Structure and Synthesis of the Process Flow Diagram

Diseo de Plantas QumicasRastreando sustancias qumicas a travs del Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)

Universidad Nacional Mayor de San MarcosFacultad de Qumica e Ingeniera QumicaEscuela Acadmico Profesional de Ingeniera QumicaDepartamento Acadmico de Anlisis y Diseo de ProcesosIng. Jorge Luis Crdenas Ruiz2.1. Guas y Tcticas para Rastrear Sustancias QumicasHay dos importantes operaciones para rastrear las trayectorias en DFP. Estos son:* el mezclador adiabtico.* el divisor adiabtico.

2.1. Guas y Tcticas para Rastrear Sustancias QumicasMezclador: Dos o ms corrientes se combinan para formar una corriente simple. Esta simple corriente de salida tiene una composicin definida, fase(s), presin y temperatura.Divisor: Una corriente simple se divide en dos o ms corrientes de salida con la misma temperatura, presin y composicin como la corriente de entrada.

Estas operaciones se encuentran en los lugares donde las corrientes se encuentran o stas se dividen en un DFP.Son ts en lneas de tuberas en la planta. Estas operaciones involucran poco diseo y poseen un costo mnimo. No son importantes en la estimacin del costo de una planta y no aparecern en una lista de un equipo importante. Sin embargo, se incluyen en el diseo de los diagramas de flujo para la implementacin y utilizacin de simuladores de procesos qumicos.Los mezcladores y divisores se resaltan como recuadros sombreados en los diagramas de flujo presentados. stos llevan una designacin m y s, respectivamente (m = mixer, s = splitter).

2.2. Rastreando Trayectorias Primarias Tomadas por Las Sustancias Qumicas en un Proceso Qumico.Las especies qumicas identificadas en el diagrama de flujo de proceso en bloques (aquellos asociados con reaccin(es) qumica(s) se denominan trayectorias de flujo primario. Deberan seguirse dos directivas cuando se rastrean ests sustancias qumicas primarias.Reactivos: empiece con la alimentacin (el lado izquierdo del DFP) y rastree las sustancias qumicas hacia el reactor.Productos: Inicie con el producto (lado derecho del DFP) y rastree las sustancias qumicas hacia atrs, rumbo al reactor.

Las siguientes tcticas se aplican para el rastreo de sustancias qumicas en todas las operaciones unitarias excepto para reactores qumicos.Tctica 1: Alguna operacin unitaria o grupo de operaciones, que tiene una corriente simple de entrada o corrientes de entrada mltiples y una corriente de salida simple se rastrea en una direccin hacia delante. Si la sustancia qumica A est presente en alguna corriente de entrada, ste debe aparecer en una corriente de salida simple (vea la Figura 2.1.a).Tctica 2: Alguna operacin unitaria o grupo de operaciones, que tiene una corriente de entrada simple o corrientes mltiples de salida se rastrea en una direccin hacia atrs. Si la sustancia qumica A est presente en alguna corriente de salida, ste debe aparecer en la corriente de entrada simple (vea la Fig. 2.1.b).Tctica 3: Los sistemas tales como las columnas de destilacin estn compuestos de mltiples operaciones unitarias con una corriente de entradas o salida simples. Se hace necesario algunas veces considerar tales combinaciones de equipos como bloques antes de implementar las Tcticas 1 y 2.

Figura 2.1. Tcticas para el rastreo de especies qumicas.(A)(A)RastreoEntradasSalidaSi el componente (A) est en una corriente de entrada, ste tambin estar en la corriente de salida.(a)Rastreo(A)(A)EntradaSalidasSi el componente (A) est en una corriente de salida, ste tambin estar en la corriente de entrada.(b)Solamente en los reactores se alimentan sustancias qumicas que se transforman en sustancias qumicas producto.Cuando se rastrean sustancias qumicas a travs de un DFP, es importante recordar lo siguiente: Ocasionalmente se puede encontrar situaciones en donde tienen lugar separaciones fsicas y reacciones en un mismo equipo. En la mayora de los casos, esto es indeseable pero inevitable. En tales situaciones, ser necesario dividir la unidad en dos unidades imaginarias, o fantasmas. La(s) reaccin(es) qumica(s) tienen lugar en una unidad fantasma y la separacin en la segunda unidad fantasma. Estas unidades fantasmas nunca se muestran en el DFP, sin embargo tales unidades son tiles cuando se construye un diagrama de flujo para un simulador de procesos qumicos.

2.3. Corrientes de recirculacin y de derivacinEs importante poder reconocer las corrientes de recirculacin y de derivacin en los procesos qumicos. Cuando se identifican las corrientes de recirculacin y de derivacin, observamos los circuitos de flujo en el DFP. Una vez que podemos identificar un circuito de flujo, o tenemos una corriente de recirculacin o una de derivacin. La direccin de las corrientes, como se indica por la direccin de las cabezas de las flechas, determina si el circuito contiene una recirculacin o una derivacin. Las siguientes tcticas se aplican para circuitos de flujo:Tctica 4: Si las corrientes en un circuito fluye tal que la trayectoria de flujo forma un circuito completo hacia atrs, hacia el punto de origen, entonces ste es un circuito de recirculacin.Tctica 5: Si las corrientes en un circuito fluyen tal que la trayectoria de flujo no forma un circuito completo hacia atrs, hacia el lugar de origen, entonces hay una derivacin.

Es importante notar que ciertas piezas de equipo normalmente contienen corrientes de recirculacin. En particular, las columnas de destilacin siempre tienen corrientes de reflujo de productos en el tope y en el fondo. Cuando identificamos circuitos de recirculacin, podemos determinar que circuitos contienen corrientes de reflujo y cules no.Los diagramas de flujo representan los documentos ms significativos y tiles para describir y entender procesos. Aunque los DFPs contienen mucha informacin del proceso, a veces es necesario aplicar un conocimiento adicional acerca de una operacin unitaria para determinar que sustancias qumicas estn contenidas en una corriente de recirculacin.Figura E2.1 Trayectorias Primarias de las sustancias qumicas para benceno y tolueno en el proceso de deshidroalquilacin del tolueno

Figura 2.2. Envoltura alrededor de la torre T-101 mostrando el mtodo alternativo para rastrear la corriente de benceno.

Figura E2.2.a. Rastreando las trayectorias de sustancias qumicas primarias utilizando el mtodo de la envoltura.

Figura E2.2.b. Rastreando la trayectoria primaria de flujo para metano en el DFP de hidrodesalquilacin de tolueno.

Figura 2.3. Trayectorias primarias de las sustancias qumicas para el metano e hidrgeno en el DFP dedeshidrodesalquilacin de tolueno.

Figura 2.3.a. Identificacin del circuito de recirculacin de tolueno en el DFP de la deshidroalquilacin del tolueno.

Figura E2.3.b. Identificacin de otros circuitos de recirculacin en el DFP de deshidroalquilacin de tolueno.

Identificacin de otros circuitos de recirculacin en el DFP de deshidroalquilacin de tolueno.

Identificacin de otros circuitos de recirculacin en el DFP de deshidroalquilacin de tolueno.

Identificacin de otros circuitos de recirculacin en el DFP de deshidroalquilacin de tolueno.

Identificacin de otros circuitos de recirculacin en el DFP de deshidroalquilacin de tolueno.Figura E2.3.c. Identificacin de las corrientes de derivacin en el DFP de la hidrodesalquilacin de tolueno.