DIAGRAMAS 2
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
Ingº Juan Medina
ESQUEMA DE LOS PROCESOS INDUSTRIALESAl estudiar los procesos de producción, es necesario representarlos gráficamente Por flujo gramas para lo cual existen normas variables de acuerdo a la legislación de cada país No existiendo normas peruanas .Para representar a los procesos industriales se debe recurrir a un conjunto de normas de dibujo para equipos establecidos en otros países
Representación de Procesos:
Existen variados tipos de diagramas de flujo, que reflejan un grado creciente de precisión (o disminución de la incertidumbre), necesario a lo
largo de un proyecto.Tipos
a) Diagrama de Entrada – Salida ( input-output)b) Diagrama de Bloques ( operaciones principales )c) Diagrama de Flujos ( Flowsheet )
( Estructura Productiva y secuencia de equipos PFD)d) Diagrama de Cañerías e Instrumentación ( P&ID )e) Diagrama Isométricos ( cañerías y equipos
DIAGRAMAS DE PROCESOS QUIMICOS
Estequiometrico
Condiciones Preliminar de Proceso
Balance preliminar de materia
Balance de materia y energía +Especificaciones de equipos
Diagrama de instrumentacion
diagrama de Entrada - Salida
Diagrama genérico de flujo de bloques
Piping and Instrument Diagram (PID)
Diagrama de flujo de bloques (BFD)
Diagrama de flujo de procesos (PFD)
1. DIAGRAMA DE FLUJO DE ENTRADA – SALIDA
• Diagramas de flujo de proceso, por convección, muestran la(s) corrientes(s) de alimentación de proceso ingresando desde la izquierda y la(s) corrientes(s) de producto de proceso saliendo a la derecha. Esto ilustra la estructura de entrada – salida del proceso general.
• El primer paso requerido para construir tal diagrama es identificar la reacción química o reacciones químicas.
• Los pasos siguientes son usados para crear este diagrama.• Un bloque simple es usado.• Dentro de este bloque la estequiometria para todas las reacciones para todas las
reacciones que tengan lugar en el proceso es escrito.• La convención normal es los reactantes a la izquierda y los productos a la derecha.• Las corrientes de reactantes son dibujadas ingresando desde la izquierda. El número
de Corrientes corresponde al numero de reactantes.• Cada corriente es etiquetada con el nombre del reactante • Corrientes de producto son dibujadas saliendo a la derecha • El numero de corrientes es etiquetados con el nombre del producto
Estructura de Entrada y de Salida del
Diagrama de Flujos
AlimentaciónProductoPROCESO
PRODUCTIVO
Reciclo Purga
Subproductos
Insumos
Hidrogeno
Tolueno
Benceno Producto
Difenil sub -Producto
Hidrogeno
Reciclo de Tolueno
6 5 3 2 6 6 4C H CH H C H CH
Metano
EJEMPLO PROCESO DE PRODUCCION DE BENCENO
Metanol Dimetil éter
agua
Diagrama de entrada --salida de proceso de producción dimetil éter
2. DIAGRAMA DE BLOQUES DE PROCESO (BFD)
Formado exclusivamente por corrientes y bloques, no incluyen servicios auxiliares. Permiten comprender la circulación general (entradas, orden de flujo, recirculaciones, bypass escisiones, mezclas y salidas).
• Corrientes
Líneas de flujo entre bloques suele marcar su dirección de flujo e ir nombradas o numeradas.
• Bloques
Abstracción de Unidades de Proceso (o conjuntos de Unidades) que llevan a cabo transformaciones en las corrientes. Unidos entre si por corrientes.
Suelen ir nombrados. Pueden representar conjuntos muy complejos.
Convenciones para los Diagramas de Bloques
• Cada operación se representa por un bloque
• Las corrientes de flujo principal se representan por líneas flechadas en la dirección del flujo
• Los flujos van desde la izquierda a la derecha del diagrama
• Las corrientes gaseosas se incluyen en la parte superior del diagrama, y los líquidos o sólidos hacia la parte inferior separados por densidad
• Se incluye la información crítica para entender el proceso.( Conversion,rendimiento)
• Si las líneas se cruzan, las horizontales se mantienen y las verticales se cortan
• Se incluye un balance de masas simplificado en forma de una tabla
BFD: Diagrama de flujo de bloques
Hydrogen
( 820 Kg / H )
Toluene
( 10000 Kg / H ) Benceno
( 8610 Kg / H )
Mezcla de gases
( 8610 Kg / H )
Toluene
Gas Separator
Reactor
Mixes LiquidsConversion75% Toluene
Reaction : C7H 8 + H2 = C6H6 + CH4
separación
DIAGRAMA DE FLUJO DE BLOQUES DE PRODUCCION DE CERVEZA
ENFRIADORCOCIMIENTO
FER
T MK EE N
TADOR
Gas CO2
FILTRO TKE
CO2
CERVEZA
MP
INSUMOS
REACCION: 6 12 6 2 5 20 0C H C H OH C
GAS NATURAL SAL
SEPARACION ELECTROLISIS
VCM
PVC
HIDROGENO
HIDROXIDO DE SODIO
CLORO
ACIDO CLORHIDRICO
ETILENO
DIAGRAMA DE BLOQUES DE PRODUCCION DE PVC
3 DIAGRAMA DE FLUJO DE
PROCESOS ( PFD)El diagrama de flujo de proceso proporciona el cimiento sobre el cual construir un solido entendimiento de un proceso químico.
Documento gráfico de referencia para la descripción del proceso.
Mayor detalle que los de bloque, especialmente en los equipos. Contiene todos los equipos individuales.
Convenciones para los Diagramas de
Flujos de Procesos( PFD)
• 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
• Se debe ubicar banderas, en algunas corrientes mas importantes del proceso , con valores de algunas variables (T,P, flujo).
• Se deben representar los loops de control básicos que aseguran la estabilidad de las condiciones del proceso durante la operación normal
SIMBOLOS MAS UTILIZADOS EN UN PFD
Convenciones para la
identificación de equipos
• C : Compresoras
• E : Intercambiadores de calor
• H : Calentadores a llama
• P : Bombas
• R : Reactores
• T : Columnas
• TK : Estanques de almacenamiento
• V : Estanque de proceso
Numeración de los equipos
• P – 101 A/B identifica una bomba
• P – 101 A/B identifica que la bomba está ubicada en el área N°1 de la planta
• P – 101 A/B identifica que la bomba es la número 01 de las n existentes en la planta
• P – 101 A/B identifica que hay 2 bombas idénticas una de respaldo ( backup )
Ejemplo de un Intercambiador de calor
E-205
E: Indica un intercambiador de calor 2: Indica que el intercambiador esta
ubicada en el área 2 de la planta
05: Indica que el intercambiador es el numero 05 de los n existentes en la Planta.
ELEMENTOS DE UN DIAGRAMA DE FLUJO
DE PROCESOS (PFD)•Símbolo de los equipos •Líneas de flujo de las corrientes. •Numeración de Equipos •Nombre de los equipos •Designación de los servicios •Indicar P,Tº en líneas del proceso •Flujos molares y volumétricos. •Tabla de balance de materia(BM)
Como mínimo
• Número de la corriente• Temperatura (°C)• Presión (bar)• Fracción vapor• Flujo total másico (Kg/h)• Flujo molar total (Kmol/h)• Flujo molar para cada
componente (Kmol/h)
Muchas veces , además..
• Fracciones molares de los componentes
• Fracciones másicas de los componentes
• Flujo volumétrico• Propiedades físicas
(densidad , viscosidad…)• Datos termodinámicos
(calor específico, entalpía…)
• Nombre de la corriente
Información para las corrientes de flujo
R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008
R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008
COLUMNA DE DESTILACION
PROCESO DE PRODUCCION DE AMONIACO
SIMBOLOS PARA IDENTIFICACION DE LAS CORRIENTES
Entrada de la Materia Prima ( identifiquese la corriente por nombre ).
Salida del Producto Terminado ( identifiquese la corriente por nombre ).
Corrientes del Proceso
Identificación de las
Corrientes de Flujos
• Número de la corriente• Temperatura (°C)• Presión (bar)• Fracción vapor• Flujo total másico (Kg/h)• Flujo molar total (Kmol/h)• Flujo molar para cada componente (Kmol/h)
Servicios Auxiliares
Airecomprimido
seco
Combustible y aire
Gases decombustion
Vapor de aguade alimentaciòn
de caldera
CalderaPlanta de Tratamiento de Aire
Planta de Aire
Servicio
Chimenea
Desionizador odesmineralizaciò
n
ServicioAgua
Cruda
Agua
Tratada
Planta deenergìa electrica
Gases deCombustiòn
Energìa
Electrica
Combustible
y aire
Torre de Enfriamiento Agua Desionizada o Desmineralizada
Planta de Energia Electrica Subestaciòn Eèctrica
Mezclador:• Dos o mas corrientes son mezcladas para
formar un a corriente simple , esta corriente de salida tiene un a composición , temperatura, presión y fase definida.
1
1
2
3
2
46
7
5
Escisiones o Divisiones• Una corriente de entrada simple es dividida en dos o
más corrientes de salida con la misma temperatura, presión y composición como la corriente de entrada, solamente difieren en el caudal.
1
2
12
3
7
5
4 6
4
2
E – 102
2
2
2
2
2
E – 101
2
P – 101
2
2
2 T – 101
PROCESO DE LICUACION DEL AIRE
R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008
Generic Structure of Process Flow Diagrams
C6H5CH3+H2 C6H6 + CH4
Recycle Structure in PFD
13
4
5
7
6
9
10
2
11
13
ACETONA
EFLUENTES LIQUIDOS
HIDROGENO
EFLUENTE GASEOSO
TKE 101
E-101
R-101
E-102
H-101
V-101T-101
T-102
AGUA BLANDA
ALCOHOL ISOPROPILICO
VAPOR DE ALTA PRESION
12
14
38,6 kmol/h
32,29 KMOL/h
35,85 Kmol/h
51,96 Kmol/H
20 Kmol/h
PROCESO DE PRODUCCION DE ACETONA
ACCIDENTALIDAD ENPLANTAS PETROQUÍMICAS
El balance oficial es de 30 muertos (21 trabajadores de la empresa, 10 de los cuales asalariados de Grande Paroisse), más de 2500 heridos graves y cerca de 8000 heridos leves.
La mayor parte de los heridos fueron víctimas de una violenta onda expansiva que sacudió la ciudad rompiendo los cristales en varios kilómetros a la redonda.
Años después se cuentan por varios los miles de personas que precisan tratamiento psicológico para superar los traumas originados por la explosión y las subsiguientes escenas de caos.
• La fábrica en la actualidad
• Pese a los esfuerzos de los empleados que promovieron la reparación y reapertura de la fábrica tras una mejora de las medidas de seguridad la presión política y de la opinión pública forzó a que la planta y sus devastados alrededores fueran demolidos en su totalidad.
• Actualmente se encuentran en fase de descontaminación y han sido destinados a zonas verdes y a un centro internacional de investigaciones contra el cáncer.
. Símbolos usados para representar equipos
Es cierto que el diagrama de bloque correspondiente a la Columna de DME, carece demucha información del proceso, queda claro que es muy útil para tener una primera impresiónde lo que sucede y explicar las características principales del proceso. Este tipo de diagramasson el punto de partida de los diagramas de flujo de proceso (PFD)
Industria PetroquímicaSi el siglo XIX fue el siglo del carbón, el siglo XX fue del petróleo, el siglo XXI será el siglo del gas, ya que el gas metano es un combustible menos contaminante y requiere menores inversiones para cumplir con reglamentaciones ambientales, que cada vez serán más exigentes y el banco mundial lo declaro como gas noble, y en la conferencia mundial de energía celebrada en Tokio en 1995 declaro al gas natural como el combustible alternativo con mejores opciones de desarrollo para su masificación a futuro.Las consideradas “raíces” (materias primas) del “árbol petroquímico”, que se obtienen de las plantas separadoras de gas y las refinerías de petróleo, llega el momento de agregar valor a los hidrocarburos .
75
Históricamente la Industria Petroquímica se ha concentrado en regiones “desarrolladas”
Los EE. UU. Europa y Japón dominaron ( y todavía lo hacen) en términos de tamaño de mercado y concentración de facilidades de construcción
Durante los 80’s aparecieron numerosos nuevos participantes Canadá Oriente Medio
El cambio continuó durante los 90’s Otros en Asia (Corea, Tailandia, etc.) Venezuela
Materias primas mas baratas y el desarrollo de nuevos mercados continuarán a hacer la industria mas diversificada
Gas Natural y Condensados UNI-FIQT
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Plantas Petroquímicasen Sudamérica
• Mayor parte de la industria petroquímica está ubicada en la Costa Atlántica.
• Industria petroquímica en la Costa del Pacífico es casi inexistente.CHILE
URUGUAY
ARGENTINA
BOLIVIA
VENEZUELA
PERU
BRAZIL
CHILE
TRINIDAD Y TOBAGOTRINIDAD Y TOBAGO
MetanolMetanol
Amoniaco/UreaAmoniaco/Urea
BRASILBRASIL
MetanolMetanol
Amoniaco/UreaAmoniaco/Urea
LDPE/HDPELDPE/HDPE
LLDPE/PPLLDPE/PP
ARGENTINAARGENTINA
MetanolMetanol
Amoniaco/UreaAmoniaco/Urea
LDPE/HDPE/LLDPELDPE/HDPE/LLDPE
VENEZUELAVENEZUELA
MetanolMetanol
Amoniaco/UreaAmoniaco/Urea
LDPE/HDPELDPE/HDPE
LLDPE/PPLLDPE/PP
COLOMBIACOLOMBIA
LDPELDPE
CHILECHILE
LDPELDPE
MetanolMetanol
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Aplicaciones Petroquímicas a partir del Metano
METANOMETANO
GAS DE GAS DE SINTESISSINTESIS
ACIDO ACETICOACIDO ACETICODISOLVENTESDISOLVENTESPINTURASPINTURASBARNICESBARNICES
NITRATO DE AMONIONITRATO DE AMONIO
BI FOSFATO DE BI FOSFATO DE AMONIO (DAP)AMONIO (DAP)
UREAUREA
SULFATO DE AMONIOSULFATO DE AMONIO
AMONIACOAMONIACO
METANOLMETANOL
78
Cadena de Valor Agregado del Amoniaco
79
80
Peru 2010: Posibilidades inmediatas para la petroquímicaMETANOMETANO
GAS DE GAS DE SINTESISSINTESIS
UREAUREA
NITRATONITRATO DE AMONIODE AMONIO
ANFOANFO
SULFATO DE SULFATO DE AMONIOAMONIO
AMONIACOAMONIACO
ETANOETANO
ETILENOETILENO
POLI ETI LENO DE BAJ A DENSI DAD (LDPE)POLI ETI LENO DE BAJ A DENSI DAD (LDPE)POLI ETI LENO DE ALTA DENSI DAD (HDPE)POLI ETI LENO DE ALTA DENSI DAD (HDPE)PET PET
CLORURO DE VINILOCLORURO DE VINILO PVCPVC
Gas Natural y Condensados UNI-FIQT
81
Complejos petroquímicos
82
83
¿Alguna Pregunta?