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Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos

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SECCIÓN 1


La primera sección de este libro consta de los capítulos 14. Capítulo 1 cubre el im diagramas portantes que se utilizan de forma rutinaria por los ingenieros químicos para ayudar a diseñar y comprender los procesos químicos. El libro comienza con esta sección y capítulo debido a que casi toda la información técnica que se presenta en la re mainder del libro es, de alguna manera, relacionado con los tres esquemas principales que se presentan en el capítulo 1. Estos tres diagramas son el diagrama de flujo de bloques (BFD), diagrama de flujo del proceso (PFD), y el diagrama de tuberías e instrumento (P & ID). Además, la representación tridimensional de un proceso es intro producido, y algunas de las cuestiones básicas sobre la ubicación del equipo se dirigen. En el capítulo 2 se investiga el proceso evolutivo del diseño. La entrada estructura de salida de un proceso se presenta, y los bloques de construcción básicos que son común a todos los procesos se introducen. Las diferentes estructuras de reciclaje procesos se ilustran, y la justificación de la adición de material inerte a la alimentación es También se explica. En el capítulo 3, Métodos de rastreo de especies químicas a través de un flujo de proceso di agram se dan. Siguiendo los caminos de insumos químicos y reactivos, es posi ble para obtener una imagen mucho más clara de lo que está ocurriendo en un proceso existente. Por último, en el capítulo 4, las condiciones en las que operan los diferentes equipos se discuten y se explica. El concepto de condiciones de especial preocupación es ex explicado, y ejemplos de tales condiciones se identifican y se explican en el con texto del proceso de hidrodesalquilación tolueno. Capítulo 1: Diagramas para comprender los procesos químicos Los diagramas técnicos utilizados por los ingenieros químicos son pre SENTED. Estos diagramas incluyen el diagrama de flujo de bloques (BFD), el proceso de diagrama de flujo (PFD), y el diagrama de proceso e instrumentación (P & ID). 9

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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos Un método estándar para la presentación de un PFD se da y se ilustra usando una

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proceso para producir benceno a través de la hidrodesalquilación catalítica de tolueno. La topología 3D de los procesos químicos se introduce, y algunos información básica se presenta mación sobre el espaciado y la elevación de equipos. Estas con conceptos se ilustran adicionalmente en el archivo AVI Planta tour virtual en la acción de CD companying el libro de texto. Capítulo 2: La Estructura y Síntesis del Proceso de Diagramas de Flujo El proceso evolutivo del diseño se investiga. Esta evolución comienza con el concepto de diagrama de proceso que muestra la estructura de entrada y salida de todos procesos. Desde este punto de partida simple, el ingeniero puede estimar el bruto los márgenes de beneficios de los procesos de la competencia y de los procesos que utilizan diferentes rutas de síntesis química para producir el mismo producto. En este capítulo, es se muestra que todos los procesos tienen una estructura similar de entrada / salida mediante el cual prima materiales entran en un proceso y se hacen reaccionar para formar productos y subproductos. Estos productos se separan de la alimentación sin reaccionar, que normalmente se recicla. Las corrientes de producto se purifican a continuación para producir productos que sean aceptables para el mercado. Todo el equipo en un proceso se pueden clasificar en una de las seis elementos del diagrama de proceso de flujo de bloques genérico. El proceso de proceso de diseño continúa construyendo diagramas de flujo preliminares de estas funciones básicas cionales elementos que son comunes a todos los procesos. Capítulo 3: Los productos químicos de rastreo a través del Proceso Diagrama de Flujo Con el fin de obtener una mejor comprensión de un PFD, a menudo es necesario guientes bajo el flujo de componentes químicos clave a través de la figura. Este capítulo ter presenta dos métodos diferentes para lograr esto. El trazado del químico cals a través del proceso refuerza nuestra comprensión del papel que cada uno pedazo de obras de equipamiento. En la mayoría de los casos, las principales especies químicas pueden ser seguido en todo el diagrama de flujo usando lógica simple sin hacer referencia a la tabla resumen de flujo. Capítulo 4: Condiciones de proceso Comprensión Una vez que la conectividad o la topología de la PFD ha sido entendida, es nece nece entender por qué un pedazo de equipo se opera a una presión dada y la temperatura. Se introduce la idea de las condiciones de especial preocupación. Estas condiciones son ya sea costoso de implementar (debido a los materiales especiales de la construcción y / o el uso de vasos de paredes gruesas) o utilizar UTILIDADES caros lazos. Las razones para el uso de estas condiciones se presentan y explican.

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CAPÍTULO 1

Diagramas para entender Procesos Químicos

La industria de procesos químicos (I) está implicada en la producción de una amplia variabilidad ety de productos que mejoran la calidad de nuestras vidas y generan ingresos para el empresas y sus accionistas. En general, los procesos químicos son complejos, y los ingenieros químicos en la industria se encuentran con una variedad de flujo de proceso químico https://translate.googlecontent.com/translate_f

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diagramas. Estos procesos a menudo implican sustancias de alta reactividad química, alta toxicidad, corrosividad y de alta operando a altas presiones y temperaturas. Estas características pueden conducir a una variedad de consecuencias potencialmente serias, in explosiones cluyendo, daños al medio ambiente, y las amenazas a la salud de las personas. es esencial que los errores u omisiones que resulta de la comunicación perdida entre personas y / o grupos involucrados en el diseño y la operación no se producen cuando tratar con procesos químicos. La información visual es la forma más clara de presentar material y es menos probable que sea mal interpretado. Por estas razones, es esencial que los ingenieros químicos ser capaz de formular diagramas de proceso adecuadas y ser experto en el análisis e interpretación de diagramas elaborados por otros.

La manera más efectiva de comunicar información acerca de una proceso es mediante el uso de diagramas de flujo.

En este capítulo se presenta y discute los diagramas de flujo más comunes ES contrarrestado en la industria de procesos químicos. Estos diagramas evolucionan desde el momento un proceso es concebido en el laboratorio a través del diseño, la construcción y el muchos años de operación de la planta. El más importante de estos diagramas están diseñados descrito y discutido en este capítulo. 11


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos El siguiente relato está tomado de Kauffman [1] (adaptado con permiso del Instituto Americano de Ingenieros Químicos, AIChE copyright © 1986, todos los derechos reservados) y describe una historia caso representativo en relación con el desa rrollo de un nuevo proceso químico. Muestra cómo los equipos de ingenieros trabajan To gether para proporcionar un diseño de la planta e introduce los tipos de diagramas que serán explorado en este capítulo. El grupo de investigación y desarrollo en ABC Chemicals Company funcionó de manera para producir souptol alfabeta (ABS). Los ingenieros de proceso asignados a trabajar con el de grupo de desarrollo han reconstruido un proceso continuo para la fabricación de ABS en com comerciales cantidades y han probado las piezas clave de la misma. Este trabajo involucrados cientos de diagramas de flujo de bloques, algunos más complejos que otros. Con base en la información de Rived de estos diagramas de flujo de bloques, se tomó la decisión de proceder con este proceso. Un equipo de ingenieros de proceso, desde la oficina central de ABC lleva a cabo el detallado cálculos de procesos, balances de materia y energía, dimensionamiento de equipos de trabajo, etc. con su departamento de redacción, se produjeron una serie de PFD (Flujo de proceso Diá gramos) para el proceso. A medida que surgen problemas y se resuelven, el equipo puede revisar y re dibujar los chalecos salvavidas. A menudo, el trabajo requiere de varias rondas de elaboración, verificación y revisor. Especialistas en la destilación, control de procesos, la cinética, y la transferencia de calor son contratado para ayudar al equipo de proceso en áreas clave. Algunos son empleados de la compañía y otros son consultores. Desde ABC sólo es una empresa de tamaño moderado, que no tiene personal suficiente para preparar los ID 120 P & (tuberías y Diagramas de Instrumentación) necesarios para la nueva planta de ABS. ABC contrata a una empresa de ingeniería y construcción conocida (E & C Company), DEFCO, para hacer este trabajo para ellos. La compañía asigna dos del ABC equipos de proceso para trabajar en DEFCO para coordinar el trabajo. Ingenieros de procesos de DEFCO, especialistas, y el departamento de redacción de preparar el P & ID. Ellos hacen gran parte de la detallada ingeniería (tamaños de tubería, las especificaciones de las válvulas, etc.), así como el dibujo real. los trabajo puede tomar dos a seis meses. Cada dibujo es revisado por el equipo de proyecto de DEFCO y por el equipo de ABC. Si hay desacuerdos, los ingenieros y especialistas de la las empresas deben resolverlos. Por último, todos los chalecos salvavidas y los P & IDs se han completado y aprobado. ABC puede ahora seguir adelante con la construcción. Pueden extender su contrato con DEFCO a incluir esta fase, o pueden salir a licitación la construcción de un número de fuentes. Este relato describe una secuencia típica de eventos que tienen un proyecto de sus etapas iniciales a través de la construcción de la planta. Si DEFCO había llevado a cabo la con construcción, ABC pudo seguir adelante y hacerse cargo de la planta o DEFCO podría ser con extrajeron para llevar a cabo la puesta en marcha y que encargue la planta. Una vez satisfactoria se han cumplido las especificaciones de rendimiento, ABC se haría cargo de la operación de la planta y la producción comercial comenzaría. Desde la concepción del proceso a la vez que la planta se pone en marcha, dos o más


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habrán transcurrido años y millones de dólares se han gastado sin REV Enue de la planta. La planta debe operar con éxito durante muchos años para pro duce ingresos suficientes para pagar todas las operaciones de la planta y para pagar los costos


Capítulo 1 Diagramas para entender los procesos químicos

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asociados con el diseño y la construcción de la planta. Durante este período de funcionamiento, muchos cambios imprevistos son propensos a tener lugar. La calidad de las materias primas utilizado por la planta, pudiendo cambiar, las especificaciones del producto pueden ser planteadas, la producción la tarifa puede ser necesario aumentar el rendimiento del equipo disminuirá debido de desgaste, el desarrollo de nuevos y mejores catalizadores se producirá, los costos de UTILIDADES relaciones cambiarán, las nuevas regulaciones ambientales pueden ser introducidos o mejorados equipo puede aparecer en el mercado. Como resultado de estos cambios no planificados, operaciones de la planta se deben modificar. Aunque la información que operan en los diagramas de proceso originales permanece in formativa, el rendimiento real tomada de la planta operativo será diferente ent. Las condiciones de operación actuales van a aparecer en las versiones actualizadas de la varios diagramas de proceso, que actuarán como base principal para la comprensión los cambios que tienen lugar en la planta. Estos diagramas de proceso son esenciales para una ingeniero que se ha pedido para diagnosticar problemas de funcionamiento, para resolver problemas en las operaciones, a descongestionar los sistemas para aumentar la capacidad, y para predecir el efectos de hacer cambios en las condiciones de funcionamiento. Todas estas actividades son esen cial con el fin de mantener la operación de la planta rentable. En este capítulo, nos concentramos en tres diagramas que son importantes para ingenieros químicos: flujo de bloques, el flujo de proceso y tuberías e instrumentación diagramas. De estos tres diagramas, nos encontraremos con que el más útil para química ingenieros es el PFD. La comprensión de la PFD representa un objetivo central de este libro de texto. 1.1 BLOQUE DE FLUJO DIAGRAMAS (BFDS) El diagrama de flujo de bloques se introdujo a principios de la educación de los niería química nieros. En los primeros cursos de balances de materia y energía, a menudo el primer paso era convertir un problema de la palabra en un diagrama de flujo de bloques visual simple. Este diálogo gramo fue una serie de bloques conectados con flujos de entrada y de flujo de salida. Ello condiciones de funcionamiento incluidos (temperatura y presión) y otra importante información como la conversión y recuperación, dada en el enunciado del problema. Ello no proporcionó detalles con respecto a lo que estaba involucrado dentro de los bloques, pero con trado en el flujo principal de corrientes a través del proceso. El diagrama de flujo de bloques puede tomar una de dos formas. En primer lugar, un flujo de bloques diálogo gramo puede extraerse para un solo proceso. Alternativamente, un diagrama de flujo de bloques puede se elaborará para un complejo químico completo que involucra muchos química diferente procesos. Diferenciamos entre estos dos tipos de diagrama llamando al primero un diagrama de proceso de flujo de bloques y la segunda planta de un diagrama de flujo de bloques. 1.1.1 Flujo Diagrama de bloques del proceso Un ejemplo de un diagrama de proceso de flujo de bloques se muestra en la Figura 1.1, y el proceso se ilustra a continuación se describe.


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Tolueno (10.000 kg / h)

Gas Mixta (2.610 kg / h) Gas Separador

Reactor

Benceno (8.210 kg / h) Hidrógeno (820 kg / h)

Conversión 75% Tolueno

Líquidos mezclados

Quieto

Tolueno Reacción: CH + H + CH CH → 7 8 2 6 6

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Figura 1.1 Flujo Diagrama de bloques del proceso para la producción de benceno

El tolueno y el hidrógeno se convierten en un reactor para producir benceno y metano. los reacción no va a finalizar, y no se requiere exceso de tolueno. El no condensable los gases se separan y se descargan. El producto de benceno y el tolueno sin reaccionar son después se separa por destilación. El tolueno se recicla de nuevo al reactor y la benceno elimina en la corriente de producto. Este diagrama de flujo de bloques proporciona una visión clara de la producción de Ben zene, sin obstáculos por los muchos detalles relacionados con el proceso. Cada bloque en el diagrama representa una función de proceso y puede, en realidad, consistir en varios piezas de equipo. El formato general y convenciones utilizados en la preparación de bloque de diagramas de proceso de flujo se presentan en la Tabla 1.1. Aunque mucha información no se encuentra en la Figura 1.1, está claro que tal diagrama es muy útil para "conseguir una sensación" para el proceso. Dia proceso de flujo Bloquear gramos forman a menudo el punto de partida para desarrollar un PFD. También son muy útiles en la conceptualización de nuevos procesos y explicar las principales características de la proceso sin empantanarse en los detalles. 1.1.2 Bloque de flujo Los diagramas de plantas Un ejemplo de un diagrama de flujo de bloques para la planta de un complejo químico completo es IL lustrated en la Figura 1.2. Este diagrama de flujo de bloques planta es para un carbón a una mayor alco hol planta de combustibles. Claramente, este es un proceso complicado en el que hay una serie productos de alcohol combustible producido a partir de una materia prima de carbón. Cada bloque en este diálogo



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Tabla 1.1 Convenciones y formato recomendado para el tendido de un flujo de bloque Diagrama de Proceso 1. Las operaciones mostradas por bloques 2. Principales líneas de flujo que se muestran con flechas que dan dirección del flujo 3. Flujo va de izquierda a derecha siempre que sea posible 4. Secuencia ligera (gases) hacia la parte superior con la corriente pesada (líquidos y sólidos) hacia fondo 5. La información crítica única para procesar suministra 6. Si las líneas se cruzan, a continuación, la línea horizontal es continua y la línea vertical se rompe. (jerarquía de todos los dibujos de este libro) 7. balance de materiales simplificado proporcionado gramo representa un proceso químico completo (compresores y turbinas son también muestra como trapecios), y podríamos, si quisiéramos, dibuje un proceso de flujo de bloques diálogo gram para cada bloque en la figura 1.2. La ventaja de un diagrama tal como la figura 1.2 es que nos permite obtener una visión completa de lo que hace esta planta y cómo todo los diferentes procesos interactúan. Por otro lado, a fin de mantener el diagrama https://translate.googlecontent.com/translate_f

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relativamente despejada información, sólo limitada disponible acerca de cada proceso unidad. Las convenciones para los diagramas de flujo de la planta de bloques de dibujo son esencialmente los mismo que figura en el cuadro 1.1. Ambos tipos de diagramas de flujo de bloques son útiles para explicar la opción general ración de las plantas químicas. Por ejemplo, tenemos en cuenta que acabas de unirte a una gran empresa de fabricación química que produce una amplia gama de ducto químico ductos del sitio al que han sido asignados. Lo más probable es ser dado un diagrama de flujo de bloques de planta que orientar a los productos y zonas importantes de operación. Una vez asignado a una de estas áreas, usted otra vez probablemente pro provisto con un diagrama de proceso de flujo de bloques que describe las operaciones en su particular, zona. Además de la función de orientación descrita anteriormente, el flujo de bloque de diálogo gramos se utilizan para esbozar y detectar posibles alternativas de proceso. Por lo tanto, se utilizan para transmitir información necesaria para tomar primeros comparaciones y elimi nate alternativas competir sin tener que hacer com detallada y costosa comparaciones. Diagrama de Flujo 1.2 Proceso (PFD) El diagrama de flujo del proceso (PFD) representa un paso cuántico desde el BFD en términos de la cantidad de información que contiene. El PFD contiene la mayor parte de los datos necesarios para el diseño de un proceso químico ingeniería química. por todos los esquemas analizados en este capítulo, no hay universalmente aceptada normas. El PFD de una compañía probablemente contendrá un poco diferente


sws a

a

ww

respiradero 2 agua 63 n 64 alcoholes ambiente + azufre 50 mezclada co2 54

47

57

CO2 argón agua + sc nitrógeno los gases purga a producto 75 co2 vapor escapeescoria

76 56 corriente 73 Rico 51 co2 separación bfw gas hidrocarburo 74 Planta Beavon alcohol separación syncombust'n vapor turbina 67

45

26A

67

23

alcohol síntesis 24

70

56A 5

37

56B purga

38

27 8A agua

17A20 Rectisol

25 COS hidrólisis

18

48

19

Gas Cambio Agrio

28

turbina gas

26

4 22A 22

41

39

sesenta y cinco co2eliminación

46 Planta Claus 42

59

68 gasRECOV

6 purga syn. calor 8 agua 4 36

71 bfw

Flujo Diagrama de bloques de la planta de carbón de alcohol superior C escoria Texaco Gasificador 33 manejo 13 9 3 2

Figura 1.2

2 planta carbón preparación criogénico O2 maquillaje 1 agua carbón

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agua aire

arribaagua10 12 metanol maquillaje caliza

agua 34

1 aire 1A

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información que el PFD para el mismo proceso de otra compañía. Teniendo hecho este punto, es justo decir que la mayoría de los PFD transmiten información muy similar. Un PFD comercial típico contendrá la siguiente información: 1. Todas las grandes piezas de equipo en el proceso estarán representados en el diagrama junto con una descripción del equipo. Cada pedazo de equipo ción tendrá asignado un número de equipo único y descriptivo nombre. 2. Todas las corrientes de flujo de proceso se le aparecen y se identifican por un número. Un de cripción de las condiciones del proceso y la composición química de cada corriente se incluirán. Estos datos se visualizan ya sea directamente en el PFD o incluidos en un cuadro resumen del flujo de acompañamiento. 3. Todos los flujos de servicios públicos suministrados al equipo principal que proporciona un proceso se mostrará función. 4. bucles de control básicos, que ilustra la estrategia de control se utiliza para operar el proceso durante las operaciones normales, se mostrará. Es claro que la PFD es un diagrama complejo que requiere un esfuerzo sustancial fortaleza para prepararse. Es esencial que, para evitar errores en la presentación y la interpretación ción debe permanecer despejada y sea fácil de seguir. A menudo PFD se dibujan en grandes hojas de papel (Tamaño D: 24 "× 36"), y varias hojas conectados pueden ser re rido para un proceso complejo. Debido a las limitaciones de tamaño de página asociados con este texto, PFD completos no puede presentarse aquí. En consecuencia, ciertas libertades se han tomado en la presentación de los chalecos salvavidas en este texto. En concreto, determinado la información se presentará en las tablas adjuntas y sólo lo esencial procesar la información se incluirá en el PFD. Los PFD resultantes conservarán claridad de la presentación, pero el lector debe consultar el sumario del flujo y equipos tablas de resumen Ment para extraer toda la información necesaria acerca de la proceso. Antes de discutir los diversos aspectos de la PFD, cabe señalar que la PFD y el proceso que se describe en este capítulo se utilizarán a lo largo del libro. El proceso es el hidrodesalquilación de tolueno para producir benceno. Este es un proceso comercial bien estudiada y bien entendido que todavía se utiliza hoy en día. El PFD que presentamos en este capítulo para este proceso es técnicamente posible, pero no es en modo optimizado. De hecho, hay muchas mejoras en el proceso tecnolo nología y el rendimiento económico que se puede hacer. Muchos de estos mejora mentos se harán evidentes cuando se presenta el material apropiado. Esta al mínimos de las técnicas previstas en este texto que se aplicarán para determinar tanto problemas técnicos y económicos en el proceso y para hacer lo necesario mejoras en los procesos. Por lo tanto, a medida que avanzamos a través del texto, vamos a iden tificar los puntos débiles en el diseño, hacer mejoras, y avanzar hacia una óptima diagrama de flujo del proceso mized.



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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos La información básica proporcionada por un PFD se pueden clasificar en una de las siguiendo: Topología 1. Proceso 2. Información Corriente 3. información Equipamiento Vamos a ver cada aspecto del PFD separado. Después hemos abordado cada uno de los tres temas, que nos traerá toda la información junta y presentar la PFD para el proceso de benceno. Topología 1.2.1 Proceso La Figura 1.3 es un diagrama de flujo del proceso esqueleto para la producción de benceno (ver también el diagrama de proceso de flujo de bloques en la figura 1.1). Este diagrama ilus esqueleto Trates la ubicación de las principales piezas de equipo y las conexiones que la corrientes de proceso hacen entre los equipos. La ubicación y la interacción entre los equipos de Tween y corrientes de proceso se conoce como la topología de proceso. Equipo está representado simbólicamente por los "iconos" que identifican unidad específica operaciones. Aunque la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) [2] publica un conjunto de símbolos para uso en la preparación diagramas de flujo, no es raro que los las empresas a utilizar los símbolos de la casa. También se da un amplio conjunto de símbolos por Austin [3]. Cualquiera que sea conjunto de símbolos que se utilizan, rara vez hay un problema en la iden ficar la operación representa cada icono. Figura 1.4 contiene una lista de la los símbolos utilizados en los diagramas de proceso presentan en este texto. Esta lista cubre más del 90% de los necesarios en los procesos de fluido (gas o líquido). La figura 1.3 muestra que cada pieza importante del equipo de proceso se identifica por un número en el diagrama. Una lista de los números de los equipos junto con una breve de nombre criptivo para el equipo está impreso a lo largo de la parte superior del diagrama. El lo cación de estos números de equipo y los nombres corresponde aproximadamente a la hori ubicación zontal de la pieza correspondiente del equipo. La convención para el formato y la identificación de los equipos de proceso se da en la Tabla 1.2. Tabla 1.2 proporciona la información necesaria para la identificación de la Iconos de equipos de proceso que se muestran en un PFD. Como un ejemplo de cómo utilizar esta información mación, considera la operación de la unidad P101A / B y lo que cada número o letra significa. P 101A / B identifica el equipo como una bomba P 1 01A / B indica que la bomba se encuentra en la zona 100 de la planta P1 01 A / B indica que esta bomba específica es la número 01 en la unidad 100. P101 A / B indica que una bomba de reserva está instalado. Por lo tanto, hay dos bombas idénticas P101A y P101B. Una bomba estará funcionando mientras que el otro es inactivo.


E105 Producto Refrigerador gas 16 combustible P102A / B Reflujo Bombas cw V104 Reflujo Tambor E104 Benceno Condensador T101 Benceno Columna E106 Benceno Rehervidor ower E103 Calentador T Alimentación

15 benceno P102A / B cw E105

19 V104 14 12 E104

13 10 lps T101 E103 17 8

s mp

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E106 18

V103

V102 cw E102


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Pres. V103 Bajo Fase septiembre

9 7 C101A / B

V102 HighPres. Fase septiembre fluido E102 Reactor EfRefrigerador B LA/ C101 RecycleGas Compresor

6 productos combustión

hps E101

R101 5 gas combustible

aire

4

H101

2

R101 Reactor H101 Alimentación Calentador

P101A / B E101 Alimentación Precalentador

Diagrama de Flujo de Proceso Esqueleto (PFD) para la producción de bence

V101

Luene 1 o oluene P101A / B T Bombas de alimentación T

3 Hidrógeno Figura 1.3

Luene o Almacenamiento V101 T Tambor

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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos

INTERCAMBIADORES DE CALOR TORRES

CALENTADOR ENCENDIDO

BUQUES

TANQUES DE ALMACENAJE REACTORES PROCESO DE ENTRADA VALVULA BOMBAS, TURBINAS, COMPRESORES

SALIDA DE PROCESO NÚMERO STREAM VÁLVULA DE CONTROL INSTRUMENTO BANDERA GLOBE VALVULA (control manual)

Figura 1.4 Símbolos para el proceso de dibujo de Diagramas de Flujo

La designación 100 área se utiliza para el proceso de benceno a lo largo este texto. Otros procesos que se presentan en el texto llevarán otras designaciones de área. A lo largo de la parte superior de la PFD, cada pieza de equipo de proceso se le asigna una descripción Nombre tiva. De la figura 1.3 se puede ver que la bomba P101 se llama el "tolueno alimentar la bomba. "Este nombre se utiliza comúnmente en las discusiones sobre el proceso y es sinónimo de P101. Durante la vida de la planta, se harán muchas modificaciones al proceso; a menudo será necesario sustituir o eliminar equipos de proceso. Cuando una pieza de equipo se desgasta y se sustituye por una nueva unidad que proporciona esencialmente https://translate.googlecontent.com/translate_f

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la misma función que el antiguo proceso de unidad, entonces no es raro que el nuevo pieza de equipo para heredar nombre y número (a menudo una ad del viejo equipo se utilizará el sufijo carta condicional, por ejemplo, H101 podría llegar a ser H101A). En el otro lado, si una modificación significativa proceso tiene lugar, entonces es habitual el uso de nuevo número de equipos y nombres. El siguiente ejemplo, tomado de la Figura 1.3, IL lustrates este concepto.



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Tabla 1.2 Convenciones utilizadas para la Identificación de Equipos de Proceso Equipos de Proceso

Formato general XXYZZ A / B

XX son las letras de identificación para la clasificación de los equipos C compresor o turbina E Intercambiador de calor Calentador de Fired H P Bomba R Reactor T Torre TK Tanque de almacenamiento V Embarcaciones Y designa un área dentro de la planta ZZ es la designación número para cada elemento de una clase de equipo A / B identifica unidades paralelas o unidades de copia de seguridad no se muestran en un PFD Información suplementaria Algunos datos de equipos que figura en la parte superior de PFD

Ejemplo 1.1 Los operadores informan de problemas frecuentes con E102, que han de ser investigados. El PFD para 100 área de la planta se revisa, y E102 se identifica como el "Reactor de Efluentes Cooler." La corriente de proceso que entra en el enfriador es una mezcla de condensable y no condensable gases a 654 ° C que se condensa parcialmente para formar una mezcla de dos fases. El refrigerante es agua a 30 ° C. Estas condiciones caracterizan un problema de transferencia de calor complejo. En adición, los operadores se han dado cuenta que la caída de presión a través de E102 fluctúa salvajemente en cierta veces, por lo que el control del proceso difícil. Debido a los problemas frecuentes con este intercambiador, se recomienda que E102 se sustituye por dos intercambiadores de calor separados. los primero intercambiador enfría el gas efluente y genera vapor necesario en la planta. El segundo intercambiador de usos del agua de enfriamiento para alcanzar la temperatura de salida deseada de 38 ° C. Estos ex cambiadores están para ser designados como E107 (reactor efluente de la caldera) y E108 (efluente del reactor condensador). La designación E102 está jubilado y no reasignado a los nuevos equipos. Ya está puede haber error que E107 y E108 son las nuevas unidades en este proceso y que E102 ya no existe. Haciendo referencia de nuevo a la figura 1.3, se puede observar que cada una de las corrientes de proceso se identifica por un número en una caja de diamantes ubicado en el arroyo. La direccion de la corriente se identifica mediante una o más puntas de flecha. El mero flujo de proceso fibras se utilizan para identificar las corrientes en el PFD, y el tipo de información que es normalmente dada para cada flujo se discute en la siguiente sección.



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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos También identificado en la figura 1.3 son corrientes de servicios públicos. Utilidades son servicios necesarios que están disponibles en la planta. Las plantas químicas se proporcionan con una gama de cen utilidades cen que incluyen electricidad, aire comprimido, agua de refrigeración, refrigerado agua, vapor, de retorno de condensado, gas inerte para la inertización, alcantarillado químicos, residuos tratamiento de aguas, y bengalas. Una lista de los servicios comunes se da en la Tabla 1.3, que también proporciona una guía para la identificación de corrientes de proceso. Cada utilidad es identificado por las iniciales previstas en la Tabla 1.3. Como ejemplo, vamos a localizar E102 en la Figura 1.3. La notación, cw, asociado con el nonprocess corriente que fluye en E102 indica que el agua de refrigeración se utiliza como refrigerante. La electricidad se utiliza para motores y generadores de energía es una utilidad adicional que No se identifica directamente en el PFD o en la Tabla 1.3, pero se trata por separado. La mayoría de las utilidades que se muestran están relacionados con equipos que añadir o eliminar calor dentro de la Tabla 1.3 Convenciones para la Identificación de procesos y servicios públicos Arroyos Proceso Arroyos Todas las convenciones que se muestran en la Tabla 1.1 se aplican. Símbolo de Diamante se encuentra en las líneas de flujo. Identificación numérica (único para esa corriente) que se inserta en el diamante. Flujo dirección indicada por las flechas en las líneas de flujo. Utilitarios Arroyos lps mps hps htm cw wr rw rb cs ss el ng fg fo fw

‡ De baja presión de vapor: 3.5 barg (sat) ‡ Mediana Presión de vapor: 1015 barg (sat) ‡ De alta presión de vapor: 4050 barg (sat) Transferencia de Calor de Medios (Orgánica): 400 ° C † El agua de refrigeración: Desde la torre de enfriamiento de 30 ° C volvió a menos de 45 ° C Río Agua: Agua de río 25 ° C volvió a menos de 35 ° C El agua refrigerada: En al 5 ° C regresado a menos de 15 ° C Salmuera refrigerada: En a 45 ° C regresado a menos de 0 ° C Químico de aguas residuales con alta DQO Aguas Residuales Sanitarias con alta DBO, etc. Calor eléctrico (especificar 220, 440, servicio de 660V) Gas natural Gas combustible Gasolina Agua contra incendios

‡Estas presiones se establecen durante las etapas de diseño preliminar y los valores típicos varían dentro de la rangos muestran. †Por encima de 45 ° C, escala significativa se produce.



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proceso con el fin de controlar las temperaturas. Esto es común para la mayoría químico procesos. 1.2.2 Información de Corriente A partir del diagrama de flujo de proceso, la figura 1.3, la identificación del proceso arroyos está claro. Para los pequeños diagramas que contienen sólo unas pocas operaciones, el ca cas de las corrientes tales como temperaturas, presiones, composiciones, y caudales se pueden mostrar directamente en la figura, adyacente a la corriente. Esto no es práctico para un diagrama más complejo. En este caso, sólo el número de corriente es proporcionado en el diagrama. Este indexa la corriente a la información en un flujo veranos mary o arroyo mesa, que a menudo se presenta a continuación el diagrama de flujo del proceso. En este texto la tabla de resumen de flujo se proporciona como un rio independiente a la PFD. La información del flujo que normalmente se da en una tabla resumen de flujo es dada en la Tabla 1.4. Se divide en dos grupos la información requerida y de opción informacióncional que puede ser importante para procesos específicos. El SUM flujo


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Tabla 1.4 Información proporcionada en un Resumen de Flujo Informacion esencial Número Corriente Temperatura (° C) Presión (bar) Fracción de vapor Total de Masa Caudal (kg / h) Total Mole Caudal (kmol / h) Los caudales de componentes individuales (kmol / h) información opcional Componente Mole Fracciones Componente fracciones de masa Los caudales de componentes individuales (kg / h) 3/ h) Los caudales volumétricos (m Propiedades físicas significativas Densidad Viscosidad Otros Termodinámica de datos Capacidad calorífica Corriente entalpía Valores K Corriente Nombre


24


Tabla 1.5 Flujo Tabla Resumen para el Proceso de benceno se muestra en la Figura 1.3 (y Figura 1.5) Número Corriente

1

Temperatura (° C) 25 Presión (bar) 1.90 Fracción de vapor 0.0 Flujo de Masa (ton / h) 10.0 Mole Flow (kmol / h) 108.7 Componente de flujo de Mole (kmol / h) Hidrógeno 0.0 El metano 0.0 Benceno 0.0 Tolueno 108.7

2

3

4

5

6

7

8

59 25 225 41 600 41 38 25.8 25.5 25.2 25.5 25.0 25.5 23.9 0.0 1.00 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 13.3 0.82 20.5 6.41 20.5 0.36 9.2 144.2 301.0 1204.4 758.8 1204.4 42.6 1100.8

0.0 286.0 0.0 15.0 1.0 0.0 143.2 0.0

735.4 449.4 317.3 302.2 7.6 6.6 144.0 0.7

735.4 317.3 7.6 144.0

25.2 16.95 0.37 0.04

651.9 438.3 9.55 1.05

mary mesa para el proceso de benceno, Figura 1.3, se da en la Tabla 1.5 y contiene toda la información necesaria que figuran en la Tabla 1.4. Con información de la PFD (Figura 1.3) y la tabla de resumen de flujo (Tabla 1.5), problemas en cuanto a los saldos y otros problemas son fácilmente analizada. Para empezar a adquirir experiencia en el trabajo con la información de la PFD, Se proporcionan los siguientes ejemplos. Ejemplo 1.2 Compruebe el balance de materiales en general para el proceso de benceno se muestra en la Figura 1.3. Desde el figura, identificamos los flujos de entrada como corriente 1 (alimentación de tolueno) y la Corriente 3 (hidrógeno alimentación) y los flujos de salida como corriente 15 (benceno producto) y Corriente 16 (gas combustible). 3kg) / h): De la tabla de resumen de flujo, estos flujos se muestran como (unidades están en (10 Entrada:

Salida:

Secuencia 30.82 Secuencia 158.21 Corriente 1 10.00 Secuencia 162.61 3kg / h 3kg / h Cantidad 10,82 × 10 Cantidad 10,82 × 10 El equilibrio se logra desde salida = entrada. https://translate.googlecontent.com/translate_f

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Ejemplo 1.3 Determinar la conversión por paso de tolueno a benceno en R101 en la Figura 1.3. Conversión sión se define como ε = (benceno producida) / (total de tolueno introdujo)



9

10

11

654 90 24.0 2.6 1.0 0.0 20.9 11.6 1247.0 142.2

652.6 0.02 442.3 0.88 116.0 106.3 36.0 35.0

12

147 112 2.8 3.3 0.0 0.0 3.27 14.0 35.7 185.2

0.0 0.0 1.1 34.6

13

14

112 2.5 0.0 22.7 290.7

112 3.3 0.0 22.7 290.7

15

25

16

38 38 2.3 2.5 0.0 1.0 8.21 2.61 105.6 304.2

0.0 0.02 0.0 0.0 0.0 0.88 0.0 0.0 184.3 289,46 289,46 105.2 0.88 1.22 1.22 0.4

178.0 123.05 2.85 0.31

17

18

38 38 2.8 2.9 1.0 0.0 0.07 11.5 4.06 142.2

0.67 0.02 3.10 0.88 0.26 106.3 0.03 35.0

19 112 2.5 1.0 0.01 0.90

0.02 0.88 0.0 0.0

Desde el PFD, la entrada de flujos a la I101 se muestran como Corriente 6 (alimentación del reactor) y Corriente 7 (enfriamiento rápido de gas de reciclado), y la corriente de salida es la corriente 9 (corriente efluente del reactor). De la información en la Tabla 1.5 (unidades son kmol / h): tolueno introducido = 144 (corriente 6) + 0,04 (Corriente 7) = 144,04 kmol / h benceno producido = 116 (Corriente 9) 7.6 (corriente 6) 0.37 (Corriente 7) = 108,03 kmol / h ε = 108,03 / 144,04 = 0,75 Alternativamente, se puede escribir moles de benceno produjeron = tolueno en tolueno a cabo = 144,04 36.00 = 108,04 kmol / h ε = 108,04 / 144,04 = 0,75 1.2.3 Información de Equipo El elemento final del PFD es el resumen equipos. Este resumen ofrece la información necesaria para estimar los costos de los equipos y amueblar la base para el diseño detallado de los equipos. Tabla 1.6 proporciona la información necesaria para el resumen equipos para la mayoría de los equipos encontrado en procesos de fluidos. La información que se presenta en la Tabla 1.6 se utiliza en la preparación del equipo ción porción resumen de la PFD para el proceso de benceno. El SUM equipos mary para el proceso de benceno se presenta en la Tabla 1.7, y los detalles de la forma en que estimar y elegir los distintos equipos parámetros se discuten en el Capítulo ter 9.



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Tabla 1.6 Descripción Equipo para PFD y PID Tipo de equipo Descripción del Equipo Torres Tamaño (altura y diámetro), Presión, Temperatura Número y tipo de bandejas La altura y el Tipo de embalaje Materiales de Construcción Intercambiadores de calor Tipo: GasGas, Gaslíquido, líquidolíquido, condensador, vaporizador Proceso: El deber, la zona, la temperatura y la presión de ambas corrientes Número de Shell y pases de metro Materiales de construcción: Tubos y Shell Tanques Ver los barcos Embarcaciones Altura, diámetro, Orientación, Presión, Temperatura, Materiales de Construcción Bombas Flujo, presión de descarga, temperatura, P, tipo de controlador, Shaft, Materiales de Construcción Compresores Actual entrada Caudal, Temperatura, presión, tipo de controlador, Shaft, Materiales de Construcción Calentadores (Despedido) Tipo, la presión del tubo, la temperatura del tubo, Duty, combustible, material de construcción Otros Proporcionar información crítica



27

Tabla Resumen 1.7 Equipo para Tolueno hidrodesalquilación PFD Intercambiadores de calor E101

E102

E103

E104

E105

E106

Escribe 2) Superficie (m Deber (MJ / h)

Fl.H. 36 15190

Fl.H. 763 46660

MDP 11 1055

Fl.H. 35 8335

MDP 12 1085

Fl.H. 80 9045

225 26 Vap. 316SS

654 24 Par. Cond. 316SS

160 6 Cond. CS

112 3 Cond. CS

112 3 l CS

185 11 Cond. CS

Cáscara Temperatura (° C) Pres. (bar) Fase MOC Tubo https://translate.googlecontent.com/translate_f

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Temperatura (° C) Pres. (bar) Fase MOC

258 42 Cond. 316SS

40 3 l 316SS

90 3 l CS

40 3 l CS

40 3 l CS

147 3 Vap. CS

Vasos / Torre / Reactores

V101

V102

V103

V104

T101

R101

Temperatura (° C) Presión (bar) Orientación MOC

55 38 2.0 24 Horizn'l Vertical CS CS

38 3.0 Vertical CS

112 2.5 Horizn'l CS

147 3.0 Vertical CS

660 25 Vertical 316SS

3.5 1.1 sp

3.9 1.3

29 14.2 15 2.3 42 platos perforados catalizador 316SS lleno cama10m

tamaño Altura / Longitud (m) 5.9 Diámetro (m) 1.9 Internos

3.5 1.1 sp

P101 P102 Bombas / compresores (A / B) (UNA B) Flujo (kg / h) 13000 3) 870 Densidad del fluido (kg / m Potencia (eje) (kW) 14.2

22700 880 3.2

C101 (UNA B) 6770 8.02 49.1

Calentador

H101

Escribe MOC Deber (MJ / h)

Despedido 316SS 27040 (Continua)


28


Tabla Resumen 1.7 Equipo para Tolueno hidrodesalquilación PFD (continuación) P101 P102 C101 Bombas / compresores(UNA B) (UNA B) (UNA B) Calentador Tipo / Drive Eficiencia (Fluid Potencia / Shaft) MOC Temperatura (in) (° C) Pres. (in) (bar) Pres. (sale) (bar)

H101

2) Recip. / Centrf. / Centrf. / Zona radiante (m Eléctrico Eléctrico Eléctrico 2) 0.75 0.50 0.75 Convectiva Área (m

106.8

CS 55 1.2 27.0

26.0

CS 112 2.2 4.4

CS 38 23.9 25.5

Tubo P (bar)

320.2

Llave: MOC Materiales de construcciónIgualdad Parcial 316SS Tipo de acero inoxidable 316 FH Cabeza fija CS Acero al carbono Fl.H. Cabeza flotante Vap Corriente siendo vaporizado Rbl Rehervidor Cond Corriente se condensa sp Placa Splash Recipr. Alternativa l Líquido Centrf. Centrífuga MDP múltiple doble tubo 1.2.4 Topología combinación, flujo de datos, y la Estrategia de Control Dar a un PFD Hasta este punto, hemos mantenido la cantidad de información del proceso aparece en el PFD a un mínimo. Un ejemplo más representativo de un PFD para el benceno proceso se muestra en la Figura 1.5. Este diagrama incluye todos los elementos que se encuentran en Figura 1.3, parte de la información que se encuentra en la Tabla 1.5, además de información adicional ción sobre los grandes bucles de control utilizados en el proceso. Información del flujo se añade al diagrama uniendo "información banderas ". La forma de las banderas indica la información específica proporcionada en el bandera. Figura 1.6 ilustra todas las banderas utilizadas en este texto. Estas banderas de información jugar un doble papel. Proporcionan información necesaria en el diseño de la planta que lleva a la construcción de la planta y en el análisis de problemas de funcionamiento durante la vida de la https://translate.googlecontent.com/translate_f

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planta. Banderas se montan en un personal conectado a la corriente de proceso apropiada. Más de una bandera puede ser montado en un bastón. Un ejemplo que ilustra la diferencia ent información que aparece en la PFD es la siguiente. Ejemplo 1.4 Localizamos Corriente 1 en la Figura 1.5 y la nota de que inmediatamente después de la identificación corriente diamante cación se fija una plantilla. Este personal lleva tres banderas que contienen la siguiente flujo de datos:



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1. Temperatura de 25 ° C 2. Presión de 1,9 bar 3kg / h 3. Masa velocidad de flujo de 10,0 x 10 Las unidades para cada variable de proceso se indican en la clave proporcionada en la izquierda lateral de la figura 1.5. Con la adición de los bucles de control de proceso y las banderas de información, la PFD comienza a llenarse. Por lo tanto, a fin de preservar la claridad, es sario sario para limitar los datos que se presentan con estas banderas de información. Afortunadamente, banderas en un PFD son fáciles de añadir, eliminar y modificar, e incluso banderas temporales puede estar provisto de vez en cuando. La información proporcionada en las banderas también se incluye en el resumen de flujo mesa. Sin embargo, a menudo es mucho más conveniente cuando se analiza el PFD tener ciertos datos directamente en el diagrama. No toda la información del proceso es de igual importancia. Directrices generales para qué datos deben incluirse en las banderas de la información en el PFD son difíciles de de bien. Sin embargo, como mínimo, la información crítica para la seguridad y el funcionamiento de la planta se debe dar. Esto incluye temperaturas y presiones asociadas con el reactor, caudales de alimentación y producto arroyos, y las presiones de flujo y las temperaturas que son sustancialmente más alto que el resto del proceso. Además necesidades cionales son proceso específico. Algunos ejemplos de dónde y por qué la información deben incluirse directamente en un PFD se dan a continuación. Ejemplo 1.5 El ácido acrílico es sensible a la temperatura y polimeriza a 90 ° C cuando está presente en alta concentración centrado. Se separó por destilación y las hojas de la parte inferior de la torre. En esto caso, se proporcionará una bandera temperatura y presión para la corriente que abandona la re caldera. Ejemplo 1.6 En el proceso de benceno, la alimentación al reactor es sustancialmente más caliente que el resto de la proceso y es crucial para el funcionamiento del proceso. Además, la reacción es exother micrófono, y la temperatura del efluente del reactor debe ser monitoreado cuidadosamente. Por esta razón Corriente 6 (entrando) y Corriente 9 (salida) tienen banderas de temperatura. Ejemplo 1.7 Las presiones de las corrientes hacia y desde R101 en el proceso de benceno también son importantes. La diferencia de presión entre las dos corrientes da la caída de presión a través de la re actor. Esto, a su vez, da una indicación de cualquier mala distribución de gas a través del catalizador camas. Por esta razón, banderas de presión también se incluyen en corrientes 6 y 9.

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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos V101 P101A / B E101 H101 R101 Tolueno Tolueno Alimentación Calentador Reactor Alimente Tambor Bombas de alimentación Precalentador

C101A / B E102 Reciclar GasEfluente del reactor Compresor Refrigerador

tolueno V101

hidrógeno

Figura 1.5 Diagrama de Flujo de Proceso Benceno (PFD) para la producción de benceno a través de la hidrodesalquilación de tolueno

STREAM ID LA TEMPERATURA PRESION CAUDAL LIQUIDO CAUDAL DE GAS CAUDAL MOLAR Figura 1.6 Símbolos de Corriente Identificación

MASA CAUDAL



31

V102 V103 E103 E106 T101 E104 V104 P102A / BE105 Alta Pres. Baja Pres. Alimentación Benceno Benceno BencenoReflujoBomba de reflujo del producto Fase septiembre Fase septiembre Precalentador Rehervidor Columna Condensador del tambor Refrigerador

V104


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El benceno a través de la hidrodesalquilación de tolueno De importancia secundaria es el hecho de que las banderas son útiles para reducir el tamaño de la tabla de resumen de flujo. Para bombas, compresores, intercambiadores de calor, y los los flujos de masas son los mismos para los flujos de entrada y de salida, y las entradas completas en la tabla de flujo no son necesarios. Si la entrada (o salida) corriente se incluye en la tabla de flujo, y una bandera se añade para proporcionar la temperatura (en el caso de una intercambiador de calor) o la presión (en el caso de una bomba) para la otra corriente, entonces no hay necesidad de presentar esta corriente en el cuadro resumen de flujo. Ejemplo 1.8 Sigue Stream 13 dejando la parte superior de la columna de benceno en el PFD benceno dada en Fi Ure 1.5 y en la Tabla 1.5. Esta corriente pasa a través del condensador de benceno, E104, en el tambor de reflujo, V102. La mayoría de esta corriente fluye entonces dentro de la bomba de reflujo, P102, y deja como corriente 14, mientras que los restantes no condensables salen del tambor de reflujo en Corriente 19. El caudal de agua y componentes caudales en masa de todas estas corrientes se dan en Tabla 1.5. La corriente que abandona E104 no está incluido en la tabla de flujo. En su lugar, una bandera cesionistas ción de la temperatura (112 ° C) se proporcionó en el diagrama (indicando con condensación cabo subenfriamiento). Una bandera adicional, que muestra la presión después de la bomba, es también mostrado. En este caso, la entrada para la corriente 14 se podría omitir de la tabla de flujo, porque es simplemente la suma de los Arroyos 12 y 15, y ninguna información se perdería. Más información podría incluirse en la Figura 1.5 tenía espacio para el diálogo No gram sido limitada por el formato de texto. Es más importante que el PFD permanece


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos ordenado y fácil de seguir con el fin de evitar errores y malentendidos. Adición de material adicional a la figura 1.5 riesgos sacrificar claridad. La tabla de flujo presentado en la Tabla 1.5, el resumen de los equipos presenta en Tabla 1.7 y la Figura 1.5 en su conjunto constituyen toda la información contenida en un PFD producido comercialmente. El PFD es el primer diagrama integral elaborado para cualquier nueva planta o proceso. Proporciona toda la información necesaria para entender la química proceso. Además, la información suficiente se da en el equipo, energía, y balances de materia para establecer el protocolo de control de procesos y preparar es costo estima para determinar la viabilidad económica del proceso. Se necesitan muchos dibujos adicionales para construir la planta. Todo el proceso de in la formación requerida se puede tomar de este PFD. Como se describe en la narración en al principio de este capítulo, el desarrollo de la PFD más a menudo se lleva a a cabo por la empresa operadora. Actividades posteriores en el diseño de la planta son menudo subcontratado. El valor de la PFD no termina con la construcción de la planta. Se re el documento de red que mejor describa el proceso, y se utiliza en la formación de los operadores y los nuevos ingenieros. Se consultará periódicamente para diagnosticar operativo problemas que se presentan y para predecir los efectos de los cambios en el proceso.

1.3 TUBERÍAS Y ESQUEMA DE INSTRUMENTACIÓN (P & ID) El diagrama de tuberías e instrumentación (P & ID) o diagrama de flujo mecánico (MFD) proporciona información que necesitan los ingenieros para comenzar a planificar para la con construcción de la planta. El P & ID incluye todos los aspectos mecánicos de la planta ex excepto la información dada en la Tabla 1.8. Las convenciones generales utilizados en el dibujo P & IDs se dan en la Tabla 1.9. Cada PFD requerirá muchos P & IDs para proporcionar los datos necesarios. Cifra 1.7 es un representante de P & ID para la sección de destilación del proceso de benceno muestra en la Figura 1.5. El P & ID presentado en la Figura 1.7 proporciona información sobre la tubería, y esto está incluido como parte del diagrama. Como una alternativa, cada uno puede ser contado tubería, y los específicos de cada línea se puede proporcionar en un tabla separada que acompaña a este diagrama. Cuando sea posible, el tamaño físico de https://translate.googlecontent.com/translate_f

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Tabla 1.8 Exclusiones de Tuberías e Instrumentación Diagrama 1. Las condiciones de operación T, P 2. Los flujos Stream 3. Ubicaciones de Equipo 4. enrutamiento Pipe a. Longitudes de tubería b. rios de tuberia 5. Apoya, estructuras y fundaciones



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Tabla 1.9 Convenciones en la construcción de tuberías y diagramas de instrumentación Por Equipo Espectáculo Incluyendo Cada pieza Unidades de repuesto Unidades paralelas Los detalles del resumen de cada unidad Para TuberíasIncluir Todas las líneas incluidos los desagües, Conexiones de ejemplo y especificar Tamaño (utilizar tamaños estándar) Horario (espesor) Materiales de construcción Aislamiento (espesor y tipo) Para InstrumentosIdentificar Indicadores Grabadores Controladores Mostrar líneas de instrumentos Para UtilidadesIdentificar Utilidades de entrada Utilidades de salida Salga a instalaciones de residuos de tratamiento las operaciones unitarias de mayor tamaño se refleja en el tamaño del símbolo en el diálogo gramo. Conexiones de servicios públicos se identifican por una caja numerada en el P & ID. El mero ber dentro del cuadro identifica la utilidad específica. La clave que identifica la utilidad conexiones se muestran en una tabla en el P & ID. Toda la información proceso que se puede medir en la planta se muestra en la P & ID de banderas circulares. Esto incluye la información que se registra y se usa en lazos de control de procesos. Las banderas circulares en el diagrama indican que la información mación se obtiene en el proceso y se identifican las mediciones tomadas y cómo la información es tratada. Tabla 1.10 resume las convenciones utilizadas para identificar la información relacionada con la instrumentación y control. El siguiente ejem plo ilustra la interpretación de instrumentación y control símbolos. Ejemplo 1.9 Considere la línea de productos de benceno dejando el lado derecho del P & ID en la Figura 1.7. El caudal de agua de esta corriente es controlada por una válvula de control que recibe una señal desde una elemento de medición de nivel colocado en V104. La secuencia de la instrumentación es la siguiente:


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luchar © 1986 AIChE, todo

P102B

104 V

TI

3 1

Tuberías e instrumentos Diagrama para Benceno Destilación (adapt

Figura 1.7 Instrucción, Serie G: Diseño de Equipos, editor de la serie J. Beck Derechos reservados) 34



35

Tabla 1.10 Convenciones utilizadas para la identificación de Instrumentación en P & ID (ISA estándar ISAS51, [4]) Localización de Instrumentación Instrumento situado en la planta Instrumento situado en frente del  de la sala de control en ......

Instrumento ubicada en la parte posterior del  de la sala de control en Significados de identificación Cartas XYY Primera Carta (X)


Segunda o Tercera Carta (Y) 20/37

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Un análisis B Quemador de llama C Conductividad Densidad D o gravedad específica E Voltaje F Caudal H Mano (iniciada manualmente) I actual J de energía K Tiempo o calendario L Nivel M humedad o la humedad O P presión o vacío Q Cantidad o evento R radiactividad o la relación de S velocidad o frecuencia T Temperatura V Viscosidad W Peso Y Z Posición

Alarma Control Elemento Alto Indicar Estación de control Luz o baja Medio o intermedio Orificio Punta Guardar e imprimir Interruptor Transmitir Válvula, amortiguador, o rejilla Bien Relé o calcular Conducir

Identificación de Conexiones de los instrumentos Capilar Neumática ............................ Eléctrico


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos Un elemento de detección de nivel (LE) se encuentra en el tambor de reflujo V104. Un transmisor de nivel (LT) también situada en V104 envía una señal eléctrica (designado por una línea discontinua) a un nivel de in indicador y el controlador (LIC). Este LIC se encuentra en la sala de control en el  de control o consola (como se indica por la línea horizontal bajo LIC) y se puede observar por la operación res. Desde el LIC, una señal eléctrica se envía a un instrumento (LY) que calcula la correlación posición de la válvula rect y a su vez envía una señal neumática (designada por una línea continua con eclosión cruz) para activar la válvula de control (LCV). Con el fin de advertir a los operadores de potencial problemas, dos alarmas se colocan en la sala de control. Estos son una alarma de nivel alto (LAH) y una alarma de bajo nivel (LAL), y reciben la misma señal desde el transmisor de nivel que lo hace el controlador. Este bucle de control también se indica en el PFD de la Figura 1.5. Sin embargo, los detalles de toda la instrumentación se condensan en un solo símbolo (LIC), que DE adecuadamente escribas la función esencial de control de procesos que se llevan a cabo. La acción de control que tiene lugar no se describe explícitamente, ya sea en el dibujo. Sin embargo, es una simple cuestión de inferir que si hay un aumento en el nivel de líquido en V104, la válvula de control se abrirá ligeramente y el flujo de producto aumentará benceno, tendiendo a disminuir el nivel en V104. Para una disminución en el nivel de líquido, la válvula se cerrará ligeramente. Los detalles de los otros bucles de control de las Figuras 1.5 y 1.7 se dejan a problemas en Al final de este capítulo. Vale la pena mencionar que en prácticamente todos los casos de proceso de control en los procesos químicos, el elemento final de control es una válvula. Por lo tanto, todos los con la lógica de control se basa en el efecto que un cambio en una velocidad de flujo dada tiene en un dado variable. La clave para entender la lógica de control es identificar qué caudal está siendo manipulado para controlar qué variable. Una vez que esto se ha hecho, se trata de una cuestión relativamente sencilla para ver en qué dirección la válvula debe cambiar en Para hacer el cambio deseado en la variable de control. El tiempo de respuesta del sistema y tipo de acciones de control utilizado, por ejemplo, proporcional, integral, o diferencial se deja a los ingenieros de instrumentos y no se trata en este texto. El elemento final de control en casi todo el control de procesos químicos bucles es una válvula.


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El P & ID es la última etapa del proceso de diseño y sirve como una guía por aquellos quién será responsable del diseño final y la construcción. Basado en esto diagrama: 1. Los ingenieros mecánicos e ingenieros civiles diseñarán e instalar piezas de equipo. 2. Los ingenieros de instrumentos especificarán, instalar y comprobar los sistemas de control. 3. Los ingenieros de tuberías desarrollarán distribución de la planta y alzados. 4. Los ingenieros del proyecto desarrollarán programaciones de las plantas y de la construcción.



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Antes de la recepción definitiva, el P & IDs sirven como una lista de control contra el cual cada uno elemento de la planta está marcada. El P & ID también se utiliza para entrenar a los operadores. Una vez que la planta se construye y es funcionamiento acional, hay límites a lo que los operadores pueden hacer. Sobre todo lo que se puede hacer para correcto desempeño o alter de la planta es para abrir, cerrar o cambiar la posición de una válvula. Parte del entrenamiento plantearía situaciones y exigir a los operadores a ser capaz de describir lo que la válvula específica que debe ser cambiado, como debe ser cambiado, y qué observar con el fin de monitorear los efectos del cambio. Planta simuladores (similares a los simuladores de vuelo) son a veces participan en el operador de formación En g. Estos programas son, simuladores de procesos en tiempo real sofisticadas que muestran un operador aprendiz con qué rapidez los cambios en variables controladas se propagan a través de el proceso. También es posible que este tipo de programas para mostrar escenarios de proceso trastornos de modo que los operadores pueden obtener capacitación para reconocer y corregir tales situa ciones. Este tipo de programas son muy útiles y costoefectiva en funcionamiento inicial formación tor. Sin embargo, el uso de P & IDs es todavía muy importante en este sentido. El ID de P & es particularmente importante para el desarrollo de la puesta en marcha miento mientos donde la planta no está bajo la influencia del control del proceso instalado sistemas. Ejemplo 1.10 Considere la puesta en marcha de la columna de destilación se muestra en la Figura 1.7. ¿Qué haría secuencia ¿ser seguido? El procedimiento está más allá del alcance de este texto, pero se desarrollaría a partir de una serie de preguntas como a. Lo que la válvula debe abrirse primero? b. ¿Qué se debe hacer cuando la temperatura. . . alcanza. ..? c. ¿Hasta qué valor debe establecerse el controlador? d. Cuando se puede poner el sistema de control automático? Estas tres últimas secciones han seguido el desarrollo de un proceso a partir de una BFD sencilla a través del PFD y finalmente a la P & ID. Cada paso mostró Además mación adicional. Esto se puede ver siguiendo el progreso de la destilación unidad de medida que se mueve a través de los tres diagramas descritos. 1. Diagrama de bloques de flujo (BFD) (ver Figura 1.1): La columna se muestra como una parte de uno de los tres bloques de proceso. 2. Proceso Diagrama de flujo (PFD) (véase la Figura 1.5): La columna se muestra como la siguiente conjunto de equipos individuales: una torre, condensador, tambor de reflujo, re calderas, bombas de reflujo, y controles de los procesos asociados. 3. Tuberías e instrumentos Diagrama (P & ID) (ver Figura 1.7): La columna Lo demostró un esquema integral que incluye detalles adicionales


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos tales como tamaños de tubería, arroyos de servicios públicos, los grifos de la muestra, numerosos indicadores, etc. en. Es la única operación de la unidad en el diagrama. El valor de estos diagramas no termina con la puesta en marcha de la planta. los valores de diseño del diagrama se cambian para representar los valores reales deter minadas bajo condiciones normales de funcionamiento. Estas condiciones forman un "caso base" y se utilizan para comparar las operaciones de toda la vida de la planta.

1.4 ESQUEMAS ADICIONALES Durante las fases de planificación y construcción de un nuevo proyecto, muchos adicional Se necesitan diagramas. Aunque estos diagramas no poseen proceso adicional información, que son esenciales para la finalización con éxito del proyecto. Comisión ordenadores se están utilizando cada vez más para hacer el trabajo tedioso asociado con todo de estos detalles de dibujo. El trabajo creativo viene en el desarrollo de la con conceptos proporciona en el BFD y el desarrollo del proceso necesario para producir la PFD. El ordenador puede ayudar con los dibujos, pero no puede crear un nuevo proceso. Los ordenadores son valiosas en muchos aspectos del proceso de diseño donde el tamaño de equipo para hacer una tarea específica es a determinar. Las computadoras también pueden utilizarse al considerar los problemas de rendimiento que lidiar con la operación de existir equipo. Sin embargo, están muy limitados en el trato con probabilidad de diagnóstico proble que se requieren durante toda la vida de la planta. Los diagramas que se presentan aquí son tanto en la ingeniería americana y SI unidades. La excepción más notable es en el dimensionamiento de las tuberías, donde las tuberías son especificada en pulgadas y el calendario de la tubería. Esta sigue siendo la forma en que se producen y comprados en los Estados Unidos. A día de hoy ingeniero de proceso debe ser cómodos poder con SI, métrica convencional, y América (anteriormente británico, que ahora utilizan SI exclusivamente) Unidades de ingeniería. Se discuten estos diagramas adicionales brevemente a continuación. Un diagrama de flujo de utilidad puede ser proporcionada, que muestra todas las cabeceras de utilidad entradas y salidas disponibles junto con las conexiones necesarias para el proceso. Ello proporciona información sobre los flujos y características de los servicios públicos utilizados por el planta. Bocetos de Buques, diagramas de escalera lógica, diagramas de cableado, planes de sitio, estructura diagramas de apoyo turales, y muchos otros dibujos se utilizan rutinariamente pero añaden tura TLE a nuestra comprensión de los procesos químicos básicos que tienen lugar. Dibujos adicionales son necesarios para localizar todo el equipo en el vegetales. Planes de Terreno y diagramas de elevación se proporcionan que localizar la ubicación y la elevación de todas las grandes piezas de equipo, tales como torres, vasos, bombas, intercambiadores de calor, y así sucesivamente. Cuando la construcción de estos dibujos, es nece nece considerar y prever el  de los equipos de reparación, la eliminación



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haces de tubos de intercambiadores de calor, la sustitución de unidades, y así sucesivamente. Lo que re red que se muestra es la adición del soporte estructural y tuberías. Isométricos de tuberías se dibujan para cada pieza de tubería requerida en la planta. Estos dibujos son bocetos en 3D de la corrida de tubería, lo que indica las elevaciones y orientación de cada sección de la tubería. En el pasado, también era común para gral plantas hensive para construir un modelo a escala de modo que el sistema podría ser vista en tres de di mensiones y modificada para eliminar cualquier problema potencial. En los últimos veinte año, maquetas han sido sustituidos por 3 dimensiones de diseño asistido por ordenador (CAD) programas que son capaces de representar la planta como construida en tres de di mensiones. Proporcionan una oportunidad para ver la topología de equipos locales desde cualquier ángulo en cualquier localización dentro de la planta. Uno realmente puede "caminar a través" https://translate.googlecontent.com/translate_f

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la planta y vista previa de lo que se ve cuando se construye la planta. La habilidad para "Vista" de la planta antes de que se hizo la construcción aún más realista con la ayuda de la realidad virtual de software. Con esta nueva herramienta, es posible no sólo para "Caminar a través de" la planta, sino también a "tocar" el equipo, gire las válvulas, y subir a la parte superior de las columnas de destilación, y así sucesivamente. En la siguiente sección, la información mación necesaria para completar un diseño de la planta de diseño preliminar se revisa, y la lógica utilizada para localizar las unidades de proceso en la planta y cómo las elevaciones de diferentes equipos se determinan se explican brevemente. 1.5 REPRESENTACIÓN 3 DIMENSIONES DE UN PROCESO Como se mencionó anteriormente, los principales productos de trabajo de diseño, tanto químicos como mí mecá, se registran en los diagramas de 2 dimensiones (PFD, P & ID, etc.). Sin embargo, cuando se trata de la construcción de la planta, hay muchos temas que requieren una representación 3dimensional del proceso. Por ejemplo, la ubicación de la cáscara e intercambiadores de tubo deben permitir tubo de extracción paquete para la limpieza y reparación. Ubicaciones de bombas deben permitir el  para el mantenimiento y reemplazo. por compresores, este  también pueden requerir que una grúa capaz de eliminar y re colocar una unidad dañada. Las válvulas de control deben estar ubicados en elevaciones que permiten el  del operador. Puertos de ejemplo e instrumentación también deben estar ubicados con convenientemente. Para cualquier persona que ha recorrido una instalación química de moderado a grande, el complejidad del diseño de tuberías y equipo es inmediatamente evidente. Incluso para los ingenieros experimentados, la revisión de los equipos y la topología de tuberías está lejos más fácil de lograr en 3D de 2D. Debido al rápido aumento en el ordenador poder y software avanzado, tales representaciones se hacen ahora de forma rutinaria usar la computadora. Con el fin de "construir" una representación electrónica de la planta en 3D, toda la información en los diagramas mencionados anteriormente debe ser ac rebajada y sintetizada. Esto en sí mismo es una tarea de enormes proporciones y una contabilidad completa ing de este proceso es mucho más allá del alcance de este texto. Sin embargo, con el fin de dar al lector una idea de lo que ahora se puede lograr utilizando este tipo de software, una breve Se dará revisión de los principios de diseño de la disposición de la planta. Una más detallada


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos cuenta que implica una visita a la planta virtual de la planta de dimetil éter (DME) (Appen dix B.1) se da en el CD que acompaña a este libro. Para un análisis completo y detallado de la distribución de la planta, todos los tamaños de equipos, tamaños de tuberías, PFD, P & IDs, y toda otra información deben ser conocidos. Sin embargo, para esta descripción, un diseño preliminar de la planta en base a la información dada en el PFD de la figura B.1 se considera. El uso de esta figura y la corriente de acompañamiento mesas y tabla resumen equipos (Tablas B.1 y B.2), los siguientes pasos son seguido: 1. El PFD se divide en subsistemas lógicos. Para el proceso de DME, hay tres subsecciones lógicas, a saber, la sección de alimentación y el reactor, la pu DME sección rificación, y la sección de separación de metanol y reciclar. Estas secciones se muestran como líneas de puntos en la Figura 1.8. 2. Para cada subsistema, se crea un plano del terreno preliminar. La topología de la trama plan depende de muchos factores, el más importante de los cuales se discuten a continuación. En general, el diseño del plano del terreno puede tomar uno de los dos guración básica confi: el nivel de grado, horizontal, disposición en línea y la estructura disposición vertical montado en [5]. El nivel de grado, horizontal, en línea disposición será utilizado para la instalación de DME. En esta disposición, la unidades de equipo de proceso están alineados a ambos lados de un bastidor de tubo que se ejecuta por el medio de la unidad de proceso. El propósito de la cremallera tubería es llevar las tuberías de los servicios públicos, los productos, y se alimentan desde y hacia la unidad de proceso. Equipo está situado a cada lado del bastidor de tubo, que permite una fácil el . Además, el montaje vertical de los equipos se limita generalmente a una de un solo nivel. Esta disposición requiere generalmente una "huella" más grande y, por lo tanto, más tierra que hace la disposición vertical estructura montada. La disposición general de este tipo de diseño se muestra en la Figura 1.9. La distancia mínima entre los equipos se debe establecer desde el principio en el diseño. Estas distancias se establecen para fines de seguridad y deben establecerse


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tanto con los códigos locales y nacionales en mente. Una lista completa de la reco distancias mínimas reco entre equipos de proceso está dada por Bausbacher y Hunt [5]. Los valores de un equipo básico proceso son listado en la Tabla 1.11. El dimensionamiento de los equipos de proceso debe ser completado y el apro ubicación imate en el plano del terreno determinado. Refiriéndose a la Tabla B.1 para equipos especificaciones Ment da una idea de los tamaños de clave de equipo. Por ejemplo, los datos proporcionados por los tambores de reflujo V202 y V203, reactor R201, y torres T201 y T202 son suficientes para esbozar estas unidades en el plano del terreno. Sin embargo, el tamaño de la bomba deben obtenerse de los proveedores o trabajos anteriores, y cálculos adicionales para intercambiadores de calor se debe hacer para estimar su necesaria "huella" en el plano del terreno.


astewater DME E208 W Refrigerador

Aguas residuales 15

E207 Bombas Metanol P203A / B

cw

cw P203A / B

E207 Metanol condensador cw E205 ower T202 Metanol T 10

E208 Metanol Subsistema

V203

V203 Metanol Reflujo del tambor 13 1 P202A / B

17 14

14

26

V202

mps E206

12

T202

Separación

E206 Metanol Reboiler 16

Reflujo

1

P202A / B DME Bombas

11

22

12

mps E204 cw

T201 V202 DME Reflujo del tambor 9

DME Subsistema E203

8

E205 DME condensador

7 6

E204 DME Reboiler ower T201 DME T R201 E203 DME enfriador

Subsistemas para Preliminar Plan de Disposición de Proceso DME

5 E202

E202 Reactor Enfriador R201 Reactor

Bomba

2

4

Subsistema Figura 1.8

3

Reactor mps E201

V201 E201 Metanol Precalentador 1 essel V201 V RSS

Purificación

P201A / B

y Alimentación

Metanol

P201A / B RSS 41


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(la)

En segundo y tercer piso apilados encima del nivel de grado

(b)

Figura 1.9 Diferentes tipos de estructura de planta: (a) GradoMontada Horizontal Inline Arreglo, y (b) EstructuraMontado disposición vertical (Fuente: Planta de Procesos Layout y Diseño de tuberías, por E. Bausbacher y R. Hunt, © 1994, reimpreso con el permiso de Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, Nueva Jersey)



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Tabla 1.11 recomendado Separación mínima (en pies) entre Process Equipment para la refinería, plantas químicas, petroquímicas y Bombas Compresores Reactores Torres y Recipientes Intercambiadores Bombas Compresores Reactores Torres

M


25 M

M 30 M

M M 15 M

M M M M 26/37

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Intercambiadores M M = mínima de  de mantenimiento Fuente: Planta de Proceso de Diseño y Diseño de tuberías, por E. Bausbacher y R. Hunt, © 1994, reimpreso por permiso de Pearson Education, Inc. Saddle River superior, Nueva Jersey.

Ejemplo 1.11 Estimar la huella para E202 en el proceso de DME. De la Tabla B.1 tenemos la siguiente información: Floating Head Shell y tubo de diseño 2 Área = 171 m Hot secundarios Temperaturas: en al 364ºC y fuera a 281ºC Cold secundarios Temperaturas: en al 154ºC y fuera a 250ºC Elige un pase de 2Shell y el intercambiador pase de 4 tubos 2 Superficie por shell = 171/2 = 85,5 m El uso de 12 pies, tubos OD de 1 pulgada, 293 tubos por la cáscara se necesitan Suponiendo que los tubos se expuso en un 1 1/4paso cuadrado pulgadas, se requiere un shell ID de 27 pulgadas. Supongamos que las cabezas delanteras y traseras (donde el fluido del tubo se convierte en el extremo de la ex cambiador) son de 30 pulgadas de diámetro y requieren 2 pies cada uno (incluyendo las bridas), y que el dos conchas se apilan en la parte superior de la otra. La huella del intercambiador se da en la Fi E1.11 Ure. A continuación, el tamaño de las principales líneas de proceso debe ser determinado. Con el fin de es timate estos tamaños de tubería, es necesario hacer uso de algunas heurísticas. LA heurística es un algoritmo simple o indirecta que permite una respuesta aproximada a ser calculado. El diseño preliminar de una pieza de equipo bien podría utilizar muchas de estas heurísticas, y algunos de ellos podrían entrar en conflicto entre sí. Como cualquier procedimiento de simplificación, el resultado de una heurística debe ser re vistos con cuidado. Para efectos preliminares, la heurística del Capítulo 9 puede ser utilizado para estimar tamaños de tubería aproximados.


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos Fin Elevación

Side Elevation

2 pies 6 pulg

Vista en planta de la parcela (desde arriba mirando hacia abajo) que muestra el tamaño aproximado de la huella 2 pies 6 pulgadas (30 pulgadas) 16 pies Figura E1.11 Dimensiones aproximadas y Huella Intercambiador de E202 Ejemplo 1.12 Considere la línea de aspiración a la P202 A / B, lo que debería ser el diámetro de la tubería? De la Tabla 9.8, 1 (b) para la succión de la bomba de líquido, la velocidad del líquido y el tubo recomendado de diámetro están relacionados por u = (1,3 + D (pulgadas) / 6) pies / s. De la Tabla B.2, el caudal másico de la corriente que entra en P202, ˙ m = Corriente 16 + Corriente 10 https://translate.googlecontent.com/translate_f

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= 2170 + 5970 = 8140 kg / h, y la densidad se encontró que 800 kg / m 3. 3/ h = 0,00283 m 3/ s = 0.0998 ft 3/ s El caudal volumétrico es = 8140/800 = 10,2 m El procedimiento consiste en calcular la velocidad en la línea de succión y compararlo con la heurística. Usando este enfoque, la siguiente tabla se construye: Pipe nominal Diámetro (pulgadas) 1.0 15 2.0 3.0 4.0

Velocidad = Vol Flujo / área de flujo

Velocidad de u = (1,3 + D / 6)

18.30 8.13 4.58 2.03 1.14

1.47 1.55 1.63 1.80 1.97



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Por lo tanto, el diámetro de la tubería que satisfaga tanto la heurística y la ecuación de continuidad se encuentra entre 3 y 4 pulgadas. Tomando una estimación conservadora, se elige una línea de succión de 4 pulgadas para P202. El siguiente paso a considerar es la colocación de los equipos dentro de la parcela plan. Esta colocación se debe hacer teniendo en cuenta el  necesario para mantenimiento del equipo y también la instalación inicial. Aunque este paso puede parecer elemental, hay muchos casos [5] donde el incorrecto la colocación de los equipos posteriormente dio lugar a considerables sobrecostos y principales problemas tanto durante la construcción de la planta y durante miento operaciones de manteni. Considere el ejemplo mostrado en la Figura 1.10 (a), donde dos vasos, una torre y un intercambiador de calor se muestran en el plano del terreno. Claramente, V1 bloquea el  al haz de tubos del intercambiador, que a menudo requiere la eliminación de cambiar los tubos con fugas, o eliminar la escala en el exterior de los tubos. Con esta disposición, el intercambiador tendría que ser levantado

Crane La carretera

La carretera Reordenamiento de equipos marcas tubo de extracción paquete fácil

Espacio necesario para Ubicación de la V2 y T1 eliminación de haz de tubos hacer que la eliminación de la E1 muy dificil V2

V2 V1 Estante

E1 V1

T1

E1 Pipe Rack

PipeUbicación de la V1 obstruye eliminación de haz de tubos

T1

Estante Pipe Rack Pipe

Límites de la batería de la unidad de proceso

(la)

(b)

Figura 1.10 El efecto de Equipo Lugar en la facilidad de  para el mantenimiento, la instalación y Remoción


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos verticalmente y se coloca en algún lugar donde no había espacio suficiente de modo que el haz de tubos puede ser eliminado. Sin embargo, el segundo recipiente, V2 y la torre T1 están situados de tal manera que el  de la grúa es muy limitada y sería necesario un muy alto (y caro) de la grúa. La reubicación de éstos mismas piezas de equipo, como se muestra en la Figura 1.10 (b), alivia tanto estos problemas. Hay demasiadas consideraciones de este tipo para cubrir en detalle en este texto, y se remite al lector a Bausbacher y Hunt [5] para una más cobertura en profundidad de estos tipos de problemas. Teniendo en cuenta la instalación DME, un posible arreglo para la alimentación y el reactor subsección se muestra en la Fi Ure 1.11. 3. Se establece la elevación de todos los grandes equipos. En general, los equipos lo cado en el grado de nivel (planta) es más fácil de acceder y mantener, y es más barato instalar. Sin embargo, hay circunstancias que dictan que el equipo sea elevado con el fin de proporcionar un funcionamiento aceptable. Por ejemplo, la parte inferior producto de una columna de destilación es un líquido en su punto de burbuja. Si este líquido es alimentado a una bomba, entonces, como la presión cae en la línea de succión debido a la fricción, el líquido hierve y hace que las bombas de cavitación. Para aliviar este problema, es necesario para elevar la parte inferior de la columna con respecto a la entrada de la bomba, con el fin de incrementar la cabeza de succión positiva neta disponible (para obtener más detalles acerca NPSHLAvéase el Capítulo 16). Esto se puede hacer por la excavación de un pozo por debajo grado para la bomba o mediante la elevación de la torre. Pozos de bombeo tienen una tendencia a acumular gases más densos que el aire, y el mantenimiento de los equipos de tal pozos es peligroso debido a la posibilidad de asfixia e intoxicación (si el

Pipe Rack

P201A P201B R201 E201 E202

V201

24 pies

36 pies Figura 1.11 Posible Acuerdo Equipo para el reactor y Sección de alimentación del Fondo para el DME, Unidad 200



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gas es venenoso). Por esta razón, las torres son generalmente elevada entre 3 a 5 m (10 y 15 pies) por encima del nivel del suelo mediante el uso de una "falda". Este es ilus trado en la figura 1.12. Otra razón para la elevación de una columna de destilación es También se ilustra en la Figura 1.12. A menudo se utiliza un calderín termosifón. Estas calderines utilizan la diferencia de densidad entre el líquido alimentado al rehervidor y la mezcla de dos fases (líquidovapor saturado) que deja el rehervidor a "conducir" la circulación de fondos líquidos a través del intercambiador de calor. A fin de que obtener una fuerza motriz aceptable para esta circulación, la presión estática de la https://translate.googlecontent.com/translate_f

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líquido debe ser sustancial, y una diferencia de altura 3.5 m entre el quido uid nivel en la columna y la entrada de líquido al rehervidor es típicamente ciente ciente. Ejemplos de cuándo se requiere la elevación equipos se dan en Tabla 1.12. 4. proceso Mayor y tuberías utilidad se esbozan en. El último paso en este prelimi nario distribución de la planta es esbozar en donde el proceso principal (y utilidad) tubos (líneas) van. Una vez más, no hay reglas fijas para hacer esto. Sin embargo, la más directa ruta entre equipos que evita enfrentamientos con otros equipos y tubería es generalmente deseable. Cabe señalar que las líneas de servicios públicos originan y por lo general terminan en los encabezados situados en el rack de tuberías. Cuando tuberías de proceso debe ejecutarse desde un lado al proceso a otro, puede ser conveniente ejecutar la tubería en el rack de tuberías. Todas las válvulas de control, el muestreo de los puertos, y los principales

Torre de destilación

Menor nivel de funcionamiento en la Columna

35m de altura estática para evitar la cavitación de la bomba o para proporcionar fuerza motriz para termosifón rehervidor. Bottoms Bomba del producto Horizontal (o vertical) Termosifón Reboiler

Grado Columna Falda

Figura 1.12 Sketch Ilustrando Razones para la elevación de la columna de destilación


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Tabla 1.12 Razones para elevadores Equipo a ser elevados

Motivo de Elevación

Columnas o vasos

Cuando el NPSH disponible es demasiado bajo para evitar cavitación en la bomba de descarga, equipos debe ser elevada. Columnas Para proporcionar la cabeza motriz de termosifón re calderas. Cualquier equipo que contenga suspendido Para proporcionar un flujo de gravedad de los líquidos que contengan sólidos o lodos sólidos que evita el uso de suspensión problemática bombas. Condensadores barométricos o Este equipo se utiliza para producir vacío por la expansión de vapor de alta presión a través de una eyector. Los condensables en el vapor son re movido por o directo con una de agua fría aerosol. El tubo de escape de un condensador como es sellado con una pierna de 34 pies de agua. Tanque de agua de fuego crítico (o agua de refrigeración En algunos casos, el flujo de agua es absolutamente tanque de retención) crítico, por ejemplo, en la lucha contra incendios o crítica operaciones de refrigeración, el depósito de suministro de agua principal para estas operaciones pueden ser elevados para proporcionar suficiente presión de agua para eliminar la necesidad de bombas de alimentación. instrumentación debe estar ubicado convenientemente para los operadores. Esto no baja de aliado significa que deben estar ubicados cerca de grado o una plataforma de  de acero formulario. Esto también es cierto para las válvulas de aislamiento equipo. https://translate.googlecontent.com/translate_f

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1.6 LA PLANTA MODELO 3D La mejor manera de ver cómo todos los elementos anteriores encajan es para ver el Archivo Virtual_Plant_Tour.AVI en el CD que acompaña a este texto. La calidad y nivel de detalle que el software 3D es capaz de dar depende del sistema utilizado y el nivel de ingeniería de detalle que se utiliza para producir el modelo. Higo Ures 1,131,15 se generaron para la instalación DME utilizando el software PDMS paquete de CADCentre, Inc. (Estas cifras y el archivo Virtual_Plant_Tour.AVI se presentan aquí con permiso del CADCentre, Inc.) En la Figura 1.13, una isomet se muestra la vista ric de la instalación DME. Todos los equipos de proceso muy, muy importante se muestran proceso y tuberías de servicios públicos, y estructuras metálicas básicas. El rack de tuberías es muestran que atraviesa el centro del proceso, y las plataformas de acero se muestran donde se requiere el apoyo de equipos de proceso elevada. La sección de destilación ciones se muestran en la parte trasera de la figura del otro lado de la cremallera de la tubería. La reacción



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Figura 1.13 Vista isométrica del Modelo Preliminar 3D de la planta Layout para el proceso de DME (Reproducido con permiso de CADCentre, un Aveva Group Company, de su / PDMS software Vantage) sección tor y piensos se muestra en el lado cercano de la cremallera de la tubería. La elevación de el equipo de proceso se ilustra mejor en la figura 1.14, donde la tubería y se han eliminado de acero estructural. El único equipo elevada desprende de esta figura son los condensadores de arriba y tambores de reflujo para la destilación las columnas. Los condensadores fijos están situados verticalmente por encima de su respectivo tambores de reflujo para permitir el flujo de gravedad de condensado de los intercambiadores de la batería. Figura 1.15 muestra la disposición de equipos de proceso y las tuberías para las secciones de alimentación y de los reactores. La disposición de los equipos que corresponde a muestra en la Figura 1.11. Cabe señalar que la válvula de control de la descarga de las bombas de alimentación de metanol se encuentra cerca del nivel de grado para un fácil . 1.7 Resumen En este capítulo, usted ha aprendido que los tres principales tipos de diagramas usados para describir el flujo de corrientes químicas a través de un proceso son el flujo de bloques dia gramo (BFD), el diagrama de flujo del proceso (PFD), y las tuberías e instrumentación diagrama (P & ID). Estos diagramas describen un proceso en el aumento de detalle.


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Figura 1.14 Representación 3D de Preliminar equipo ción Disposición para el Proceso de DME (Reproducido con números permitidos sión de CADCentre, una empresa del grupo Aveva, desde su Vantage / PDMS Software)

Figura 1.15 Representación en 3D de las secciones del reactor y se alimentan del Proceso de DME Modelo (Reproducido con permiso de CADCentre, una empresa del grupo Aveva, desde su Vantage / PDMS Software) 50



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Cada diagrama tiene un propósito diferente. El diagrama de flujo de bloques es útil en la conceptualización de un proceso o una serie de procesos en un gran complejo. Pequeño información del flujo se da, pero una visión clara del proceso se presenta. los diagrama de flujo de proceso que contiene toda la información necesaria para completar el material y balances de energía en el proceso. Además, la información importante, como presiones corriente, tamaños equipos y grandes lazos de control se incluyen. Finalmente, https://translate.googlecontent.com/translate_f

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el diagrama de tuberías e instrumentación contiene toda la información del proceso sario necesa para la construcción de la planta. Estos datos incluyen tamaños de tubería y la lo cationes de toda la instrumentación, tanto para el proceso y flujos de servicios públicos. Además de los tres diagramas, hay un número de otros diagramas utilizado en la fase de construcción y la ingeniería de un proyecto. Sin embargo, estos dia gramos contienen poca información adicional sobre el proceso. Por último, la lógica para la colocación de los equipos y el diseño dentro del proceso de se discutió. Las razones para la elevación de los equipos y el  fueron discute, y se presentó la representación 3D de la planta. El PFD es el único esquema más importante para la química / proceso de en gineer y será la base de gran parte del debate abarcado por este libro.

REFERENCIAS 1. Kauffman, D., "Hojas de flujo y diagramas," Instrucción AIChE Modular, Se Ries G: Diseño de Equipos, editor de la serie J. Beckman, Instituto Americano de Ingenieros Químicos, Nueva York de 1986, vol. 1, capítulo G.1.5. Reproducido con permiso del Instituto Americano de Ingenieros Químicos, AIChE de autor derecho 1986 todos los derechos reservados. 2. Símbolos gráficos para los diagramas de flujo de proceso, ASA Y32.11 (Nueva York: Américas puede Sociedad de Ingenieros Mecánicos, 1961). 3. Austin, DG símbolos químicos Dibujo de Ingeniería (Londres: George Godwin, 1979). 4. Símbolos de instrumentos e Identificación de Research Triangle Park, Carolina del Norte: Instrumento Society of America, estándar ISAS51, 1975. 5. Bausbacher, E. y R. Hunt, Diseño de Plantas de Procesos y Diseño de tuberías (Alta Saddle River, NJ: Prentice Hall PTR, 1998). PROBLEMAS Nota: Problemas 19 son de Kauffman [1] y se reproducen con permiso de el Instituto Americano de Ingenieros Químicos, AIChE copyright © 1986 todos los derechos reservada. 1. ¿Cuáles son los tres tipos principales de diagramas de flujo se utilizan en el proceso químico industrias?


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos 2. ¿Cuál de los tres principales tipos de diagramas de flujo podría uno utilizar para: a. dar a un grupo de estudiantes de ingeniería química que visitan una visión general de un proceso de la planta? b. hacer una estimación preliminar de costos de capital? c. rastrear abajo de un fallo en un bucle de control? 3. ¿En qué tipo de diagrama de flujo se puede esperar para encontrar el diámetro del tubo y mate riales de construcción? 4. ¿En qué medida son los instrumentos y controles indicados en cada uno de los tres tipos de diagramas de flujo? 5. ¿En cuál de los tres tipos principales de diagramas de flujo podría uno esperar encontrar: a. válvulas de alivio? b. líneas que necesitan aislamiento de tuberías? c. que controlan los bucles son necesarios para el funcionamiento normal? d. rectángulos muestran, en lugar de símbolos, que se asemejan a piezas de equipo? e. si un controlador se va a ubicar en la sala de control o en la planta? 6. ¿Es de esperar el diseño del proceso para incluir más PFD o P & IDs? 7. Preparar el principal tipo más simple de diagrama de flujo para el siguiente proceso, e indicar los caudales de los componentes químicos principales: Una corriente de refinería que contiene parafinas y una mezcla de compuestos aromáticos (benceno, tolueno, xileno, y los compuestos aromáticos más pesados) se extrae con un disolvente líquido para volver cubrir los aromáticos. El disolvente y los compuestos aromáticos se separan por destilación, con el disolvente se recicla a la columna de extracción. Los compuestos aromáticos se separan en tres columnas, la recuperación de benceno, tolueno y xilenos mixtos, en ese orden. La corriente de alimentación consiste en lo siguiente:


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benceno parafinas 300.000 kg / h 100.000 kg / h tolueno 180.000 kg / h xileno 70.000 kg / h aromáticos pesados40.000 kg / h Se utiliza una relación de peso 3a1 de disolvente a aromáticos. 8. líquido se bombea desde un recipiente elevada a través del lado del tubo de un agua refrigerado por intercambiador de calor. El flujo de fluido es controlado por un controlador de caudal en la sala de control. La bomba tiene un repuesto. Dibuje una parte de los más de principal tipo de cola de diagrama de flujo que se utiliza para ilustrar este proceso. 9. Figura P1.9 es una porción de un P & ID. Encuentra al menos seis errores en la misma. Todos los errores son en artículos mostrados en realidad en el dibujo. No cite "errores de omisión" ("Tal y tal no se muestra"), ya que esto es sólo una parte de la P & ID. 10. En un proceso para separar y purificar propano a partir de una mezcla de propano y hidrocarburos saturados de cadena lineal más pesado (por ejemplo, nbutano, npentano, etc.), la corriente de alimentación se alimenta a la bandeja 18a de una columna de destilación 24bandeja.



53 LAH

V101

El año fiscal FRC TCV

4 "Sch 40

FT FE

8 "Sch 40 LI Química Alcantarillado

LI Química Alcantarillado

Figura P1.9 Una porción de un P & ID que contiene varios errores La corriente de vapor de cabeza de la columna está totalmente condensa en un agua intercambiador de calor refrigerado antes de ser alimentada a un tambor de reflujo de cabeza. los producto líquido desde el tambor se envía a la bomba de reflujo (que tiene un repuesto), y la descarga de la bomba se divide en dos corrientes. Uno de estos corrientes es la de reflujo de cabeza a la columna y se alimenta de nuevo a la columna de Bandeja 1. La segunda corriente líquida de la descarga de la bomba es la sobrecarga del producto y se envía a almacenamiento. La parte inferior de la columna de destilación se utiliza para almacenar el líquido que sale del placa inferior. Desde el fondo de la columna una corriente líquida que se va y es inmediatamente dividido en dos. Una corriente es el producto de fondo, que se envía para su posterior procesamiento en la Unidad 400. Se envía el otro flujo a un ter mosyphon rehervidor donde una porción de la corriente se vaporiza por condensación vapor a baja presión en el otro lado del intercambiador. El parcialmente al vapor corriente zado desde el rehervidor se devuelve a la columna justo por debajo del vigésimo cuarto bandeja. La mezcla de dos fases se separa, con la porción de vapor que pasa hacia arriba a través de la placa inferior para proporcionar el flujo de vapor en el columna. La porción de líquido vuelve al líquido acumulado en la parte inferior de la columna. Para el proceso descrito anteriormente, dibuje un PFD. Usted puede asumir que el proceso es la unidad 200, y usted debe identificar y número de todos los equipos apropiadamente. 11. Para el proceso descrito en el problema 10, el esquema de control siguientes tiene ha sugerido para la parte de arriba de la columna: El flujo de producto de cabeza va a almacenamiento está controlada por una señal a partir del indicador de nivel de líquido en el tambor de reflujo, que se utiliza para controlar


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos la posición de una válvula de control neumático en la línea de productos (tubería). El flujo de reflujo de nuevo a la columna también está regulada por una válvula de control neumático, que utiliza la señal (eléctrica) de un indicador de flujo en el ducto overhead línea de UCT para ajustar la válvula de tal manera que el flujo de reflujo está siempre en un cierto proporción al flujo de producto. En el PFD desarrollado en el problema 10, agregue los controles para dar la deseada acción de control descrito anteriormente. Puntos de bonificación: ¿Puedes describir cómo el esquema de control debe funcionar, es decir, lo que la válvula se abre o se cierra, y así sucesivamente, cuando el nivel de líquido sube por encima o cae por debajo de su valor de consigna? 12. Para el proceso descrito en el problema 10, el flujo de producto de cola enviados a Unidad 400 es controlado por una válvula neumática que recibe una señal de un líquido indicador de nivel que detecta el nivel de líquido acumulado en la parte inferior de la columna. Añadir este lazo de control a la PFD desarrollado en el problema 10. 13. Para el proceso descrito en el problema 10, se desea para controlar la pureza de el producto estrella. Si asumimos que la presión de la columna no varía (no necesariamente una buena suposición), podemos inferir la pureza del producto de la temperatura de la bandeja superior. Diseñar un esquema de control para implementar un bucle de nuevo para controlar la pureza del producto superior. Dibuja este lazo de control en la PFD para el problema 10. 14. aceite de secado (DO) es producido por el aceite de ricino descomposición térmica acetilado (ACO) de acuerdo con la siguiente reacción: ACO1l2340 ° C : DO1l2 + CH 3COOH1g2 calor El proceso para producir DO es bastante sencillo y se describe a continuación: ACO se alimenta de almacenamiento (fuera del sitio) a un pequeño recipiente de almacenamiento horizontal, V101. De V101, ACO líquido a 30 ° C se alimenta a una bomba de alimentación (P101 A / B) donde se presuriza hasta 2 barg. El flujo de ACO es controlado por un flujo de válvula de control situada en el lado de descarga de la bomba. El ACO se alimenta a una alimentación del horno reactor (H101) donde la temperatura se aumenta a 340 ° C, y la corriente que sale del horno se envía directamente a un reactor (R101), con que contiene el embalaje de cerámica inerte, en donde la reacción de descomposición tiene lugar. La conversión de un solo paso de ACO que hacer en el reactor es de 40%. La corriente de que abandona el reactor se alimenta luego a un separador gaslíquido (V102) donde el ácido acético parpadea apagado y deja en la corriente de vapor de cabeza. La pesada DO y líquidos ACO tienen muy bajas presiones de vapor y en consecuencia hacer No vaporizar apreciablemente y dejar el vaso producto líquido tan caliente. Esta caliente corriente de líquido, a 310 ° C, deja V102 y se alimenta entonces a una caldera de calor residual Donde el aceite caliente se enfría a 160 ° C por intercambio de calor con la caldera (E101) alimentar el agua para producir vapor a presión media a las 10 barg. La temperatura de la corriente de aceite refrigerado se controla ajustando el punto de ajuste en el nivel de con controlador de E101. Este controlador de nivel a su vez regula el nivel de agua en E101 mediante el ajuste del caudal de agua de alimentación de calderas. La corriente de aceite enfriado, en una presión de 1,3 barg, se envía a la unidad 200 para su posterior procesamiento.



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Para el proceso descrito anteriormente, dibujar un PFD que muestra la siguiente detalles: Números y Descripción Equipo Lazos de control básicos https://translate.googlecontent.com/translate_f

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Banderas de temperatura y presión 15. Una disposición de la planta preliminar (plano del terreno) para un nuevo proceso se muestra en la figura P1.15. Enumerar y explicar todos los posibles problemas con el diseño de equipos que se puede encontrar.

La carretera

T1

Límites de la batería de la unidad de proceso

P1A / B V1

E1 R1

Estante

Elevaciones R1 inferior al grado +15 pies T1 inferior al grado V1 inferior al grado +30 pies E1 inferior al grado + 2 pies P1A y B en el grado Dimensiones R1 L = 10 pies, Diam = 5 pies T1 L = 90 pies, Diam = 9 pies V1 L = 12 ft, Diam = 5 pies E1 L = 18 pies, Diam = 4 pies P1A & B L = 5 pies. W = 2,5 pies

Pipe Rack

Pipe 12 ft

Figura P1.15 Plot Plan Preliminar para el problema 1.15 16. La elevación de los equipos sobre el nivel del suelo es caro porque Además Se requiere acero estructural cional. Sin embargo, es práctica normal en la industria química plantas para elevar la parte inferior de una columna de destilación por 10 a 15 pies, usando una "falda." metal Por qué se justifica tal gasto extra? 17. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la colocación de una bomba en un pozo debajo nivel del suelo? 18. Un compresor, reactor, torre, condensador, y el tambor de reflujo de cabeza y re bomba de flujo se debe agregar a un proceso existente. El plan de trama de la existente proceso y el espacio disponible para el nuevo equipo se muestra en la figura


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Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos La carretera R301 Límites de la batería de la unidad de proceso existente Los equipos existentes R302 Unidad de proceso existentes La carretera T301

Pipe Rack

6 pies

Límites de batería de nueva unidad de proceso Elevaciones Dimensiones C305 en el grado C305 L = 10 ft, W = 6 pies R307 inferior al gradoR307 L = 35 ft, Diam = 5 pies T311 L = 80 ft, Diam = 4 pies Inferior T311 en el grado V317 L = 6 pies, Diam = 3 pies V317 inferior al grado +30 pies E323 inferior al grado +41 pies E323 L = 18 pies, Diam = 4 pies P322A & B en el grado Ft P322 A & B L = 5 pies. W = 2,5 https://translate.googlecontent.com/translate_f

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Figura P1.18 Plan de Parcela Problema 1.18 (Datos para Equipo Nuevo Dado en la tabla) P1.18. Sobre la base de la separación mínima recomendada entre proceso de equipos Ment dada en la sección 1.5, el boceto de un diseño de los nuevos equipos. 19. Estimación de la "huella" de los siguientes equipos para el tolueno HDA proceso (Tabla 1.7). • E101 • R101 • T101


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