Process Flow Diagram = PFD

YOU MUST DO ONE!

A formal diagram showing major equipment & streams involved in a specific process.

(see “fold‐out” page on inside of back cover)

1) What does a PFD have?

a) Equipment Major pieces of equipment are indicated by 

name, symbol and number

b) Process stream flow lines

c) Utilities

d) Temperature & Pressure of lines

e) Important volumetric and mass flow rates

f) A material balance table keyed to streams

2) General Rules

a) Flow is from left to right Raw materials enter left Products & wastes exit right

b) Position equipment vertically (where possible) so as to represent real process equipment elevations

c) Horizontal position is typically stretched to allow space for streams & equipment rather than mimic real positions

d) Process streams designated with heavy lines Break one of a pair of crossing lines:

2) General Rules (cont’d)

d)   Process streams designated with heavy lines (cont’d) Arrowheads should be placed at each line angle and 

entering a mixing point:

Start a PFD with a simple sketch!

3)  Equipment Designation

General Approach

A) Number each process area:100s200s300s…. 

B)  Number major pieces of equipment:110120 (no “100”, “200”, etc.)130….

See Table 3.2, p. 34

3)  Equipment Designation (cont’d)

C)  Number supporting pieces of equipment starting with the next higher number:

111112 Devices which support major 113 equipment #110114…. 

D)  Use a prefix letter to indicate type:E‐112 Heat exchanger associated with #110L‐114  Pump associated with #110….

3)  Equipment Designation (cont’d)

E)  Use suffix letters to denote duplicate:L‐114A Two identicalL‐114B pumps

F)  On the diagram, place these names next to symbol and in upper margin.

For Example (on PFD in book):

F‐110 Fermenter media storageL‐111 Fermenter feed pumpE‐112 Feed recuperatorE‐113 SterilizerF‐114 Seed 1 storage….L‐111 Same pump is used for a different transfer….R‐120 Fermenter, etc.

Note:  Equipment names appear in margin, too.

4)  Stream Designation

Important Symbols:

Raw material inflow (name it)

Product outflow (name it)

Stream Designation for Material Balance called a Material Balance Flag (stream 3)

See Table 3.3, p. 35

4)  Stream Designation (cont’d)

Liquid Vol. Flowrate (typically L/s)

Mass Flowrate (typically kg/s)

Molar Flowrate (typically kgmol/s)

Gas Vol. Flowrate (typically m3/s)

Pressure (bar‐gage)

Pressure (kPa‐gage)

Temperature (°C)

4)  Stream Designation (cont’d)

Oval with letters indicate utilies:

Steam at 4 bars‐gage

Number streams from left to right

Fill in information as you obtain it.Where you don’t have information, either

1. Calculate2. Estimate using some design principle

Example of Fold‐out PFD Example:

Stream #1 (after pump L‐111) is at:

20°C

3.0 bars gage pressure

flowrate of 3.5 L/s

After it enters heat exchanger E‐112 it is at:

104°C

2.5 bars gage pressure

Example of Fold‐out PFD Example (cont’d):

Stream #6 is air which has been filtered(didn’t designate filter)

20°C

After it is compressed it is at:

124°C

1.5 bars gage pressure

0.43 STP m3/s (ideal gas conditions)

Example of Fold‐out PFD Example (cont’d):

Utilities around production fermenter:

cold water from cooling tower

refrigerant at ‐5°C

refrigerant return at ‐5°C

5)  Material  Balances

As you obtain information on each stream, include this information on the mass balance table at bottom of PFD.

See PFD

Note that materials balance information should “check out”.  For example found in textbook, streams 1, 2, 3 should sum to stream 4.  CHECK!

6)  Energy  Balances

Energy balances are needed, of course, to calculated the temperatures (and pressures) of many streams.

However, these typically occur behind the scenes and don’t appear directly on the PFD.

7)  Quick Checks

You should be able to review a PFD quickly and check for many common errors:

A) Are all flow directions correct and unambiguous?

B) Do mass flowrates balance, both around individual operations and around larger portions of the process?

C) Do temperatures make sense?Do heat capacities match temperature changes?

7)  Quick Checks (cont’d)

D) Do pressures make sense?

• Pressures must decrease unless a pump or compressor is in line.

• A low pressure stream cannot be added to a high pressure vessel.

E) Are residues accounted for?  Trace components are everywhere….

8)  Batch Processes

• Material flows are in mass per batch instead of mass per time.

• Some pieces of equipment may be used many times in a production cycle (e.g., pump is moved around).  Such items should appear multiple times on PFD with same name and number.

• Use a GANTT Chart (on a separate piece of paper).

9)  GANTT Chart

a) Left‐to‐right progression on chart represents passage of time in even increments.  Usually vertical lines are used:

See Fig. 3.11 pp. 56‐57.

9)  GANTT Chart (cont’d)

b) Equipment is listed in first column:

9)  GANTT Chart (cont’d)

c) For each piece of equipment, “time in use” is indicated by horizontal bar, denoting different operations with different types of bars:

See Fig. 3.11R‐120L‐141B

9)  GANTT Chart (cont’d)

d) Indicate major portions of process above main chart:

10)  Other comments

A) Look for opportunities to exchange heat…”recuperation”.

B) Look at all the non‐product streams exiting…are any recyclable?  (be aware of accumulation, need to purge)

C) Pressurize liquids instead of gases.

D) Think about “What if’s?”  How do you start and stop the process?