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TEMA N º 02: DIAGRAMAS DE PROCESO QUIMICO

UNMSM. Facultad de Química e Ingeniería Química. CALCULOS ECONOMICOS EN INGENIERIA QUIMICA. TEMA N º 02: DIAGRAMAS DE PROCESO QUIMICO. 2008 - I. Ing. José Manuel García Pantigozo. SECTION 0: CHEMICAL PROCESSES DIAGRAMS. Proceso Químico.

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TEMA N º 02: DIAGRAMAS DE PROCESO QUIMICO

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  1. UNMSM Facultad de Química e Ingeniería Química CALCULOS ECONOMICOS EN INGENIERIA QUIMICA TEMA Nº 02: DIAGRAMAS DE PROCESO QUIMICO 2008 - I Ing. José Manuel García Pantigozo

  2. SECTION 0:CHEMICAL PROCESSES DIAGRAMS

  3. Proceso Químico Sistema formado por equipos, interconectados en forma organizada, que permiten cambios físicos y químicos dando lugar a un producto de interes.

  4. PROCESO PRODUCTOS MATERIAS PRIMAS INSUMOS Proceso Industrial DISEÑO CONOCIMIENTO INGENIERIA TRABAJO ENERGIA CAPITAL

  5. Life of a Chemical Plant Design • Inception • Feasibility survey • Process development • Final economic evaluation • Detailed engineering design • Procurement • Erection • Startup and trial runs • Production

  6. Industrias de Procesos Químicos (Chemical Process Industries: CPI) • Alimentos (bebidas, azúcar, jugos, congelados, lácteos, vinos, cerveza, etc.) • Combustibles (petróleo, carbón, gas natural, gasolina) lubricantes y derivados petroquímicos • Compuestos químicos • Orgánicos (petroquímicos, solventes, cauchos, etc) • Inorgánicos ( sales, fertilizantes, etc.) • Explosivos ( TNT, anfo, etc.) Detergentes y jabones. Pinturas y pigmentos.

  7. Industrias de Procesos Químicos (Chemical Process Industries: CPI) • Metalurgia ( Acero y aleaciones, metales: Cu, Ag, Au, Re, etc.) • Tratamiento de agua, efluentes y residuos( gases, riles y rises) • Generación de vapor y energía termo-eléctrica • Materiales ( cemento, asfalto, cerámica, adhesivos, plásticos, materiales de construcción, vidrio) • Papel y celulosa

  8. Industrias de Procesos Químicos (Chemical Process Industries: CPI) • Pesquera ( harina y aceite de pescado, conservas, etc. ) • Plásticos , Textiles y Fibras sintéticas • Fármacos

  9. Productos Corrientes calientes Materias Sistema Global de un Proceso Químico PLANTA DE PROCESOS QUIMICOS RED DE INTERCAMBIADORES DE CALOR Primas Corrientes frías Insumos Servicio de calentamiento Electricidad Suministros y Servicios Agua PLANTAS DE SERVICIOS Calderas, Turbinas Aire comprimido Oxigeno, vacío Servicio de enfriamiento Combustibles Aire

  10. Condiciones de operación estacionarias Gran escala de Producción Cada equipo realiza una operación o función específica Funcionamiento intermitente Ciclo de operación Pequeña escala de producción Plantas flexibles, multiproducto y multi propósito Grandes tiempos de procesamientos o residencia Reacciones lentas. Flujos pequeños Productos que ensucian, incustran o corroen los equipos Proceso continuo Proceso discontinuo ( Batch )

  11. Calidad del producto constante Velocidad de producción constante Alta automatización Poca mano de obra Productos de calidad variable Velocidad de producción variable Mucha mano de obra Productos de alto valor y calidad Procedimientos de síntesis complejos Condiciones de control muy estrictas Proceso continuo Proceso discontinuo ( Batch )

  12. Product Catalyst Fedd Procesos Continuo Procesos Discontinuo REACTOR SEPARATOR HEAT Product Heat Still HEAT REACTOR SEPARATOR (1) Fedd Heat (2) Catalyst

  13. Etapas de un Proceso Químico MATERIAS PRIMAS REACCIONES QUIMICAS PRODUCTOS Operaciones físicas de acondicionamiento Operaciones físicas de separación

  14. Insumos Insumos M P PRODUCTO Estructura general de un Proceso Productivo REACCION PREPARACION PURIFICACION SEPARACION PURIFICACION Subproductos Subproductos TRATAMIENTO EFLUENTES PRODUCTOS SECUNDARIOS EFLUENTE LIMPIO

  15. Tipos de Procesos: Continuo / Discontinuo (batch) Estacionario / Dinámico Representación de Procesos: • Diagrama de Entrada – Salida ( input-output) • Diagrama de Bloques ( operaciones principales ) • Diagrama de Flujos ( Flowsheet ) ( Estructura Productiva y secuencia de equipos )

  16. Reciclo Purga Estructura de Entrada y de Salida del Diagrama de Flujos Alimentación PROCESO PRODUCTIVO Producto Insumos Subproductos

  17. insumos energía cátodos de Cu Diagrama General Entrada- Salida Proceso Hidrometalúrgico del Cobre mineral PROCESO soluciones ácido sulfúrico subproductos descartes agua Industrial ripios

  18. Hydrogen , Methane Input – Output Structure of HDA Process (Conventional Hierarchy) Hydrogen Methane PROCESS Benzene Product Diphenyl By -Product Toluene Unreacted Toluene

  19. Unidades de proceso Planta Operaciones Unitarias Servicios • Agua (proceso, refrig, calderas, limpieza, sanitaria, contra incendio) • Vapor (alta, media o baja presión) (seco, saturado, sobrecalentado) • Condensados • Fluidos térmicos (aceite, sales) • Combustibles (carbón, fuel oil, gas oil, gas natural, otros) • Electricidad • Aire comprimido (instrumentación, servicio) (seco, sin aceite) • Gases inertes (nitrógeno, etc.) • Efluentes (tratamiento “in situ”)

  20. Tipos de Representaciones: • Diagrama de bloques ( BFD ) • Diagrama de Flujo de Procesos ( PFD ) • Diagrama de Cañerías e Instrumentación ( P&ID ) • Diagrama Isométricos ( cañerías y equipos )

  21. raw materials thermodynamics and kinetics of reactions facilities presently available facilities to be purchased estimation of production costs and total investment profits materials of construction environmental considerations safety considerations markets competition properties of products sales and sales service shipping plant location patent situation Feasibility Survey

  22. Stoichiometry Input - Output Diagram Chemical Process Diagrams Preliminary Process Conditions Generic Block Flow Diagram Block Flow Diagram (BFD) Preliminary Material Balance Material, Energy Balances + Equipment Specifications Process Flow Diagram (PFD) Mechanical &Instrumentation Information Piping and Instrument Diagram (PID)

  23. DIAGRAMA BFD

  24. Process Flow Diagram (PFD) Block Flow Diagram (BFD) Piping and Instrumentation Flow Diagram (P&ID) Sequence of Process Design

  25. Block Flow Diagrams • Give a clear overview of a process, uncluttered by details. • Each block represents a process function, which in reality may consist of several pieces of equipment. • Useful for conceptualizing new processes. • Often used as a starting point for PFDs. • Especially useful in oral presentations. • Format and conventions given on page 8 of Turton, et al.

  26. Block Flow Diagram

  27. Convention and Format for Block Flow Diagrams • Operations shown by blocks. • Major flow lines shown with arrows giving direction of flow. • Flow goes from left to right whenever possible. • Light stream (gases) toward top with heavy stream (liquids and solids) toward bottom. • Critical information unique to process supplied. • If lines cross, then the horizontal line is continuous and the vertical line is broken (true for all chemical process diagrams). • Simplified material balance provided.

  28. Convenciones para los Diagramas de Bloques • Cada operación se representa por un bloque • Las corrientes de flujo principal se representan por líneas flechadas en la dirección del flujo • Los flujos van desde la izquierda a la derecha del diagrama • Las corrientes gaseosas se incluyen en la parte superior del diagrama, y los líquidos o sólidos hacia la parte inferior separados por densidad. • Se incluye la información crítica para entender e proceso • Si las líneas se cruzan, las horizontales se mantienen y las verticales se cortan • Se incluye un balance de masas y energía simplificado en forma de una tabla.

  29. Mixes gas ( 8610 Kg / H ) Toluene ( 10000 Kg / H ) Gas Separator Reactor BFD: Block Flow Diagram Benzene ( 8610 Kg / H ) Hydrogen ( 820 Kg / H ) Mixes Liquids Conversion 75% Toluene Still Toluene Reaction : C7H 8 + H2 = C6H6 + CH4

  30. DIAGRAMA PFD

  31. Convenciones para los Diagramas de Flujos de Procesos • Se representan TODOS los equipos junto con su descripción. Cada equipo tiene un número y un nombre • Todas las corrientes de proceso tienen un número. Se debe incluir una descripción de las condiciones (temperatura, presión),flujos y composición química ya sea en el diagrama o en un a TABLA adjunta. • Se deben representar TODAS las corrientes de servicios( vapor, aire, calefacción, etc.) que se alimentan a cada producto de alimentación. • Se deben representar los loops de control básicos que aseguran la estabilidad de las condiciones del proceso durante la operación normal.

  32. Process Flow Diagrams • Much more complex than a BFD. • Will include the following information. • Major equipment with names, numbers and descriptions • All streams shown with number, process conditions, and chemical composition. The latter two may be shown directly on the PFD or on an accompanying stream table. • All utility streams to major equipment • Basic control strategies and control loops for normal operation.

  33. Process Flow Diagram

  34. Proceso de licuación del aire

  35. Diagrama PFD

  36. DIAGRAMA P&ID

  37. Piping and Instrumentation Diagrams(P&ID’s) • P & ID’s represent the last step in process design • Requires completed process flow diagrams (PFD’s) • P & ID’s are a key document for construction and operation of a facility • The source of data for instrument lists, equipment lists, piping isometrics. • Referred to frequently during HAZOP, startup, routine operation, maintenance, debottlenecking, and upgrades • A process cannot be adequately designed without proper P & ID’s

  38. Components of a P&ID • The P&ID includes every mechanical aspect of the plant (with some exceptions to be detailed shortly). • Each PFD will require many P&IDs to provide the necessary data.

  39. Conventions in Constructing P&IDs • For equipment-show every piece including • spare units • parallel units • Summary details of each unit • For piping-include all lines including drains, sample connections and specify • size (use standard sizes) • schedule (thickness) • materials of construction • insulation (thickness and type)

  40. Conventions in Constructing P&Ids (cont’d) • For instruments-identify • indicators • recorders • controllers • show instrument lines • For utilities-identify • entrance utilities • exit utilities • exit to waste treatment facilities

  41. Exclusions from P&IDs • Operating Conditions T, P • Stream Flows • Equipment locations • Pipe routing • pipe lengths • pipe fittings • Supports, structures, and foundations

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