilizado en los catalizadores de polimerización para la fabricación de plásticos, acrílicos y como materia prima para los peróxidos y síntesis de algunos detergentes. Respecto a su demanda, ésta viene dada por el crecimiento en el mercado de los derivados del fenol y de la acetona, tales como las resinas fenólicas, utilizadas  principalmente en la producción de tableros de circuitos o como revestimientos. Otros derivados como el bis-fenol A y la caprolactama son utilizados principalmente para hacer  plásticos y como monómero clave en la síntesis del nylon respectivamente. Los países que importan grandes volúmenes de cumeno son Taiwán, Japón, China, Europa occidental y Estados Unidos. Además entre los años 2007 y 2013 China incrementó la cantidad de cumeno importada con el fin de abastecer sus plantas de fenol y acetona. Por lo mencionado anteriormente se estima que exista una fuerte demanda de cumeno en las  próximas décadas principalmente en Asia y Estados Unidos lo que es ratificado por las  proyecciones estimadas. La demanda aproximada de cumeno para el año 2011 fue de 12 millones de toneladas y según las proyecciones se espera que para el año 2020 la demanda llegue a los 18 millones de toneladas. Es por este aumento que es importante conocer más sobre las características de este producto y comprender por medio de qué proceso se produce el cumeno. En esta segunda entrega se implementará todo el sistema de control de una planta de  producción de cumeno, a partir de benceno y propileno. Además se entregará información de la puesta en marcha de la planta, la detención y las emergencias más frecuentes que  pudiesen ocurrir.

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4. Diagrama de bloques

Cumeno

Benceno Fuel gas

Benceno

Propeno

Reactor de Alquilación R-1

Cumeno Cumeno Propano Torre de Destilación DIPB Torre de Destilación Cumeno Torre de Destilación DIPB C-1 C-2 DIPB C-3 Benceno Benceno

DIPB

Cumeno

Ilustración 1: Diagrama de bloques del proceso de producción de cumeno

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Reactor de T ransalquilación R-2

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5. Diagrama de Flujo planta cumeno A continuación se presenta el diagrama PFD de la planta de cumeno sin control:

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6. Control Instrumentación alimentación benceno, propileno y benceno recirculado Controlador Objetivo Recurso Descripción Controlar nivel Corriente de Se controla la corriente 3 con la en el salida “3” del válvula V-103, con esto se asegura un LIC-101 acumulador T- acumulador T-1, nivel constante y se protege a la bomba 1 para proteger la cual se asegurando un flujo de succión las bomba Bcompone de 3/A  benceno fresco constante. más benceno recirculado Controlar la Corriente “2”, la Se controla la razón óptima bencenorazón benceno- cual se compone  propileno con la válvula V-102, con el FI-102  propileno de propileno fin de asegurar la producción de FI-103 fresco cumeno y evitar la formación de FrIC- 101 subproductos (DIPB). El FrIC recibe las mediciones del flujo de benceno mezclado (corriente 4) y propileno (corriente 2) indicadas por los FI-103 y FI-102 respectivamente. FI-101 FIC-101

Minimizar Corriente 1, la consumo de cual alimenta  benceno fresco  benceno fresco

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Se controla el flujo de la corriente 1 con la válvula V-101, tomando como  base las mediciones de flujo del  benceno de reciclo.

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Instrumentación evaporizador E-1 Controlador Objetivo Recurso Mantener un Corriente 22, LIC-102 nivel suministro de vapor (TIC-101) constante en el evaporizador E-1 y asegurar condiciones de temperatura de saturación a la salida del E-1

Descripción Se controla el flujo de vapor con la válvula V-105, para asegurar el nivel en el estanque de vapor y así mantener la condición de equilibrio líquidovapor. El controlador TIC-101 mide la temperatura de salida del vapor saturado y le envía un set point al LIC101, con el fin de asegurar las condiciones de temperatura (y presión) de saturación (198 [°C] a 25 [bar])

Instrumentación reactor de alquilación R-1 y corriente de entrada a éste

Controlador TIC-102

LIC-103

PIC-101 (TIC-103 HS-101)

Objetivo Recurso Descripción Asegurar una Corriente “36” , Se mantiene una temperatura de temperatura servicio de vapor ingreso al reactor de 343[°C], para óptima a la asegurar activación del catalizador y entrada del una conversión del 96%. La reactor temperatura se mantiene gracias al intercambio de calor en el HX-2 con un flujo de vapor que es regulado por la válvula V- 106 Mantener un Corriente “24”, Se mantiene un nivel constante dentro nivel agua de del estanque por medio del control de adecuado de enfriamiento del la válvula V-107 en la alimentación del agua de reactor R-1. agua de enfriamiento, la cual viene enfriamiento saturada a 343 [°C] en el acumulador E-4 Controlar y Corriente “25”, Controla que la temperatura dentro del asegurar una vapor saturado a la reactor sea constante (343 [°C]). Para y temperatura salida del esto se regula la válvula V- 108, la constante al acumulador E-4 cual está dispuesta en la corriente 25, interior del esta corriente posee vapor saturado a reactor 343 [°C], que se genera por la absorción de la energía en forma de calor latente por parte de la corriente de agua saturada que entra al acumulador E-4.

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dPI-101

Al modificar la presión se modifica el calor latente del agua, por ende varía la energía que se retira del reactor R-1 y  por tanto la temperatura dentro de éste. Este controlador recibe como set point una señal enviada por el TIC- 103, a su vez a éste le llega una señal del handswitch HS-101, el cual recibe distintas señales de temperaturas de Indicadores TI que están dispuestos en distintos puntos a lo largo del reactor, el HS-101 elige el transmisor que envía la señal de temperatura más alta. Indica la diferencia de presión en el reactor con el fin de identificar posible ensuciamiento en los tubos

Mide la diferencia de  presión en el reactor de alquilación R-1

Instrumentación turbina TG-1

Controlador Objetivo Recurso PIC-102 Controlar la Flujo en el By-pass  presión de de la turbina TG-1. entrada a la turbina

Descripción Se controla la presión de los gases de entrada a la turbina T-1 regulando la apertura de la válvula V-109, ubicada en el By-pass de la turbina TG-1, ésto  para evitar la posible condensación del gas debido a un posible aumento de este parámetro.

Instrumentación Intercambiador de calor HX-3, Previo ingreso a torre destilación C-1

Controlador Objetivo TIC- 104 Asegurar condensación de la corriente 9

Recurso

Descripción Corriente “38”, que Se controla la temperatura de salida del corresponde a agua intercambiador HX-3 para asegurar la de enfriamiento del condensación del gas y así poder intercambiador ingresar en ese estado a la torre de HX-3 destilación C-1, esto se logra regulando la válvula V-110 de la corriente de agua de enfriamiento.

Instrumentación torre de destilación C-1

Controlador Objetivo Recurso Descripción LIC -104 Mantener el Corriente 12,de Se controla la corriente 12 con la nivel de entrada a la torre de válvula V-112, con esto se asegura un

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TIC-105

TIC-106

LIC-105

PIC-103

líquido de la torre de destilación C1 Mantener una temperatura óptima en el fondo de la torre

destilación C-1

Mantener una temperatura óptima en el tope de la torre C-1 Mantener el nivel de líquido acumulador de tope Controlar la  presión de la torre de destilación C1

Flujo de recirculación a la torre

Corriente “28”,

flujo de vapor de servicio

Corriente 11, de salida de Fuel Gas

Corriente “26”,

corresponde a agua de enfriamiento del condensador D-1

Instrumentación torre de destilación C-2 Controlador Objetivo Recurso LIC -106 Mantener el Corriente 15,de nivel de entrada a la torre de líquido de la destilación C-2 torre de destilación C2 TIC-107 Mantener una Corriente “32”, temperatura flujo de vapor de óptima en el servicio fondo de la torre TIC-108

nivel constante en la torre de destilación y se protege a la bomba asegurando un flujo de succión constante. Se controla la temperatura mediante el flujo de vapor de servicio en el rehervidor (corriente 28), el cual se regula mediante la válvula V-111. Se asegura una temperatura que mejore la transferencia líquido-vapor. Se controla el flujo de recirculación a la torre de destilación C-1, regulando la válvula V-113. El control de la temperatura en el tope de la torre sirve  para rectificar el destilado. Se controla la corriente 11 con la válvula V-114 (corriente de salida de Fuel Gas en estado líquido), para asegurar un nivel constante en el acumulador de tope E-1 La presión de la torre de destilación C1 se controla con la presión del condensador D-1. Para esto se regula la válvula V-115, la cual maneja el flujo de enfriamiento (agua de servicio del condensador)

Descripción Se controla la corriente 15 con la válvula V-117, con esto se asegura un nivel constante en la torre de destilación y se protege a la bomba asegurando un flujo de succión constante. Se controla la temperatura mediante el flujo de vapor de servicio en el rehervidor (corriente 32), el cual se regula mediante la válvula V-118. Se asegura una temperatura que mejore la transferencia líquido-vapor. Mantener una Flujo de Se controla el flujo de recirculación a temperatura recirculación a la la torre de destilación C-2, regulando óptima en el torre la válvula V-119. El control de la

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LIC-107

PIC-104

tope de la torre C-2 Mantener el nivel de líquido acumulador de tope Controlar la  presión de la torre de destilación C2

Corriente 14, de salida de benceno de recirculación Corriente “30”,

corresponde a agua de enfriamiento del condensador D-2

temperatura en el tope de la torre sirve  para rectificar el destilado. Se controla la corriente 14 con la válvula V-120 (corriente de salida de  benceno en estado líquido), para asegurar un nivel constante en el acumulador de tope E-2 La presión de la torre de destilación C2 se controla con la presión del condensador D-2. Para esto se regula la válvula V-121, la cual maneja el flujo de enfriamiento (agua de servicio del condensador)

Instrumentación torre de destilación C-3 Controlador Objetivo Recurso LIC -108 Mantener el Corriente 17,de nivel de entrada a la torre de líquido de la destilación C-3 torre de destilación C3 TIC-109 Mantener una Corriente 36, flujo temperatura de vapor de óptima en el servicio fondo de la torre T-3 TIC-110

LIC-109

PIC-105

Mantener una temperatura óptima en el tope de la torre C-3 Mantener el nivel de líquido acumulador de tope Controlar la  presión de la torre de destilación C3

Descripción Se controla la corriente con la válvula V-121, corriente de DIPB, con ésto se asegura un nivel constante en la torre de destilación y se protege a la bomba asegurando un flujo de succión constante. Se controla la temperatura mediante el flujo de vapor de servicio en el rehervidor (corriente 36 ), el cual se regula mediante la válvula V-123. Se asegura una temperatura que mejore la transferencia líquido-vapor. Flujo de Se controla el flujo de recirculación a recirculación a la la torre de destilación C-3, regulando torre T-3 la válvula V-124. El control de la temperatura en el tope de la torre sirve  para rectificar el destilado. Corriente , de Se controla la corriente 16 con la salida de cumeno válvula V-126 (corriente de salida de cumeno), para asegurar un nivel constante en el acumulador de tope E-3 La presión de la torre de destilación Ccorresponde a agua 3 se controla con la presión del de enfriamiento del condensador D-3. Para esto se regula condensador D-3 la válvula V-125, la cual maneja el flujo de enfriamiento (agua de servicio del condensador) Corriente “34”,

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Instrumentación reactor de transalquilación R-2 Controlador Objetivo Recurso FI-104 FI-105 FrIC- 102

TIC- 111

dPI-102

Controlar la razón  bencenoDIPB

Asegurar una temperatura óptima a la entrada del reactor

Descripción Se controla la razón óptima bencenoDIPB con la válvula V-127, con el fin Corriente 20, la de asegurar la trans-alquilación del cual se compone de cumeno y evitar la formación de  benceno subproductos de DIPB pesados recirculado (indeseados). El FrIC recibe las mediciones del flujo de benceno recirculado (corriente 20) y DIPB (corriente 17) indicadas por los FI-10 y FI-10 respectivamente.

Corriente de vapor de servicio del intercambiador HX-4

Se controla la temperatura de salida del intercambiador HX-4 para asegurar una temperatura de ingreso al reactor de 240 [°C] y asegurar activación del catalizador. La temperatura se mantiene gracias al intercambio de calor en el HX-4 con un flujo de vapor que es regulado por la válvula V-128 Indica la diferencia de presión en el reactor con el fin de identificar posible ensuciamiento en los tubos

Recurso .

Descripción La válvula reductora tiene por objetivo disminuir presión desde 15 a 1,4 [bar]

Mide la diferencia de  presión en el reactor de transalquilaci ón R-2

Controlador Objetivo PIC-106 Controlar la  presión de salida de la válvula reductora

*Acumuladores, mezcladores, evaporizador flash, destiladores tienen válvulas de seguridad para evitar la sobrepresión dentro de éstos. * Los indicadores de temperatura en los intercambiadores de calor indican el nivel de ensuciamiento que hay en los tubos.

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7. P&ID

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8. Puesta en Marcha Instrucciones generales de partida 

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Se debe dar conocimiento a todas las unidades de proceso, prevención de riesgo, suministro, servicio médico respecto de la puesta en marcha de la unidad. Limpiar con agua o soplado de aire los circuitos de cañerías, de forma particular aquellos que hayan sufrido modificaciones, esto para eliminar la presencia de óxidos o desechos de soldaduras. Se debe tener cuidado en no barrer o soplar hacia el interior de cada equipo, por lo tanto, este barrido se debe hacer hasta la zona de succión de la bomba. Desde las descargas de cada bomba se sigue la limpieza hacia los terminales de circuitos, teniendo cuidado en desconectar todos los flanges, ya sean de válvulas o equipos que  puedan ser obstruidos. Se deben retirar además los platos orificios, estos deben quedar identificados para no ser confundidos al momento de normalizar equipos. Pruebas de presión o hidráulicas, por otro lado además se debe supervisar la continuidad del aire o agua, y el movimiento libre de los equipos y tuberías. Inspeccionar aquellos equipos que hayan sido tanto modificados como reparados, esto en  base a limpieza y corrección de las instalaciones. El personal debidamente calificado, debe comprobar el almacenaje de materiales y equipos de repuestos necesarios. Se debe comprobar además la disponibilidad de herramientas y los protocolos necesarios para el mantenimiento. Se debe tener disponibilidad de todas las herramientas necesarias para solucionar cualquier tipo de imprevisto

Equipamiento 

Se debe asegurar la disponibilidad de los equipos necesarios para el correcto funcionamiento de la planta, ya sean equipos como bombas, compresores, instrumentación, entre otros.

Laboratorio de control de calidad 

Se debe tener programado el horario de muestreo y se debe tener a disposición las especificaciones de los productos y de cada reactivo, así como también del material que se necesite en laboratorio.

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Seguridad 

Se debe tener en conocimiento la ubicación de extintores y comprobar su correcto funcionamiento, la ubicación de duchas de emergencias, lavaojos, red de agua equipos de  protección personal disponibles, primeros auxilios, entre otros.

Protección contra incendios 

En caso de incendios, se debe tener conocimiento en la manera de actuar por parte del  personal frente a la situación, como los medios necesarios para su extinción.

Inspección 

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Se debe realizar una inspección del interior y del relleno de los recipientes, así como de las redes de tuberías e instrumentación. Esto se lleva a cabo siguiendo los diagramas de ingeniería (P&ID). El propósito de este conjunto de sucesos es disponer de los equipos, como de los servicios conjuntos, para así llevar a cabo la operación lo más eficiente  posible. Verificar el stock y disponibilidad de reactivos. Verificación de los sistemas auxiliares: vapor, aire, agua, combustibles. Revisar los filtros de las bombas, que se encuentren en su correcta posición y limpios. Verificar la correcta postura de los platos orificios. Realizar una prueba de martillo al equipo que ha sido inspeccionado, a algún equipo que haya sufrido modificaciones o que sea nuevo, siguiendo un control por todo el circuito. Chequeo de instrumentación y señales DCS (Sistema de Control Distribuido). Cerciorarse que los estanques estén cubiertos. Verificar pintura y protección contra la corrosión. Verificar la rotación de equipos eléctricos. Verificar alineamiento desde válvulas de alivio hacia Blow Down.

Habilitar suministros y servicios a la planta 

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

Verificar que el suministro de electricidad funcione adecuadamente en todos los equipos e instrumentos de la planta. Revisar el buen funcionamiento del cerrado de válvulas y de los instrumentos eléctricos que se activen desde la sala de control. Habilitar sistemas auxiliares de vapor, aire, agua y combustibles, desde los estanques a los equipos que lo necesiten. Comprobar que el suministro de agua funcione adecuadamente, ya sea agua de proceso, de calefacción o de refrigeración.

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Habilitar el sistema de steam tracing. Retirar los blinds del sistema de Fuel Oil y Fuel Gas.

Arranque de bombas   

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Las bombas deben estar correctamente instaladas para que tengan una buena operación. Verificar que las bombas han sido alineadas para su operación en frío. Verificar las cañerías de alimentación a cada bomba, correcta instalación de sellos y el soporte de esta. Verificar limpieza del equipo para asegurar un buen estado de los sellos. Utilizar agua para probar la partida del equipo. Las bombas deben ser operadas con niveles en los estanques aguas arriba lo necesariamente alto para contrarrestar la presión necesaria para evitar la cavitación en el rotor, y con la válvula de descarga cerrada. El acumularse líquidos en las bombas tendrá como consecuencia un aumento gradual de la temperatura del rotor hasta que llegue a la temperatura de operación (Paso necesario  para producir una correcta expansión térmica de las piezas). Posterior, se proceden a abrir las válvulas de descarga para permitir el flujo aguas abajo.

Sistema de alimentación Acumulador T-1 y Mezclador M-1   



Se debe verificar la operatividad de los equipos e instrumentación. Verificar los niveles en que se encuentran los estanques. Cerciorarse que no existan grietas o problemas estructurales en los estanques que puedan ocasionar derrames. Verificar continuamente la presión y nivel de cada estanque.

Sistema de vaporización E-1   

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Verificar limpieza de los drenadores del equipo. Avisar a suministros antes de presionar la matriz de vapor y revisar las trampas de vapor. Abrir la matriz de vapor e iniciar el calentado de las cañerías, eliminando todo condensado generado. Abrir el venteo del punto más alto antes de introducir vapor a un equipo. Habilitar Steam Tracing. Drenar todo condensado generado por esta operación Evitar líneas alimentadas con vapor por ambos lados y que no exista circulación. Abrir los otros venteos, y proceder a cerrar desde el más alto para cerciorar que el vapor llegue a todos los puntos.

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Verificar presiones de válvulas de seguridad para que no sean gesticuladas de manera indebida. Durante la vaporización se debe verificar periódicamente los drenajes localizados en los  puntos más bajos. Intercambiadores de calor HX-2 y HX-4

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Verificar que no sea posible superar las condiciones de servicios límites, si es necesario se deberán prever de dispositivos de seguridad en la instalación. Se debe verificar la operatividad de los equipos e instrumentación, prestando especial atención a posibles obstrucciones en las líneas de flujo. Verificar la mezcla de las materias reactantes. Se alimenta vapor de servicio para precalentar la mezcla antes de reaccionar. Puede darse el caso que algunos tornillos de apriete aflojen durante las operaciones de transporte o durante los primeros días de servicio. Estos tornillos deberán ser apretados nuevamente. Intercambiador de calor HX-1

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   

Verificar que no sea posible superar las condiciones de servicios límites, si es necesario se deberán prever de dispositivos de seguridad en la instalación. Se debe verificar la operatividad de los equipos e instrumentación. Verificar la mezcla de las materias reactantes. Se alimenta el efluente del reactor R-1 para precalentar la mezcla antes de reaccionar. Puede darse el caso que algunos tornillos de apriete aflojen durante las operaciones de transporte o durante los primeros días de servicio. Estos tornillos deberán ser apretados nuevamente. Intercambiador de calor HX-3



   

Verificar que no sea posible superar las condiciones de servicios límites, si es necesario se deberán prever de dispositivos de seguridad en la instalación. Se debe verificar la operatividad de los equipos e instrumentación. Verificar la mezcla de las materias que reaccionaron. Se alimenta agua de enfriamiento para precalentar la mezcla antes de reaccionar. Puede darse el caso que algunos tornillos de apriete aflojen durante las operaciones de transporte o durante los primeros días de servicio. Estos tornillos deberán ser apretados nuevamente.

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Reactores R-1 y R-2 

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Es de suma importancia verificar la carga del catalizador en la cantidad necesaria en los tubos de ambos reactores, para que sea llevaba a cabo la reacción de forma adecuada. Verificar la operatividad de los equipos e instrumentación. Alimentar la mezcla precalentada al R-1 y R-2 respectivamente. Alcanzar las condiciones de operación. Torres de destilación C-1, C-2 y C-3

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Durante el arranque todos los controles deben ser seteados a modo manual. Verificar la operatividad de los equipos e instrumentación. Inspeccionar las torres con presión con la finalidad de ver la existencia de posibles fugas. Ingresar la mezcla líquida a la torre, llenar el rehervidor de fondo y encender la bomba de fondo una vez alcanzado un nivel superior al requerido en la torre. En el tope de la torre abrir el agua de refrigeración y encender la bomba de reflujo, esto una vez que el estanque acumulador se encuentre en un nivel especificado. Abrir la válvula de reflujo y operar la torre con reflujo máximo. Dar flujo de servicio al condensador y vapor al rehervidor. Confirmar estabilización de temperaturas y encender la alimentación. Activar control de reflujo y setear razón de reflujo. Abrir salida de producto y confirmar estabilización de temperaturas en la torre.

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9. Detención Detención de la planta 

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Se debe dar conocimiento al personal para que estén preparados ante eventuales cambios que pudiesen ocurrir en su propia operación. Para evitar desgastes de los equipos, el paro de la unidad debe hacerse lentamente de tal manera que las variaciones sean leves y no afecten a los equipos. Las salidas de producto deberán llevarse a otra línea de almacenaje cuando la salida se encuentre fuera de especificaciones. Disminuir gradualmente la alimentación de benceno fresco al acumulador T-1 con el controlador FIC-101 y disminuir a la vez la alimentación de propileno al mezclador M1controlando la razón de benceno-propileno que ingresa a este (FrIC-101). Disminuir gradualmente la temperatura del vaporizador E-1 con el controlador TIC-101, controlando la disminución gradual de presión y temperatura y prestando atención al aumento en el nivel del estanque. Cortar el flujo de combustible al vaporizador E-1. El controlador TIC-102 mantendrá el servicio del intercambiador HX-2 para evitar mucha perdida de materia prima en el reactor R-1. El intercambiador HX-3 mantendrá los flujos de refrigeración por medio del TIC-104 para reducir el tiempo de enfriamiento de la torre C-1. HX-1 continuara operando con la corriente 8 proveniente del reactor R-1. Mantener el servicio de refrigeración de R-1 hasta que no existe alimentación al reactor, con el fin de evitar que la temperatura se eleve por falta de refrigerante. Esta será controlada por los TIC-103 de servicio del reactor R-1. La reducción de la corriente 5 desde el vaporizador implica una baja alimentación en la torre de destilación C-1, su temperatura debe ser regulada disminuyendo el servicio en el rehervidor y aumentando el reflujo al máximo para lograr enfriar la torre y evitar que se seque la parte baja de esta. Realizar el mismo proceso para las torres C-2 y C-3. Disminuir el servicio del intercambiador HX-4 y cerrar la válvula de la corriente 20 para comenzar detención del reactor R-2. Detener flujos de servicios calientes de todos los equipos. Apagar las bombas y cerrar las corrientes hacia los reactores. Drenar equipos. Entregar a mantención y recuperar catalizador de R-1 y R-2.

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10.Emergencias Los principales problemas operacionales que pueden ocurrir durante el proceso para la obtención de cumeno, típicamente se generan en los equipos, la instrumentación, materia prima y los servicios. A continuación se detalla un listado que nos permitirá identificar de manera más eficiente los problemas operacionales que ocurren durante el proceso y así solucionarlos de manera rápida y efectiva.

10.1 Fallas en instrumentación 1. 2. 3. 4.

Causa: Ensuciamiento, descalibración o ruptura de medidores. Problema: Indicación errónea de datos. Efecto: Problemas múltiples en el control y en la lectura de datos. Solución: Inspecciones continúas de la instrumentación y recalibración de los instrumentos para evitar problemas.

10.2 Materias Primas 1. Disminución del suministro de Benceno. 1.1. Causa: Problemas de suministro al estanque de benceno. 1.2. Problema: Cavitación de la bomba B-1/A. 1.3. Efecto: Disminución en la producción de Cumeno. 1.4. Solución: Restaurar suministro, en caso contrario detener la planta. 2. Disminución del suministro de Propileno. 2.1 Causa: Problemas de suministro al estanque de propileno. 2.2 Problema: Cavitación de la bomba B-2/A. 2.3 Efecto: Disminución en la producción de Cumeno. 2.4 Solución: Restaurar suministro, en caso contrario detener la planta.

10.3 Servicios 1. Falla en suministro de electricidad. 1.1. Causa: Caída del suministro eléctrico. 1.2. Problema: Las bombas dejan de funcionar.

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1.3. Efecto: Principalmente disminución del nivel en mezclador (M-1) y acumulador (T-1), además de una baja en la alimentación a la torre de destilación C-3. 1.4. Solución: Activar generadores de emergencia y restablecer la energía. 2. Disminución de agua de refrigeración.

2.1. Causa: Problemas de suministro. 2.2. Problema: Problemas en el enfriamiento y condensación de corrientes. 2.3. Efecto: Aumento en la temperatura de la corriente de entrada a la torre de destilación (C-1) y aumento en la presión de los acumuladores de cada torre. 2.4. Solución: Mantener un estanque con agua que funciones de manera independiente a la matriz de agua de refrigeración.

3. Disminución en el vapor de servicio. 3.1. Causa: Problemas de suministro. 3.2. Problema: Problemas en el calentamiento de las corrientes 7 y 18 las cuales entran al reactor de alquilación y trans-alquilacion respectivamente. 3.3. Efecto: Disminuye la conversión del propileno para el caso del reactor de alquilación, para el reactor de trans-alquilacion, la reacción no ocurre de buena manera ya que se trata de una reacción reversible y sus parámetros deben ser los óptimos.

3.4. Solución: Aumentar flujo de vapor tanto como sea posible mientras se busca una solución el problema.

10.4 Equipos 1. Cavitación de Bombas. 1.1 Causa: Problemas de nivel en estanques de alimentación u obstrucción a la entrada/descarga de la bomba. 1.2 Problema: Disminución del flujo impulsado. 1.3 Efecto: Provoca deterioro en los rodetes. 1.4 Solución: Verificar el nivel de los estanques de alimentación, en caso critico detener la planta. Utilizar las bombas de respaldo mientras se repara rodete y se realiza limpieza.  

2. Ensuciamiento de tubos en intercambiadores de calor. 2.1. Causa: Incrustamiento de sales y ensuciamiento debido a impurezas. 2.2. Problema: Aumento en la caída de presión de los tubos.

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2.3. Efecto: Disminución del calor transferido. 2.4. Solución: Aumentar el flujo de servicio mientras sea posible el, en caso critico detener y realizar limpieza. 3. Desgaste del catalizador 3.1 Prolongado tiempo de utilización. 3.2 Problema: Problemas en le reacción de alquilación y trans-alquilación. 3.3 Efecto: Disminución de cumeno a la salida de los reactores. 3.4 Solución: Detención y cambio del catalizador.

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11.Referencias [1]

U. de oriente Venezuela, REACCIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CUMENO, (n.d.) 23. http://es.scribd.com/doc/61336433/REACCIONES-PARA-LA-PRODUCCIONDE-CUMENO.

[2]

A.S. Pathak, S. Agarwal, V. Gera, N. Kaistha, Design and control of a vapor-phase conventional process and reactive distillation process for cumene production, Ind. Eng. Chem. Res. 50 (2011) 3312 – 3326.

[3]

P. Europa, L. Technology, Cumene Cumene, (n.d.) 5 – 6.

[4]

W.L. Luyben, Design and Control of the Cumene Process, Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 719 – 734.

[5]

C.B. Universidad Mayor de San Simón, Facutad de ciencia y tecnología carrera de ingeniería química, diseño de plantas químicas, Diseño de una planta de isopropilbenceno, (n.d.) 169.

o (“N   CAS 98-82-8. International Chemical Safety Cards (WHO/IPCS/ILO) nspn0170.pdf,” n.d.)

[6] [7]

(“Usos de los Hidrocarburos Aromaticos : El cumeno | SEGURIDAD PROFESIONES Y PRODUCTOS QUIMICOS,” n.d.)

[8]

M. Torres-Rodríguez, M. Gutiérrez-Arzaluz, V. Mugica-Álvarez, J. Aguilar-Pliego, S. Pergher, Alkylation of Benzene with Propylene in a Flow-Through Membrane Reactor and Fixed-Bed Reactor: Preliminary Results, Materials (Basel). 5 (2012) 872 – 881. doi:10.3390/ma5050872.

[9]

Hoja infromativa sobre sustancias peligrosas - BENCENO.pdf, (n.d.). http://www2.udec.cl/matpel/sustanciaspdf/b/BENCENO.pdf (accessed July 13, 2014).

[10] Hoja informativa sobre sustancias peligrosas - PROPILENO.pdf, (n.d.). http://www2.udec.cl/matpel/sustanciaspdf/p/PROPILENO.pdf (accessed July 13, 2014).

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