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Villa Montes 2016
DISEDISEÑO DE PLANTAS QUIMICASO DE PLANTAS QUIMICASINGENIERIA PETROQUIMICAINGENIERIA PETROQUIMICA
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Proceso Químico
Sistema formado por equipos,
interconectados en forma
organizada, que permiten
cambios físicos y químicos
dando lugar a un producto deinterés.
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Proceso Industrial
PROCESO
DISEÑO
INSUMOS
CONOCIMIENTOINGENIERIA
TRABAJOENERGIACAPITAL
MATERIAS PRIMAS PRODUCTOS
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Diseño de una planta Petroquímica
• Inception (concepción)• Feasibility survey (evaluación preliminar)• Process development (Desarrollo del proceso)• Final economic evaluation (Evaluación económica final)• Detailed engineering design ( Diseño de la Ingeniería de
detalle)• Procurement (estión )• Erection (!onstrucción)• "tartup and trial runs (Puesta en marc#a y ensayos iniciales)
• Production (producción)
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Industrias de Procesos Químicos
!"emical Process Industries# !PI$
• $limentos (bebidas% a&'car% ugos% congelados% lcteos% vinos%cerve&a% etc*)
• !ombustibles (petróleo% carbón% gas natural% gasolina) lubricantes
y derivados petro+uímicos• !ompuestos +uímicos
, -rgnicos (petro+uímicos% solventes% cauc#os% etc)
, Inorgnicos ( sales% fertili&antes% etc*)
, E.plosivos ( /0/% anfo% etc*) Detergentes y abones* Pinturas y pigmentos*
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Industrias de Procesos Químicos
!"emical Process Industries# !PI$
• 1etalurgia ( $cero y aleaciones% metales2 !u% $g% $u% 3e% etc*)
• /ratamiento de agua% efluentes y residuos ( gases% lí+uidos ysólidos)
• eneración de vapor y energía termo4el5ctrica• 1ateriales ( cemento% asfalto% cermica% ad#esivos% plsticos%
materiales de construcción% vidrio)
• Papel y celulosa
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Industrias de Procesos Químicos
!"emical Process Industries# !PI$
• Pes+uera ( #arina y aceite de pescado% conservas% etc* )
• Plsticos % /e.tiles y Fibras sint5ticas
• Frmacos
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Sistema %lobal de un Proceso Químico
PLANTADE PROCESOS
QUIMICOS
RED DEINTERCAMBIADORES
DE CALOR
PLANTAS DE SERVICIOSCalderas, Turbias
Aire !"#$ri#id"O%i&e", 'a!("
Ma)erias
Pri#as
Isu#"s
Pr"du!)"s
Ele!)ri!idad Su#iis)r"s* Ser'i!i"s
A&ua
C"#bus)ibles
Aire
C"rrie)es+r(as
C"rrie)es!alie)es
Ser'i!i" de!ale)a#ie)"
Ser'i!i" dee+ria#ie)"
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• !ondiciones de operaciónestacionarias
• ran escala de Producción• !ada e+uipo reali&a una
operación o función específica
• Funcionamiento intermitente• !iclo de operación
• Pe+ueña escala de producción• Plantas fle.ibles%
multiproducto y multi propósito
• randes tiempos de
procesamientos o residencia• 3eacciones lentas* Fluos pe+ueños
• Productos +ue ensucian%incrustan o corroen los e+uipos
Proceso continuo Proceso discontinuo ( Batc !
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• !alidad del producto constante• 6elocidad de producción
constante• $lta automati&ación• Poca mano de obra
• Productos de calidad variable• 6elocidad de producción
variable• 1uc#a mano de obra• Productos de alto valor y
calidad• Procedimientos de síntesis
compleos• !ondiciones de control muyestrictas
Proceso continuo Proceso discontinuo ( Batc !
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Procesos !ontinuo
Procesos Discontinuo
EAT SEPARATORREACTOR
-eed
Ca)al*s) Pr"du!)
ea)
EATREACTOR
SEPARATOR
./0 -eed
.10 Ca)al*s)
ea)
S ) i l l
Pr"du!)
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&tapas de un Proceso Químico
MATERIASPRIMAS
REACCIONESQUIMICAS
PRODUCTOS
O$era!i"es+(si!as dea!"di!i"a#ie)"
O$era!i"es+(si!as dese$ara!i2
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&structura general de un Proceso Producti'o
Pr oductos
PREPARACIONPURI-ICACION
SEPARACIONPURI-ICACION
REACCION
M P Isu#"sIsu#"s
PRODUCTO
Sub$r"du!)"sSub$r"du!)"s
TRATAMIENTOE-LUENTESE-LUENTE
LIMPIO
PRODUCTOSSECUNDARIOS
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(ipos de Procesos# !ontinuo 7 Discontinuo (batc#)
Estacionario 7 Dinmico
)epresentaci*n de Procesos#a) Diagrama de Entrada , "alida ( input4output) b) Diagrama de 8lo+ues ( operaciones principales )c) Diagrama de Fluos ( Flo9s#eet )
( Estructura Productiva y secuencia de e+uipos )
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&structura de &ntrada y de Salida del
Diagrama de +luos
Ali#e)a!i2Pr"du!)"PROCESO
PRODUCTI"O
Re!i!l" Pur&a
Sub$r"du!)"s
Isu#"s
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Diagrama %eneral &ntrada- Salida
Producci*n de acroleínapropenal$
re!i!lad"
PROCESO
aire
Va$"r de a&ua
Pr"$ile"
A!r"leia
A!id" a!rili!"
des!ar)es
Gases " !"desablesisu#"s eer&(a
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Input /utput Structure of 0D1 Process !on'entional
0idrodeal2ylation$
*dr"&e
Me)3ae
T"luee
Be4ee Pr"du!)
Di$3e*l B* 5Pr"du!)
*dr"&e , Me)3ae
Urea!)ed T"luee
PROCESS
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"ervicios•$gua (proceso% refrig% calderas% limpie&a% sanitaria% contra incendio)
•6apor (alta% media o baa presión) (seco% saturado% sobrecalentado)•!ondensados•Fluidos t5rmicos (aceite% sales)•!ombustibles (carbón% fuel oil% gas oil% gas natural% otros)•Electricidad•$ire comprimido (instrumentación% servicio) (seco% sin aceite)•ases inertes (nitrógeno% etc*)•Efluentes (tratamiento :in situ;)
P#anta
Unidades de $roceso
O$eraciones Unitarias
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(ipos de )epresentaciones#
• Diagrama de blo+ues ( 8FD )• Diagrama de Fluo de Procesos ( PFD )
• Diagrama de !añerías e Instrumentación ( P<ID )• Diagrama Isom5tricos ( cañerías y e+uipos )
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3evision preliminar • 1aterias primas
• /ermodinmica y cin5tica de lasreacciones
• Instalaciones y e+uiposdisponibles
• Instalaciones y e+uipos +ue
deben ad+uirirse• Estimación de los costos de producción e inversión total
• =tilidades• 1ateriales de construcción
• !onsideraciones ambientales
• !onsideraciones sobre la
seguridad• 1ercados
• !ompetencia
• Propiedades de los productos
• 6entas y servicio de ventas• Embar+ues
• >ocali&ación de la planta
• "ituación desde el punto de
vista de patentes
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Diagramas de Procesos Químicos
Este%uio&etria
ondiciones $re#i&inares de# $roceso
Ba#ance $re#i&inar de &ateria
Ba#ances de &asa ' ener)a *es$eci+icaciones de e%ui$os
r&aci,n Mec-nica e instru&entaci,n
Diagrama &ntrada - Salida
Diagrama %enérico de bloques
Diagrama de tuberías e
instrumentaci*nPID$
Diagrama de 3loques 3+D$
Diagrama de fluo del Proceso
P+D$
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DI1%)141 3+DDI1%)141 3+D
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"e+uence of Process Design
8loc? Flo9 Diagram(8FD)
Process Flo9 Diagram(PFD)
Piping and Instrumentation
Flo9 Diagram(P<ID)
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Diagrama de fluo en 8lo+ues
• Proporciona una información clara de un procesoordenado detalladamente*
• !ada blo+ue representa una funcion del proceso% lo +ue
en la practica podría consistir de varias partes de une+uipo*• @til para conceptuar nuevos procesos*• Frecuentemente es usado como punto de partida para
los PFDs*• Especialmente 'til en las presentaciones orales*
!onvención y Formato para el
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!onvención y Formato para elDiagrama de Fluo en 8lo+ues
• >as operaciones se muestran por blo+ues*• >as líneas principales de fluo se muestran por flec#as dando ladirección del fluo*
• >a dirección del fluo en lo posible debe ir de i&+uierda a derec#a*• >as corrientes livianas(gases) en la parte superior #acia arriba y las
corrientes pesadas (lí+uidos y sólidos) en el fondo o #acia abao*• >a información proporcionada por el proceso es 'nica y critica*• "i las líneas se entrecru&an se debe #acer un puente para el cruce de
las mismas (Para todos los diagramas de procesos +uímicos)*• Proporciona un balance de materia simplificado*
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!on'enciones para los Diagramas de 3loques
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!on'enciones para los Diagramas de 3loques
• !ada operación se representa por un blo+ue
• >as corrientes de fluo principal se representan por líneasflec#adas en la dirección del fluo• >os fluos van desde la i&+uierda a la derec#a del diagrama• >as corrientes gaseosas se incluyen en la parte superior del
diagrama% y los lí+uidos o sólidos #acia la parte inferiorseparados por densidad*• "e incluye la información crítica para entender e proceso• "i las líneas se cru&an% las #ori&ontales se mantienen y las
verticales se cortan
• "e incluye un balance de masas y energía simplificado enforma de una tabla*
3+D# 3loc2 +lo5 Diagram
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3+D# 3loc2 +lo5 Diagram
*dr"&e
. 617 8& 9 0
T"luee. /7777 8& 9 0 Be4ee
. 6:67 8& 9 0
Sti##
Mi%es &as
. 1;:7 8& 9 0
T"luee
GasSe$arator Reactor
Mi%es Li<uidsC"'ersi"=>? T"luee
Reaction . C/0 1 * 02 3 C404 * C05
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DI1%)141 P+DDI1%)141 P+D
!on'enciones para los Diagramas de
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!on'enciones para los Diagramas de
+luos de Procesos
• "e representan /-D-" los e+uipos unto con su descripción!ada e+uipo tiene un n'mero y un nombre
• /odas las corrientes de proceso tienen un n'mero* "e debe incluiruna descripción de las condiciones (temperatura% presión)%fluos ycomposición +uímica ya sea en el diagrama o en un a /$8>$adunta*
• "e deben representar /-D$" las corrientes de servicios( vaporaire% calefacción% etc*) +ue se alimentan a cada producto de
alimentación*• "e deben representar los loops de control bsicos +ue aseguran laestabilidad de las condiciones del proceso durante la operaciónnormal*
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Diagrama de fluo del proceso
• 1uc#o mas compleo +ue el 8FD*• Incluye la siguiente información*
, E+uipos principales con nombres% n'meros y descripciones
, /odas las corrientes se muestran con un numero% condicionesdel proceso y la composición +uímica* >os dos 'ltimos
pueden ser mostrados directamente sobre el PFD oacompañando una tabla adunta*
, /odas las corrientes de los e+uipos principales
, Estrategias bsicas de control y los circuitos de control enuna operación normal*
P Fl Di
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Process Flo9 Diagram
!on'enciones para la
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!on'enciones para la
identificaci*n de equipos
• ! 2 !ompresoras• E 2 Intercambiadores de calor • A 2 !alentadores a llama• P 2 8ombas• 3 2 3eactores• / 2 !olumnas
• /B2 Estan+ues de almacenamiento• 6 2 Estan+ue de proceso
6umeraci*n de los equipos
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6umeraci*n de los equipos
• P , CC $78 identifica una bomba• P , CC $78 identifica +ue la bomba est ubicada en el
rea 0C de la planta• P , CC $78 identifica +ue la bomba es la n'mero C
de las n e.istentes en la planta• P , CC $78 identifica +ue #ay bombas id5nticas una
de respaldo ( bac?up )
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In+or&aci,n $ara #as corrientes de +#u6o
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!omo mínimo
• 0'mero de la corriente• /emperatura (!)• Presión (bar)
• Fracción vapor • Fluo total msico (Bg7#)• Fluo molar total (Bmol7#)• Fluo molar para cada
componente (Bmol7#)
1uc#as veces % adems**
• Fracciones molares de loscomponentes• Fracciones msicas de los
componentes• Fluo volum5trico
• Propiedades físicas (densidad %viscosidadG)• Datos termodinmicos (calor
específico% entalpíaG)• 0ombre de la corriente
$ 6
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Identificaci*n de las
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!orrientes de +luos
• 0'mero de la corriente• /emperatura (!)• Presión (bar)
• Fracción vapor • Fluo total msico (Bg7#)• Fluo molar total (Bmol7#)• Fluo molar para cada componente (Bmol7#)
Proceso de licuaci*n del aire
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DI1%)141 P7IDDI1%)141 P7ID
Diagramas de tuberías e Instrumentaci*n
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P7ID8s$
• P < IDHs representan la ultima etapa en el proceso de diseño• 3e+uiere de (PFDHs) completo• P < IDHs son un documento clave para la construcción y
operación de un e+uipo o dispositivo , Es una fuente de datos para verificar listas de instrumentos% listas de
e+uipos y tuberías isom5tricas* , "e acude frecuentemente durante la puesta en marc#a% en operacionesrutinarias% mantenimiento% problemas de atoramiento y altibaos deenergía*
• =n proceso no puede ser adecuadamente diseñado si no cuenta
con su propio P < IDHs
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!omponentes del P<ID
• El P<ID incluye cada aspecto mecnico de la planta (con algunas e.cepciones +ue deben serdetalladas brevemente)*
• !ada PFD re+uiere de algunos P<IDs para proporcionar los datos necesarios*
!onvenciones en la construcción de
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P<IDs• Para mostrar cada pie&a del e+uipamiento se debe incluir
, =nidades disponibles , =nidades paralelas , 3esumen detalladao de cada unidad
• Para tuberias4incluir todas las líneas incluyendo
desages% cone.iones y especificar , tamaño (use tamaños estndar) , catalogo (espesor) , 1aterial de construcción , aislamiento (espesor y tipo)
!onvenciones en la construcción de P<Ids
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!onvenciones en la construcción de P<Ids• Para instrumentos4identificar 4 Indicadores
, registradores
, controladores
, 1ostrar las líneas de instrumentos
• Para Dispositivos4identificar 4 dispositivos de entrada
, Dispositivos de salida
, Dispositivos de salida para tratamiento de desec#os
E.clusiones del P<IDs
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E.clusiones del P<IDs
• !ondiciones de operación /% P
• Fluos de las corrientes
• =bicación de los e+uipos
• /ra&ado de tuberías , >ongitud de la tubería
, $ustes de la tubería
• "oportes% estructuras% y fundaciones
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Importancia del P<IDs
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• El P<ID es la u'ltima etapa del diseño de un proceso y sirvecomo guía para todos a+uellos +uienes sern responsables
por el diseño final y construcción* 8asado en el P<ID2 , Ingenieros mecnicos y civiles podrn diseñar e instalar pie&as ye+uipos*
, Ingenieros Instrumentistas podrn especificar% instalar y c#e+uearsistemas de control
, Ingenieros en tuberías podrn desarrollar distribuciones de la planta y reali&ar planos* , Ingenieros de proyectos desarrollaran la planta y catlogos de
construcción*
Procedemiento para el desarrollo de losP7ID8s
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• !omen&ar con PFD aprobado*• !olocar cada pie&a del e+uipo principal en una #oa separada*
, Dar a cada item un numero de rotulo% e** al primer tan+ue en el proceso de fluo es rotulado como /4C
• !olocar las líneas de procesos en la #oa del diagrama de fluo , Poner las corrientes +ue entran al lado i&+uierdo de la #oa*
, Poner las corrientes de salida al lado derec#o de la #oa* , !olocar cada numero de fuente% /amaño de la línea y material
de construcción de cada línea* (e** la primera línea al tan+ue/4C es rotulada /C4C4J;4!"% la segunda /C44K;4JCK"")
Procedimiento para el desarrollo delP7ID8s
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P7ID s• !olocar los e+uipos menores (e** bombas% filtros) en la #oa y
rotularlos*• Poner en recuadro al fondo de la #oa información especifica clave
(ver $uto!$D tutorial)• !olocar n'meros rotulados a los instrumentos%y uniones sobre las
líneas de proceso y e+uipos de acuerdo a su simbología• Poner titulo en recuadro% revision% registro y aprobación(ver eemplo)*• 3evisar por seguridad y designar como revision :;• /odos los cambios futurosal P<ID sern anotados en el registro de
revisión e ir incrementando los n'meros de revision* E** 3evision CL3evision A$M-P
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Ing* 1arcelo "algado 3*