PROCESOS QUÍMICOS DIAGRAMAS DE BLOQUE

PROCESOS QUÍMICOS

INTRODUCCIÓN DIAGRAMAS DE BLOQUE

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CIENTÍFICOS HACEN QUE LAS COSAS SE CONOZCAN, EL INGENIERO HACE QUE LAS COSAS FUNCIONEN (Anónimo)

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CIENTÍFICOS HACEN QUE LAS COSAS SE CONOZCAN, EL INGENIERO HACE QUE LAS COSAS FUNCIONEN (Anónimo)

Es sorprendente el que muchas personas Es personas que planean trabajar en la industria de que de proc pr procesos oces esos os qu quím ímic icos os,, en entitien enda dann po poco poccoo o nada nada de los problemas técnicos y económicos de económicos que entraña la producción, del equipo que equipo necesario para realizarla o de necesario de las las aplicaciones que realmente se dan a llos aplicaciones os prod pr productos oduc ucto toss químicos. quím qu ímic icos os. Quienes trabajan en un área eespecífica, specífica,  Quienes poseen escaso conocimiento de los poseen los proc pr procesos oces esos os qqu quím uíímic miicos cooss en su conjunto. conjunto. 

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Los procesos químicos, por efecto del avance de la ciencia y la tecnología, están cambiando constantemente (razón de más para estudiarlos).. estudiarlos) Se requiere poder llegar a tener una visión global de los procesos, para su entendimiento.. entendimiento Este curso pretende cumplir tal propósito, entender los procesos químicos; químicos; y además, con la perspectiva de gestión ambiental. ambiental. No olvidar que, en últimas, la razón de ser de una industria química es generar rentabilidad rentabilidad..

PROCESOS QUÍMICOS 

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Integrar los aparatos y máquinas, en forma lógica, para transformar materias primas e insumos en productos, constituye lo que se conoce como un PROCESO QUÍMICO QUÍMICO.. No existe un producto sin un proceso y viceversa viceversa.. Recursos de la Organización

Insumos

PROC ESO

Valor 

Producto

CLIENTE

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Los productos se emplean ya sea como bienes de consumo o como productos intermedios (aproximadamente la tercera parte de la producción de sustancias químicas se utiliza en la manufactura de otras) otras).. Las operaciones físicas necesarias para la manufactura de productos químicos se caracterizan como  OPERACIONES UNITARIAS (transferencia de calor, flujo de fluidos, destilación, filtración, etc etc..). Las operaciones químicas (transformación de materia) se caracteriza como  PROCESOS UNITARIOS (nitración, sulfonación, oxidación, cloración, etc. etc.).

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Las reacciones químicas aplicadas a los procesos industriales conforman lo que se conoce como conversiones químicas químicas.. Debido a la diversidad y complejidad del procesamiento químico, un estudio amplio proporciona un enfoque valioso para el diseño de nuevos productos. productos. Hoy en día, se está despertando una conciencia social a nivel mundial, sobre la necesidad de reevaluar los procesos industriales hacia la implantación de tecnologías limpias. limpias.

PROCESOS QUÍMICOS Las características de las conversiones químicas pueden sintetizarse así  así::  Cada conversión química pertenece a una familia de reacciones similares en variaciones de energía, presión, temperatura de reacción, tiempo de reacción, equilibrio o materias primas.. primas  Existe una separación física en la planta, cuando allí allí se procesan productos diferentes, por medio de un solo tipo de conversión química, como hidrogenación, nitración, etc. etc.

PROCESOS QUÍMICOS Las características de las conversiones químicas pueden sintetizarse así  así (cont... (cont ...)):  Es frecuente que exista una relación cercana entre los tipos de equipo usados para hacer muchos productos diferentes por medio de un solo tipo de conversión química; química; como por ejemplo, un reactor que procesa distintas mezclas de ácidos sulfúrico y nítrico (nitrador), y puede usarse para nitrar aromáticos para generar productos intermedios intermedios..  Cuando los niveles de producción son pequeños o especiales, se requiere tener equipos flexibles flexibles.. más se entienda de la fisicoquímica  Cuanto subyacente y de la cinética, mejor será la concepción de la planta. planta.

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  El

que ve por primera vez una instalación de la industria química, queda desconcertado al principio por la multiplicidad de tuberías, torres y aparatos. aparatos. Por esta razón, la representación gráfica de toda esta complicación, en forma simplificada, esquemáticamente resumida, del transcurso de un proceso para la obtención de un producto, desde la preparación de las materias primas hasta llegar a los productos comerciales finales, es lo que se conoce como un diagrama de flujo Tegeder). flujo (Fritz Tegeder). Los diagramas de flujo permiten la reunión y el examen de una cantidad de información en un espacio pequeño. pequeño. Existen varios tipos de diagramas de flujo flujo:: sencillos (bloques), de balances de materiales/energía, de equipos, instrumentación, etc. etc.

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Dado el cada vez más creciente número de ingenieros que entran a ocupar puestos de nivel ejecutivo en las compañías, es esencial adquirir un conocimiento amplio de la industria química integral, para llegar a ser competitivos (los diagramas de flujo son una herramienta útil para este logro).. logro)

TIPOS DE PROCESOS 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN Proceso que mediante el uso de maquinaria, talento humano y materiales, le añade valor a una materia prima, convertiéndose en un producto o servicio para satisfacer las necesidades de:  Consumidor (si es un producto)  Usuario (si es un servicio) interno (secuencia de  Cliente procesos)

PROCESO DE PRODUCCIÓN Maquinaria y materiales Producto

Materia(s) prima(s)

PROCESO

Necesidad

(+ valor) Servicio

Talento humano

TIPOS DE PROCESOS 2.

PROCESOS DE LA EMPRESA

Consisten en un conjunto de tareas lógicamente relacionadas que emplean los recursos de la Organización, para dar resultados definidos en apoyo de sus objetivos. Son todos los procesos de servicio y los que respaldan a los procesos de producción; tales como:  Pedidos  Distribución  Nómina

1. PROCESO DE PRODUCCIÓN 1.1 ORGANIZACIÓN DE LA PLANTA DE PRODUCCIÓN 1.1.1

DIAGRAMA DEL PROCESO: Es la representación gráfica de las actividades que conforman un proceso como : Operaciones Transportes Inspecciones Demoras Puntos de decisión Documentación y esperas  Almacenamiento Dirección de flujo Límites (inicio y fín del proceso) Suministra información del tiempo requerido y las distancias recorridas en la fabricación del producto.

El diagrama de procesos es una de las herramientas más importantes en el mejoramiento de los procesos de la empresa puesto que: Muestra claramente las áreas en las cuales los procedimientos confusos interrumpen la productividad y calidad. Presenta de manera clara la secuencia de las actividades del proceso mediante símbolos, líneas y palabras simples. Facilita la comunicación en áreas-problema mediante la clarificación de procesos complejos. Señala claramente cómo se adaptan en forma conjunta los diferentes elementos del proceso. Es un instrumento de gran valor para entender el funcionamiento interno y las relaciones entre los procesos de la empresa.

SIMBOLOS EN EL DIAGRAMA DE PROCESO OPERACIÓN: Denota cualquier clase de actividad. Incluir dentro del rectángulo una breve descripción de la actividad. MOVIMIENTO/TRANSPORTE: Indica el movimiento del producto y/o del operario entre locaciones. PUNTO DE DECISIÓN: Punto del proceso en el que debe tomarse una decisión. Las salidas deben indicarse con las opciones (SI/NO, Verdadero/Falso). DOCUMENTACIÓN: Se utiliza para indicar que al final de una actividad incluyó información registrada en papel. ESPERA: Se utiliza cuando un producto o persona debe esperar para pasar de una operación a otra.  ALMACENAMIENTO: Se emplea para indicar que está en almacenamiento ya sea una materia prima, los productos en proceso o los productos terminados.

Símbolos (continuación) NOTACIÓN: Se utiliza conectado al diagrama del proceso por medio de una línea punteada para registrar información adicional sobre el símbolo al cual está conectado. DIRECCIÓN DEL FLUJO: Dirección y orden que corresponden a los pasos del proceso. Indica movimiento de un símbolo a otro y dirección ascendente, descendente o lateral. TRANSMISIÓN: Identifica aquellos casos en los que ocurre la transmisión inmediata de la información. INSPECCIÓN: Indica que el flujo del proceso se ha detenido para evaluar la calidad de una actividad anterior o de una etapa del proceso. Representa el punto en el cual se requiere una firma de aprobación. LIMITES: Indica el inicio y fin del proceso, aparece la palabra inicio o comienzo, término o fin.

EJEMPLO DE DIAGRAMA DE PROCESO: Elaboración de arroz blanco para un casino

Inicio

t=1 min..

Espero a que t=15 min.. desaparezca el agua visible

Peso o mido los ingredientes

Caliento a fuego t=1 min.. alto: agua, sal y aceite vegetal

Tapo el arroz a fuego lento

t=20 min..

Espero 20 minutos

a que hierva el agua

 NO

¿Está listo el arroz?

SI Llevo los  platos a la estufa

Sirvo las porciones de acuerdo al plato

t=1 min.. d=7 mts.

t=3 min..

t=20 min..Espero

t=0.5 min..

Vierto el arroz en agua hirviendo

Verifico el grado de cocción del arroz

Llevo los  platos a la mesa

t=3.5 min.. d=10 mts.

Fin Tiempo total: 65 minutos Máxima Distancia recorrida: 10 metros

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ELEMENTOS DE UN DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS  CONSTITUYENTES ESENCIALES: Símbolos del equipo  Líneas de flujo de las corrientes del proceso  Números de los equipos  Nombres de los equipos  Designación de los servicios  Designación de presión y temperatura de las líneas del proceso  Flujos seleccionados molares y volumétricos  Tabla de balance de materia en armonía con las líneas de flujo 

PREPARACIÓN DEL DIAGRAMA DE FLUJO El diagrama de flujo es un instrumento clave para: Definir, refinar y documentar un proceso  químico.  Estimar el costo y la fuente de especificaciones utilizada en el diseño. Designación del equipo.  DEFINIR, CONSTRUIR Y OPERAR EL PROCESO Y EL EQUIPO.

ELEMENTOS DE UN DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS CONSTITUYENTES OPCIONALES: Intercambio de energía Instrumentos principales Propiedades físicas de las corrientes de proceso.

SÍMBOLOS DE EQUIPOS

SIMBOLOS DEL DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA DESIGNACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE LAS CORRIENTES

Sistema de colocación de letras al equipo  A. Servicios auxiliares. B. Equipo de contacto sólido-gas (calcinadores, secadores. hornos). C. Molinos, trituradoras. D.Recipientes de proceso (torres da destilación, columnas de absorción. separadores. agotadores, torres de aspersión). E.lntercambiadores de calor (enfriadores, condensadores, calentadores, rehervidores). F. Recipientes de almacenamiento (tanques, receptores, embudos, silos). G. Transportadores de gas (ventiladores, compresores, bombas de vacio, eyectores de vacío). H.Separadores (filtros de bolsa, filtros rotatorios, filtros de cartucho, centrífugas, ciclones, sedimentadores, precipitadores, extractores).

DESIGNACIÓN DE LAS CORRIENTES DE LOS SERVICIOS Especificar las corrientes (p. Ej. Vapor). El vapor se especifica de acuerdo con la       presión de saturación absoluta, p. ej. 14 bar. En situaciones especiales, es necesario       posponer la especificación de los servicios hasta que haya más información disponible acerca de las condiciones del proceso. En algunos casos, las presiones y       temperaturas se definen vagamente utilizando el juicio y la experiencia.      

SÍSTEMA DE ENUMERACIÓN  DEL EQUIPO (I) Enumérese cada área del proceso, comenzando con 100, 200, 300, etc. 2. Enumérense las partes principales del equipo de proceso en cada área, comenzando con 110, 120, 130, etc. 3. Enumérense las partes de soporte del equipo asociado con una unidad principal del proceso, comenzando con el número siguiente más alto que el de la unidad principal del proceso. Por ejemplo: 111, 112, 113, 114,.., para las partes del soporte relacionadas con 110. 1.

SÍSTEMA DE ENUMERACIÓN DEL EQUIPO (II) 4.  Agréguese una letra de prefijo a cada número de equipo de la lista siguiente para designar el tipo. La lista de equipo podría verse entonces de esta manera: F-110 B-120 G-210 G-111 G-121 E-211 E-112 G-122 G-212 E-113 E-213 5. Los primeros nueve números de cada área estan reservados para el equipo que da servicio al área completa, como unidad de refrigeración empacada (p. Ej. P- 105). Sin embargo, cualquier  unidad empacada puede dividirse en sus componentes y ser  enumerada como en los pasoso 2 a 4.  6. Usar letras que continúen los números del equipo para identificar duplicados o repuestos (p. Ej. G- 111 A, la B indica otra bomba idéntica en el servicio G- 111B).

SISTEMA DE COLOCACIÓN DE LETRAS AL EQUIPO (I)

 A. Servicios auxiliares. B. Equipo de contacto sólidosólido-gas (calcinadores, secadores, hornos). C. Molinos, trituradoras. D. Recipientes de proceso (torres de destilación, columnas de absorción, separadores, qagotadores, torres de aspersión). E. Intercambiadores de calor (enfriadores, condensadores, calentadores, rehervidores). F. Recipientes de almacenamiento (tanques, receptores, embudos, silos). G. Transportadores de gas (ventiladores, compresores, bombas de vacío, eyectores de vacío). H. Separadores (filtros de talego, filtros rotatorios, filtros de cartucho, centrífugas, ciclones, sedimentadores, precipitadores, extractores).

SISTEMA DE COLOCACIÓN DE LETRAS AL EQUIPO (II)

J. Transportadores (elevadores de cangilones de banda, tornillos, transportadores neumáticos). K, Instrumentos (válvulas de control, transmisores, indicadores, registradores, analizadores, medidores PID). L. Bombas. M. Agitadores, mezcladores. N. Motores, impulsores, turbinas. P. Unidades de paquete (de refrigeración, de aire, generadores de vapor, torres de enfriamiento). Q. Hornos calentadores de proceso. R. Reactores. S. Equipos para aumento de tamaño.  V. Vaporizadores y evaporadores. X. Diversos.

EJEMPLO DE DIAGRAMA DE FLUJO INDUSTRIAL