TEMA 1: DISEÑO CONCEPTUAL Bibliografía consultada: DOUGLAS, J. Conceptual Design of Chemical Processes. . FELDER-ROUSSEAU. Principios básicos de los procesos químicos. KERN, D. Procesos de transferencia de calor. PERRY. Manual de Ingeniero Químico. (6º edición) MC CABE-SMITH. Operaciones básicas de Ingeniería Química. OBJETIVOS E IMPORTANCIA DEL DISEÑO CONCEPTUAL El diseño conceptual se basa en la utilización de procedimientos sistemáticos que permiten lograr el diseño de un proceso químico, encontrando el mejor diagrama de flujo del proceso y estimando las condiciones óptimas de funcionamiento. La complejidad del problema de diseño de procesos es debida fundamentalmente a la gran cantidad de alternativas que se generan en el momento de su realización, y a la amplitud de criterios para decidir entre las distintas posibilidades. El diseño en Ingeniería Química tiene características comparables con diseños en otras ramas de la ciencia; fundamentalmente es una tarea de creatividad, convirtiéndose en una actividad muy amplia. La experiencia indica que menos del 1% de las ideas desarrolladas para un nuevo diseño se convierten finalmente en comercializables. Es decir que se deben considerar muchas posibilidades con muy poca chance de éxito cada una de ellas. Por lo tanto, es necesaria la aplicación de una estrategia eficiente para desarrollar un diseño que permita optimizar esfuerzos logrando un resultado óptimo. De alguna manera, esta estrategia debe permitir un análisis sistemático de las ideas planteadas, de forma de eliminar pobres alternativas de proceso haciendo análisis preliminares. Luego, a medida que los resultados vayan siendo promisorios, aumentar el grado de detalle de los cálculos usando procedimientos de diseño cada vez más rigurosos, para lograr un mayor grado de exactitud en los resultados. Esto nos muestra que los problemas de diseño apuntan a establecer jerarquías en las decisiones a tomar, que permitan sistematizar la creación y análisis de alternativas. La primera gran ventaja que tiene este enfoque es que nos permite calcular tamaños de equipos y estimar costos aumentando el grado de exactitud a medida que procedemos en los niveles de jerarquía; cuando el beneficio potencial se vuelve negativo en algún nivel, podemos seguir con el análisis de un proceso alternativo o terminar el proyecto de diseño sin tener que obtener una solución completa del problema.
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TEMA 1: DISEÑO CONCEPTUAL Bibliografía consultada: DOUGLAS, J. Conceptual Design of Chemical Processes. . FELDER-ROUSSEAU. Principios básicos de los procesos químicos. KERN, D. Procesos de transferencia de calor. PERRY. Manual de Ingeniero Químico. (6º edición) MC CABE-SMITH. Operaciones básicas de Ingeniería Química.
OBJETIVOS E IMPORTANCIA DEL DISEÑO CONCEPTUAL
El diseño conceptual se basa en la utilización de procedimientos sistemáticos que
permiten lograr el diseño de un proceso químico, encontrando el mejor diagrama de flujo
del proceso y estimando las condiciones óptimas de funcionamiento.
La complejidad del problema de diseño de procesos es debida fundamentalmente a
la gran cantidad de alternativas que se generan en el momento de su realización, y a la
amplitud de criterios para decidir entre las distintas posibilidades. El diseño en Ingeniería
Química tiene características comparables con diseños en otras ramas de la ciencia;
fundamentalmente es una tarea de creatividad, convirtiéndose en una actividad muy
amplia. La experiencia indica que menos del 1% de las ideas desarrolladas para un nuevo
diseño se convierten finalmente en comercializables. Es decir que se deben considerar
muchas posibilidades con muy poca chance de éxito cada una de ellas.
Por lo tanto, es necesaria la aplicación de una estrategia eficiente para desarrollar
un diseño que permita optimizar esfuerzos logrando un resultado óptimo. De alguna
manera, esta estrategia debe permitir un análisis sistemático de las ideas planteadas, de
forma de eliminar pobres alternativas de proceso haciendo análisis preliminares. Luego, a
medida que los resultados vayan siendo promisorios, aumentar el grado de detalle de los
cálculos usando procedimientos de diseño cada vez más rigurosos, para lograr un mayor
grado de exactitud en los resultados.
Esto nos muestra que los problemas de diseño apuntan a establecer jerarquías en las
decisiones a tomar, que permitan sistematizar la creación y análisis de alternativas.
La primera gran ventaja que tiene este enfoque es que nos permite calcular tamaños
de equipos y estimar costos aumentando el grado de exactitud a medida que procedemos en
los niveles de jerarquía; cuando el beneficio potencial se vuelve negativo en algún nivel,
podemos seguir con el análisis de un proceso alternativo o terminar el proyecto de diseño
sin tener que obtener una solución completa del problema.
Diseño Conceptual
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La otra ventaja es que permite sistematizar la creación de alternativas, por lo que se
evitan los riesgos de dejar de lado alguna alternativa potencial. De aquí que el objetivo del
diseño conceptual sea el de encontrar la “mejor alternativa”.
FACTIBILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA
En la mayoría de los casos es posible obtener un producto determinado por medio
de distintas alternativas. ¿Cómo hacer para decidir cuál de ellas es la más conveniente? El
ingeniero químico necesita diseñar una estrategia que le permita desechar las alternativas
no viables.
Al momento de desechar una alternativa se debe estar lo suficientemente seguro de
que se hayan considerado las condiciones óptimas de funcionamiento de dicha alternativa.
Existirá más de un nivel de decisión a la hora de desechar alternativas. Estos
niveles de decisión abarcan desde los más complejos a los más simples. En los más
complejos, los cálculos son más detallados, y los costos para realizarlos son mayores, pero
se logra un porcentaje de certeza de los resultados mayor. En menor grado de exactitud, se
encuentran los cálculos short-cut (cálculos rápidos, sólo aproximados) donde los costos
asociados a determinadas alternativas de proceso difieren en, al menos, un orden de
magnitud o más; éstos generalmente posibilitan desechar algunas alternativas. Una primera
instancia, donde con criterios sencillos se desechen opciones, siempre es un procedimiento
útil. En todo nivel de decisión existirá un análisis de factibilidad técnica y un análisis de
factibilidad económica. Se plantea a continuación un ejemplo de los dos tipos de análisis
en un primer nivel de decisión:
Ejemplo Nº1
Dada la necesidad de producir etilamina, una serie de alternativas para ello se pueden encontrar en textos de síntesis en química orgánica, imaginación del químico, o búsqueda de datos o procesos previos. En este caso se pueden plantear: Reacción 1
ClNH + NHCHCH 2NH + ClCH-CH 4223
amoniaco
3
oetilclorur
23 −
Reacción 2
CH - CH + N + H CH CH NH3 3
etano12 2
12 2 3 2 2
Diseño Conceptual
3
Reacción 3
O2H + NHCHCH 2H + OHNH COH-CH 2223
.2
inahidroxilam2
doacetaldehi3 +
Reacción 4
223322 NHCHCH NH + CH=CH
Una primer evaluación económica consistirá en comparar los costos de las materias primas frente al de los productos, asumiendo un rendimiento del 100%. Éste es sólo un primer nivel de decisión, ya que, entre otros motivos: a) los costos de las materias primas no representan la totalidad de los costos; b) normalmente, el rendimiento es inferior al 100%, ya sea por la aparición de subproductos o por reversibilidad de las reacciones; c) el análisis nada dice sobre la posibilidad técnica de llevar a cabo la reacción; d) no se consideran costos para catalizadores ni solventes, ni costos de subproductos. Este análisis de factibilidad económica para estas cuatro reacciones consistiría en: 1. Búsqueda de los valores de mercado para reactivos y productos
Reacción 1 + 0,537 Reacción 2 + 0,894 Reacción 3 - 0,534 Reacción 4 + 0,788 Los valores obtenidos como resultados muestran que la reacción 3 ya es desechable en este nivel de decisión.
Factibilidad técnica
Diseño Conceptual
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Es el segundo criterio que, en este nivel, permitirá seguir con todas las
posibilidades o algunas de ellas. Lo que normalmente se usa en primera instancia, para
verificar la posibilidad (técnica) de que una reacción se produzca, es el cambio de energía
libre asociada con la reacción. Si el ∆GR > 0, hay muy poca chance de que la reacción se
produzca. Si ∆GR < 0 (y grande), la reacción es muy promisoria. A veces resulta útil
evaluar el ∆GR a varias (dos o más) temperaturas.
reactivos
0f
producto
0fR )G( - )G( = G ii ∆∆∆ ∑∑
PRODUCTO ∆Gf (KCAL/MOL)
A 298 °K (*) cloruro de etilo etileno acetaldehído etilamina amoníaco etano cloruro de amonio
-14,34 16,88 -31,46 10,01 -3,90 -7,86 -48,6
REACCIÓN ∆GR Reacción 1 Reacción 2 Reacción 4
-20,35 17,87 -2,97
(10,01 - 48,6) (10,01) (10,01)
- - -
(-14,34 - 3,90) (-7,86) (16,88 - 3,90)
Posible
Posible (*) Tabla 3-147 - Perry (6º edición).
CLASIFICACIÓN DE PROCESOS
Los procesos se clasifican en: discontinuos, continuos y semicontinuos, ya sea en
régimen permanente o en régimen transitorio.
a) Proceso discontinuo: se carga la alimentación al inicio del proceso, eliminándose
los productos de una sola vez algún tiempo después. La masa no atraviesa los
límites del sistema entre el momento de alimentación y el de vaciado.
b) Proceso continuo: las entradas y salidas fluyen continuamente durante el
proceso.
c) Proceso semicontinuo: las entradas son casi instantáneas, mientras las salidas
son continuas, o viceversa.
Régimen permanente: los valores de las variables no sufren modificación con el
Diseño Conceptual
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tiempo, en cualquier punto del sistema.
Régimen transitorio: alguna/s de las variables cambia su valor con el tiempo.
Otra clasificación utilizada es:
Sistemas abiertos: cuando la masa atraviesa los límites del sistema (equivale a un
proceso continuo o semicontinuo).
Sistemas cerrados: cuando ni entra ni sale masa del sistema, pudiendo estar
entrando y/o saliendo energía del mismo (equivale a un proceso discontinuo).
Batch (discontinuo) vs continuo
El tipo de funcionamiento (batch o continuo) es la primer decisión que se toma en
el diseño conceptual. Por ello haremos aquí una breve reseña de las características del
problema que influyen en esta decisión.
1) El tamaño de planta es un factor determinante del funcionamiento continuo o
discontinuo de una planta. Las plantas de gran capacidad apuntan a la economía de
escala, es decir, se construyen en gran tamaño porque consiguen mejores precios y
beneficios al manejar mayores cantidades. Las plantas grandes son generalmente
continuas. En ellas se justifica una gran inversión en desarrollo. Las plantas continuas
necesitan trabajar con mayores certezas en sus cálculos debido a que deben correr
menos riesgos de rotura y tener menos salidas de funcionamiento. En estas plantas las
paradas para refacción y mantenimiento se hacen periódicamente, pero en intervalos de
tiempo lo más prolongados posible porque involucran importantes pérdidas de dinero.
En cambio las plantas batch, constantemente están parando para carga, descarga y
funcionamiento, de manera que cualquier problema técnico tiene una solución menos
costosa.
2) Las plantas batch son más flexibles, de manera que son más adecuadas cuando se
producen una gran variedad de productos, como por ejemplo el caso de las pinturas.
3) Las demandas del mercado pueden dirigir este nivel de decisión. Por ejemplo, los
productos de demanda estacional como los fertilizantes, que requieren ser producidos
sólo en una determinada época del año para evitar costos de almacenamiento. En este
caso, es preferible una planta batch que, durante el resto del año, pueda producir otros
Diseño Conceptual
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productos.
DIAGRAMA DE FLUJO
Es esencial la organización de la información de una forma conveniente para el
diseño, el análisis de las distintas alternativas y los cálculos. La forma de hacerlo es
mediante un diagrama de flujo (o flow-sheet).
En la construcción del diagrama de flujo se siguen los siguientes pasos:
1. Construir bloques o figuras representativas de las operaciones de transformación
a realizarle a las materias primas.
2. Unir con líneas las distintas operaciones, siguiendo con flechas el sentido de
transferencia del material dentro del proceso.
3. Escribir los nombres de las unidades y numerar las corrientes.
4. Dependiendo de si:
a) se está resolviendo un problema sencillo de balance de masa y energía, o
b) se está resumiendo la información de un proceso diseñado en un plano de
diseño final (flow-sheet),
la información con que se cuenta se adiciona sobre el dibujo incluyendo los
nombres de las variables desconocidas (Ver Ejemplo Nº2), o se coloca en un
cuadro aparte, con los valores de las variables de las corrientes (Ver Figura Nº1).
Ejemplo Nº2: diagrama de flujo para un problema de balance de masa
Humidificación y oxigenación del aire: Una experiencia sobre crecimiento de microorganismos requiere un ambiente de aire húmedo y enriquecido en oxígeno. Se alimentan 3 corrientes a una cámara de evaporación, para lograr la corriente de salida con la composición deseada. A: Agua líquida, alimentada con un flujo de 20cm3/min. B: Aire (21% mol O2, N2) C: O2 puro, con un flujo molar equivalente a 1/5 del flujo molar de B. El gas de salida tiene 1,5 mol% de agua. Calcular las variables desconocidas.
Diseño Conceptual
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0,2 Q mol O / min
Q mol aire / min
0,21 mol O / mol0,79 mol N / mol
2
2
2
C
B
⎯ →⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
⎯ →⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
F mol / min
0,015 H O2
⎯ →⎯⎯⎯⎯⎯
2
2
N mol X)-0,015-(1O X ;
A - 20 cm3 H2O (l)/min W moles H2O/min Incógnitas: Q, F y X
Procesos de Recirculación, Derivación (bypass) y Purga
Debido a las necesidades del proceso, muchas veces es necesario derivar una parte
de la corriente de alimentación (bypass), reciclar los reactivos no consumidos
(recirculación), o eliminar al exterior una fracción de la corriente recirculada (purga).
En un diagrama de flujo estas posibilidades aparecen de la siguiente forma:
reactor sep. de producto
producto alim react
derivación
recirculación purga
a) Recirculación: Tanto en procesos químicos como en procesos físicos frecuentemente
se opera con corrientes de recirculación.
• En las columnas de destilación fraccionada una parte del destilado se condensa y se
retorna como reflujo. El objetivo es provocar la circulación en contracorriente del
líquido y el vapor en el interior de la columna, y lograr la operación en las
condiciones previstas por el diseño.
• En los dispositivos de circulación forzada usados para concentrar sustancias que
son afectadas por el calor, el tiempo de residencia en el equipo de intercambio debe
ser bajo. Esto obliga a recircular gran parte del producto, usando para ello bombas
centrífugas de alto consumo de potencia.
• Si se extrae una especie contenida en una mezcla empleando un solvente, éste debe
ser recuperado y recirculado al proceso. La reutilización del solvente se realiza por
razones económicas.
alimentac. fresca
Diseño Conceptual
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• En presencia de reacciones químicas el reciclo es necesario en diversos casos. Es muy
poco común que una reacción A→B se complete en un reactor continuo; no interesa
cuánto de A se encuentre presente en un principio o cuánto tiempo permanezca la
mezcla dentro del reactor, algo de A siempre aparece en el producto. Como se debe
pagar todo el reactivo que se alimenta a un proceso y no sólo lo que reacciona, toda
cantidad de A que salga con el producto significa pérdida de dinero. Sin embargo, si
existiera alguna forma de separar la mayor parte de todo el reactivo que no se ha
consumido, entonces se podría vender el producto relativamente puro y recircular el
reactivo no consumido nuevamente al reactor. Los gastos de los equipos de separación y
recirculación se compensan al tener que adquirir menos reactivo fresco y poder vender
el producto purificado a mayor precio.
Entre los casos en los que interesa que el reactivo clave se consuma completamente se
encuentran por ejemplo: cloración de benceno para obtener hexaclorobenceno e
hidrogenación de aceites vegetales.
En tales situaciones se habla de una conversión por paso (en el reactor) y de una
conversión en el sistema.
entrada- salida (proceso) Conversión del sistema = ------------------------------------ (o global) entrada (proceso) entrada- salida (reactor) Conversión por paso = ------------------------------------- (o de un solo paso) entrada (reactor)
• La obtención de butadieno a partir de buteno, se lleva a cabo con un diluyente inerte
(butano) que evita reacciones laterales. El butano es separado de la corriente de
productos y reciclado al reactor.
• Muchas veces la transformación de los reactivos se halla limitada por el equilibrio o por
la cinética de la reacción (craqueo término de nafta, síntesis de NH3). Aquí la baja
conversión por paso obliga a separar y reciclar el reactivo clave.
• En la producción de clorobenceno se opera con un exceso de benceno para evitar la
formación del dicloro y triclorobenceno. De la corriente de producto bruto debe
recuperarse el benceno para ser nuevamente usado como reactivo.
b) Derivación: Un procedimiento que tiene varias características en común con la
recirculación es la derivación, en la cual se desvía una fracción de la alimentación de
Diseño Conceptual
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una unidad de proceso, haciendo que pase alrededor de la misma, combinándola con la
corriente de salida de la unidad.
Al variar la fracción que se deriva de la alimentación, es posible variar la composición
y las propiedades del producto.
La derivación se realiza por distintas razones, tanto para mejorar como para posibilitar
el desarrollo del proceso.
En la deshumidificación de aire por ejemplo, sólo una parte del caudal total es
enfriado, derivándose el resto. Como la cantidad de aire a enfriar es menor, es posible
mejorar el control de la humedad, permitiendo así el acondicionamiento deseado.
c) Purga: Aunque la corriente de reciclo empleada en un proceso resuelve un problema,
puede crear otro. Las especies no reactivas se acumularían en el sistema si no se
realizara una purga continua. De este modo, se mantiene la concentración de inertes en
un nivel razonable para llevar a cabo la reacción.
Si las corrientes de purga implican contaminación ambiental, es necesario eliminar las
especies contaminadas contenidas en ellas (por ejemplo con lechos absorbentes,
columnas de absorción, hornos de combustión para generación de energía, etc.).
El nitrógeno, materia prima en la síntesis de NH3, contiene argón como impureza en
baja proporción. Luego de la separación del producto, una purga continua permite
efectuar el reciclo y evitar la acumulación de argón (inerte) en el reactor.
OPERACIONES CONVENCIONALES
Existen una gran cantidad de operaciones que se utilizan para realizar las
transformaciones a la materia prima. Algunas de ellas, de mayor uso, las mencionaremos a
continuación a los fines de contar con algunos elementos mínimos para un comienzo de
diseño conceptual.
A) Operaciones de separación o mezclado
1) Mezclado - Filtrado - Separación con membranas
2) Destilación
La destilación se puede analizar en la práctica siguiendo dos métodos
fundamentales. El primero de ellos se basa en la producción de un vapor mediante la
Diseño Conceptual
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ebullición de la mezcla líquida que se desea separar, procediendo posteriormente a la
condensación del vapor sin que nada de líquido retorne al calderín y se ponga en contacto
con el vapor.
El segundo método se basa en el retorno de parte del condensado al destilador, en
condiciones tales que el líquido que desciende se pone en íntimo contacto con el vapor que
va hacia el condensador. Cualquiera de estos dos métodos se puede conducir en forma
continua o discontinua. A la vaporización parcial en una sola etapa sin reflujo se la
denomina destilación flash y a la destilación continua con reflujo, rectificación. En la
Figura Nº 2 se muestran columnas de destilación.
3) Absorción
En la absorción de gases se absorbe un gas, contenido en una mezcla con otro gas
inerte, mediante un líquido en el que el soluto gaseoso es más o menos soluble. Un ejemplo
típico lo constituye la absorción de amoníaco, contenido en una mezcla con aire, mediante
agua líquida. El soluto se recupera posteriormente por destilación, y el líquido absorbente
puede reutilizarse o bien ser desechado. A veces se separa un soluto gaseoso contenido en
una mezcla liquida, poniendo ésta en contacto con un gas inerte. Esta operación, que es
contraria a la absorción, recibe el nombre de desorción.
4) Adsorción
Se le llama adsorción a la operación mediante la que se separa uno o más
componentes de una mezcla líquida o gaseosa con un sólido. Se tratan generalmente de
operaciones de purificación.
5) Lixiviación-Extracción
Se trata de la separación de un constituyente, contenido en un sólido o un líquido.
La lixiviación (o extracción sólido-líquido) se utiliza para disolver el material soluble
contenido en una mezcla con un sólido insoluble. La extracción líquido-líquido, se utiliza
para separar dos líquidos miscibles mediante un disolvente que disuelve preferentemente a
uno de ellos. Aunque los dos procesos presentan varios aspectos comunes, las diferencias
técnicas, así como los aparatos que se emplean son diferentes.
B) Operaciones de intercambio calórico
1) Intercambiadores de calor. Ver Figura Nº3.
2) Condensadores – Evaporadores.
C) Reacciones químicas
Diseño Conceptual
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DISEÑO CONCEPTUAL, NIVELES JERÁRQUICOS.
Los métodos de diseño y análisis de procesos indican que se deberían resolver los
problemas de diseño, primero desarrollando soluciones muy simples y luego adicionando
sucesivos niveles de detalle. A través de un ejemplo concreto iremos mostrando los
distintos niveles jerárquicos que aparecen en el análisis de procesos, de mayor a menor
complejidad.
Ejercicio Nº1: Hidrodealquilación de tolueno para producir benceno.
Considerando que el benceno se obtiene a partir de tolueno de la siguiente forma:
Tolueno + H2 ==> Benceno + CH4 y que existe una reacción lateral no deseada,
2 Benceno <==> Difenilo + H2 construir un diagrama de flujo posible para llevar a cabo la producción industrial de benceno. Posteriormente esquematizar su estructura de los sistemas de separación, de reciclo y de entrada-salida. Establecer un orden jerárquico para las decisiones. Considerar como datos los siguientes: Temperatura de reacción: 1150 °F - 1300 °F Presión de reacción: 500 psia Relación de exceso necesaria: hidrógeno/tolueno = 5/1
Solución: Ver flow-sheet Figura Nº4.
Integración energética
En el flow-sheet de la Figura Nº4, se han considerado solamente las necesidades de
enfriamiento y calentamiento del proceso principal.
En la última década se han desarrollado nuevos métodos que consideran trabajar
con el mínimo gasto de energía de calentamiento y enfriamiento. Mediante el análisis de
las redes de intercambio de calor que dan la mejor integración de la energía en un proceso.
Luego de un análisis de redes de intercambio se podría optimizar el proceso como
se muestra en la Figura Nº5.
Por supuesto, el análisis del flow-sheet es más complicado considerando algún tipo
de integración energética. Además para aplicar la integración energética es necesario
conocer las necesidades especificas de energía del proceso, es decir, flujo y composición
de cada corriente. Esto implica que es necesario fijar completamente el flow-sheet antes de
Diseño Conceptual
12
este análisis. De esta manera, se considera a la integración de energía el paso final en el
procedimiento de diseño.
Trenes de destilación alternativos
A pesar del flow-sheet planteado, existen otras alternativas para las separaciones de
líquidos.
Así por ejemplo, según muestran las Figuras Nº6:
Se podría reciclar el difenilo con el tolueno para desplazar la reacción reversible
hacia el benceno. Aunque nos ahorraríamos una columna a expensas de aumentar el flujo
de pasaje en el reactor
O se podrían usar columnas con corrientes de lado.
Para avanzar sobre estas alternativas se debería tener más datos sobre
composiciones de la alimentación a la entrada del tren de destilación.
Sistemas de recuperación de vapor
El vapor que deja el flash puede ser necesario recuperarlo o tratarlo para separar sus
componentes. En el sistema de recuperación generalmente se utilizan algunas de estas
operaciones:
Condensación
Absorción
Adsorción
Membranas
El diseño del sistema de recuperación de vapor se considera antes que el diseño del
sistema de separación de líquidos, porque las corrientes de salida del sistema de
recuperación de vapor normalmente incluyen una corriente de líquido que es dirigida hacia
el sistema de separación de líquido para su final separación y recuperación.
Descomposición del diagrama de flujo en estructuras simples
Sería conveniente, para tomar decisiones que se refieren a los sistemas de
separación, simplificar la estructura del diagrama de flujo.
El flow-sheet simplificado de los sistemas de separación tiene la forma que se ve en
la Figura Nº 7. En caso de no existir reacciones químicas, el bloque de reacción es
Diseño Conceptual
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eliminado. Este diagrama es conocido como Estructura de separación.
Este diagrama puede simplificarse aún más si se juntan los sistemas de separación
en un solo bloque tal como se muestra en la Figura Nº8. El diagrama resultante da origen a
la Estructura de reciclo. En esta estructura se toman decisiones o se estudian factores que
determinan el número de corrientes de reciclo, calor en el reactor, limitaciones de
equilibrio en el reactor, etc.
Finalmente, se puede conseguir la representación más simple, agrupando todas las
operaciones en un solo bloque, de modo de tener rápida información acerca de las
variables de diseño (variables de proceso que normalmente son conocidas, o forman parte
de la información de entrada de un diseño). En general, este tipo de estructura, Estructura
de entrada-salida, nos permite entender los efectos de las variables de diseño sobre los
balances globales.
Mediante el anterior análisis vemos que es posible descomponer un diagrama de
flujo en estructuras cada vez más sencillas, de modo de comenzar analizando y tomando
decisiones desde los niveles más sencillos a los más complejos.
De esta manera las jerarquías de las decisiones está dada de la siguiente manera:
Jerarquía de las decisiones Batch vs contínuo Estructura de entrada-salida Estructura de reciclo Estructura general del sistema de separación a) Sistema de recuperación de vapor b) Sistema de separación de líquido Redes de intercambio calórico
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14
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1
I H G F E D C B A
I H G F E D C B A
d
Figura Nº1: Flow-sheet
Diseño Conceptual
15
L = 1x = 0.0001b y = 0b
V = 0.2
x = 0.02o
F = 1
yo
V = 0.2
Destilación 00’
Qc
W0 H0WR H0
1’1n+1n
Vn L +1n
m+1m
2’2
WF HF
QR
3’3WB HB
columna de destilación
Salida de gas
Distribuidor de líquido
Entradade
líquido
Entradade gasSalida
delíquido
Secciónde
relleno
Secciónde
relleno
Torre de relleno
Figura Nº2: Columnas
Diseño Conceptual
16
Code
Prensa estopa
Cabezal de retorno
Prensa estopa
’’ ’Γ
Prensaestopa
Intercambiador de doble tubo
3
4
2651
2
3
4
Intercambiador tubular de cabezal fijo
Intercambiador 1-1 con cabezal flotante. (Patterson Foundry & Machine Co.)