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Turton CAP 1. Diagramas para entender procesos químicos

La forma más efectiva de comunicar información sobre un proceso es a través del uso de diagramas de flujo. Se usan con la finalidad de que a medida que surgen los problemas en el diseño del proceso y se resuelven, el equipo puede reparar y volver a dibujar el diagrama, estos actúan como una base primaria para la comprensión del proceso, en la industria química se tienen tres tipos de diagramas que son de suma importancia:

1. Diagramas de flujo de bloques (BFD)

Este diagrama consiste en una serie de bloques que representan diferentes equipos u operaciones unitarias que son conectadas por flujos de entrada y salida. Contiene información importante, como las temperaturas, presiones, conversión y rendimiento, caudales y algunas composiciones químicas. Sin embargo, el diagrama no incluye ningún detalle de los equipos dentro de los bloques.

Ofrece una visión general clara de un proceso no contiene muchos detalles relacionados con el proceso. Cada bloque en el diagrama representa una función de proceso y puede, en realidad, consistir en varias piezas de un equipo.

El diagrama es muy útil para "familiarizarse con el proceso". Los diagramas del proceso de flujo de bloques a menudo son muy útiles para conceptualizar nuevos procesos y explicar las características principales del Proceso sin atascarse en los detalles.

El formato general de los diagramas de proceso de flujo de bloques se presentan son:

• Las operaciones se muestran por bloques.
• Las líneas se muestran con flechas que indican la dirección del flujo
• El flujo va de izquierda a derecha siempre que sea posible
• Flujo ligero (gases) hacia arriba, flujo pesado (líquidos y sólidos) hacia el fondo
• Solo se suministra información crítica para el proceso dado
• Si las líneas se cruzan, entonces la línea horizontal es continua y la vertical se rompe
• Se proporciona balance de materia

Diagrama de la planta de flujo de bloques: Cada proceso químico completo es representado en un bloque, y permite obtener una imagen completa de lo que se hace en una planta y cómo interactúan los diferentes procesos, proporcionando la información necesaria sobre cada unidad de proceso

1. Diagramas de flujo de procesos (PFD)

Este diagrama es más avanzado en cuanto a información se trata y contiene toda la información necesaria para el diseño de un proceso químico. Un PFD comercial típico contendrá la siguiente información:

• Todos los equipos principales serán representados en el diagrama junto con un número único y un nombre y una descripción.
• Todos los flujos del proceso se mostrarán e identificarán con un número, una descripción de las condiciones de proceso y composición química de cada corriente. Estos datos se mostrarán directamente en el PFD o en una tabla de resumen de flujo adjunta.
• Se mostrara la función de todos los flujos suministrados a los equipos principales.
• Se mostraran los lazos de control básico, que ilustran la estrategia de control utilizada para operar el proceso a condiciones normales.

Es esencial que sea fácil de seguir, para evitar errores en la presentación e interpretación. La información básica que puede haber en un PFD se puede clasificar en:

1. Topología de proceso: Interacción entre el equipo y los flujos de proceso. EJ: P-101 Bomba de alimentación de tolueno.
2. Información de los flujos o corrientes: Da información acerca de la corriente de flujo, las líneas de flujos tienen un diamante y dentro de este es un número que la identifica como única, y la dirección de dicho flujo se muestra mediante una flecha.

[pic 1]

1. Información del equipo: información necesaria para estimar costos del equipo y como escogerlo.

El PFD es el primer diagrama completo dibujado para cualquier planta nueva o proceso. Proporciona toda la información necesaria para entender el proceso químico además, se da suficiente información sobre el equipamiento, energía, y balances de materia para establecer un protocolo de control de procesos y preparar estimaciones de costos ayudando así a determinar la viabilidad económica del proceso.

1. Diagramas de tubería e instrumentación (P&ID)

Proporciona la información que se necesita para comenzar a planificar la construcción de la planta. El P&ID incluye todos los aspectos mecánicos de la planta excepto la información dada a continuación:

• Condiciones de operación (T,P)
• Flujos
• Ubicación de equipos
• Rutas de tuberías (longitudes y accesorios)
• Soportes y estructuras

 Toda la información del proceso que se puede medir en la planta se muestra en el P&ID por banderas circulares. Esto incluye la información a ser registrada y utilizada en bucles de control de proceso. Las banderas circulares en el diagrama indican donde la información se obtiene en el proceso e identificar las medidas tomadas y cómo. El elemento de control final es una válvula.

[pic 2]

Otros diagramas.

• Diagrama tridimensional: es una representación tridimensional del proceso, muy útil a la hora de construir la planta, de escoger áreas para los equipos que permitan el mantenimiento o su reemplazo, de ubicar las válvulas de control para que puedan ser manipuladas por el operador.

Preguntas

1. ¿Cuáles son los tres tipos principales de diagramas utilizados por los ingenieros de procesos para describir el flujo de químicos en un proceso?
   R/ Diagrama de flujo de bloques (BFD), de flujo de proceso (PFD), de tubería e instrumentos (P&ID)
   ¿En cuál de estos diagramas esperaría ver los siguientes artículos?
   a. La temperatura y presión de un flujo de proceso. R/ PFD
   b. una visión general de un proceso de unidades múltiples. R/ BFD
   c. un circuito de control importante R/ P&ID y PFD
   d. un indicador de presión R/ P&ID
   e. una válvula de alivio de presión R/ P&ID
   
2. Se ha producido un problema en el elemento de medición de un indicador de nivel en un reactor por lotes. ¿A qué diagrama principal debe referirse para solucionar el problema? R/ P&ID
   
3. ¿Por qué es importante que un ingeniero de procesos pueda revisar un modelo tridimensional (actual o virtual / electrónico) de la planta antes de la construcción? R/  Es importante que un ingeniero de procesos pueda revisar un modelo tridimensional antes de la fase de construcción para verificar el espacio libre, la accesibilidad y el diseño del equipo, tuberías, y la instrumentación.
   
4. Nombra cinco cosas que afectarían la ubicación de diferentes equipos al determinar la disposición del equipo en una unidad de proceso.
   R/ (1) Espacio libre para la extracción del haz de tubos en un intercambiador de calor.
   (2) NPSH en una bomba: afecta la separación vertical del recipiente de alimentación y la entrada de la bomba.
   (3) Accesibilidad de un instrumento para un operador: debe poder leer un PI o cambiar / mover una válvula.
   (4) Separación de equipos por razones de seguridad: reactores y compresores.
   (5) Acceso de grúa para retirar equipo.

(6) Posicionamiento vertical del equipo para permitir el flujo por gravedad del líquido.
(7) Cabezal hidrostático para el hervidor por termosifón: afecta la altura de la falda de la columna.

1. ¿Por qué los modelos de planta precisos (hechos de piezas de plástico) ya no se fabrican como parte del proceso de diseño? ¿Qué función jugaron estos modelos y cómo se realiza esta función ahora? R/ Los modelos de plástico ya no se fabrican porque son demasiado caros y difíciles de fabricar cuando se van cambiar / revisar. Estos modelos han sido remplazados por modelos virtuales utilizando 3-D CAD. Ambos modelos permiten la revisión de equipos críticos y la colocación de instrumentos para asegurar el acceso operabilidad y seguridad.
2. Hay dos razones comunes para elevar el fondo de una torre por medio de una "falda". Una razón es proporcionar suficiente NPSHA para las bombas de productos de fondo para evitar la cavitación. ¿Cuál es la otra razón? R/ Otra razón para elevar la parte inferior de una torre es proporcionar suficiente cabeza hidrostática, Fuerza motriz para operar un termosifón de calderas.
   
3. cuál de los diagramas principales se debe utilizar para hacer lo siguiente:
   a. Determinar el número de bandejas es una columna de destilación R/ PFD o P&ID

b. ¿Determinar las temperaturas superior e inferior en una columna de destilación? R/ PFD

c. ¿Validar el balance general de material para un proceso? R/ PFD

d. ¿Verificar la instrumentación de un equipo determinado en una revisión previa al arranque? R/ P&ID

e. ¿Determinar el balance general de materiales para una planta química completa? R/ BFD o todas las PFD

1. ¿Cuál es el propósito de un bastidor de tubería en un proceso químico? R/  Un bastidor de tubería proporciona un camino claro para la tubería dentro y entre los procesos. Mantiene la tubería fuera del suelo para eliminar los peligros de tropiezos y lo eleva por encima de las carreteras para permitir que el vehículo acceso
   
2. ¿Cuándo se preferiría una disposición de diseño de planta vertical montada en una estructura en lugar de una disposición en línea horizontal montada en grado? R/ Se prefiere un diseño de planta vertical montado en una estructura cuando el terreno es un bien escaso y el proceso debe tener una huella pequeña. La desventaja es que es más costoso debido al acero estructural adicional
   
3. Un proceso que se está considerando para la construcción ha sido a través de varias revisiones técnicas; El flujo de bloques, el flujo del proceso y los diagramas de tuberías e instrumentación están disponibles para el proceso. Explique los cambios que tendría que realizar en los tres diagramas principales si durante una revisión final previa a la construcción, se realizaron los siguientes cambios:

a. La eficiencia de un calentador encendido se había especificado incorrectamente como 92% en lugar del 82%.

R/ BFD: No hay cambios.
PFD: se modificó la eficiencia en el calentador encendido, cambie el tamaño de cualquier intercambiador de calor utilizado para extraer calor del gas de combustión (economizador)

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