Seider_cloruro de vinilo

7/21/2019 Seider_cloruro de vinilo

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muestra el primer paso hacia la creación de un organigrama de proceso para ruta dereacción 3. cada operación de reacción se coloca con fechas que representan suspiensos y productos químicos. LA uentes y sumideros no se muestra porque ellosdependen ON la distribución de productos químicos, el siguiente paso en el procesosynthesis.the caudales del ans de uentes eternas se hunde se calcula suponiendoque las uentes de etileno y cloro se con!ierten totalmente en el cloruro de !inilo y

cloruro de hidrógeno se hunde. Aquí, una cla!e decesion es necesario a"ustar la escaladel proceso, es decir, la producción tasa en capacidad en este caso una capacidad de#$$.$$$ lb%hr asumiendo operación 33$ días al a&o 'un actor de operación de $.($)*est+ determinada por la oportunidad que se presenta arriba.ado este caudal para elproducto, los caudales de la -L regadero y las uentes de materia prima pueden sercomputadas asumiendo la las materias primas son con!ertes a los productos seg/n lareacción global. ualquier materia prima son separado de los productos de reacción yreciclada por balance de materiales, se obtienen los resultados en la 0gura ).), dondecada caudal en lb%mol es #1$$ diagramas similares, que contiene las operaciones dereacción para las rutas de reacción ) y 2, estaría dispuestos a completa paso # de lasíntesis. stos est+n representados en el +rbol de síntesis en la 0gura ).(, cual ser+discutido despu4s de que se han completado todos los pasos de síntesis. 5enga en

cuenta que sus diagramas no est+n incluidos aquí debida tos ritmo limitaciones, peroson solicitados en ececise ).2 al 0nal del capítulo. omo los próimos pasos en lasíntesis se completan para camino de reacción 3, 66ep en cuenta que se lle!ó a cabopor los otros caminos de reacción tambi4n.5enga en cuenta, adem+s, que sólo losdiagramas m+s prometedoras son desarrollados en detalle, generalmente por un t4dise&o ampliado mor, en algunos casos, por un equipo de dise&o competiti!o.distribuir los productos químicos. n el paso 7, donde es posible, las uentes ysumideros para cada una de las especies químicas en 0g. ).) se combinan para que elfu"o m+sico total en un rector iguala el caudal m+sico total hacia uera. ste othenconsiste en la introducción de la me8cla de las operaciones para eliminar lasdierencias en las tasas de fu"o cuando un solo regadero es suministrado por dos om+s soures del. n otros casos, una sola de las uentes se di!ide entre !ariosregaderos. 9ara lograr la distribución de productos químicos en la 0gura ).2, losetileno y el cloro uentes coinciden con sus sumideros en el reactor de cloración. :esupone que etileno y cloro ingresen el reactor en la relación estequiom4trica de #;#como en la reacción.9orque las materias primas est+n en esta relación, no aist lasdierencias entre las tasas de fu"o de las uentes y sumideros, y por lo tanto, no hayme8clas son necesarios. audales de ##3, )$$ lb%hr de cloro y )).($$ lb%hr deetilenoproducir #2<.3$$ lb%hr de icloroetano. uando se desea tener un eceso de unasustancia química en relación con los dem+s así como competelu consumir otroproducto químico, que puede ser toico r muy caro, la otra materia prima se me8clacon el recicla"e y alimentada al reactor en eceso. 9or e"emplo, si el efuente del reactorcontiene c7h) sin reaccionar, se separa del producto dicloroetano y reciclar es lauente de la sustancia en ecesi!a y el caudal de los eterno sorce de c7h) para undeterminado índice de producción de icloroetano es inaectado. sta distribución

alternati!a de los productos químicos se discute en sección 1.3 e ilustrado en la 0gura1.#. =egresando a la distribución de productos químicos en la 0gura ).2, nota thet, encondiciones de reactor de ($ > c y #,2 atm, eperimetal datos indican que el (<? deletileno es con!erete a subproductos no deseados como trichoroethane. sta p4rdida derendimiento del principal producto y smal racción del subproducto se descuida en estaetapa de la síntesis.A continuación, la uente de icloroetano de la operación de cloración es en!iada a suregadero en la operación descoqui8ado, que opera a 2$$> c. Aquí sólo el 1$? del



icloroetano con!ertes al cloruro de !inilo con un subproductos de -L, de acuerdo ala reacción '). @*. sta con!ersión es dentro del 12?

con!ersión rei!indicada en la patente. 9ara satisacer el balance de materiales en

general, #2<.3$$ lb%h de icloroetano debe producir #$$.$$$ lb%hr de cloruro de !inilo y2<, 3$$ b%hr de -L. 9ero la con!ersión de un 1$? sólo produce 1$.$$$ lb%hr de clorurode !inilo. l icloroetano adicional necesitado se calcula por balance de masa queequi!ale a ''#$.1*%$.1*B#2<,3$$, su origen es una secuencia de recicla"e de laseparación de cloruro de !inilo de icloroetano no reaccionado, de una operación deme8cla insertada para combinar las dos uentes, para dar un total de 713.<$$ lb%hr. Lacorriente efuente de la operación de la pirolisis es la uente para el producto de clorurode !inilo, el subproducto +cido clorhídrico y el recicla"e de icloroetano.9ara habilitarestos químicos suministrar a sus sumideros, operación de separación de uno o m+s sonnecesarios y son abordados en el siguiente paso de la síntesis.Cigura ).2 muestra tambi4n los calores de reacción para las temperaturas y presionesde las operaciones de reacción de calores de ormación y calor capactities en unción

de la temperatura. -ay muchos sorces de estos datos, especialmente los simuladoresde proceso que se discuten en el capítulo 2, cuando un simulador, tales como aspen seutili8a, es con!eniente de0nir cada una de las operaciones de reacción y reali8ar unbalance energ4tico en condiciones de reactor. l inorme de simuladores la tasa a lacual calor debe ser transerida hacia o desde el reactor archie!e salida condiciones dedadas las condiciones de entrada o, si unciona adib+tico, las condiciones de salidapara la no transerencia de calor, como se discute en los módulos multimedias, cualpuede ser doDnloaades desde el sitio Deb Diley asociados con este libro 'seguir loscaminos, +lamo temblón, -y:E:, reactores químicos*.=uta de reacción 3, la operaciónde chorination proporciona una gran uente de energía, #2$ millones de btu % hr, peroen una ba"a temperatura, ($ > c, donde la operación de la pirolisis requiere muchamenos energía, 27 millones de btu%h, a una temperatura ele!ada, 2$$ > c, puesto queesta uente de calor no puede utili8arse para proporcionar la energía para pirólisis,otros usos para esta energía debe ser buscada como la síntesis procedes. stas y otrasuentes y sinc6s r energía se consideran durante la integración de tareas en el paso 2.n cuanto a los ni!eles de presión en las operaciones de reacción, #.2 atm esseleccionado para que la reacción de cloración e!itar la uga de aire en el reactor y seacumulan en concentrationd su0cientemente grande para eceed el límite defammabillity. Cuerte operación pirolisis, 71 atm es recomendada por la F.C Goodrich'#(13* de patentes sin ninguna "usti0cación.9uesto que la reacción es irre!erisble laele!ada presión incrase la !elocidad de reacción y por lo tanto, reducir el tama&o del



horno de pirólisis, aunque la tu!e Dalss debe ser gruesa y muchas precauciones sonnecesarias para opeartion a ele!adas presiones. La presión le!e lis tambi4n unaconsideración importante en la selección de las operaciones de separación como sediscutir+ en el próimo paso de la síntesis.=e0ri4ndose al higo ).(, se han a&adido dos ramas al +rbol de síntesis para representarlas dos distribuciones en relación con el camino de reacción 3. ada una de estas

ramas representa un organigrama completado parcialmente dierente, que es 0g).2 y1.#.Otra distribución surgen en relación con el camino de la reacción ) y 2.Hstos serepresentan mediante líneas punteadas en el +rbol de síntesis.9aso 3omo earline mencionado, para cada distribución de cehmicals, las necesidades paraseparaciones e!idente.n la 0gura ).2, por e"emplo, es e!idente que el efuente purode la operación de la reacción de cloración no necesita ninguna separación, pero losefuentes de la operación de la pirolisis es una me8cla que debe di!idirse en especiescasi puras. Aquí, es el origen de las especies arbóreas en el efuente en unacomposición dierentes le"os de las composiciones del cloruro de sinc6s;!inyl tres

producto deri!ado de +cido clorhídrico y el icloroetano para reciclar. 9ara eliminarestas dierencias de composición, se necesitan una o m+s operaciones de separación.Ina posibilidad se muestra en la 0gura ).1, en la cual dos destilación 5orres en serie seinsertan en eldiagramas de fu"o. La destilación es posible debido a las dierencias de gran !olatilidadentre las tres especies.sto se puede !er mediante el eamen de los puntos de ebullición in5able ).), quepuede obtenerse de !apor pressuredata en la base de datos preliminar, o de unsimulador de procesos. n la primera columna, el +cido clorhídrico esseparado de los dos productos químicos org+nicos. n la segunda columna, cloruro de!inilo se separa de icloroetano. n # atm, el punto de ebullición punto de -l es muyba"a, registros , y por lo tanto si -l ueron reco!eredat # atm como el destilado de la

primera torre, !erycostly rerigeración sería necesario fu"o refu"o condensethe. A los71 atm 'la presión de reacción de pirólisis*, +cido clorhídrico hier!e a $<, y muchomenos costosa rerigeración podría ser utili8ado. La patente de F.C. Goodrichrecomienda operación en #7 atm sin "usti0cación alguna. A esta presión, -l hier!e a71,7< y el producto de ondos, compuesto de cloruro de !inilo y icloroetano concantidades de rastro de -l, tiene un punto de burbu"a de (3<, que puede sercalculado por un simulador de procesos. l producto de ondos en este reducido latemperatura y la presión son m+s le"os los puntos críticos de las me8clas de cloruro de!inilo J icloroetano en la parte inerior de la columna de destilación. 9or lo tanto, esprobable que F.C.

Goodrich seleccionado esta ba"a presión para e!itar la operación en la región críticadonde el !apory ases líquidas acercan y son mucho m+s diíciles de desenganche 'es decir, tenemospeque&as inundaciones !elocidades y requieren de grandes di+metros yespaciamientos de bande"a*. Adem+s, es adecuado para el reboiler !apor a ba"apresión. uando esta torre de destilación se inserta en el organigrama, las condicionesde su corriente de alimentación, o regadero, necesitan ser identi0cadas. :i laalimentación es un líquido saturado, la temperatura es 1< en #7 atm, con un le!ererigerante necesario para la rerigeración. Ina temperatura alimentación preeriblesería 32< o superior, que podría lograrse mediante la cumplimentación della condensación del efuente de la pirolisis reactor con agua de enriamiento,



enriamiento y parcial perola introducción del !apor en la columna aumentaría la carga de rerigeración delcondensador en71,7< . Al momento de reali8ar esta especi0cación, cla!e de las dierencias'temperatura, presión y ase*aparecen entre los efuentes de la operación de la pirolisis y la alimentación a la

columna de destilación.stos son eliminados en el siguiente paso de síntesis mediante la inserción detemperatura y presión cambian las operaciones, con cada especi0cación detemperatura conducea un organigrama de algo dierente.espu4s de la primera destilación se inserta laoperaciónen el organigrama, el segundo sigue naturalmente. Los ondos de la torre de -lretirose separa en especies casi puras en la segunda torre, que se especi0ca en ).< atm,seg/n lo recomendado por la patente de F.C. Goodrich. n estas condiciones, eldestilado'cloruro de !inilo casi puro* se reduce a 33< y puede resumirse con agua deenriamiento económico,

que est+ disponible en 72<. l producto de ondos se reduce a #)1<, y por lo tanto,puede ser el boilup de !aporgenerado con !apor de media presión, que est+ ampliamente disponible en comple"ospetroquímicos.

Operaciones de separación alternati!os pueden insertarse en la 0gura ).2. uando seutili8a la destilación, es tambi4nposible para recuperar las especies menos !ol+tiles, icloroetano, de la primeracolumna y separar el +cido clorhídrico de cloruro de !inilo en la segunda columna. :inembargo, otroposibilidad consiste en utili8ar una sola columna con una corriente lateral que seconcentra en los productos de cloruro de !inilo.Absorción de agua, a presión atmos4rica, puede utili8arse para eliminar +cido

clorhídrico. l !apor resultanteArroyo, que contienen cloruro de !inilo y icloroetano, podría ser secado por adsorcióny separados usando destilación. on tantas alternati!as posibles, el dise&ador delproceso necesita tiempo o ayuda para seleccionar las operaciones de separación m+sprometedores. omo se mencionó anteriormente,este tema es considerado en detalle en el capítulo <. Adem+s, como antes, la síntesisdel +rbol enCigura ).( es aumentada. n este caso, las nue!as ramas representan los dierentesdiagramas de fu"o paralas operaciones de separación alternati!os. laramente, como cada paso de la síntesisse ha completado, el +rbolrepresenta muchos m+s posibles diagramas de fu"o.

9aso ) eliminar dierencias en temperatura, presión y ase; cuando se colocan lasoperaciones de reacción y separación, los stados de su alimentación yseleccionan a fu"os de producto. sto se logra generalmente mediante el a"uste de losni!eles de temperatura y presión para alcan8ar las con!ersiones de reacción deseaday actores de separación. 9osteriormente, despu4s de que se han creado los diagramasde fu"o, 4stos son a menudo a"ustados hacia el óptimo económico, a menudoutili8ando eloptimi8ación en los simuladores de proceso discutidos en el capítulo 7). n este paso



de síntesis, sin embargo, los stados se asumen para ser 0"ado y se insertan lasoperaciones para eliminar la temperatura, la presión y las dierencias de ase entre lasuentes de alimentación, los regaderos del producto y las operaciones de reacción yseparación.Cigura ).K muestra un organigrama posible. 9uede ser !isto ese líquidoicloroetano del me8clador de reciclar a ##7< y #.2 atm somete a las siguientesoperaciones;

#. su presión aumenta a 71 ca"eros autom+ticos.7. su temperatura se ele!a hasta el punto de ebullición,que es 7)7< en 71 ca"eros autom+ticos.3. icloroetano líquido se !apori8a 7)7<.). su temperatura es ele!ada a la temperatura de la pirolisis,2$$<. 5enga en cuenta que un organigrama alternati!o colocaría las operaciones # y 7despu4s de la operación 3. :in embargo,sto es muy rentable, como el costo de la compresión de un !apor es mucho mayorque el costo de un líquido de bombeo porque el !olumen molar de un !apor es muchomayor que la de un líquido 'por lo general, un actor de #$$ !eces mayor*. 9ara unadiscusión m+s completa

de esta obser!ación, que es sólo uno de muchos dise&o heurísticos o reglas del pulgar,!er

:ección 1.K. Adem+s, el efuente de !apor caliente de la operación de la pirolisis'2$$< y 71 atm* es operatedupon como sigue;#. su temperatura se reduce a su punto de rocío,#K$< 71 ca"eros autom+ticos.7. la me8cla del !apor se condensa a un líquido en su punto de burbu"a, 1< #7 atm,reduciendo lapresión, rerigeración y la eliminación del calor latente de condensación.

Cinalmente, se enría el fu"o de recicla"e icloroetano ($< c para e!itar la !apori8aciónal me8clarse con el efuente del reactor de #,2 atm.=amas para representar a los dos

nue!os diagramas se agregan al +rbol síntesis Cigura ).( despu4s de haber completadoeste paso de la síntesis.

ntegración de tareas paso 2; n la terminación del paso ), cada uno de los diagramasde candidato tiene un con"unto completo de operaciones que elimina las dierenciasentre las materias primas y los productos. A/n así, con la ecepción de las operacionesde destilación, equipos especí0cos no se muestran. La selección de las unidades deproceso, reerido a menudo como operaciones unitarias,en que uno o m+s de las operaciones b+sicas se lle!an a cabo, se conoce comointegración de tareas. 9araasistencia en esta selección, el lector se re0ere a equipo de proceso químico 'Malas,#(<<*.Cigura ).< se muestra un e"emplo de integración de la tarea para el proceso de

cloruro de !inilo. n esta etapa deproceso de síntesis, es com/n hacer las combinaciones m+s ob!ias de las operaciones,de"ando muchas posibilidades para ser considerado cuando el organigrama essu0cientemente prometedora emprender la preparación de un dise&o del caso base. Aleaminar este organigrama, con las descripciones de las unidades de proceso quesiguen, !e si puedes sugerir me"oras. ste es uno de los ob"eti!os en el e"ercicio ).3. Alo largo dese introducen los capítulos que siguen, t4cnicas para obtener una me"or integraciónpara 4ste y otros procesos que abrican muchos otros químicos.



#. cloración reactor y condensador. La operación de cloración directa en la 0gura ).K sesustituyepor un recipiente cilíndrico de la reacción, que contiene una sección de recti0cación yun condensador. Ina piscina deicloroetano líquido, con el cloruro 4rrico catali8ador disuelto, llena el ondo delrecipiente en

($< y #.2 A5 etileno se obtiene normalmente de grandes !asos cilíndricos, donde esalmacenado como un gas a una presión ele!ada y temperatura, típicamente #.$$$ psiay K$<C.loro, que se encuentra com/nmente en la ase líquida, típicamente a #2$ psia y K$<C,se e!apora cuidadosamente para eliminar el líquido !iscoso 'caramelo* que contaminam+s cloro producidopor electrólisis. loro y el etileno en la ase de !apor a tra!4s del líquido de burbu"as yliberan el calor de reacción en icloroetano se produce. ste calor pro!oca la

icloroetano !apori8an y le!antan la sección de recti0cación en el condensador, dondees

condensado con agua de enriamiento. 5enga en cuenta que se necesita calor paraconducir el reboiler en la primera columna de destilación a (3<, pero el calor de lareacción no puede utili8arse para este propósito a menos que la temperaturalos ni!eles se a"ustan. ómo puede lograrse estoPLa mayoría de los condensados seme8cla con elefuente de la papelera de recicla"e del rerigerador para ser procesados en el bucle dela pirolisis. :in embargo, es una porciónreunde a la sección de recti0cación de la columna, que tiene !arias bande"as,recuperar alguno de los menos!ol+tiles especies 'e.g., tricloroetano* que pueden haber !apori8ado. stos pesospesados se acumulan en el

parte inerior del líquido de la piscina y se retiran periódicamente como impure8as.

7. la bomba. 9uesto que la operación de cambio de presión implica un líquido, esto selogra unala bomba, que requiere sólo 11 Fhp, suponiendo una e0ciencia de <$?. l cambio deentalpía en ella bomba es muy peque&a y la temperatura no cambia por m+s de #<.

3. e!aporador. sta unidad, en orma de una caldera grande, con un ha8 de tubosinsertado en la parte inerior,reali8a las operaciones de cambio de ase y la temperatura. :aturado de !apor quepasa a tra!4s de lalos tubos se condensa como líquido icloroetano se calienta a su punto de ebullición y!apori8ado. l grandeespacio de !apor se proporciona para permitir gotitas líquidas, ocluidas en el !apor,que se aglutinan y caer de nue!oen el líquido piscina, es decir, para desenganchar pro!enientes del !apor que procedeal horno de pirólisis.

). horno de pirólisis. sta unidad tambi4n reali8a dos operaciones; precalienta el !apora su reaccióntemperatura, 2$$< y se lle!a a cabo la reacción de la pirolisis. La unidad est+



construida de ladrillo reractario, con estuas alimentadas con gas natural y un paquetegrande de nconel, onel o níquel tubos,dentro de la cual se produce la reacción. l paquete tu!e entra en la parte m+s rescadel horno, el denominado economi8ador en la parte superior, donde se produce elprecalentamiento.

2. =ocíe tanque de 5emple y rerigerador. l tanque de 5emple est+ dise&ado paracalmar r+pidamente la pirolisisefuente para e!itar la deposición de carbón en un intercambiador de calor. Líquido río'principalmente icloroetano*est+ ba&ado por los gases calientes, los de rerigeración hasta su punto de rocío,#K$<. omo los gasesool, calor es transerido al líquido y eliminado en el rerigerador adyacente. +lidalíquido,desde la piscina en la base de la embarcación de 5emple, se distribuye a la ne!era,donde tomar contactocon la rerigeración por agua. ualquier carbón que deposita en el recipiente del 5emple se instala en la parte inerior y sangrado de periódicamente.

esaortunadamente, esta deposición de carbón, así como el +cido clorhídricocorrosi!o, espre!isto para e!itar el uso de los gases calientes de efuentes en los tubos dele!aporador, quetiene que ser reparado a menudo para eliminar el carbono y reempla8ar los tuboscorroídos. 5enga en cuenta que la ormación de coqueen la pirolisis productos se discute por Forsa et al '7$$#*. n consecuencia, grandescantidadesde calor son transeridos para enriamiento de agua y los requerimientos decombustible para el proceso son altos. omose&aló m+s adelante en la sección de la planta piloto de pruebas, el equipo de dise&oes capa8 de medir la tasa dedeposición de carbón y, si no es muy alta, puede decidir implementar un dise&o con unintercambiador de calor del alimento o producto.

1. condensador. 9ara producir un líquido saturado a 1<, se lle!a a cabo la operaciónde cambio de ase por uncondensador que trans0ere calor al rerigerante sua!e. A continuación, la presión sereduce a #7 atma tra!4s de una !+l!ula.K. recicla"e del rerigerador. 9ara impedir la entrada la bomba cuando la corriente derecicla"e se me8cla con el !aporefuente del reactor de cloración directa, la corriente de recicla"e se enría a ($< 'pordeba"o del punto de ebullición de etilo en #.2 atm* utili8ando agua de enriamiento.stocompleta la integración de tareas en la 0gura).<. puedes sugerirme maneras de reducir la necesidad de combustible y utilidadescalientes como !aporP

Qrbol de síntesisA lo largo de la síntesis del proceso de cloruro de !inilo, ramas se han a&adido al +rbolsíntesis Cigura ).( para representar los diagramas de fu"o alternati!o siendoconsiderado. Las ramas audaces rastrea el desarrollo de un organigrama comoe!oluciona en 0guras ).3 J ).<. laramente, hay muchas alternati!as diagramas de



fu"o, y en síntesis del proceso, el desaío es encontrar maneras de eliminar lassecciones enteras del +rbol sin hacer mucho an+lisis. ediante la eliminación de rutasde reacción # y 7, tanto como el )$? del +rbol es eliminado en el primer paso de lasíntesis. :e aplican t4cnicas de proyección similar por el equipo de dise&o en cadapaso, seg/n lo discutido a lo largo de este libro.9ara cumplir con el ob"eti!o de generar los diagramas de fu"o m+s prometedores, debe

tenerse cuidado de incluir su0ciente analysisin cada paso de la síntesis para !eri0carque cada paso no conducen a un organigrama menos rentable o ecluir el organigramam+s rentable prematuramente. 9or esta ra8ón, es pr+ctica com/n en la industria parame8clar estos pasos de síntesis con an+lisis utili8ando los simuladores introducidos enel capítulo siguiente.-eurísticas importante tener en cuenta que, al lle!ar a cabo los pasos en la síntesis de procesopreliminar, el +rbol resultante de la síntesis se relaciona estrechamente cualquierheurísticos o reglas empíricas utili8adas por el equipo de dise&o. n el e"emplo decloruro de !inilo, hi8o hincapi4 en los pasos de síntesis y no en el uso de la heurísticapor el equipo de dise&o. Ina ecepción es la heurísticaque es m+s barato para bombear un líquido que comprime un gas. -eurística est+

cubierta m+s a ondo en el capítulo 1, donde se con!ertir+ en claro que se puedeme"orar signi0cati!amente el +rbol de síntesis. R4ase tambi4n ise&o onceptual delos procesos químicos 'ouglas, #(<<* y Malas '#(<<*, donde se presenta muchosheurística.

ise&o y equipo9rocesamiento de unidades de iconos que representan las unidades est+n unidos porarcos 'líneas* que representan los fu"os de proceso. Las con!enciones de dibu"o paralos iconos de unidad se etraen las normas aceptadas, por e"emplo, las normas A:':ociedad Americana de ingenieros mec+nicos* 'A:, #(1#*. Ina lista parcial de losiconos típicos se presenta en la 0gura ).7$. 5enga en cuenta que cada unidad est+etiquetada seg/n la on!ención ISEE, donde I es una sola carta identi0cando el tipode unidad 'R para el recipiente, para el intercambiador, = para el reactor, 5 para 5orre, 9 para la bomba, para el compresor, etc.*. S es un dígito identi0ca el

proceso de 8ona donde se instala la unidad y EEis n/mero de dos dígitos que identi0cala unidad misma. Así, por e"emplo, #$$ es el código de identi0cación para elintercambiador de calor que condensa los !apores arriba del reactor de cloración. :ucódigo de identi0cación indica que es el elemento $$ instalado en el +rea de la planta#.Arcos arroyo inormación dirigida que representan los ríos, con la dirección del fu"o dei8quierda a derecha siempre que sea posible, est+n numerados para reerencia. 9oron!ención, cuando cru8an líneas aerodin+micas, la línea hori8ontal se muestra comoun arco continuo, con la línea !ertical rota. ada secuencia est+ etiquetado en el 9Cpor un diamante numerado. Adem+s, los fu"os de alimentación y productos seidenti0can por su nombre. e este modo, secuencias de # y 7 en la 0gura ).#( seetiquetan como el etileno y cloro alimenta corrientes, mientras que corrientes de ## y#) est+n etiquetados como...

los fu"os de producto cloruro de hidrógeno y cloruro de !inilo.5emperaturas, presionesy caudales m+sicos pueden aparecer en el 9C directamente, pero m+s a menudo secolocan en la tabla de fu"o en su lugar, para mayor claridad. l /ltimo tiene unacolumna para cada corriente y puede aparecer en la parte inerior de los 9C o como



una tabla separada. Aquí, debido a limitaciones en este teto de ormato, la tabla defu"o para el proceso de cloruro de !inilo se presenta por separado en la tabla ).1. Almenos las siguientes entradas sonpresenta para cada corriente; etiqueta, temperatura, presión, racción de !apor, total ytasas de fu"o molar de componente y caudal de masa total. Adem+s, las propiedadesde fu"o como la entalpía, capacidad calorí0ca, !iscosidad, densidad y entropía pueden

!isuali8arse. esas de corriente se completan con recuencia utili8ando unsimulador de procesos. n la tabla ).1, la con!ersión en el reactor de cloración directase asume para ser #$$?, mientras que en el reactor de la pirolisis es sólo el 1$?.Adem+s, son las dos torresasumido para reali8ar separaciones perectas, con las temperaturas arriba y ondostemperaturas computada basado en y burbu"apunto de rocío, respecti!amente.T 9ag #$) ItilidadesItilidades como se muestra en la 0gura ).#(, !arias corrientes de utilidad sonutili8ados para calentar o enriar las corrientes de proceso. 9or e"emplo, #$$, elcondensador arriba para el reactor de cloración directa, que opera en ($<, se enríacon agua de rerigeración 'cD*. Las otras utilidades de enriamiento son salmuerarerigerada 'rb* y propano rerigerante 'pr*, cada uno seleccionado seg/n el ni!el de

temperatura de la utilidad requerida. :on empresas de caleacción combustible gas'g*, !apor de alta presión 'hps* y !apor del mediumpressure 'mps*. Ina lista decaleacción y enriamiento utilidades, con rangos de temperatura y las abre!iaturasusadas com/nmente en 9C se presenta en la tabla ).K '!4ase tambi4n la tabla 73.#y la subdi!isión en utilidades en sección 73.7*.

5abla de =esumen de equipo esta proporciona inormación para cada elemento deequipamiento en el 9C, con el tipo de inormación que se proporciona normalmentepara cada tipo de unidad que se muestra en la tabla ).<. 5enga en cuenta que los materiales de construcción 'O*, el uncionamiento y latemperatura y la presión, se requieren para todas las unidades. 5ambi4n tenga encuenta que se proporcionan sugerencias para los materiales de construcción

en el Ap4ndice .n resumen, el 9C es el documento de dise&o del proceso m+sde0niti!o, encapsula gran parte de las com/nmente reeridas al dise&o de inormación.omo tal, es utili8ado y actuali8ado a lo largo degran parte del proceso de dise&o. :in embargo, carece de muchos detalles necesariospara iniciar la construcción para la planta de traba"o de ingeniería. uchos de estosdatos se transmiten en la tubería yiagrama de instrumentación.

5uberías y diagrama de instrumentación '9 U *ste es el documento de dise&o transmitido por los ingenieros de dise&o de proceso alos ingenieros responsables de la construcción de la planta. 5ambi4n se utili8a paraapoyar la puesta en marcha, operacióndel proceso y ormación de los operarios. n consecuencia, contiene elementos que noaparecen en el 9C, tales como la ubicación y el tipo de todos los instrumentos demedición y control, laposicionamiento de todas las !+l!ulas, los utili8ados para el aislamiento y control y eltama&o, programación y materiales de construcción de tuberías incluidos. omoresultado, un n/mero de conectados9 U s est+ preparados para un proceso que est+ representado en una sola 9C. 9aram+s instrucciones sobre la preparación de 9 U s, el lector se re0ere al libro por



:andler yLuc6ieDic8 '#((3*.iagramas de fu"o de apoyo a los c+lculos como indicado cuando se habla de la tablade fu"o 'tabla ).1*,y destacó al sinteti8ar el proceso de cloruro de !inilo en la sección anterior, los saldosde material para los fu"os de proceso est+n casi completos despu4s del proceso

preliminarsíntesis. stos se reali8an por medio de ho"as de c+lculo y por simuladores, como seeplica en el capítulo 2 en esta etapa, el equipo de dise&o comprueba los supuestos. Hltambi4ncompleta los saldos de material y energía asociados con adición de calor y el retiro, sinintentar lle!ar a cabo la integración de calor y electricidad. omo se indica en lasección que sigue en la integración de procesos, el equipo de dise&o reali8a integraciónde calor y electricidad "usto antes de la ase de dise&o detallado.5ambi4n cabe se&alarque, durante la síntesis de la !inylchlorideprocess, noattemptDasmade para completarlos c+lculos para determinar el n/mero de etapas y las proporciones para el refu"olas torres de destilación, y adem+s, racturas perectos pueden ser asumidos. 9or lotanto, los deberes de calor del condensador y reboiler a/n no se conocen. :e supone

que el fu"o de !apor, :#,icloroetano saturado, puro, que libera su calor de !apori8ación, #)3.# Ftu%lb, paraagua de enriamiento, que se calienta de 3$< a 2$<. 5anto el reactor de cloracióndirecta y lahorno de pirólisis se supone para operar adib+tico, y gas natural se asume que tiene un!alor calórico menor de 73.<1$ Ftu%lb 'calor de combustión a 72<*. Los efuenteslíquidos deel 5emple se supone que tienen una composición en !apor J líquido equilibriumat#2$< y 71 ca"eros autom+ticos. l streamis rerescado a 2$< con enriamiento poragua para liberar el calor necesario para enriar elrom2$$ de productos de pirólisis a #K$<V);11 #$K Ftu%hrW. No es intentado calcularla cantidad de rerigerante de propano necesario para eliminar el calor para enriar lapirolisis eXuent a suburbu"a punto en 1< V2;7$ #$K Ftu%hrWY ste c+lculo se completa durante laintegración de procesos, cuando se haya completado la integración de calor yelectricidad. stos c+lculos pueden han completado utili8ando los simuladores, quecom/nmente se utili8an para calcular los calores de reacción, los cambios de entalpíaen caleacción y rerigeración y equilibrios !apor J líquido, así como a perormmaterialy saldos utili8ando modelos aproimados que implican las especi0cacionesde di!idir racciones en separadores y con!ersiones en reactores químicos. 5enga encuenta que una simulación completa generalmente no se "usti0ca hasta que el equipode dise&o est+ listo para comen8ar el dise&o detallado. 9oco a poco, se a&ade detallesadicionales para el modelo de simulaciónY por e"emplo, el n/mero de etapas y larelación de refu"o es seleccionado para las columnas de destilación y el material ybalances de energía se completan con corrientes de recicla"e que no se asumen para

ser puro. omo se mencionó anteriormente, este es el tema del capítulo 2, en el cuallos m4todos de construcciónse introduce un modelo de simulación. espu4s de estudiar el capítulo 2, el lector debeser capa8 de preparar una simulación para el proceso de butilenobutadieno '!4asee"ercicio 2.2* y preparar una representación m+s eacta del diagrama de fu"o en la0gura ).#(and tabla ).1.

ntegración de procesoson el diagrama de fu"o de proceso detallado completado, el paso de la tarea de



integración, que se inició en la síntesis del proceso preliminar, es re!isado por el equipode dise&o. Los supuestos son comprobados y buscan oportunidades para me"orar losdise&os de las unidades de proceso y para lograr una integración m+s e0ciente delproceso. n este /ltimo, se intenta coincidir con corrientes rías que necesitan sercalentados con corrientes calientes que tienen requisitos, con el 0n de reducir lanecesidad de utilidades eternas tales como !apor y agua de enriamiento de

enriamiento. Adem+s, siempre que sea posible, poder se etrae decaliente arroyos a ele!adas presiones, para conducir los compresores y bombas. 5ambi4n, cuando sol!entes, como el agua, se utili8an como agentes de separación demasa, se buscan oportunidades para reducir la cantidad de sol!ente usado a tra!4s dela integración total. A menudo, signi0cati!as pueden introducirse me"oras en el dise&odel proceso m+s all+ de las alcan8ables en la síntesis del proceso preliminar.om/nmente se aplican los m4todos algorítmicos en el capítulo ( para la integraciónde calor y electricidad y en el capítulo #$ de integración masi!a por el equipo dedise&oY llos proporcionan un m4todo sistem+tico para minimi8ar las utilidades queempare"a las corrientes rías y calientes, insertar turbinas 'como una parte dem+quinas y motores t4rmicos*, minimi8ando la cantidad de sol!ente utili8ado y así sucesi!amente.

Fase de datos detallada 5ras completar el diagrama de fu"o de procesos '9C*, busca el equipo de dise&o paracomprobar sus hipótesis esenciales m+s y para obtener la inormación adicionalnecesaria para comen8ar a traba"ar en el dise&o detallado. omo comentamosanteriormente, esto normalmente implica tres acti!idades en paralelo, el primero de loscuales es crear una base de datos detallada de re0nación y a&adiendo a la base dedatos preliminar. n las otras dos acti!idades, se construye una planta piloto paracon0rmar que el equipo elementos operan correctamente y proporcionar datos para elFanco de datos detallado y un modelo de simulación est+ dispuesto a permitir que elequipo proyectar el impacto de los cambios en los par+metros de dise&o y operación,tales como temperaturas, presiones, las proporciones de refu"o y el n/mero de etapas.

n la creación de la base de datos detallada, es com/n para agregar los datos detransporte y cin4tica, así como datos relati!os a la !iabilidad de las separaciones,coincide con la identidad de cualquier prohibido en el intercambio de calor, heurísticospar+metros y datos para el dimensionamiento de los equipos. ada proceso requieredatos algo dierentes, y por lo tanto, es inapropiado generali8ar. :in embargo, esinstructi!o eaminar la combinación de los datos necesitados por un equipo de dise&oen relación con el proceso de cloruro de !inilo en la 0gura ).#(. omen8ando con elreactor de cloración, datos son necesarios para determinar el impacto de lasconcentraciones de 7-), l7 y Cel3 catali8ador en la piscina de 7-)l7 sobre latasa intrínseca de la reacción de cloración 'en 6mol%m3 hr*.on estos datos, el equipopuede determinar el orden de la reacción y su constante de !elocidad como unaunción de la temperatura y 0nalmente calcular el tiempo de residencia para lograr lacon!ersión casi completa. atos similares se requieren para el reactor de pirolisis. neste caso, es necesario la tasa intrínseca de la reacción en unción de la concentración,la temperatura y presión. Adem+s, puesto que la !elocidad de reacción puede !erselimitada por la !elocidad a la que el calor se trans0ere a los gases reaccionan, esprobablemente deseable para estimar el coe0ciente de transerencia de calor del ladodel tubo, -ola, en unción de los n/meros de =eynolds y 9randtl en los tubos. Lasecuaciones apropiadas y coe0cientes, que se describen en el capítulo #<, se sumaríana la base de datos. n el proceso de cloruro de !inilo, debido a las dierencias



signi0cati!as en las !olatilidades de las tres principales especies químicas, destilación,absorción y desmonta"e son los principales candidatos para los separadores,especialmente en las tarias de alta producción especi0cados. 9ara otros procesos,etracción líquido J líquido, destilación real8ada, adsorción y membrana separadorespodrían ser m+s atracti!os, en cuyo caso el equipo de dise&o necesitaría reunir datosque describen el eecto de los disol!entes en el equilibrio de ase especies, isotermas

de adsorción de especies y las permeabilidades de las especies a tra!4s de !ariasmembranas. Ina limitación cla!e en los diagramas de fu"o en 0guras ).< y ).#( es quela corriente ría de 7-)l7 no se calienta por los productos de la pirolisis, porque latasa de deposición de carbón en tal un eed % intercambiador de calor del producto sepre!4 sea alta y causaría el intercambiador de calor a alta con carbón. omo se se&alóanteriormente, el equipo de dise&o aplicaría normalmente los m4todos de integraciónde calor y electricidad para dise&ar una red de intercambiadores de calor que aectaríalas economías importantes. 9or lo tanto,es importante aprender m+s sobre la tasa de carbonodeposición. Antes de que el equipo se procede al dise&o detalladoetapa, necesita datos para con0rmar la !alide8 de esta percepciónarriba Z es decir, que permitan caracteri8ar la tasa intrínseca de

deposición de carbón. :i la tasa se encuentra lo su0cientemente ba"a,el equipo puede decidir enriar los productos calientes de la pirolisisa tra!4s del intercambio de calor con las corrientes rías. 9ara el mantenimiento,para quitar el carbón periódicamente, depósitos de calor dosntercambiadores podrían instalarse en paralelo, uno de los cuales seríauncionar mientras que el otro est+ siendo limpiado. sto proporcionaría importantesahorros de combustible y ser!icio de agua y rerigeración. 9or otro lado, si la tasa dedeposición de carbón es alta, el equipo de dise&o e!itaría el intercambio de calor entreestas dos corrientesY es decir, seguiría a considerar el intercambio de ese calor a unsupuesto partido prohibido. Los datos adicionales para el dimensionamiento de losequipos son típicamente m+ima presión gotas, longitudes de tubo y defectorespaciamientos en intercambiadores de calor, tensiones super0ciales y los coe0cientesde arrastre para la estimación de las !elocidades de las inundaciones 'para serutili8ado en la determinación de los di+metros de la torre*, especi0caciones paraespaciamientos de bande"a en multistaged 5orres y los tiempos de residencia en fashbuques y tanques de la oleada. "emplos del uso de este tipo de datos para el dise&odetallado de intercambiadores de calor est+n pre!istos en el capítulo #< y para eldise&o detallado de una torre de destilación en el capítulo #(.

:imulación de procesosomo se ha mencionado a lo largo de la discusión de la síntesis del proceso preliminary la creación del diagrama de fu"o del proceso, el simulador de proceso generalmentedesempe&a un papel importante, incluso si un modelo de simulación no est+ preparadopara el organigrama de todo. uando las partes de un modelo de simulación de eistir,es com/n para el equipo de dise&o montar un modelo m+s amplio, que permite al

equipo eaminar el eecto de los cambios param4tricos en todo el proceso. n otroscasos, cuando los simuladores de proceso no han sido utili8ados para el dise&o, unmodelo de simulación a menudo se crea para la comparación con los datos de plantapiloto y para estudios param4tricos. Alta !elocidad 9 y ordenadores port+tiles, coninteraces de usuario gr+0cas ecelentes 'GIs*, han reempla8ado a las estaciones detraba"o como el !ehículo preerido para simuladores comerciales y ahora est+nencontrando uso generali8ado en las industrias de proceso químico. l uso desimuladores, que es el tema del próimo capítulo, se ha con!ertido en habitual enayudar al equipo de dise&o durante la creación del proceso.

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