tema iii- diseno de plantas

8/18/2019 Tema III- Diseno de Plantas

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Villa Montes 2016

DISEDISEÑO DE PLANTAS QUIMICASO DE PLANTAS QUIMICASINGENIERIA PETROQUIMICAINGENIERIA PETROQUIMICA



Proceso Químico

Sistema formado por equipos,

interconectados en forma

organizada, que permiten

cambios físicos y químicos

dando lugar a un producto deinterés.



Proceso Industrial

PROCESO

DISEÑO

INSUMOS

CONOCIMIENTOINGENIERIA

TRABAJOENERGIACAPITAL

MATERIAS PRIMAS PRODUCTOS



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)



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*





• 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





• Pes+uera ( #arina y aceite de pescado% conservas% etc* )

• Plsticos % /e.tiles y Fibras sint5ticas

• Frmacos



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)"



• !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 !



• !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 !



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!)



&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



&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



(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 )



&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



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



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



"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



(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 )



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



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$



DI1%)141 3+DDI1%)141 3+D



"e+uence of Process Design

8loc? Flo9 Diagram(8FD)

Process Flo9 Diagram(PFD)

Piping and Instrumentation

Flo9 Diagram(P<ID)



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



!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*



!on'enciones para los Diagramas de 3loques



!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



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



DI1%)141 P+DDI1%)141 P+D

!on'enciones para los Diagramas de



!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*



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



Process Flo9 Diagram

!on'enciones para la



!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



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 )



In+or&aci,n $ara #as corrientes de +#u6o



!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



Identificaci*n de las



!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



DI1%)141 P7IDDI1%)141 P7ID

Diagramas de tuberías e Instrumentaci*n



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



!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



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



!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



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



Importancia del P<IDs



• 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



• !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



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



Ing* 1arcelo "algado 3*

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