Fundamentos De Procesos Industriales Fases.pdf

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Proceso  Conjunto de etapas o fases las cuales cu ales  permiten transformar materias primas en  productos y subproductos, con el uso de suministros y la adición o secuestro de energía, mediante reacciones o cambios físicos.

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Materias Primas  Elementos de origen natural o artificial, que, introducidos en un proceso, mediante transferencia de energía, de materia o de movimiento, son transformados en productos o subproductos.

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Suministros  Elementos necesarios para poder transformar la MP en Productos y subproductos.

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 Aguas de refrigeración 

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Vapor de baja, media, alta 

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Etc.

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Energía 

Necesaria para hacer andar un Proceso: Energía eléctrica (bombas, sistemas de control) Energía química (combustible, calor de reacción) Energía humana (operación y control)

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Historia 

Materiales Naturales

Necesidades

Siglo XII: reactivos naturales como:  Ácidas: Jugo de limón, vinagre, leche agria álcalis: Carbonato de cenizas, Cal Siglo XIV: Procesos para producción de: HNO3, H2SO4, Agua regia Se inició la fabricación de sales inexistentes hasta entonces entonce s que sirvieron de MP para otros procesos 6

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Historia 

Siglo XVI:

Inicia la ex explotación de carbón (máquinas de vapor)  Aparece la Industria manufacturera, con grandes requerimientos de productos químicos.

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Historia   A esta altura, los materiales eran sometidos a cambios químicos para transformarlos en nuevos productos:

Materiales Naturales Carbón, sal Productos H2SO4, anilina, NaCO 3 Necesidades  Vestuario,  Vestuario, explosivos, colorantes 8

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Historia 

Siglo XX: Uso de petróleo y gas natural no solo como fuente de energía sino también como MP en otros procesos (Industria Petroquímica) Plásticos

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Fibras

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Caucho sintético

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Productos farmacéuticos farmacéuticos

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Historia  1791: carbonato de sodio, 1856: primer colorante sintético, 1866: carbonato de sodio, 1891: extracción de azufre subterráneo, 1891: primera fibra artificial de nitrocelulosa, 1896: liquefacción del aire en escala industrial, 1900: ácido sulfúrico por el método de contacto 1905: cianamida cálcica 1910: soda y cloro por electrólisis del cloruro de sodio 1910: fibra artificial, rayón viscosa 1913: síntesis del amoniaco a partir de sus elementos, B.A.S.F. B.A.S.F., Oppau, Alemania 10

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Etapas de un Proyecto Industrial

Ingeniería Básica de Procesos (Arquitectura) Define el proceso que se va a utilizar (diagrama de d e Bloques) Selecciona equipos Dispone Dispone espacialment espacialmentee de ellos (Plot (Plot plan) Establece como se conectan Genera Diagramas Diagramas de Flujo de Procesos y servicios (Process Flow diagram, diagram, Utilities Utilities Flow Diagram) Diagram) Dimensiona equipos •

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Desarrolla Balances de Materia 

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Genera el diagrama de cañerías e instrumentos (P&ID) de d e Procesos y servicios •

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Información de Procesos

Entr Entreg egan an info inform rmac ació iónn con con dist distin into toss nive nivele less de deta detallllee (baj (bajo, o, medi medio, o, alto alto)) depe depend ndie iend ndoo del del requ requer erim imie ient ntoo de info inform rmac ació ión. n. Exis Existe ten: n: Desc De scri ripc pció ión n de un Proc Proces eso o

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Diag Diagra rama ma de Bloq Bloque ues s

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Diagra grama de Flujo ujo de Proce roceso sos s

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Diag Diagra rama ma de cañe cañerí rías as e inst instru rume ment ntos os

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Descripción de Proceso Proceso del Polietileno

El polietileno está constituido por macromoléculas de compuestos orgánicos obtenidos sintéticamente. Pertenece al grupo de los termoplásticos; sus átomos están unidos en estruc estructur turas as largas largas lineal lineales es o poco poco ramifi ramifica cadas das cuya cuya fórmul fórmula a empíri empírica ca es (CH2) (CH2)n n y la reacción de formación precede con la ecuación: NCH2=CH NCH2=CH2 2 - (-CH2 (-CH2 - CH2-)-n CH2-)-n Los primer primeros os poliet polietile ilenos nos se obtuvi obtuviero eron n por reacción reacción del etilen etileno o en fase fase gaseos gaseosa a a presión y temperaturas elevadas (68-102 atm y 200-250 °C) en presencia de trazas de peróxi peróxidos dos (0.01% (0.01%)) como como catali catalizad zador or.. Estos Estos poliet polietile ilenos nos tomaro tomaron n la denomi denominac nación ión de convencionales, de alta presión o de baja densidad (0.91 a 0.925 g/cm3). Otro proceso fue la polimerización a temperaturas y presiones bajas, este tiene lugar en presencia de trietil aluminio y tetracloruro de titanio como catalizador, suspendidos en un hidrocarburo líquido a 60 °C de temperatura y presión normal, estos polietilenos se denominaron de baja densidad (0.941-0.965 g/ cm3), son más duros y rígidos que los de alta presión. Mas tarde se desarrollo otro procedimiento con catalizadores heterogéneos constituidos por óxidos óxidos metálicos metálicos parcialment parcialmente e reducidos reducidos,, suspendido suspendidos s en un disolven disolvente te orgánico orgánico iner inerte te,, el etil etilen eno o se carg carga a a 150150-180 180 °C y 50at 50atm m (740p (740psi si), ), el prod produc ucto to es llam llamad ado o polietileno de presión media, es mas duro y rígido que el de alta densidad (0.926 - 0.940 g/ cm3). 14

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Descripción de Proceso

En gene generral, al, es pol polietil etilen eno o se obti obtien ene e por adic adiciión de etil etilen eno o en pre presenc sencia ia de catalizadores. El etileno, el cual es la materia prima proviene del etano que contiene el gas natural (petróleo) La producción de polietileno se logra mediante el uso de 3 procesos generales: proceso en fase gaseosa, proceso en fase pastosa y proceso en fase líquida. A continuación se describe describe el proceso proceso en fase gaseosa. Los procesos en fase gaseosa, ofrecen la posibilidad de obtener un polímero en estado fundido , como producto directo del reactor, sin necesidad de otras operaciones para separarlo de otros sólidos o líquidos reactantes. En este proceso se pueden utilizar diferentes tipos de reactores: reactores de lecho fluido, de lecho agitado vertical o de lecho agitado tubular, para seleccionar el equipo es necesario tener en cuenta las condiciones necesarias para la polimerización, algunas diferencias son:

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Descripción de Proceso

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La velocidad del gas ascendente a través del lecho de polímero en un reactor de lecho agitado no es crítica, mientras que en el reactor de lecho fluido esta debe ser  siemp siempre re supe superi rior or a la velo veloci cida dad d míni mínima ma requ requer erid ida a para para la flui fluidi diza zaci ción ón y muy uniforme en el lecho. •Un lecho uniforme es un factor muy importante para el control de la polimerización y debe garantizarse con un agitador mecánico en los reactores de lecho agitado. El reactor reactor de lecho fluido fluido es esencialmente esencialmente muy uniforme. uniforme. •La presencia de líquido en un lecho agitado no origina inconvenientes debido a que la agitación previene la aglomeración de partículas húmedas. En un reactor de lecho fluido esta aglomeración crea pérdidas en la fluidización. Debido a estas diferencias el proceso se debe realizar en un reactor de lecho fluido. A cont contin inua uaci ción ón se desc descri ribe be el proc proces eso o para para la obte obtenc nció ión n de poli poliet etil ilen eno o linea lineall de baja baja densidad, para polietileno de alta densidad se aplica de igual forma, pero con reducida adición de cronómero o eliminándola completamente y con diferente tipo de catalizador. 16

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Descripción de Proceso

El sistema de polimerización consiste en un recipiente vertical que contiene un plato distribuidor de gas horizontal en la base. Un gran volumen de gas fluye ascendentemente a través del plato distribuidor manteniendo el lecho de partículas de polí políme mero ro sóli sólido do en estad estado o flui fluido do.. El gas gas que que cont contie iene ne el etil etilen eno o no reac reacci cion onad ado, o, es reci recirc rcul ulad ado o cont contin inua uame ment nte e de un sist sistem ema a de enfr enfria iami mien ento to por la part parte e infer inferio iorr del reactor. La corriente de alimentación de etileno y cronómero (1-Buteno, 1-Hexeno o 1-Octeno) pasa pasa a trav través és de los los abso absorb rbed edor ores es para para reti retira rarr los los posi posibl bles es cont contam amin inan ante tes s del del catalizador tales como agua y acetilenos Los monómeros purificados son alimentados, junto con hidrógeno para controlar el peso molecular, en la corriente de gas de reciclo. El catalizador se inyecta en diversos puntos a lo largo como sólido disperso. Los cronómeros polimerizados en el catalizador dan prod produc ucto tos s granu granula lado dos; s; mien mientr tras as se form forman an los los grán gránul ulos os,, las las part partíc ícul ulas as sóli sólida das s del del catalizador se rompen en pedazos muy pequeños, los cuales migran separadamente con los gránulos a medida que estos se producen hasta alcanzar un diámetro promedio de 1mm 17

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Descripción de Proceso

El catalizador se activa y no requiere la remoción del residuo. La presión en el sistema de reacción es de 25 atm y la temperatura de polimerización esta entre 88-104 °C, dependiendo del grado específico del producto. La alimentación al reactor se calienta bruscamente (alcanzando la temperatura de reacción en los primeros 0.5 metros del reactor) por la tremenda turbulencia del lecho fluido. El calor de reacción es removido en forma de calor sensible de la corriente de gas. La caída de presión a través del reac reacto torr y el sist sistem ema a de gas gas de enfr enfria iami mien ento to es de 2 atm atm y la fuer fuerz za impu impuls lsor ora a es suministrada por el compresor del gas de reciclo. El producto sólido se retira del reactor a través de un sistema de aire comprimido de compuerta que opera cíclicamente mediante el uso de vapor. La válvula de la parte baja del reactor abre intermitentemente para permitir que las partículas del polímero pasen al recipiente de descarga, de allí se recicla el gas para mantener el sistema de circulación de gas

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Descripción de Proceso El polí políme mero ro se desc descar arga ga a la vasi vasija ja de purg purga, a, dond donde e con con un fluj flujo o asce ascend nden ente te de nitróg nitrógeno eno,, se remuev remueve e cualqu cualquier ier reacti reactivo vo gaseos gaseoso o sobran sobrante te de los inters interstic ticios ios de las partículas del polímero y el monómero residual. El producto se obtiene en gránulos para ser vendido directamente o para ser peletizado posteriormente. Después de la peletización, el polímero se seca, tamiza y se somete a los controles de calidad necesarios para pasarlos a silos de almacenamiento de donde se descarga a los carrotanques o es empacado en bolsas y almacenado en depósitos para su venta posterior. La temp temper erat atur ura a de oper operac ació ión n depe depend nde e de la densi densida dad d del del polí polímer mero o que que se dese desea a obtener. Como la densidad decrece con la densidad del cronómero, el punto de fusión decrece y las partículas del lecho tienden a ponerse más viscosas. La temperatura se ajusta de acuerdo con la forma y tamaño de la partícula del polímero; la cantidad y naturaleza del cronómero presente en la fase gaseosa; el peso molecular del polímero y la distribuc distribución ión de las cadenas ramificadas ramificadas del cronómero cronómero en el polímero polímero

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Diagrama de Bloques

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Diagrama de Flujo de Proceso de Polietileno

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P  r   o  c   e  s   o  d   e P  r   o  d   u  c   c  i    ó  n  d   e  C   e r  v  e z   a

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Proceso de Producción de Cerveza

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Diagrama de Proceso

Muestran en forma esquemática el proceso, sus sistemas de control y la relación que hay entre un equipo y otro. Indican las T, P, y Q a la capacidad de diseño garantizada.  Además las dimensiones relativas relativas aproximadas de los equipos. También se agregan datos que sirvan a la operación, tales como X de productos , datos básicos generales como T de agua de refrigeración, T de aire, razón de stripping, ng, etc etc.

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Diagrama de Proceso

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Plano de planta (Plot plan)

Con las dimensiones de los equipos determinados anteriormente y con las dimensiones aproximadas de los equipos que se compran (y de los cuales todavía no hay planos) se dibuja el plano de planta. Se establecen los niveles eles fís físicos (piso soss) y elev elevaaciones nes de ést ésta. Los equi equipo poss se ubi ubican can cons consiider derando ando:: Una buena separación entre equipos que permita a la vez una fácil cil operación, mantenc ención y líneas eas cortas Distan tancia adecuad uada desde la sala de contro trol (manu anual) Secu Secuen enci ciaa del del pro proces ceso y proc proced edim imie ient ntoos de op oper erac ació iónn 26

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Plano de planta (Plot plan)

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P&ID (Piping and instruments instrument s Diagram)

Son documentos de comunicación entre los grupos de trabajo que está estánn inte interv rviinien nienddo. Es el documento más importante  de un proyecto porque en él está todo lo que comprende al proceso. Son una vista de una dimensión de la planta. Los distintos grupos que intervienen usan el P&ID para su trabajo.

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P&ID (Piping and instruments instrument s Diagram)

Los P&ID son planos basados en el PFD (process flow diagram) que muestran todos los aspectos físicos de la planta y de los equipos. El P&ID debe tener indicadas todas las líneas de interconexión, líneas de puesta en marcha, válvulas, drenajes, instrumentos, loop o lazos de control, sistemas de protecciones, puntos de muestreo, cone conecc ccio ione nes s al sis siste tema ma de aguas uas acei aceito tosa sas s, etc.

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P&ID (Piping and instruments instrument s Diagram)

Tien Tienee po porr ob obje jeto to:: 1. Tener claridad para revisar los procedimientos de puesta en marcha, vapo vapori riza zaci cion ones, es, gasif gasific icac acio ione nes, s, punto puntoss de bloque bloqueo, o, pale paleta tas, s, lava lavado dos, s, etc. etc. 2. Esta stable blecer todas las línea neas par para su dimensi nsionamien iento 3. Revisar por otros grupos si están cubiertas sus necesidades (mantención, laboratorio) 4. Espe Especi cififica caci cioones nes mecá mecáni nica cass 5. Esta stable blecer condic diciones de opera eración ión de diseñ seño.

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P&ID (Piping and instruments instrument s Diagram)

Industria de Procesos / rpm-2004

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Clasificación de Procesos

Segú Se gún n su oper operac ació ión:  n: 

1. Continuos 2. Disc iscontinuos (ba (batch) 3. Semi continuos

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Clasificación de Procesos

Segú Se gún n su vari variab abil ilid idad ad:  : 

1. Estado Estado esta estacio cionar nario: io: sus sus propie propiedade dadess no varí varían an con con el tiempo tiempo 2. Transie ransiente nte:: sus propied propiedade adess sí varí varían an con con el tiemp tiempoo

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