DIAGRAMAS DE

FLUJO

Diagramas de Bloques

Los diagramas en bloques son, prácticamente, ideogramas de proceso, en términos principalmente fundamentales. Es decir, si se desea separar un compuesto "A" de una solución, simplemente se dispondrá una caja que corresponde a un proceso de separación... que tal proceso sea factible y que exista la tecnología necesaria es asunto de etapas posteriores. En cuanto la factibilidad se resuelve, la caja es reemplazada por un equipo concreto, en un tipo de diagrama posterior.

Diagramas de Bloques

El diagrama de bloques es la forma mas simple de representación del proceso. Cada bloque puede representar una pieza individual de equipo o una etapa completa del proceso.

Diagramas de Bloques

• Los diagramas de bloques son usados para representar un proceso en forma simple en reportes y textos, pero tiene un uso limitado como documento de ingeniería.

Diagramas de Bloques

• Las cantidades y composiciones de las corrientes pueden indicarse en el diagrama junto a las líneas de las corrientes, también puede tabularse y adjuntarse al diagrama la información sobre los balances de materiales y energía

Diagramas de Bloques

• Los bloques pueden ser de cualquier forma, pero usualmente es conveniente usar cuadrados o círculos, siempre del mismo tamaño.

• Los componentes básicos de un típico proceso químico son mostrados en la Figura en la cual cada bloque representa una etapa en el proceso total para obtener un producto a partir de las materias primas. La Figura representa un proceso generalizado; no todas las etapas pueden ser necesarias para un proceso particular y la complejidad de cada etapa dependerá de la naturaleza del proceso. El diseño en ingeniería química abarca la selección y arreglo de las etapas, y la selección, especificación y diseño del equipo requerido para operar cada etapa.

Etapa 1. Almacenamiento de

materias primas

Aunque las materias primas (denominadas también materiales esenciales, o materiales de alimentación) sean suministrados como un producto intermedio desde una planta adyacente, se debe tomar alguna provisión, almacenando para varios días o semanas y de esta manera compensar algunas fluctuaciones e interrupciones en el suministro. El almacenamiento requerido depende de la naturaleza de la materia prima, la forma de transporte y la continuidad del suministro.

Etapa 2. Preparación de la alimentación

• Usualmente es necesaria alguna purificación y preparación (acondicionamiento) de la materia prima para alcanzar la debida forma en que debe ser alimentada al proceso. Generalmente esta etapa consiste en la remoción de algunas impurezas que acompañan a la materia prima y llevarla a la fase y condiciones de presión y temperatura que deben alimentarse al proceso.

Etapa 3. Reactor

• La etapa de reacción es el corazón de un proceso químico de manufactura. En el reactor los materiales son juntados bajo condiciones que promueven la formación del producto deseado. También, según el proceso, se forman en esta etapa los subproductos, productos no deseados (impurezas) y permanece algo de material sin reaccionar.

Etapa 4. Separación del producto

• En esta primera etapa después del reactor, los productos y subproductos son separados de cualquier material no reaccionado. Si existe cantidad suficiente de material no reaccionado, se deberá reciclar al reactor. Ellos pueden ser retornados directamente al reactor o a la etapa de purificación y preparación de la alimentación. Los subproductos también pueden separarse de los productos en esta etapa,

Etapa 5. Purificación

• Antes de ser vendidos, la mayoría de productos usualmente necesitan ser purificados para conseguir las especificaciones del producto. Si los subproductos son producidos en cantidades económicas, también deben ser purificados para la venta.

Etapa 6. Almacenamiento de producto.

• Alguna diferencia entre la cantidad de producto elaborado y la cantidad vendida siempre se presenta en la operación de un proceso. Esta cantidad también se presenta antes del transporte del producto hacia los centros de distribución. Por lo tanto se deben considerar las facilidades de almacenamiento de productos y subproductos. Los equipos de almacenamiento dependen de las características del producto y subproductos.

Actividad

• Ejemplo. Preparar un diagrama de bloques alternativo para la obtención del producto ABC a partir de materias primas con cierta impureza.

• Las reacciones son:

Diagrama de Bloque

• Para resolver balances de materia y energía, el primer paso en la mayoría de las ocasiones consiste en convertir el texto del problema en un diagrama de bloques sencillo.

• Este diagrama está formado por una serie de bloques conectados por corrientes (flujos) de entrada y salida.

Diagrama de Bloque

• Deben incluir condiciones de operación (temperatura y presión) y otra información importante.

• No proporciona detalles sobre cómo funcionan los elementos individuales que forman parte de cada bloque, sino que se centra en las corrientes principales que definen el proceso

Diagrama de Bloque

El formato general y los criterios a seguir para preparar este tipo de diagramas son: 1. Las operaciones básicas se muestran en forma de bloques. No es

necesario recurrir a la forma física real del equipo involucrado. 2. Las líneas de flujo o corrientes principales deben aparecer con flechas

para indicar el sentido del flujo. 3. El sentido del flujo debe ir de izquierda a derecha siempre que sea

posible 4. Las corrientes ligeras (gases) deben salir por la parte superior de los

bloques, mientras que las corrientes pesadas (líquidos y sólidos) deben salir por la parte inferior de los bloques.

5. Debe incluirse sólo la única información que sea crítica para definir el proceso (rendimiento, conversiones, …).

6. Si las líneas de flujo se cruzan, se mantendrá la línea horizontal continua y la vertical aparecerá dividida.

7. Se indicarán balances de materia simplificados siempre que se pueda.

Actividad

El antimonio se obtiene calentando stibnita (Sb2S3) pulverizada con chatarra de hierro; el antimonio fundido se extrae del fondo del recipiente de reacción.

Sb2S3 + 3Fe 2Sb + 3FeS

Suponga que se calienta 0.60 kg de stibnita con 0.25 kg de limaduras de hierro para producir 0.20 kg de FeS metálico. Realice el diagrama de bloque.

0.20 Kg FeS

Actividad

REACTOR

Sb

0.60 kg Sb2S3

0.25 kg Fe

Actividad

Una columna de destilación separa 10 000 kg/h de una mezcla de 50% benceno y 50% tolueno. El producto D recuperado del condensador en la parte superior de la columna contiene 95% de benceno, y la cola W de la columna contiene 96% de tolueno. El flujo de vapor V que entra en el condensador desde la parte superior de la columna es de 8000 kg/h. Una porción del producto del condensador se devuelve a la columna como reflujo, y el resto se extrae para usarse en otro sitio. Suponga que la composición del flujo en la parte superior de la columna (V), del producto extraído (D) y del reflujo ( R) son idénticas porque el flujo V se condensa por completo. Realizar el diagrama de bloque.

Actividad

Columna de

Destilación

Líquido 10 000 kg/h

0.50 Benceno 0.50 Tolueno

F

Líquido 0.96 Tolueno

W

R

D

V Vapor

8000 kg/h

0.05 Tolueno

0.95 Benceno

Actividad

En el famoso proceso Haber para fabricar amoniaco, la reacción se lleva a cabo a presiones de 800 a 1000 atm y a 500-600 °C empleando un catalizador apropiado. Sólo una pequeña fracción del material que ingresa en el reactor reacciona en una pasada, por lo que se requiere reciclaje. Además, como el nitrógeno se obtiene del aire, contiene casi 1% de gases raros (principalmente argón) que no reaccionan. Los gases raros se irían acumulando en el reciclaje hasta tener un afecto adverso sobre el equilibrio de la reacción, así que se utiliza un pequeño flujo de purgado. La alimentación nueva de gas que contiene 75.16% de H2, 24.57% de N2 y 0.27% de Ar se mezcla con el gas reciclado e ingresa en el reactor con una composición de 79.52% de H2. El flujo de gas que sale del separador de amoniaco contiene 80.01% de H2 y nada de amoniaco. El amoniaco producido no contiene gases sueltos. Realizar el diagrama de bloques

Actividad

80.01% H2

79.52% H2

N2, H2, Ar

Reactor Separador

24.57% N2

75.16% H2

0.27% Ar

NH3

Purgado (gas)

3H2 + N2 2NH3

Almacenamiento de semillas

Limpieza de semillas Quebrado de semillas

Hojuelado de almendra

Cocimiento de almendra

Descascarillado de semillas

Extracción mecánica

Extracción solvente

Almacenamiento de pasta

Almacenamiento de aceite

Refinación

Ventas de aceite crudo

Ventas

Traspasos

OBTENCIÓN DE ACEITE COMESTIBLE

Diagrama de Flujo de Procesos

• Se utiliza con mayor frecuencia en el área de proceso en trabajos de diseño y en estudios de proceso.

• Debe estar dibujado de manera que el flujo y las operaciones de proceso destaquen de inmediato. Esto se logra

• No omitiendo los detalles esenciales utilizando frecuentes flechas para indicar la dirección del flujo

• Empleando líneas más gruesas para las líneas principales de flujo en diversos puntos significativos del diagrama

• Se presentan ciertos datos pertinentes del diseño del proceso tales como: – la capacidad en servicio de intercambiadores de calor,

– datos de diseño de recipientes y

– requerimientos especiales como las elevaciones requeridas de ciertos equipos.

Diagrama de Flujo de Procesos

• Los principales criterios para un buen diagrama de flujo de proceso son:

• Claridad

• Similitud

• utilidad