DPQ_Diagramas de ProcesosC2

Lecture #2 Structure and Synthesis of the Process Flow Diagram

Diseo de Plantas QumicasDiagramas de Procesos QumicosUniversidad Nacional Mayor de San MarcosFacultad de Qumica e Ingeniera QumicaEscuela Acadmico Profesional de Ingeniera QumicaDepartamento Acadmico de Anlisis y Diseo de ProcesosIng. CIP Jorge Luis Crdenas Ruiz

Copyright 2003 - R. Turton and J. A. Shaeiwitz1DescripcinDiagramas de flujoDiagramas de Flujo de Bloques (DFB)Diagramas de Flujo de Procesos (DFP)Diagramas de Instrumentos y Tuberas (DI&T)

Otros diagramas comunes

Diagramas de distibucin de plantas en 3-D

3 Niveles de DiagramasDiagrama de Flujo de Bloques (DFB)Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)Diagramas de Instrumentos y Tuberas (DI&T) referido freecuentemente como Diagrama de Flujo Mecnico. Aumenta Aumenta el Complejidadentendimiento conceptualComo ingenieros qumicos, estamos familiarizados con DFB y DFP.

El Diagrama de Flujo de Bloques (DFB)Muestra el retrato global del procesamiento de un complejo qumico.Puede incluirse el flujo de materias primas y productos.Es una vista superficial de la instalacin la informacin de IQ no se considera.Copyright 2003 - R. Turton and J. A. Shaeiwitz4Definiciones de DFBDiagrama de Flujo de Procesos en BloquesSimilar a los esquemas en balances de materia y energa.Diagrama de Flujo de Planta en BloquesDa una vista general de una gran planta compleja.

Fig. 1.1. Diagrama de Flujo de Procesos de Bloques para la produccin de benceno. ReactorSeparador de gasLquidosmezcladosGas de mezclaToluenoHidrgenoBencenoToluenoReaccin:Conversin 75% de toluenoDesarrollando un proceso

El producto objetivo es 37% de formaldehdo en agua, conocido como formalina.Ocurre en un catlizador de plata a 200 oC y 2 3 atm de presin.La reaccin 1 es la reaccin predominante.Desarrolle un un DFB que describa el proceso.Punto de ebullicin del formaldehdo puro = -19,3 oC Punto de ebullicin de la Formalina = 96 oC

Figura 1. Unidad 800 Produccin de Formalina a partir de MetanolR. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008El diagrama de flujo de planta en bloques

Figura 1.2 DFB de un proceso de conversin de carbn a combustibles a base de alcoholes superiores.Un proceso de destilacin que consume 85% menos energa que los mtodos tradicionales (Chem. Eng., april 2012).

El Diagrama de Flujo de Procesos-DFPEl DFP muestra toda la informacin de ingenera del proceso.La topologa del proceso muestra la conectividad de todas las corrientes y el equipo.R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008

DFP para la produccin de benceno por medio de la hidrodesalquilacin de tolueno.Copyright 2003 - R. Turton and J. A. Shaeiwitz12R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008El Diagrama de Flujo de ProcesosTabla 1.2 : Convenciones utilizadas para la Identificacin de Equipos de ProcesosEquipo de Proceso

Formato General XX-YZZ A/B

XX Clasiicacin para el equipo

C - Compresor o Turbina

E - Intercambiador de calor (Heat Exchanger)

H Calentador a llama (Flame Heater)

P Bomba (Pump)

R - Reactor

T - Torre

TK - Tanque de almacenamiento (Storage Tank)

V Recipiente (Vessel)

Y designa un rea dentro de la planta

ZZ designacin numrica para c/item en una clase de equipo

A/B identifica unidades en paralelo o de respldo no mostradas en el DFP

Informacin Suplementaria

Descripcin adicional del equipo dado en la parte superior del DFP

Numerando el equipoXX-YZZ A/B/XX representa una designacin de 1 o 2 letras para el equipo [P = bomba (pump)]Y es el nmero de la unidad de 1 o 2 dgitos (1-99).ZZ designa el nmero de equipo para la unidad (1-99).A/B/ representa la presencia de equipo de repuesto. R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008

Numerando el equipoAs, T-905 es la 5ta torre en la unidad novecientos , P-301 A/B es la 1era bomba en la unidad trescientos ms un repuesto.Use letras que no sean ambiguas para un nuevo equipo; p.e., para turbina use Tb o J no T (usada para torre)Reemplace el viejo recipiente V-302 con uno nuevo de diferente diseo - use V-319 (p.e.) no V-302 ya que puede confundirse con el V-302 original.

Dibujando y numerando corrientesNumere corrientes de izquierdad a derecha tanto como sea posible. Las lneas horizontales son dominates.

s no noR. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008

Dibujando y numerando corrientesAada flechas para:Cambio de direccin. Entrada de equipo.Las corrientes de servicios generales deberan usar las convenciones dadas como lps (low pressure steam), cw (cooling water) , fg (fuel gas), etc.Informacin de la corrienteYa que los diagramas son pequeos, no se puede incluir mucha informacin de las corrientes.Incluya datos importantes alrededor de reactores y torres, etc.Se usan etiquetas vea el diagrama de HAD de tolueno.Los datos completos de las corrientes , se incluyen en una tabla resumen de flujos.R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008

R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008Informacin de Corrientes - Distintivos

Productos de combustinGas combustibleTabla 1.3 Convenciones para identificar corrientes de servicos generales y de procesosCorrientes de procesosTodas las convenciones mostradas en la tabla 1.1 se aplican.El smbolo del rombo se localiza en las lneas de flujo. La identificacin numrica nica para esa corriente) se inserta en el rombo.La direccin del flujo de muestra por medio de en las lneas de flujo.Corrientes de servicios generales (Utility Streams)lpsLow-pressure Steam (vapor a baja presin) : 3-5 barg (sat) 1mpsMedium-pressure Steam (vapor a mediana presin) : 10-15 barg (sat)hpsHigh-pressure Steam (vapor a alta presin) : 40-50 barg (sat) *htmHeat Transfer Media (Medios de trasnferencia de calor) (Orgnico): to 400CcwCooling Water (agua de enfriamiento): Desde la torre de enfriamiento a 30C retornado a menos de 45CwrRiver Water (agua de ro): Del ro a 25C retornado a meos de 35CrwRefrigerated Water (agua refrigerada) : Ingresa a 5C returnada a menos de 15CrbRefrigerated Brine (salmuera refrigerada) : Ingresa a 45C returnada a menos de 0CcsChemical Waste Water with high COD (agua qumica residual con alta DQO)SSSanitary Waste Water with high BOD, etc. (agua sanitaria residual con DBO, etc.)elElectric Heat/calor de una resistencia elctrica (especifique servicios de 220, 440,660V)ngNatural Gas (gas natural)fgFuel Gas (gas combustible)foFuel Oil (aceite combustible)fwFire Water (agua para incendios)$ Estas presiones se establecen durante las etapas de diseo preliminar y los valores tpicos varan dentro de los rangos mostrados.T Por encima de 45C, ocurre un incremento significativo.R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008Diagrama de Flujo de Procesos/DFP

Informacin Esencial

Nmero de corrienteTemperatura (C)

Presin (bar)

Fraction de Vapor

Flujo Msico Total (kg/h)

Flujo Molar total (kmol/h)

Flujo individuales por componentes (kmol/h)

Informacin OpcionalFraciones molares por componentesFracciones msicas por componentesFlujo Msico por componente Individual (kg/h)

Flujo Volumtrico (m3/h)

Propiedades Fsicas Significativas Densidad

Viscosidad

Otros

Datos Termodinmicos

Capacidad CalorficacEntalpa de la corrienteValores KNombre de la corriente.Tabla 1.4: Informacin en un resumen de flujo

Nmero de la Corriente

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Temperatura (C)

25

59

25

225

41

600

41

38

654

90

Presin (bar)

1.90

25.8

25.5

25.2

25.5

25.0

25.5

23.9

24.0

2.6

Fraccin de Vapor0.0

0.0

1.00

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

0.0

Flujo Msico (tonne/h)

10.0

13.3

0.82

20.5

6.41

20.5

0.36

9.2

20.9

11.6

Flujo Molar (kmol/h)

108.7

144.2

301.0

1204.4

758.8

1204.4

42.6

1100.8

1247.0

142.2

Flujo Molar por Componente (kmol/h)

Hidrgeno 0.0

0.0

286.0

735.4

449.4

735.4

25.2

651.9

652.6

0.02

Mettano 0.0

0.0

15.0

317.3

302.2

317.3

16.95

438.3

442.3

0.88

Benzceno

0.0

1.0

0.0

7.6

6.6

7.6

0.37

9.55

116.0

106.3

Tolueno

108.7

143.2

0.0

144.0

0.7

144.0

0.04

1.05

36.0

35.0

Una porcin de la Tabla 1.5Tabla 1.6 Descripciones de Equipos para DFP y DI&TTipo de EquipoDescripcin de equipoTorresDimensin (altura y dimetro), Presin, TemperaturaNmero y tipo de platosAltura y tipo de empaqueMateriales de ConstruccinIntercambiadores de CalorTipo: Gas-Gas, Gas-Lquido, Lquido-Lquido, Condensador, VaporizadorProceso: Flujo calorfico, rea, Temperatura, y Presinpara ambas corrientesNo. of pasos por el casco y tubosMateriales de Construccin: Casco y tubosTanquesVea recipientesRecipientesAltura, Dimetro, Orientacin, Presin, Temperatura, Materiales de ConstruccinBombasFlujo, Presin de descarga, Temperatura, P, Tipo de transmisor , Potencia de eje, Materiales de ConstruccinCompresoresCaudal de entrada real,, Temperatura, Presin, Tipo de tranmisor ,potencia de eje,Materiales de ConstruccinCalentadores (a llama)Tipo, Presin en los tubos, Temperatura en los tubos, Flujo calorfico, Combustible, Material de ConstruccinOtrosSuministrar informacin crticaCircuitos de control bsicosFrecuentemente los circuitos de control bsicos (aquellos que involucran el mantenimiento de los controles del balance de materia y de los reactores) se incluyen el DFP; no se muestran la instrumentacin y otros circuitos de control.R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008Circuitos de control bsicos

Informacin del equipoLos equipos se identifican por un nmero y etiqueta (nombre) posicionado encima del equipo en el DFP.Los datos bsicos tales como tamao y datos claves se incluyen en una tabla separada (Tabla resumen de equipo) la tabla 1.7.Informacin del equipoRecipienteV-101V-102Temperatura (C)5538Presin (bar)2,024OrientacinHorizontalVerticalMaterial de ConstruccinCS (acero al carbono)CS(acero al carbono)DimensionesAltura/Longitud (m)5,93,5Dimetro (m)1,91,1Partes Internas-s.p. (splash plate)Salpicadero o plato difusorUna seccin de la tabla 1.7: Resumen del equipoResumen del DFPEl DFP, la Tabla Resumen de Equipos y la Tabla Resumen de Flujos repersentan el verdadero DFP.Esta informacin es suficiente para una estimacin preliminar de la inversin de capital y el costo de manufactura.El Diagrama de Instrumentos y Tuberas (DI&T)DI&T Biblia de la construccinContiene: informacin de la construccin de la planta ( tuberas, proceso, instrumentacin y otros diagramas).Las convenciones para la instrumentacin se muestran en la figura 1.10

DI&T

Diagrama de instrumentacin y tuberas para el ejemplo del proceso de destilacin (Chem. Eng., april 2012)

Vista del V-102 en el DI&TV-102 contiene un Elemento de Nivel (EN)EN mide el nivel del lquido en el separador y ajusta la velocidad de flujo a la que abandona.EN abre y cierra una vlvula dependiendo del nivel del lquido.EN y la vlvula representan un circuito de control con retroalimentacin.Otros diagramas comunesPlanos de grficos un plano o mapa dibujado mostrando una vista superior de la planta (dibujado a escala con todos los principales equipos identificados).Diagramas de elevacin - muestran una vista lateral y dan informacin acerca de la distancia de los equipos desde el suelo.Diferentes tipos de distribucin de planta: (a) Disposicin en lnea horizontal montado en plataforma.

Diferentes tipos de distribucin de plantas: (b) Disposicin vertical montado en estructura.

Espaciamiento mnimo recomendado (en pies) entre equipo de proceso para refinera, plantas qumicas y petroqumicas.BombasCompresoresReactoresTorres y recipientesIntercambiadoresBombasM25MMMCompresoresMM30MMReactoresM15MTorresMMIntercambiadoresMM= Mnimo para acceso de mantenimientoFuente: Process Plant Layout and Piping Design, E. Bausbacher y R. Hunt, 1994, reimpreso con el permiso de Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey.

Dimensiones y marcas aproximadas del intercambiador E-202Elevacin lateralElevacin del extremoVista del plan piloto (de arriba hacia abajo) mostrando el tamao aproximado de la distribucin762 mm4,88 mEl efecto de localizacin de los equipos sobre la facilidad de acceso para mantenimiento, instalacin y retiro.

Posible disposicin de equipos para la seccin de alimentacin y reactor de la instalacin de DME, Unidad 200.

Soporte de tuberas7,3 m11 mEsquema que ilustra las razones para la elevacin de la columna de destilacin

Torre de destilacinNivel de operacin ms bajo de la columnaCarga esttica de 3-5 m para evitar cavitacin o para suministrar la fuerza transmisora para el evaporador de termosifn.Bomba de productos de fondosFalda de la columnaGrado Evaporador de termosifn horizontal (o vertical)Razones para equipo elevadoEquipo a ser elevadoRazn para la elevacinColumnas o recipientesCuando el NPSH disponible es demasiado bajo para evitar la cavitacin en la bomba de descarga, el equipo debe ser elevadoColumnasPara suministrar una carga transmisora para los evaporadores de termosifn.Algn equipo que contiene pasta o slidos suspendidosPara proveer el flujo por gravedad de lquidos que contienen slidos que evitan el uso de bombas de pasta problemticas.Condensadores de contacto baromtricosEste equipo se utiliza para producir vaco expandiendo vapor a alta presin a travs de un eyector. Los condensables en el vapor se eliminan por contacto directo con un atomizador de agua fra. La tubera de cola de tal condensador est sellado con una "pierna " de 34 pies de agua.Tanque crtico de agua contra incendios (o tanque de retencin de agua de enfriamiento)En algunos casos, el flujo de agua es absolutamente crtico, p.e., en lucha contra incendios u operaciones de enfriamiento crtico. El tanque principal de suministro de agua para estas operaciones puede ser elevado para suministrar la suficiente presin de agua para eliminar la necesidad para bombas de alimentacinOtros Diagramas comunes (cont.)Vistas Isomtricas de Tuberas muestran tuberas en 3-D. Esquemas de recipientes muestran las dimensiones claves de los equipos y localizaciones de entrada y salida de toberas, etc.Modelos a escala y plantas virtualesHace 25 aos se usaban modelos fsicos para su revisin.Ahora se generan modelos virtuales o electrnicos utilizando software (diagramas de palnta en 3-D).Propsito de los modelos apreciar errores tales como: Conflictos entre tuberas. Tuberas desalineadas. Equipo poco accesible. Puntos de muestreo de poco acceso para los operarios.R. Turton and J. A. Shaeiwitz - Copyright 2008Diagrama de planta en 3-D

Vista isomtrica de un modelo de distribucin de planta en 3-D para el proceso de DME (cortesa de Cadcenter Inc.)Representacin 3-D de la disposicin preliminar de equipos para el proceso DME.

Representacin 3-D de las secciones de alimentacin y reactor del modo de proceso DME.

ResumenLos tres principales diagramas (DFB, DFP y DI&T) se utilizan para transmitir la informacin tcnica especfica acerca de un proceso.Es importante aadir estndares comnes para estos diagramas para evitar confusin.La informacin sobre la disposicin de los equipos es ms claramente transmitido a travs de un diagrama de distribucin de la planta.Problema 1: Una disposicin de planta preliminar (plano de grfico) para un nuevo proceso se muestra en la figura adjunta. Liste y explique todos los problemas potenciales dentro de la disposicin de equipos que pueda encontrar.

Problema 2: La figura es una porcin de un DI&T. Encuentre al menos seis errores en l. Todos los errores estn en los artculos mostrados en el dibujo. No cite errores de omisin (tal y tal no se muestran), ya que ste es solamente una porcin del DI&T

Problema 3: Un compresor, reactor, torre, condensador, un tambor de reflujo de tope y una bomba de reflujo deben aadirse a un proceso existente. El plano de grfico y el espacio disponible para el nuevo equipo se muestra en la figura adjunta. Basado en el mnimo espaciamiento recomendado entre procesos dada en la tabla correspondiente, esquematice una disposicin el nuevo equipo.

Diagrama de flujo para la obtencin de Alquil Benceno sulfonato (ABS).

Diagrama de flujo para obtencin de cido ntrico por oxidacin de amoniaco.

Diagrama de flujo del proceso de hidrogenacin de nitrobenceno para la obtencin de la anilina.Diagrama de flujo del proceso para la obtencin de acetona

Diagrama de flujo del proceso de -Galactosidasa