Procesos Quimicos

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Procesos Quimicos

  1. 1. TEMA 2: PROCESOS QUÍMICOS INICIO • INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN  Procesos Químicos en la Industria. Materias primas, DIAGRAMAS productos, servicios auxiliares y efluentes. Balances de Materia y Energía. Procesos continuos y batch. CORRIENTES • REPRESENTACIÓN DE PROCESOS OP. BÁSICAS  Diagramas de Bloques  PFD ( Diagramas de Flujo ) REACCIÓN  Control e Instrumentación ( P & I ) SERV. AUX.  Otros: en Planta, Isométricos, Constructivos … • CORRIENTES ASIGNATURAS  Características. Flujo. Equipo. • OPERACIONES BÁSICAS  Operaciones y unidades de proceso. Operaciones de separación y otras. Equipo. • PROCESOS DE REACCIÓN  Cinética, Equilibrio, Catalizadores y Conversión. Energía. Reactores. • SERVICIOS AUXILIARES  Energéticos. Operativos. Seguridad. Introducción a la Ingeniería Química UVa - 2: Procesos Químicos 1
  2. 2. INTRODUCCIÓN INICIO PROCESO QUÍMICO: persigue la obtención de un producto INTRODUCCIÓN químico (o una mezcla) con determinadas especificaciones. Con frecuencia son procesos dinámicos de FLUJO CONTINUO. ETAPAS DIAGRAMAS Energía CORRIENTES Alta Calidad OP. BÁSICAS REACCIÓN Materias SERV. AUX. Primas PROCESO Productos ASIGNATURAS Servicios Efluentes Auxiliares Subproductos Energía Residual Cálculo de Flujos Materiales  Balances de Materia Cálculo de Flujos Energéticos  Balances de Energía Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 2
  3. 3. ETAPAS ETAPAS GENÉRICAS DE LOS PROCESOS QUÍMICOS: INICIO  Tratamientos previos (Materias Primas).  Proceso de Reacción (puede no existir). INTRODUCCIÓN  Tratamientos posteriores (Productos de reacción). ETAPAS DIAGRAMAS Materias SERVICIOS AUXILIARES CORRIENTES Primas Materia + OP. BÁSICAS Energía REACCIÓN REACCIÓN SERV. AUX. Tratamiento previo Postratamiento Purificación Purificación Productos ASIGNATURAS (Op. Básicas) (Op. Básicas) Acondicionamiento Acondicionamiento Efluentes Efluentes No Reaccionados Subproductos RECIRCULACIÓN  La reacción no suele transcurrir con CONVERSIÓN completa.  Servicios Auxiliares: aportan y retiran energía y otros recursos. Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 3
  4. 4. REPRESENTACIÓN DE PROCESOS INICIO DIAGRAMAS DE PROCESO: INTRODUCCIÓN  Representaciones gráficas de los procesos. DIAGRAMAS  Forman parte de la DOCUMENTACIÓN del proceso. BLOQUES  Herramientas de gran utilidad en la COMPRENSIÓN y los PFD CÁLCULOS de los procesos. CORRIENTES  Distintos niveles de detalle o puntos de vista:  Diagramas de BLOQUES. OP. BÁSICAS  Diagramas de Flujo (PFD, Process Flow Diagrams). REACCIÓN  Instrumentación y Control (P&I, Piping&Instrumentation). SERV. AUX.  Otros diagramas: en Planta, Isométricos, Constructivos, ASIGNATURAS de Detalle, … [ El mantenimiento de la DOCUMENTACIÓN · DIAGRAMAS de los procesos es una (ardua) tarea de FUNDAMENTAL importancia en la OPERACIÓN y cuando se abordan MODIFICACIONES de los mismos ] Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 4
  5. 5. DIAGRAMAS DE BLOQUES INICIO  Formados exclusivamente por CORRIENTES y BLOQUES. INTRODUCCIÓN  CORRIENTES: DIAGRAMAS  Líneas de flujo entre BLOQUES (o Límites de Batería). BLOQUES  Suelen marcar su dirección de flujo e ir nombradas o numeradas. 1 2  BLOQUES («ISLAS»):  Abstracción de Unidades de Proceso (o conjuntos de Unidades) PFD que llevan a cabo transformaciones en las corrientes. CORRIENTES  Unidos entre si por corrientes. Suelen ir nombrados. OP. BÁSICAS  Pueden representar conjuntos muy complejos. REACCIÓN  No incluyen Servicios Auxiliares ni detalles constructivos, pero los SERV. AUX. bloques pueden recordar las formas reales.  Permiten COMPRENDER la circulación general (entradas, orden de ASIGNATURAS flujo, recirculaciones, bypasses, escisiones, mezclas, salidas).  Adecuados para los BALANCES de MATERIA y ENERGÍA (esta asig.).  Pueden ir acompañados de una TABLA de CORRIENTES, o una descripción de las VARIABLES de PROCESO, a veces sobre el diagrama. Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 5
  6. 6. EJEMPLOS DE DIAGRAMAS DE BLOQUES (1) INICIO INTRODUCCIÓN DIAGRAMAS BLOQUES 1 2 PFD CORRIENTES OP. BÁSICAS REACCIÓN SERV. AUX.   N2 O2 C8H10 C3H8O3 H2O F 742600 197400 60000 0 0 ASIGNATURAS A 196974 285897 79914 0 237704 B 196974 142051 31966 47948 381549 S 0 0 0 47948 0 P 742600 53554 12051 0 143846 R 122714 88497 19914 0 237704 Tabla de Corrientes Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 6
  7. 7. EJEMPLOS DE DIAGRAMAS DE BLOQUES (2) INICIO INTRODUCCIÓN DIAGRAMAS BLOQUES 1 2 PFD CORRIENTES OP. BÁSICAS REACCIÓN SERV. AUX. ASIGNATURAS Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 7
  8. 8. PFD (DIAGRAMAS DE FLUJO) INICIO  Documento gráfico DE REFERENCIA para la descripción del proceso. INTRODUCCIÓN  Mayor detalle que los de bloque, especialmente en los equipos. DIAGRAMAS  Contiene todos los equipos individuales, salvo los menos importantes.  No suelen incluir: BLOQUES  Circuitos de Servicios Auxiliares, pero si cuales y donde se usan. PFD  Instrumentación ni lazos de control, excepto algunos de DENOM importancia especial. EJEMP  Los símbolos recuerdan la forma del equipo. No existe simbología TABLAS normalizada fuera de cada empresa, pero se parecen de una a otra.  Tabla de Corrientes y Cajetín con datos del propio diagrama. CAJETIN  Pueden aparecer Tablas para los servicios Auxiliares y con las CORRIENTES características de cada equipo. OP. BÁSICAS  Nomenclatura precisa (no estandarizada) para:  Equipo REACCIÓN  Conducciones SERV. AUX.  Banderas para la identificación –numeración– de las corrientes. ASIGNATURAS  Banderas con valores de algunas variables importantes (P, T)  A veces, varios planos distintos. Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 8
  9. 9. DENOMINACIÓN EQUIPOS PFD INICIO R-220 INTRODUCCIÓN Equipo individual DIAGRAMAS principal BLOQUES Unidad PFD Área DENOM Tipo (Reactor) EJEMP L-223 A/B : TABLAS Una bomba (L), CAJETIN equipo individual 3, CORRIENTES duplicada (A/B), que trabaja para la Unidad OP. BÁSICAS 20 del Área 200 REACCIÓN Los códigos de equipo SERV. AUX. se listarán en la parte superior o inferior del ASIGNATURAS diagrama, lo más cerca del dispositivo que sea posible. Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 9
  10. 10. EJEMPLO DE DIAGRAMAS DE FLUJO INICIO INTRODUCCIÓN DIAGRAMAS BLOQUES PFD DENOM EJEMP TABLAS CAJETIN CORRIENTES OP. BÁSICAS REACCIÓN SERV. AUX. ASIGNATURAS Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 10
  11. 11. TABLAS DE CORRIENTES Y SERVICIOS AUX INICIO INTRODUCCIÓN DIAGRAMAS BLOQUES PFD DENOM EJEMP TABLAS CAJETIN CORRIENTES OP. BÁSICAS REACCIÓN SERV. AUX. ASIGNATURAS Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 11
  12. 12. TABLA DE EQUIPO, CAJETIN Y SÍMBOLOS INICIO INTRODUCCIÓN DIAGRAMAS BLOQUES PFD DENOM EJEMP TABLAS CAJETIN CORRIENTES OP. BÁSICAS REACCIÓN SERV. AUX. ASIGNATURAS Introducción a la Ingeniería Química UVa - 1: Procesos Químicos 12
  13. 13. CORRIENTES INICIO  Líneas de flujo material entre Dispositivos y/o Límites de Batería. INTRODUCCIÓN  Propiedades:  Flujo o velocidad de flujo: Másico [kg/h], Molar [molg/s], DIAGRAMAS Volumétrico (Caudal) [m3/h] … CORRIENTES  Composición: Fracción molar, % (w/w), % (V/V) … OP. BÁSICAS  Fase: Sólido, Líquido, Vapor, mezclas (título: % V en V+L). REACCIÓN  Físicas: Viscosidad, Densidad, Tensión Superficial…  Parámetros SHE : Inflamabilidad, Toxicidad, Peligro SERV. AUX. para el Medio Ambiente … 2 3 ASIGNATURAS  Equipo asociado:  Conducciones, Tuberías, Tanques de Espera y Almacenamiento.  Bombas, Compresores, Soplantes, Ventiladores.  Medidores (de flujo, composición, temperatura, presión …).  Válvulas.  Acondicionamiento: T (Calentamiento – Enfriamiento) , P (Compresión – Expansión) , Material (Adicción – Escisión). Introducción a la Ingeniería Química UVa - 2: Procesos Químicos 13
  14. 14. OPERACIONES BÁSICAS INICIO  MODIFICAN el número, composición o características físicas o químicas INTRODUCCIÓN de las corrientes que les llegan, TRANSFORMÁNDOLAS en otras distintas.  Uniones o Mezclas: DIAGRAMAS  Escisiones o Divisiones: CORRIENTES  Especialmente importantes las O. B. de SEPARACIÓN: OP. BÁSICAS  Se basan en la creación de nuevas fases y separación de estas. REACCIÓN  Gobernadas por el EQUILIBRIO ENTRE FASES y la SERV. AUX. TRANSFERENCIA de MATERIA.  Algunas de las mas comunes: ASIGNATURAS SEP  Filtración  Flash  Destilación / Rectificación / Stripping S  Quenching E P  Absorción  Adsorción  Extracciones Líquido-Líquido (ELL) y Sólido-Líquido (ESL)  Cristalización  Membranas  Floculación-Sedimentación … Introducción a la Ingeniería Química UVa - 2: Procesos Químicos 14
  15. 15. PROCESOS DE REACCIÓN INICIO  Transformaciones QUÍMICAS en la NATURALEZA de algún compuesto. INTRODUCCIÓN REACTIVOS ALIMENTACIÓN REACTOR EFLUENTE : PRODUCTOS (REACTIVOS...) DIAGRAMAS SUBPRODUCTOS INERTES CORRIENTES  La transformación puede ser total o parcial, rápida o lenta, dependiendo OP. BÁSICAS de la CINÉTICA y del EQUILIBRIO TERMODINÁMICO. REACCIÓN  CONVERSIÓN: % de un reactivo que se transforma.  Los CATALIZADORES pueden aumentar la CINÉTICA pero no SERV. AUX. modificar el EQUILIBRIO TERMODINÁMICO. ASIGNATURAS  Van acompañados de una ENERGÍA ( o flujo de energía) de reacción:  Procesos: endotérmicos, exotérmicos.  Reactores: isotérmicos, adiabáticos, calentados, refrigerados …  Reactores:  De flujo de pistón, lechos catalíticos (porosos o fluidizados), de tanque agitado … REACTIVOS REACTIVOS REACTIVOS PRODUCTOS REACTIVOS PRODUCTOS SUBPRODUCTOS SUBPRODUCTOS REACTOR REACTOR Introducción a la Ingeniería Química UVa - 2: Procesos Químicos 15
  16. 16. SERVICIOS AUXILIARES INICIO  Proporcionan al proceso distintos RECURSOS necesarios: INTRODUCCIÓN  Energéticos:  Calefacción: vapor, humos de combustión, aceites térmicos … DIAGRAMAS  Refrigeración: agua de refrigeración, refrigerantes baja T … CORRIENTES SALIDA FLUIDO PROCESO ENTRADA FLUIDO FRÍO S. AUX. OP. BÁSICAS HORNO SALIDA ENTRADA REACCIÓN FLUIDO PROCESO S. AUX. FLUIDO CALIENTE  Trabajo mecánico: circuitos hidráulicos y neumáticos de SERV. AUX. fuerza, electricidad para motores … ASIGNATURAS  Operativos:  Transmisión de información: aire comprimido (control).  Atmósferas controladas: gases inertes industriales.  Seguridad:  Agua contra incendios (para hidrantes).  Aire medicinal.  Refrigeración para enfriamiento súbito (reactores).  No forman parte del NÚCLEO del proceso:  (Pero si de los balances de materia y energía).  Similares en muchos procesos distintos. Introducción a la Ingeniería Química UVa - 2: Procesos Químicos 16
  17. 17. TEMA 1: PROCESOS QUÍMICOS Q.Industrial 5º Tec. M.Ambiente 4º Simulación 4º Contaminación Q.Industrial 5º INICIO Optimización 5º (Varias op.) 4º,5º • INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN  Procesos Químicos en la Industria. Materias primas, DIAGRAMAS productos, servicios auxiliares y efluentes. Balances de Materia y Energía. Procesos continuos y batch. Introd. I.Q. 1º CORRIENTES • DIAGRAMAS DE PROCESO Serv.Auxiliares 5º Integ Energ 5º OP. BÁSICAS  Bloques Introd. I.Q. 1º Proyectos 5º Simulación 4º  PFD ( Diagrama de Flujo ) P.Fin de Carr. Optimización 5º REACCIÓN  Control e Instrumentación ( P & I ) Control Instr 5º SERV. AUX.  Otros: en Planta, Isométricos, Constructivos … • CORRIENTES OB Flujos Fluidos 2º ASIGNATURAS Termo. Ap 3º  Características. Flujo. Equipo. Op Separación I,II 4º,5º Exp. Gráfica 1º Materiales 3º • OPERACIONES BÁSICAS OB Trans Calor 3º Diseño Equipos 5º  Operaciones y unidades de proceso. Operaciones de Diseño Equipos separación y otras. Equipo. Q. Física 1º Intro. Termo 2º Instalaciones 5º • PROCESOS DE REACCIÓN Termo. Ap 3º Introd. I.Q. 1º Q. Física 1º  Cinética, Equilibrio, Catalizadores y Conversión. Orgánica1º Inorgánica 1º Energía. Reactores. Reactores Químicos 4º • SERVICIOS AUXILIARES Cinética Ap 3º  Energéticos. Operativos. Seguridad. Introd. I.Q. 1º Serv.Auxiliares 5º Seguridad y Riesgos 5º Tecnolog Electrica 3º Tecnolog Energetica 5º Introducción a la Ingeniería Química UVa - 2: Procesos Químicos 17

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