Traduccion Del Turton

8/10/2015 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos

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SECCIÓN

1

Conceptualización

y Análisis de

Procesos Químicos

La primera sección de este libro consta de los capítulos 14. Capítulo 1 cubre el imdiagramas portantes que se utilizan de forma rutinaria por los ingenieros químicos para ayudar a diseñary comprender los procesos químicos. El libro comienza con esta sección ycapítulo debido a que casi toda la información técnica que se presenta en la remainder del libro es, de alguna manera, relacionado con los tres esquemas principales quese presentan en el capítulo 1. Estos tres diagramas son el diagrama de flujo de bloques(BFD), diagrama de flujo del proceso (PFD), y el diagrama de tuberías e instrumento(P & ID). Además, la representación tridimensional de un proceso es introproducido, y algunas de las cuestiones básicas sobre la ubicación del equipo se dirigen.

En el capítulo 2 se investiga el proceso evolutivo del diseño. La entradaestructura de salida de un proceso se presenta, y los bloques de construcción básicos que soncomún a todos los procesos se introducen. Las diferentes estructuras de reciclajeprocesos se ilustran, y la justificación de la adición de material inerte a la alimentación esTambién se explica.

En el capítulo 3, Métodos de rastreo de especies químicas a través de un flujo de proceso diagram se dan. Siguiendo los caminos de insumos químicos y reactivos, es posible para obtener una imagen mucho más clara de lo que está ocurriendo en un proceso existente.

Por último, en el capítulo 4, las condiciones en las que operan los diferentes equiposse discuten y se explica. El concepto de condiciones de especial preocupación es exexplicado, y ejemplos de tales condiciones se identifican y se explican en el contexto del proceso de hidrodesalquilación tolueno.

Capítulo 1: Diagramas para comprender los procesos químicosLos diagramas técnicos utilizados por los ingenieros químicos son preSENTED. Estos diagramas incluyen el diagrama de flujo de bloques (BFD), el proceso dediagrama de flujo (PFD), y el diagrama de proceso e instrumentación (P & ID).

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Un método estándar para la presentación de un PFD se da y se ilustra usando una

10 Sección 1 Conceptualización y Análisis de Procesos Químicos

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proceso para producir benceno a través de la hidrodesalquilación catalítica de tolueno.La topología 3D de los procesos químicos se introduce, y algunos información básicase presenta mación sobre el espaciado y la elevación de equipos. Estas conconceptos se ilustran adicionalmente en el archivo AVI Planta tour virtual en la acción de CDcompanying el libro de texto.

Capítulo 2: La Estructura y Síntesis del Proceso de Diagramas de FlujoEl proceso evolutivo del diseño se investiga. Esta evolución comienza conel concepto de diagrama de proceso que muestra la estructura de entrada y salida de todosprocesos. Desde este punto de partida simple, el ingeniero puede estimar el brutolos márgenes de beneficios de los procesos de la competencia y de los procesos que utilizan diferentesrutas de síntesis química para producir el mismo producto. En este capítulo, esse muestra que todos los procesos tienen una estructura similar de entrada / salida mediante el cual primamateriales entran en un proceso y se hacen reaccionar para formar productos y subproductos.Estos productos se separan de la alimentación sin reaccionar, que normalmente se recicla.Las corrientes de producto se purifican a continuación para producir productos que sean aceptables parael mercado. Todo el equipo en un proceso se pueden clasificar en una de lasseis elementos del diagrama de proceso de flujo de bloques genérico. El proceso de proceso dediseño continúa construyendo diagramas de flujo preliminares de estas funciones básicascionales elementos que son comunes a todos los procesos.

Capítulo 3: Los productos químicos de rastreo a través del Proceso Diagrama de FlujoCon el fin de obtener una mejor comprensión de un PFD, a menudo es necesario guientesbajo el flujo de componentes químicos clave a través de la figura. Este capítuloter presenta dos métodos diferentes para lograr esto. El trazado del químicocals a través del proceso refuerza nuestra comprensión del papel que cada unopedazo de obras de equipamiento. En la mayoría de los casos, las principales especies químicas pueden serseguido en todo el diagrama de flujo usando lógica simple sin hacer referenciaa la tabla resumen de flujo.

Capítulo 4: Condiciones de proceso ComprensiónUna vez que la conectividad o la topología de la PFD ha sido entendida, es necenece entender por qué un pedazo de equipo se opera a una presión daday la temperatura. Se introduce la idea de las condiciones de especial preocupación.Estas condiciones son ya sea costoso de implementar (debido a los materiales especialesde la construcción y / o el uso de vasos de paredes gruesas) o utilizar UTILIDADES caroslazos. Las razones para el uso de estas condiciones se presentan y explican.

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CAPÍTULO

1

Diagramas

para entender

Procesos Químicos

La industria de procesos químicos (CPI) está implicada en la producción de una amplia variabilidadety de productos que mejoran la calidad de nuestras vidas y generan ingresos para elempresas y sus accionistas. En general, los procesos químicos son complejos,y los ingenieros químicos en la industria se encuentran con una variedad de flujo de proceso químico

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diagramas. Estos procesos a menudo implican sustancias de alta reactividad química,alta toxicidad, corrosividad y de alta operando a altas presiones y temperaturas.Estas características pueden conducir a una variedad de consecuencias potencialmente serias, inexplosiones cluyendo, daños al medio ambiente, y las amenazas a la salud de las personas. esesencial que los errores u omisiones que resulta de la comunicación perdida entrepersonas y / o grupos involucrados en el diseño y la operación no se producen cuandotratar con procesos químicos. La información visual es la forma más clara de presentarmaterial y es menos probable que sea mal interpretado. Por estas razones, es esencialque los ingenieros químicos ser capaz de formular diagramas de proceso adecuadas yser experto en el análisis e interpretación de diagramas elaborados por otros.

En este capítulo se presenta y discute los diagramas de flujo más comunes EScontrarrestado en la industria de procesos químicos. Estos diagramas evolucionan desde el momentoun proceso es concebido en el laboratorio a través del diseño, la construcción y elmuchos años de operación de la planta. El más importante de estos diagramas están diseñadosdescrito y discutido en este capítulo.

La manera más efectiva de comunicar información acerca de unaproceso es mediante el uso de diagramas de flujo.

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El siguiente relato está tomado de Kauffman [1] (adaptado con permisodel Instituto Americano de Ingenieros Químicos, AIChE copyright © 1986, todos losderechos reservados) y describe una historia caso representativo en relación con el desarrollo de un nuevo proceso químico. Muestra cómo los equipos de ingenieros trabajan Together para proporcionar un diseño de la planta e introduce los tipos de diagramas que seránexplorado en este capítulo.

El grupo de investigación y desarrollo en ABC Chemicals Company funcionó de manerapara producir souptol alfabeta (ABS). Los ingenieros de proceso asignados a trabajar con el degrupo de desarrollo han reconstruido un proceso continuo para la fabricación de ABS en comcomerciales cantidades y han probado las piezas clave de la misma. Este trabajo involucrados cientos dediagramas de flujo de bloques, algunos más complejos que otros. Con base en la información deRived de estos diagramas de flujo de bloques, se tomó la decisión de proceder coneste proceso.

Un equipo de ingenieros de proceso, desde la oficina central de ABC lleva a cabo el detalladocálculos de procesos, balances de materia y energía, dimensionamiento de equipos de trabajo, etc.con su departamento de redacción, se produjeron una serie de PFD (Flujo de proceso Diágramos) para el proceso. A medida que surgen problemas y se resuelven, el equipo puede revisar y redibujar los chalecos salvavidas. A menudo, el trabajo requiere de varias rondas de elaboración, verificación yrevisor.

Especialistas en la destilación, control de procesos, la cinética, y la transferencia de calor soncontratado para ayudar al equipo de proceso en áreas clave. Algunos son empleados de la compañía yotros son consultores.

Desde ABC sólo es una empresa de tamaño moderado, que no tiene personal suficiente parapreparar los ID 120 P & (tuberías y Diagramas de Instrumentación) necesarios para lanueva planta de ABS. ABC contrata a una empresa de ingeniería y construcción conocida (E & CCompany), DEFCO, para hacer este trabajo para ellos. La compañía asigna dos del ABCequipos de proceso para trabajar en DEFCO para coordinar el trabajo. Ingenieros de procesos de DEFCO,especialistas, y el departamento de redacción de preparar el P & ID. Ellos hacen gran parte de la detalladaingeniería (tamaños de tubería, las especificaciones de las válvulas, etc.), así como el dibujo real. lostrabajo puede tomar dos a seis meses. Cada dibujo es revisado por el equipo de proyecto de DEFCOy por el equipo de ABC. Si hay desacuerdos, los ingenieros y especialistas de lalas empresas deben resolverlos.

Por último, todos los chalecos salvavidas y los P & IDs se han completado y aprobado. ABC puedeahora seguir adelante con la construcción. Pueden extender su contrato con DEFCO aincluir esta fase, o pueden salir a licitación la construcción de un número de fuentes.

Este relato describe una secuencia típica de eventos que tienen un proyecto desus etapas iniciales a través de la construcción de la planta. Si DEFCO había llevado a cabo la conconstrucción, ABC pudo seguir adelante y hacerse cargo de la planta o DEFCO podría ser conextrajeron para llevar a cabo la puesta en marcha y que encargue la planta. Una vez satisfactoriase han cumplido las especificaciones de rendimiento, ABC se haría cargo de la operación dela planta y la producción comercial comenzaría.

Desde la concepción del proceso a la vez que la planta se pone en marcha, dos o más


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habrán transcurrido años y millones de dólares se han gastado sin REVEnue de la planta. La planta debe operar con éxito durante muchos años para produce ingresos suficientes para pagar todas las operaciones de la planta y para pagar los costos

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asociados con el diseño y la construcción de la planta. Durante este período de funcionamiento,muchos cambios imprevistos son propensos a tener lugar. La calidad de las materias primasutilizado por la planta, pudiendo cambiar, las especificaciones del producto pueden ser planteadas, la producciónla tarifa puede ser necesario aumentar el rendimiento del equipo disminuirá debidode desgaste, el desarrollo de nuevos y mejores catalizadores se producirá, los costos de UTILIDADESrelaciones cambiarán, las nuevas regulaciones ambientales pueden ser introducidos o mejoradosequipo puede aparecer en el mercado.

Como resultado de estos cambios no planificados, operaciones de la planta se deben modificar.Aunque la información que operan en los diagramas de proceso originales permanece informativa, el rendimiento real tomada de la planta operativo será diferenteent. Las condiciones de operación actuales van a aparecer en las versiones actualizadas de lavarios diagramas de proceso, que actuarán como base principal para la comprensiónlos cambios que tienen lugar en la planta. Estos diagramas de proceso son esenciales para unaingeniero que se ha pedido para diagnosticar problemas de funcionamiento, para resolver problemasen las operaciones, a descongestionar los sistemas para aumentar la capacidad, y para predecir elefectos de hacer cambios en las condiciones de funcionamiento. Todas estas actividades son esencial con el fin de mantener la operación de la planta rentable.

En este capítulo, nos concentramos en tres diagramas que son importantes paraingenieros químicos: flujo de bloques, el flujo de proceso y tuberías e instrumentacióndiagramas. De estos tres diagramas, nos encontraremos con que el más útil para químicaingenieros es el PFD. La comprensión de la PFD representa un objetivo central deeste libro de texto.

1.1 BLOQUE DE FLUJO DIAGRAMAS (BFDS)

El diagrama de flujo de bloques se introdujo a principios de la educación de los niería químicanieros. En los primeros cursos de balances de materia y energía, a menudo el primer pasoera convertir un problema de la palabra en un diagrama de flujo de bloques visual simple. Este diálogogramo fue una serie de bloques conectados con flujos de entrada y de flujo de salida. Ellocondiciones de funcionamiento incluidos (temperatura y presión) y otra importanteinformación como la conversión y recuperación, dada en el enunciado del problema. Ellono proporcionó detalles con respecto a lo que estaba involucrado dentro de los bloques, pero contrado en el flujo principal de corrientes a través del proceso.

El diagrama de flujo de bloques puede tomar una de dos formas. En primer lugar, un flujo de bloques diálogogramo puede extraerse para un solo proceso. Alternativamente, un diagrama de flujo de bloques puedese elaborará para un complejo químico completo que involucra muchos química diferenteprocesos. Diferenciamos entre estos dos tipos de diagrama llamando alprimero un diagrama de proceso de flujo de bloques y la segunda planta de un diagrama de flujo de bloques.

1.1.1 Flujo Diagrama de bloques del proceso

Un ejemplo de un diagrama de proceso de flujo de bloques se muestra en la Figura 1.1, y elproceso se ilustra a continuación se describe.

Capítulo 1 Diagramas para entender los procesos químicos 13

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El tolueno y el hidrógeno se convierten en un reactor para producir benceno y metano. losreacción no va a finalizar, y no se requiere exceso de tolueno. El no condensablelos gases se separan y se descargan. El producto de benceno y el tolueno sin reaccionar sondespués se separa por destilación. El tolueno se recicla de nuevo al reactor y labenceno elimina en la corriente de producto.

Este diagrama de flujo de bloques proporciona una visión clara de la producción de Benzene, sin obstáculos por los muchos detalles relacionados con el proceso. Cada bloque en eldiagrama representa una función de proceso y puede, en realidad, consistir en variospiezas de equipo. El formato general y convenciones utilizados en la preparación debloque de diagramas de proceso de flujo se presentan en la Tabla 1.1.

Aunque mucha información no se encuentra en la Figura 1.1, está claro que taldiagrama es muy útil para "conseguir una sensación" para el proceso. Dia proceso de flujo Bloqueargramos forman a menudo el punto de partida para desarrollar un PFD. También son muyútiles en la conceptualización de nuevos procesos y explicar las principales características de laproceso sin empantanarse en los detalles.

1.1.2 Bloque de flujo Los diagramas de plantas

Un ejemplo de un diagrama de flujo de bloques para la planta de un complejo químico completo es ILlustrated en la Figura 1.2. Este diagrama de flujo de bloques planta es para un carbón a una mayor alcohol planta de combustibles. Claramente, este es un proceso complicado en el que hay una serieproductos de alcohol combustible producido a partir de una materia prima de carbón. Cada bloque en este diálogo

Reactor GasSeparador

Quieto

Tolueno

Hidrógeno

Benceno

Tolueno

Gas Mixta

Líquidos mezcladosConversión75% Tolueno

(10.000 kg / h)

(820 kg / h)

(2.610 kg / h)

(8.210 kg / h)

Reacción: CH + H + CH CH →7 8 2 6 6 4Figura 1.1 Flujo Diagrama de bloques del proceso para la producción de benceno

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gramo representa un proceso químico completo (compresores y turbinas son tambiénmuestra como trapecios), y podríamos, si quisiéramos, dibuje un proceso de flujo de bloques diálogogram para cada bloque en la figura 1.2. La ventaja de un diagrama tal como la figura 1.2es que nos permite obtener una visión completa de lo que hace esta planta y cómo todolos diferentes procesos interactúan. Por otro lado, a fin de mantener el diagrama


Tabla 1.1 Convenciones y formato recomendado para el tendido de un flujo de bloqueDiagrama de Proceso

1. Las operaciones mostradas por bloques2. Principales líneas de flujo que se muestran con flechas que dan dirección del flujo3. Flujo va de izquierda a derecha siempre que sea posible4. Secuencia ligera (gases) hacia la parte superior con la corriente pesada (líquidos y sólidos) hacia

fondo5. La información crítica única para procesar suministra6. Si las líneas se cruzan, a continuación, la línea horizontal es continua y la línea vertical se rompe.

(jerarquía de todos los dibujos de este libro)7. balance de materiales simplificado proporcionado

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relativamente despejada información, sólo limitada disponible acerca de cada procesounidad. Las convenciones para los diagramas de flujo de la planta de bloques de dibujo son esencialmente losmismo que figura en el cuadro 1.1.

Ambos tipos de diagramas de flujo de bloques son útiles para explicar la opción generalración de las plantas químicas. Por ejemplo, tenemos en cuenta que acabas de unirte a una granempresa de fabricación química que produce una amplia gama de ducto químicoductos del sitio al que han sido asignados. Lo más probable es serdado un diagrama de flujo de bloques de planta que orientar a los productos y zonas importantesde operación. Una vez asignado a una de estas áreas, usted otra vez probablemente proprovisto con un diagrama de proceso de flujo de bloques que describe las operaciones en su particular,zona.

Además de la función de orientación descrita anteriormente, el flujo de bloque de diálogogramos se utilizan para esbozar y detectar posibles alternativas de proceso. Por lo tanto,se utilizan para transmitir información necesaria para tomar primeros comparaciones y eliminate alternativas competir sin tener que hacer com detallada y costosacomparaciones.

Diagrama de Flujo 1.2 Proceso (PFD)

El diagrama de flujo del proceso (PFD) representa un paso cuántico desde el BFD entérminos de la cantidad de información que contiene. El PFD contiene la mayor parte delos datos necesarios para el diseño de un proceso químico ingeniería química. portodos los esquemas analizados en este capítulo, no hay universalmente aceptadanormas. El PFD de una compañía probablemente contendrá un poco diferente

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aguacarbón

respiraderoa

ambienteagua

asws

azufre

co2Ricocorrienteco2+n2

mezclada

alcoholes

ww

co2purga

escape

los gases

escoriaproducto

vapor

asc nitrógenoaguaargón

bfw

bfwCOShidrólisis

Planta Claus

Planta Beavon

Rectisol

síntesisalcohol

alcoholseparación

co2eliminación

carbónpreparación

TexacoGasificador

syn.gascalor

RECOV

gasturbina

syngascombust'n

escoriamanejo

criogénicoO2planta

vaporturbina

agua

48

39

25

41

42 23

38

46

67

47

50

51

54

64 63

59

56

56A

56B

27

17A

24

26A

26

22

19

11

13

71

2

1

8

68

64

maquillaje

933

aguapurga

37

74

2870

67

73

75

sesenta y cinco

22A

45

3

+CO2

57

8A

Agrio

GasCambio

18

3620

76

purga

2

4

5

hidrocarburoseparación

Figura 1.2

Flujo Diagrama de bloques de la planta de carbón de alcohol superior Combustibles Proceso

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aguaaireagua

calizaaire10 12 34agua 1A

metanol maquillajearriba 1

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información que el PFD para el mismo proceso de otra compañía. Teniendohecho este punto, es justo decir que la mayoría de los PFD transmiten información muy similar.Un PFD comercial típico contendrá la siguiente información:

1. Todas las grandes piezas de equipo en el proceso estarán representados en eldiagrama junto con una descripción del equipo. Cada pedazo de equipoción tendrá asignado un número de equipo único y descriptivonombre.

2. Todas las corrientes de flujo de proceso se le aparecen y se identifican por un número. Un decripción de las condiciones del proceso y la composición química de cada corrientese incluirán. Estos datos se visualizan ya sea directamente en el PFD oincluidos en un cuadro resumen del flujo de acompañamiento.

3. Todos los flujos de servicios públicos suministrados al equipo principal que proporciona un procesose mostrará función.

4. bucles de control básicos, que ilustra la estrategia de control se utiliza para operar elproceso durante las operaciones normales, se mostrará.

Es claro que la PFD es un diagrama complejo que requiere un esfuerzo sustancialfortaleza para prepararse. Es esencial que, para evitar errores en la presentación y la interpretaciónción debe permanecer despejada y sea fácil de seguir. A menudo PFD se dibujan engrandes hojas de papel (Tamaño D: 24 "× 36"), y varias hojas conectados pueden ser rerido para un proceso complejo. Debido a las limitaciones de tamaño de página asociados coneste texto, PFD completos no puede presentarse aquí. En consecuencia, ciertas libertadesse han tomado en la presentación de los chalecos salvavidas en este texto. En concreto, determinadola información se presentará en las tablas adjuntas y sólo lo esencialprocesar la información se incluirá en el PFD. Los PFD resultantes conservaránclaridad de la presentación, pero el lector debe consultar el sumario del flujo y equipostablas de resumen Ment para extraer toda la información necesaria acerca de laproceso.

Antes de discutir los diversos aspectos de la PFD, cabe señalar que laPFD y el proceso que se describe en este capítulo se utilizarán a lo largo dellibro. El proceso es el hidrodesalquilación de tolueno para producir benceno. Este esun proceso comercial bien estudiada y bien entendido que todavía se utiliza hoy en día.El PFD que presentamos en este capítulo para este proceso es técnicamente posible, perono es en modo optimizado. De hecho, hay muchas mejoras en el proceso tecnolonología y el rendimiento económico que se puede hacer. Muchos de estos mejoramentos se harán evidentes cuando se presenta el material apropiado. Esta almínimos de las técnicas previstas en este texto que se aplicarán para determinar tantoproblemas técnicos y económicos en el proceso y para hacer lo necesariomejoras en los procesos. Por lo tanto, a medida que avanzamos a través del texto, vamos a identificar los puntos débiles en el diseño, hacer mejoras, y avanzar hacia una óptimadiagrama de flujo del proceso mized.


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La información básica proporcionada por un PFD se pueden clasificar en una de lassiguiendo:

Topología 1. Proceso2. Información Corriente3. información Equipamiento

Vamos a ver cada aspecto del PFD separado. Después hemos abordadocada uno de los tres temas, que nos traerá toda la información junta y presentar laPFD para el proceso de benceno.

Topología 1.2.1 Proceso

La Figura 1.3 es un diagrama de flujo del proceso esqueleto para la producción de benceno (vertambién el diagrama de proceso de flujo de bloques en la figura 1.1). Este diagrama ilus esqueletoTrates la ubicación de las principales piezas de equipo y las conexiones que lacorrientes de proceso hacen entre los equipos. La ubicación y la interacción entre losequipos de Tween y corrientes de proceso se conoce como la topología de proceso.

Equipo está representado simbólicamente por los "iconos" que identifican unidad específicaoperaciones. Aunque la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) [2]publica un conjunto de símbolos para uso en la preparación diagramas de flujo, no es raro que loslas empresas a utilizar los símbolos de la casa. También se da un amplio conjunto de símbolospor Austin [3]. Cualquiera que sea conjunto de símbolos que se utilizan, rara vez hay un problema en la idenficar la operación representa cada icono. Figura 1.4 contiene una lista de lalos símbolos utilizados en los diagramas de proceso presentan en este texto. Esta lista cubre más del 90%de los necesarios en los procesos de fluido (gas o líquido).

La figura 1.3 muestra que cada pieza importante del equipo de proceso se identifica porun número en el diagrama. Una lista de los números de los equipos junto con una breve denombre criptivo para el equipo está impreso a lo largo de la parte superior del diagrama. El locación de estos números de equipo y los nombres corresponde aproximadamente a la horiubicación zontal de la pieza correspondiente del equipo. La convención parael formato y la identificación de los equipos de proceso se da en la Tabla 1.2.

Tabla 1.2 proporciona la información necesaria para la identificación de laIconos de equipos de proceso que se muestran en un PFD. Como un ejemplo de cómo utilizar esta informaciónmación, considera la operación de la unidad P101A / B y lo que cada número o letrasignifica.

P 101A / B identifica el equipo como una bomba

P 1 01A / B indica que la bomba se encuentra en la zona 100 de la planta

P1 01 A / B indica que esta bomba específica es la número 01 en la unidad 100.

P101 A / B indica que una bomba de reserva está instalado. Por lo tanto, hay dosbombas idénticas P101A y P101B. Una bomba estará funcionando mientras que elotro es inactivo.


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E102

V102

cw

817

18

11

1619

13

V103

E103E106

E104

E105P102A / B

T101

V10414

15

12

10

combustible

gasbenceno

mps

lps

cwcw

E103TowerAlimentaciónCalentador

E106BencenoRehervidor

T101BencenoColumna

E104BencenoCondensador

V104ReflujoTambor

P102A / BReflujoBombas

E105ProductoRefrigerador

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1Toluene

2

4

6

7

3Hidrógeno

P101A / B

V101

H101

E101

R101

aire

gas combustiblecombustiónproductos

9

5

C101A / B

hps

V101ToLueneAlmacenamientoTambor

P101A / BToLueneBombas de alimentación

E101AlimentaciónPrecalentador

H101AlimentaciónCalentador

R101Reactor

C101

LA/B

RecycleGasCompresor

E102ReactorEffluidoRefrigerador

V102HighPres.Fase septiembre

V103BajoPres.Fase septiembre

Figura 1.3

Diagrama de Flujo de Proceso Esqueleto (PFD) para la producción de benceno a través de la hidrodesalquilación de tolueno

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La designación 100 área se utiliza para el proceso de benceno a lo largoeste texto. Otros procesos que se presentan en el texto llevarán otras designaciones de área.A lo largo de la parte superior de la PFD, cada pieza de equipo de proceso se le asigna una descripciónNombre tiva. De la figura 1.3 se puede ver que la bomba P101 se llama el "toluenoalimentar la bomba. "Este nombre se utiliza comúnmente en las discusiones sobre el procesoy es sinónimo de P101.

Durante la vida de la planta, se harán muchas modificaciones al proceso;a menudo será necesario sustituir o eliminar equipos de proceso. Cuando una piezade equipo se desgasta y se sustituye por una nueva unidad que proporciona esencialmente


TORRES

INTERCAMBIADORES DE CALOR

TANQUES DE ALMACENAJE

PROCESO DE ENTRADA

VÁLVULA DE CONTROL

VALVULA

INSTRUMENTO BANDERA

BUQUES

COMPRESORESBOMBAS, TURBINAS,

CALENTADOR ENCENDIDO

REACTORES

GLOBE VALVULA (control manual)

SALIDA DE PROCESO NÚMERO STREAM

Figura 1.4 Símbolos para el proceso de dibujo de Diagramas de Flujo

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la misma función que el antiguo proceso de unidad, entonces no es raro que el nuevopieza de equipo para heredar nombre y número (a menudo una ad del viejo equipose utilizará el sufijo carta condicional, por ejemplo, H101 podría llegar a ser H101A). En el otrolado, si una modificación significativa proceso tiene lugar, entonces es habitual el uso de nuevonúmero de equipos y nombres. El siguiente ejemplo, tomado de la Figura 1.3, ILlustrates este concepto.

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Ejemplo 1.1

Los operadores informan de problemas frecuentes con E102, que han de ser investigados. El PFD para100 área de la planta se revisa, y E102 se identifica como el "Reactor de Efluentes Cooler."La corriente de proceso que entra en el enfriador es una mezcla de condensable y no condensablegases a 654 ° C que se condensa parcialmente para formar una mezcla de dos fases. El refrigerante esagua a 30 ° C. Estas condiciones caracterizan un problema de transferencia de calor complejo. En adición,los operadores se han dado cuenta que la caída de presión a través de E102 fluctúa salvajemente en ciertaveces, por lo que el control del proceso difícil. Debido a los problemas frecuentes con esteintercambiador, se recomienda que E102 se sustituye por dos intercambiadores de calor separados. losprimero intercambiador enfría el gas efluente y genera vapor necesario en la planta. El segundointercambiador de usos del agua de enfriamiento para alcanzar la temperatura de salida deseada de 38 ° C. Estos excambiadores están para ser designados como E107 (reactor efluente de la caldera) y E108 (efluente del reactorcondensador).

La designación E102 está jubilado y no reasignado a los nuevos equipos. Ya estápuede haber error que E107 y E108 son las nuevas unidades en este proceso y queE102 ya no existe.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 1.3, se puede observar que cada una de las corrientes de procesose identifica por un número en una caja de diamantes ubicado en el arroyo. La direccionde la corriente se identifica mediante una o más puntas de flecha. El mero flujo de procesofibras se utilizan para identificar las corrientes en el PFD, y el tipo de información que esnormalmente dada para cada flujo se discute en la siguiente sección.


Tabla 1.2 Convenciones utilizadas para la Identificación de Equipos de Proceso

Equipos de Proceso Formato general XXYZZ A / B

XX son las letras de identificación para la clasificación de los equiposC compresor o turbinaE Intercambiador de calorCalentador de Fired HP BombaR ReactorT TorreTK Tanque de almacenamientoV EmbarcacionesY designa un área dentro de la plantaZZ es la designación número para cada elemento de una clase de equipoA / B identifica unidades paralelas o unidades de copia de seguridad no se muestran en un PFD

Información suplementaria Algunos datos de equipos que figura en la parte superior de PFD

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También identificado en la figura 1.3 son corrientes de servicios públicos. Utilidades son servicios necesariosque están disponibles en la planta. Las plantas químicas se proporcionan con una gama de cenutilidades cen que incluyen electricidad, aire comprimido, agua de refrigeración, refrigeradoagua, vapor, de retorno de condensado, gas inerte para la inertización, alcantarillado químicos, residuostratamiento de aguas, y bengalas. Una lista de los servicios comunes se da en la Tabla 1.3,que también proporciona una guía para la identificación de corrientes de proceso.

Cada utilidad es identificado por las iniciales previstas en la Tabla 1.3. Como ejemplo,vamos a localizar E102 en la Figura 1.3. La notación, cw, asociado con el nonprocesscorriente que fluye en E102 indica que el agua de refrigeración se utiliza como refrigerante.

La electricidad se utiliza para motores y generadores de energía es una utilidad adicional queNo se identifica directamente en el PFD o en la Tabla 1.3, pero se trata por separado. La mayoríade las utilidades que se muestran están relacionados con equipos que añadir o eliminar calor dentro de la


Tabla 1.3 Convenciones para la Identificación de procesos y servicios públicos Arroyos

Proceso Arroyos

Todas las convenciones que se muestran en la Tabla 1.1 se aplican.Símbolo de Diamante se encuentra en las líneas de flujo.Identificación numérica (único para esa corriente) que se inserta en el diamante.Flujo dirección indicada por las flechas en las líneas de flujo.

Utilitarios Arroyos

lps De baja presión de vapor: 3.5 barg (sat)‡mps Mediana Presión de vapor: 1015 barg (sat)‡hps De alta presión de vapor: 4050 barg (sat)‡htm Transferencia de Calor de Medios (Orgánica): 400 ° Ccw El agua de refrigeración: Desde la torre de enfriamiento de 30 ° C volvió a menos de 45 ° C†wr Río Agua: Agua de río 25 ° C volvió a menos de 35 ° Crw El agua refrigerada: En al 5 ° C regresado a menos de 15 ° Crb Salmuera refrigerada: En a 45 ° C regresado a menos de 0 ° Ccs Químico de aguas residuales con alta DQOss Aguas Residuales Sanitarias con alta DBO, etc.el Calor eléctrico (especificar 220, 440, servicio de 660V)ng Gas naturalfg Gas combustiblefo Gasolinafw Agua contra incendios

‡Estas presiones se establecen durante las etapas de diseño preliminar y los valores típicos varían dentro de larangos muestran.†Por encima de 45 ° C, escala significativa se produce.

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proceso con el fin de controlar las temperaturas. Esto es común para la mayoría químicoprocesos.

1.2.2 Información de Corriente

A partir del diagrama de flujo de proceso, la figura 1.3, la identificación del procesoarroyos está claro. Para los pequeños diagramas que contienen sólo unas pocas operaciones, el cacas de las corrientes tales como temperaturas, presiones, composiciones, ycaudales se pueden mostrar directamente en la figura, adyacente a la corriente. Esto no espráctico para un diagrama más complejo. En este caso, sólo el número de corriente esproporcionado en el diagrama. Este indexa la corriente a la información en un flujo veranosmary o arroyo mesa, que a menudo se presenta a continuación el diagrama de flujo del proceso. Eneste texto la tabla de resumen de flujo se proporciona como un accesorio independiente a la PFD.

La información del flujo que normalmente se da en una tabla resumen de flujo esdada en la Tabla 1.4. Se divide en dos grupos la información requerida y de opcióninformacióncional que puede ser importante para procesos específicos. El SUM flujo


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Tabla 1.4 Información proporcionada en un Resumen de Flujo

Informacion esencial

Número CorrienteTemperatura (° C)Presión (bar)Fracción de vaporTotal de Masa Caudal (kg / h)Total Mole Caudal (kmol / h)Los caudales de componentes individuales (kmol / h)

información opcional

Componente Mole FraccionesComponente fracciones de masaLos caudales de componentes individuales (kg / h)Los caudales volumétricos (m3/ h)Propiedades físicas significativas

DensidadViscosidadOtros

Termodinámica de datosCapacidad caloríficaCorriente entalpíaValores K

Corriente Nombre

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mary mesa para el proceso de benceno, Figura 1.3, se da en la Tabla 1.5 y contienetoda la información necesaria que figuran en la Tabla 1.4.

Con información de la PFD (Figura 1.3) y la tabla de resumen de flujo(Tabla 1.5), problemas en cuanto a los saldos y otros problemas son fácilmenteanalizada. Para empezar a adquirir experiencia en el trabajo con la información de la PFD,Se proporcionan los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1.2

Compruebe el balance de materiales en general para el proceso de benceno se muestra en la Figura 1.3. Desde elfigura, identificamos los flujos de entrada como corriente 1 (alimentación de tolueno) y la Corriente 3 (hidrógenoalimentación) y los flujos de salida como corriente 15 (benceno producto) y Corriente 16 (gas combustible).De la tabla de resumen de flujo, estos flujos se muestran como (unidades están en (103kg) / h):

Entrada: Salida:Secuencia 30.82 Secuencia 158.21Corriente 1 10.00 Secuencia 162.61Cantidad 10,82 × 103kg / h Cantidad 10,82 × 103kg / h

El equilibrio se logra desde salida = entrada.


Número Corriente 1 2 3 4 5 6 7 8

Temperatura (° C) 25 59 25 225 41 600 41 38Presión (bar) 1.90 25.8 25.5 25.2 25.5 25.0 25.5 23.9Fracción de vapor 0.0 0.0 1.00 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0Flujo de Masa (ton / h) 10.0 13.3 0.82 20.5 6.41 20.5 0.36 9.2Mole Flow (kmol / h) 108.7 144.2 301.0 1204.4 758.8 1204.4 42.6 1100.8Componente de flujo de Mole(kmol / h)Hidrógeno 0.0 0.0 286.0 735.4 449.4 735.4 25.2 651.9El metano 0.0 0.0 15.0 317.3 302.2 317.3 16.95 438.3Benceno 0.0 1.0 0.0 7.6 6.6 7.6 0.37 9.55Tolueno 108.7 143.2 0.0 144.0 0.7 144.0 0.04 1.05

Tabla 1.5 Flujo Tabla Resumen para el Proceso de benceno se muestra en la Figura 1.3 (y Figura 1.5)

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Ejemplo 1.3Determinar la conversión por paso de tolueno a benceno en R101 en la Figura 1.3. Conversiónsión se define como

ε = (benceno producida) / (total de tolueno introdujo)

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Desde el PFD, la entrada de flujos a la I101 se muestran como Corriente 6 (alimentación del reactor) y Corriente7 (enfriamiento rápido de gas de reciclado), y la corriente de salida es la corriente 9 (corriente efluente del reactor). Dela información en la Tabla 1.5 (unidades son kmol / h):

tolueno introducido = 144 (corriente 6) + 0,04 (Corriente 7) = 144,04 kmol / hbenceno producido = 116 (Corriente 9) 7.6 (corriente 6) 0.37 (Corriente 7)= 108,03 kmol / h

ε = 108,03 / 144,04 = 0,75

Alternativamente, se puede escribir

moles de benceno produjeron = tolueno en tolueno a cabo = 144,04 36.00= 108,04 kmol / h

ε = 108,04 / 144,04 = 0,75

1.2.3 Información de Equipo

El elemento final del PFD es el resumen equipos. Este resumen ofrecela información necesaria para estimar los costos de los equipos y amueblar labase para el diseño detallado de los equipos. Tabla 1.6 proporciona la informaciónnecesaria para el resumen equipos para la mayoría de los equipos encontrado enprocesos de fluidos.

La información que se presenta en la Tabla 1.6 se utiliza en la preparación del equipoción porción resumen de la PFD para el proceso de benceno. El SUM equiposmary para el proceso de benceno se presenta en la Tabla 1.7, y los detalles de la forma en queestimar y elegir los distintos equipos parámetros se discuten en el Capítuloter 9.


9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

654 90 147 112 112 112 38 38 38 38 11224.0 2.6 2.8 3.3 2.5 3.3 2.3 2.5 2.8 2.9 2.51.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 0.0 1.020.9 11.6 3.27 14.0 22.7 22.7 8.21 2.61 0.07 11.5 0.01

1247.0 142.2 35.7 185.2 290.7 290.7 105.6 304.2 4.06 142.2 0.90

652.6 0.02 0.0 0.0 0.02 0.0 0.0 178.0 0.67 0.02 0.02442.3 0.88 0.0 0.0 0.88 0.0 0.0 123.05 3.10 0.88 0.88116.0 106.3 1.1 184.3 289,46 289,46 105.2 2.85 0.26 106.3 0.036.0 35.0 34.6 0.88 1.22 1.22 0.4 0.31 0.03 35.0 0.0

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Tipo de equipo

Descripción del Equipo

Torres

Tamaño (altura y diámetro), Presión, TemperaturaNúmero y tipo de bandejasLa altura y el Tipo de embalajeMateriales de Construcción

Intercambiadores de calor

Tipo: GasGas, Gaslíquido, líquidolíquido, condensador, vaporizadorProceso: El deber, la zona, la temperatura y la presión de ambas corrientes

Número de Shell y pases de metroMateriales de construcción: Tubos y Shell

Tanques

Ver los barcos

Embarcaciones

Altura, diámetro, Orientación, Presión, Temperatura, Materiales de Construcción

Bombas

Flujo, presión de descarga, temperatura, P, tipo de controlador, Shaft, Materiales de Construcción

Compresores

Actual entrada Caudal, Temperatura, presión, tipo de controlador, Shaft,Materiales de Construcción

Calentadores (Despedido)

Tipo, la presión del tubo, la temperatura del tubo, Duty, combustible, material de construcción

Otros

Proporcionar información crítica

Tabla 1.6 Descripción Equipo para PFD y PID

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Tabla Resumen 1.7 Equipo para Tolueno hidrodesalquilación PFD

Intercambiadores de calorE101 E102 E103 E104 E105 E106

Escribe Fl.H. Fl.H. MDP Fl.H. MDP Fl.H.Superficie (m2) 36 763 11 35 12 80Deber (MJ / h) 15190 46660 1055 8335 1085 9045

Cáscara

Temperatura (° C) 225 654 160 112 112 185Pres. (bar) 26 24 6 3 3 11Fase Vap. Par. Cond. Cond. Cond. l Cond.MOC 316SS 316SS CS CS CS CS

Tubo

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Temperatura (° C) 258 40 90 40 40 147Pres. (bar) 42 3 3 3 3 3Fase Cond. l l l l Vap.MOC 316SS 316SS CS CS CS CS

Vasos / Torre /Reactores V101 V102 V103 V104 T101 R101

Temperatura (° C) 55 38 38 112 147 660Presión (bar) 2.0 24 3.0 2.5 3.0 25Orientación Horizn'l Vertical Vertical Horizn'l Vertical VerticalMOC CS CS CS CS CS 316SS

tamaño

Altura / Longitud (m) 5.9 3.5 3.5 3.9 29 14.2Diámetro (m) 1.9 1.1 1.1 1.3 15 2.3Internos sp sp 42 platos perforados catalizador

316SS llenocama10m

P101 P102 C101Bombas / compresores (A / B) (UNA B) (UNA B) Calentador H101

Flujo (kg / h) 13000 22700 6770 Escribe DespedidoDensidad del fluido (kg / m3) 870 880 8.02 MOC 316SSPotencia (eje) (kW) 14.2 3.2 49.1 Deber (MJ / h) 27040

(Continua)

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1.2.4 Topología combinación, flujo de datos, y la Estrategia de ControlDar a un PFD

Hasta este punto, hemos mantenido la cantidad de información del proceso aparece enel PFD a un mínimo. Un ejemplo más representativo de un PFD para el bencenoproceso se muestra en la Figura 1.5. Este diagrama incluye todos los elementos que se encuentran enFigura 1.3, parte de la información que se encuentra en la Tabla 1.5, además de información adicionalción sobre los grandes bucles de control utilizados en el proceso.

Información del flujo se añade al diagrama uniendo "informaciónbanderas ". La forma de las banderas indica la información específica proporcionada en elbandera. Figura 1.6 ilustra todas las banderas utilizadas en este texto. Estas banderas de informaciónjugar un doble papel. Proporcionan información necesaria en el diseño de la planta que lleva ala construcción de la planta y en el análisis de problemas de funcionamiento durante la vida de la


Tabla Resumen 1.7 Equipo para Tolueno hidrodesalquilación PFD (continuación)

P101 P102 C101Bombas / compresores(UNA B) (UNA B) (UNA B) Calentador H101

Tipo / Drive Recip. / Centrf. / Centrf. / Zona radiante (m2) 106.8Eléctrico Eléctrico Eléctrico

Eficiencia (Fluid 0.75 0.50 0.75 Convectiva Área (m2) 320.2Potencia / Shaft)MOC CS CS CS Tubo P (bar) 26.0Temperatura (in) (° C) 55 112 38Pres. (in) (bar) 1.2 2.2 23.9Pres. (sale) (bar) 27.0 4.4 25.5

Llave:MOC Materiales de construcciónIgualdadParcial316SS Tipo de acero inoxidable 316FH Cabeza fijaCS Acero al carbono Fl.H. Cabeza flotanteVap Corriente siendo vaporizadoRbl RehervidorCond Corriente se condensa sp Placa SplashRecipr. Alternativa l LíquidoCentrf. Centrífuga MDP múltiple doble tubo

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planta. Banderas se montan en un personal conectado a la corriente de proceso apropiada.Más de una bandera puede ser montado en un bastón. Un ejemplo que ilustra la diferenciaent información que aparece en la PFD es la siguiente.

Ejemplo 1.4

Localizamos Corriente 1 en la Figura 1.5 y la nota de que inmediatamente después de la identificación corrientediamante cación se fija una plantilla. Este personal lleva tres banderas que contienen la siguienteflujo de datos:

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1. Temperatura de 25 ° C2. Presión de 1,9 bar3. Masa velocidad de flujo de 10,0 x 103kg / h

Las unidades para cada variable de proceso se indican en la clave proporcionada en la izquierdalateral de la figura 1.5.

Con la adición de los bucles de control de proceso y las banderas de información, laPFD comienza a llenarse. Por lo tanto, a fin de preservar la claridad, es sariosario para limitar los datos que se presentan con estas banderas de información. Afortunadamente,banderas en un PFD son fáciles de añadir, eliminar y modificar, e incluso banderas temporalespuede estar provisto de vez en cuando.

La información proporcionada en las banderas también se incluye en el resumen de flujomesa. Sin embargo, a menudo es mucho más conveniente cuando se analiza el PFD tenerciertos datos directamente en el diagrama.

No toda la información del proceso es de igual importancia. Directrices generales paraqué datos deben incluirse en las banderas de la información en el PFD son difíciles de debien. Sin embargo, como mínimo, la información crítica para la seguridad y el funcionamiento dela planta se debe dar. Esto incluye temperaturas y presiones asociadascon el reactor, caudales de alimentación y producto arroyos, y las presiones de flujoy las temperaturas que son sustancialmente más alto que el resto del proceso. Ademásnecesidades cionales son proceso específico. Algunos ejemplos de dónde y por qué la informacióndeben incluirse directamente en un PFD se dan a continuación.

Ejemplo 1.5

El ácido acrílico es sensible a la temperatura y polimeriza a 90 ° C cuando está presente en alta concentracióncentrado. Se separó por destilación y las hojas de la parte inferior de la torre. En estocaso, se proporcionará una bandera temperatura y presión para la corriente que abandona la recaldera.

Ejemplo 1.6

En el proceso de benceno, la alimentación al reactor es sustancialmente más caliente que el resto de laproceso y es crucial para el funcionamiento del proceso. Además, la reacción es exothermicrófono, y la temperatura del efluente del reactor debe ser monitoreado cuidadosamente. Por esta razónCorriente 6 (entrando) y Corriente 9 (salida) tienen banderas de temperatura.

Ejemplo 1.7Las presiones de las corrientes hacia y desde R101 en el proceso de benceno también son importantes.La diferencia de presión entre las dos corrientes da la caída de presión a través de la reactor. Esto, a su vez, da una indicación de cualquier mala distribución de gas a través del catalizadorcamas. Por esta razón, banderas de presión también se incluyen en corrientes 6 y 9.

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Figura 1.6 Símbolos de CorrienteIdentificación

STREAM ID

LA TEMPERATURA

PRESION

CAUDAL LIQUIDO

CAUDAL DE GAS

MASA CAUDAL

CAUDAL MOLAR

tolueno

hidrógeno

V101

V101 P101A / BE101 H101 R101 C101A / B E102Tolueno Tolueno AlimentaciónCalentadorReactor Reciclar GasEfluente del reactorAlimente TamborBombas de alimentaciónPrecalentador Compresor Refrigerador

Figura 1.5 Diagrama de Flujo de Proceso Benceno (PFD) para la producción de bencenoa través de la hidrodesalquilación de tolueno

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V104

V102 V103 E103 E106 T101 E104 V104 P102A / BE105Alta Pres. Baja Pres. AlimentaciónBenceno Benceno BencenoReflujoBomba de reflujo del productoFase septiembreFase septiembrePrecalentadorRehervidorColumnaCondensador del tambor Refrigerador

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De importancia secundaria es el hecho de que las banderas son útiles para reducir el tamañode la tabla de resumen de flujo. Para bombas, compresores, intercambiadores de calor, y loslos flujos de masas son los mismos para los flujos de entrada y de salida, y las entradas completasen la tabla de flujo no son necesarios. Si la entrada (o salida) corriente se incluye enla tabla de flujo, y una bandera se añade para proporcionar la temperatura (en el caso de unaintercambiador de calor) o la presión (en el caso de una bomba) para la otra corriente, entoncesno hay necesidad de presentar esta corriente en el cuadro resumen de flujo.

Ejemplo 1.8

Sigue Stream 13 dejando la parte superior de la columna de benceno en el PFD benceno dada en FiUre 1.5 y en la Tabla 1.5. Esta corriente pasa a través del condensador de benceno, E104, en eltambor de reflujo, V102. La mayoría de esta corriente fluye entonces dentro de la bomba de reflujo, P102,y deja como corriente 14, mientras que los restantes no condensables salen del tambor de reflujo enCorriente 19. El caudal de agua y componentes caudales en masa de todas estas corrientes se dan enTabla 1.5. La corriente que abandona E104 no está incluido en la tabla de flujo. En su lugar, una bandera cesionistasción de la temperatura (112 ° C) se proporcionó en el diagrama (indicando con condensacióncabo subenfriamiento). Una bandera adicional, que muestra la presión después de la bomba, es tambiénmostrado. En este caso, la entrada para la corriente 14 se podría omitir de la tabla de flujo, porquees simplemente la suma de los Arroyos 12 y 15, y ninguna información se perdería.

Más información podría incluirse en la Figura 1.5 tenía espacio para el diálogoNo gram sido limitada por el formato de texto. Es más importante que el PFD permanece

El benceno a través de la hidrodesalquilación de tolueno

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ordenado y fácil de seguir con el fin de evitar errores y malentendidos.Adición de material adicional a la figura 1.5 riesgos sacrificar claridad.

La tabla de flujo presentado en la Tabla 1.5, el resumen de los equipos presenta enTabla 1.7 y la Figura 1.5 en su conjunto constituyen toda la información contenidaen un PFD producido comercialmente.

El PFD es el primer diagrama integral elaborado para cualquier nueva planta oproceso. Proporciona toda la información necesaria para entender la químicaproceso. Además, la información suficiente se da en el equipo, energía,y balances de materia para establecer el protocolo de control de procesos y preparar es costoestima para determinar la viabilidad económica del proceso.

Se necesitan muchos dibujos adicionales para construir la planta. Todo el proceso de inla formación requerida se puede tomar de este PFD. Como se describe en la narración enal principio de este capítulo, el desarrollo de la PFD más a menudo se lleva aa cabo por la empresa operadora. Actividades posteriores en el diseño de la planta sonmenudo subcontratado.

El valor de la PFD no termina con la construcción de la planta. Se reel documento de red que mejor describa el proceso, y se utiliza en la formaciónde los operadores y los nuevos ingenieros. Se consultará periódicamente para diagnosticar operativoproblemas que se presentan y para predecir los efectos de los cambios en el proceso.

1.3 TUBERÍAS Y ESQUEMA DE INSTRUMENTACIÓN (P & ID)

El diagrama de tuberías e instrumentación (P & ID) o diagrama de flujo mecánico(MFD) proporciona información que necesitan los ingenieros para comenzar a planificar para la conconstrucción de la planta. El P & ID incluye todos los aspectos mecánicos de la planta exexcepto la información dada en la Tabla 1.8. Las convenciones generales utilizados en el dibujoP & IDs se dan en la Tabla 1.9.

Cada PFD requerirá muchos P & IDs para proporcionar los datos necesarios. Cifra1.7 es un representante de P & ID para la sección de destilación del proceso de bencenomuestra en la Figura 1.5. El P & ID presentado en la Figura 1.7 proporciona información sobrela tubería, y esto está incluido como parte del diagrama. Como una alternativa, cada unopuede ser contado tubería, y los específicos de cada línea se puede proporcionar en untabla separada que acompaña a este diagrama. Cuando sea posible, el tamaño físico de


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Tabla 1.8 Exclusiones de Tuberías e Instrumentación Diagrama

1. Las condiciones de operación T, P2. Los flujos Stream3. Ubicaciones de Equipo4. enrutamiento Pipe

a. Longitudes de tuberíab. Accesorios de tuberia

5. Apoya, estructuras y fundaciones

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las operaciones unitarias de mayor tamaño se refleja en el tamaño del símbolo en el diálogogramo.

Conexiones de servicios públicos se identifican por una caja numerada en el P & ID. El merober dentro del cuadro identifica la utilidad específica. La clave que identifica la utilidadconexiones se muestran en una tabla en el P & ID.

Toda la información proceso que se puede medir en la planta se muestra en laP & ID de banderas circulares. Esto incluye la información que se registra y se usa enlazos de control de procesos. Las banderas circulares en el diagrama indican que la informaciónmación se obtiene en el proceso y se identifican las mediciones tomadas y cómola información es tratada. Tabla 1.10 resume las convenciones utilizadas paraidentificar la información relacionada con la instrumentación y control. El siguiente ejemplo ilustra la interpretación de instrumentación y control símbolos.

Ejemplo 1.9Considere la línea de productos de benceno dejando el lado derecho del P & ID en la Figura 1.7.El caudal de agua de esta corriente es controlada por una válvula de control que recibe una señal desde unaelemento de medición de nivel colocado en V104. La secuencia de la instrumentación es la siguiente:


Tabla 1.9 Convenciones en la construcción de tuberías y diagramas de instrumentación

Por Equipo Espectáculo Incluyendo Cada pieza

Unidades de repuestoUnidades paralelas

Los detalles del resumen de cada unidad

Para TuberíasIncluir Todas las líneas incluidos los desagües, Conexiones de ejemplo y especificar

Tamaño (utilizar tamaños estándar)Horario (espesor)

Materiales de construcciónAislamiento (espesor y tipo)

Para InstrumentosIdentificar

IndicadoresGrabadoresControladores

Mostrar líneas de instrumentos

Para UtilidadesIdentificar

Utilidades de entradaUtilidades de salida

Salga a instalaciones de residuos de tratamiento

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13

TI

V104

P102B

Figura 1.7

Tuberías e instrumentos Diagrama para Benceno Destilación (adaptado de Kauffman, D, hojas de flujo y diagramas, "AIChE Modular

Instrucción, Serie G: Diseño de Equipos, editor de la serie J. Beckman, AIChE, Nueva York, 1986, vol 1, capítulo G.1.5, AIChE copyri

luchar © 1986 AIChE, todo

Derechos reservados)

34

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Tabla 1.10 Convenciones utilizadas para la identificación de Instrumentación en P & ID(ISA estándar ISAS51, [4])

Localización de Instrumentación

Instrumento situado en la planta

Instrumento situado en frente del panel de la sala de control en

Instrumento ubicada en la parte posterior del panel de la sala de control en

Significados de identificación Cartas XYY

Primera Carta (X) Segunda o Tercera Carta (Y)

......

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Un análisis AlarmaB Quemador de llamaC Conductividad ControlDensidad D o gravedad específicaE Voltaje ElementoF CaudalH Mano (iniciada manualmente) AltoI actual IndicarJ de energíaK Tiempo o calendario Estación de controlL Nivel Luz o bajaM humedad o la humedad Medio o intermedioO OrificioP presión o vacío PuntaQ Cantidad o eventoR radiactividad o la relación de Guardar e imprimirS velocidad o frecuencia InterruptorT Temperatura TransmitirV Viscosidad Válvula, amortiguador, o rejillaW Peso BienY Relé o calcularZ Posición Conducir

Identificación de Conexiones de los instrumentos

CapilarNeumáticaEléctrico............................

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Un elemento de detección de nivel (LE) se encuentra en el tambor de reflujo V104. Un transmisor de nivel (LT)también situada en V104 envía una señal eléctrica (designado por una línea discontinua) a un nivel de inindicador y el controlador (LIC). Este LIC se encuentra en la sala de control en el panel de control oconsola (como se indica por la línea horizontal bajo LIC) y se puede observar por la operaciónres. Desde el LIC, una señal eléctrica se envía a un instrumento (LY) que calcula la correlaciónposición de la válvula rect y a su vez envía una señal neumática (designada por una línea continua coneclosión cruz) para activar la válvula de control (LCV). Con el fin de advertir a los operadores de potencialproblemas, dos alarmas se colocan en la sala de control. Estos son una alarma de nivel alto (LAH)y una alarma de bajo nivel (LAL), y reciben la misma señal desde el transmisor de nivel quelo hace el controlador.

Este bucle de control también se indica en el PFD de la Figura 1.5. Sin embargo, los detalles detoda la instrumentación se condensan en un solo símbolo (LIC), que DE adecuadamenteescribas la función esencial de control de procesos que se llevan a cabo. La acción de control quetiene lugar no se describe explícitamente, ya sea en el dibujo. Sin embargo, es una simple cuestión deinferir que si hay un aumento en el nivel de líquido en V104, la válvula de control se abriráligeramente y el flujo de producto aumentará benceno, tendiendo a disminuir el nivel en V104.Para una disminución en el nivel de líquido, la válvula se cerrará ligeramente.

Los detalles de los otros bucles de control de las Figuras 1.5 y 1.7 se dejan a problemas enAl final de este capítulo. Vale la pena mencionar que en prácticamente todos los casos de procesode control en los procesos químicos, el elemento final de control es una válvula. Por lo tanto, todos los conla lógica de control se basa en el efecto que un cambio en una velocidad de flujo dada tiene en un dadovariable. La clave para entender la lógica de control es identificar qué caudalestá siendo manipulado para controlar qué variable. Una vez que esto se ha hecho, se trata de unacuestión relativamente sencilla para ver en qué dirección la válvula debe cambiar enPara hacer el cambio deseado en la variable de control. El tiempo de respuesta delsistema y tipo de acciones de control utilizado, por ejemplo, proporcional, integral, odiferencial se deja a los ingenieros de instrumentos y no se trata en este texto.

El elemento final de control en casi todo el control de procesos químicosbucles es una válvula.


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El P & ID es la última etapa del proceso de diseño y sirve como una guía por aquellosquién será responsable del diseño final y la construcción. Basado en estodiagrama:

1. Los ingenieros mecánicos e ingenieros civiles diseñarán e instalar piezas deequipo.

2. Los ingenieros de instrumentos especificarán, instalar y comprobar los sistemas de control.3. Los ingenieros de tuberías desarrollarán distribución de la planta y alzados.4. Los ingenieros del proyecto desarrollarán programaciones de las plantas y de la construcción.

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Antes de la recepción definitiva, el P & IDs sirven como una lista de control contra el cual cada unoelemento de la planta está marcada.

El P & ID también se utiliza para entrenar a los operadores. Una vez que la planta se construye y es funcionamientoacional, hay límites a lo que los operadores pueden hacer. Sobre todo lo que se puede hacer paracorrecto desempeño o alter de la planta es para abrir, cerrar o cambiar la posiciónde una válvula. Parte del entrenamiento plantearía situaciones y exigir a los operadores aser capaz de describir lo que la válvula específica que debe ser cambiado, como debe sercambiado, y qué observar con el fin de monitorear los efectos del cambio. Plantasimuladores (similares a los simuladores de vuelo) son a veces participan en el operador de formaciónEn g. Estos programas son, simuladores de procesos en tiempo real sofisticadas que muestran unoperador aprendiz con qué rapidez los cambios en variables controladas se propagan a través deel proceso. También es posible que este tipo de programas para mostrar escenarios de procesotrastornos de modo que los operadores pueden obtener capacitación para reconocer y corregir tales situaciones. Este tipo de programas son muy útiles y costoefectiva en funcionamiento inicialformación tor. Sin embargo, el uso de P & IDs es todavía muy importante en este sentido.

El ID de P & es particularmente importante para el desarrollo de la puesta en marcha mientomientos donde la planta no está bajo la influencia del control del proceso instaladosistemas.

Ejemplo 1.10Considere la puesta en marcha de la columna de destilación se muestra en la Figura 1.7. ¿Qué haría secuencia¿ser seguido? El procedimiento está más allá del alcance de este texto, pero se desarrollaríaa partir de una serie de preguntas como

a. Lo que la válvula debe abrirse primero?b. ¿Qué se debe hacer cuando la temperatura. . . alcanza. ..?c. ¿Hasta qué valor debe establecerse el controlador?d. Cuando se puede poner el sistema de control automático?

Estas tres últimas secciones han seguido el desarrollo de un proceso a partir de unaBFD sencilla a través del PFD y finalmente a la P & ID. Cada paso mostró Ademásmación adicional. Esto se puede ver siguiendo el progreso de la destilaciónunidad de medida que se mueve a través de los tres diagramas descritos.

1. Diagrama de bloques de flujo (BFD) (ver Figura 1.1): La columna se muestra como unaparte de uno de los tres bloques de proceso.

2. Proceso Diagrama de flujo (PFD) (véase la Figura 1.5): La columna se muestra como lasiguiente conjunto de equipos individuales: una torre, condensador, tambor de reflujo, recalderas, bombas de reflujo, y controles de los procesos asociados.

3. Tuberías e instrumentos Diagrama (P & ID) (ver Figura 1.7): La columnaLo demostró un esquema integral que incluye detalles adicionales


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tales como tamaños de tubería, arroyos de servicios públicos, los grifos de la muestra, numerosos indicadores, etc.en. Es la única operación de la unidad en el diagrama.

El valor de estos diagramas no termina con la puesta en marcha de la planta. losvalores de diseño del diagrama se cambian para representar los valores reales determinadas bajo condiciones normales de funcionamiento. Estas condiciones forman un "caso base"y se utilizan para comparar las operaciones de toda la vida de la planta.

1.4 ESQUEMAS ADICIONALES

Durante las fases de planificación y construcción de un nuevo proyecto, muchos adicionalSe necesitan diagramas. Aunque estos diagramas no poseen proceso adicionalinformación, que son esenciales para la finalización con éxito del proyecto. Comisiónordenadores se están utilizando cada vez más para hacer el trabajo tedioso asociado con todode estos detalles de dibujo. El trabajo creativo viene en el desarrollo de la conconceptos proporciona en el BFD y el desarrollo del proceso necesario para producir laPFD. El ordenador puede ayudar con los dibujos, pero no puede crear un nuevo proceso.Los ordenadores son valiosas en muchos aspectos del proceso de diseño donde el tamaño deequipo para hacer una tarea específica es a determinar. Las computadoras también pueden utilizarseal considerar los problemas de rendimiento que lidiar con la operación de existirequipo. Sin embargo, están muy limitados en el trato con probabilidad de diagnósticoproble que se requieren durante toda la vida de la planta.

Los diagramas que se presentan aquí son tanto en la ingeniería americana y SIunidades. La excepción más notable es en el dimensionamiento de las tuberías, donde las tuberías sonespecificada en pulgadas y el calendario de la tubería. Esta sigue siendo la forma en que se produceny comprados en los Estados Unidos. A día de hoy ingeniero de proceso debe ser cómodospoder con SI, métrica convencional, y América (anteriormente británico, que ahora utilizanSI exclusivamente) Unidades de ingeniería.

Se discuten estos diagramas adicionales brevemente a continuación.Un diagrama de flujo de utilidad puede ser proporcionada, que muestra todas las cabeceras de utilidad

entradas y salidas disponibles junto con las conexiones necesarias para el proceso. Elloproporciona información sobre los flujos y características de los servicios públicos utilizados por elplanta.

Bocetos de Buques, diagramas de escalera lógica, diagramas de cableado, planes de sitio, estructuradiagramas de apoyo turales, y muchos otros dibujos se utilizan rutinariamente pero añaden turaTLE a nuestra comprensión de los procesos químicos básicos que tienen lugar.

Dibujos adicionales son necesarios para localizar todo el equipo en elvegetales. Planes de Terreno y diagramas de elevación se proporcionan que localizar la ubicacióny la elevación de todas las grandes piezas de equipo, tales como torres, vasos,bombas, intercambiadores de calor, y así sucesivamente. Cuando la construcción de estos dibujos, es necenece considerar y prever el acceso de los equipos de reparación, la eliminación


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haces de tubos de intercambiadores de calor, la sustitución de unidades, y así sucesivamente. Lo que rered que se muestra es la adición del soporte estructural y tuberías.

Isométricos de tuberías se dibujan para cada pieza de tubería requerida en la planta.Estos dibujos son bocetos en 3D de la corrida de tubería, lo que indica las elevaciones yorientación de cada sección de la tubería. En el pasado, también era común para gralplantas hensive para construir un modelo a escala de modo que el sistema podría ser vista en tres de dimensiones y modificada para eliminar cualquier problema potencial. En los últimos veinteaño, maquetas han sido sustituidos por 3 dimensiones de diseño asistido por ordenador(CAD) programas que son capaces de representar la planta como construida en tres de dimensiones. Proporcionan una oportunidad para ver la topología de equipos localesdesde cualquier ángulo en cualquier localización dentro de la planta. Uno realmente puede "caminar a través"


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la planta y vista previa de lo que se ve cuando se construye la planta. La habilidad para"Vista" de la planta antes de que se hizo la construcción aún más realista con laayuda de la realidad virtual de software. Con esta nueva herramienta, es posible no sólo para"Caminar a través de" la planta, sino también a "tocar" el equipo, gire las válvulas, ysubir a la parte superior de las columnas de destilación, y así sucesivamente. En la siguiente sección, la informaciónmación necesaria para completar un diseño de la planta de diseño preliminar se revisa, yla lógica utilizada para localizar las unidades de proceso en la planta y cómo las elevaciones dediferentes equipos se determinan se explican brevemente.

1.5 REPRESENTACIÓN 3 DIMENSIONES DE UN PROCESO

Como se mencionó anteriormente, los principales productos de trabajo de diseño, tanto químicos como mímecá, se registran en los diagramas de 2 dimensiones (PFD, P & ID, etc.). Sin embargo,cuando se trata de la construcción de la planta, hay muchos temas que requierenuna representación 3dimensional del proceso. Por ejemplo, la ubicación de la cáscarae intercambiadores de tubo deben permitir tubo de extracción paquete para la limpieza y reparación.Ubicaciones de bombas deben permitir el acceso para el mantenimiento y reemplazo. porcompresores, este acceso también pueden requerir que una grúa capaz de eliminar y recolocar una unidad dañada. Las válvulas de control deben estar ubicados en elevaciones que permitenel acceso del operador. Puertos de ejemplo e instrumentación también deben estar ubicados conconvenientemente. Para cualquier persona que ha recorrido una instalación química de moderado a grande, elcomplejidad del diseño de tuberías y equipo es inmediatamente evidente. Inclusopara los ingenieros experimentados, la revisión de los equipos y la topología de tuberías está lejosmás fácil de lograr en 3D de 2D. Debido al rápido aumento en el ordenadorpoder y software avanzado, tales representaciones se hacen ahora de forma rutinariausar la computadora. Con el fin de "construir" una representación electrónica de la plantaen 3D, toda la información en los diagramas mencionados anteriormente debe ser acrebajada y sintetizada. Esto en sí mismo es una tarea de enormes proporciones y una contabilidad completaing de este proceso es mucho más allá del alcance de este texto. Sin embargo, con el fin de daral lector una idea de lo que ahora se puede lograr utilizando este tipo de software, una breveSe dará revisión de los principios de diseño de la disposición de la planta. Una más detallada

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cuenta que implica una visita a la planta virtual de la planta de dimetil éter (DME) (Appendix B.1) se da en el CD que acompaña a este libro.

Para un análisis completo y detallado de la distribución de la planta, todos los tamaños de equipos,tamaños de tuberías, PFD, P & IDs, y toda otra información deben ser conocidos. Sin embargo,para esta descripción, un diseño preliminar de la planta en base a la información dada en elPFD de la figura B.1 se considera. El uso de esta figura y la corriente de acompañamientomesas y tabla resumen equipos (Tablas B.1 y B.2), los siguientes pasos sonseguido:

1. El PFD se divide en subsistemas lógicos. Para el proceso de DME, haytres subsecciones lógicas, a saber, la sección de alimentación y el reactor, la pu DMEsección rificación, y la sección de separación de metanol y reciclar. Estassecciones se muestran como líneas de puntos en la Figura 1.8.

2. Para cada subsistema, se crea un plano del terreno preliminar. La topología de la tramaplan depende de muchos factores, el más importante de los cuales se discutena continuación.

En general, el diseño del plano del terreno puede tomar uno de los dos guración básicaconfi: el nivel de grado, horizontal, disposición en línea y la estructuradisposición vertical montado en [5]. El nivel de grado, horizontal, en líneadisposición será utilizado para la instalación de DME. En esta disposición, launidades de equipo de proceso están alineados a ambos lados de un bastidor de tubo que se ejecutapor el medio de la unidad de proceso. El propósito de la cremallera tubería esllevar las tuberías de los servicios públicos, los productos, y se alimentan desde y hacia la unidad de proceso.Equipo está situado a cada lado del bastidor de tubo, que permite una fácilel acceso. Además, el montaje vertical de los equipos se limita generalmente a unade un solo nivel. Esta disposición requiere generalmente una "huella" más grande y,por lo tanto, más tierra que hace la disposición vertical estructura montada.La disposición general de este tipo de diseño se muestra en la Figura 1.9.

La distancia mínima entre los equipos se debe establecer desde el principio enel diseño. Estas distancias se establecen para fines de seguridad y deben establecerse


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tanto con los códigos locales y nacionales en mente. Una lista completa de la recodistancias mínimas reco entre equipos de proceso está dada porBausbacher y Hunt [5]. Los valores de un equipo básico proceso sonlistado en la Tabla 1.11.

El dimensionamiento de los equipos de proceso debe ser completado y el aproubicación imate en el plano del terreno determinado. Refiriéndose a la Tabla B.1 para equiposespecificaciones Ment da una idea de los tamaños de clave de equipo. Por ejemplo,los datos proporcionados por los tambores de reflujo V202 y V203, reactor R201, ytorres T201 y T202 son suficientes para esbozar estas unidades en el plano del terreno.Sin embargo, el tamaño de la bomba deben obtenerse de los proveedores o trabajos anteriores, ycálculos adicionales para intercambiadores de calor se debe hacer para estimar sunecesaria "huella" en el plano del terreno.

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Metanol

1 P201A / B

mpsE201

3

5

4

E2037

89

1 12 22

R201

6

E204cw

12

1116

1417

mps

mps

cwE208

E206

V203

V202

E202

T201

T202

P202A / B

P203A / B

cw

E207

E205

Aguas residualesDME

10

15

13

cw

P201A / B RSS

Bomba

E201 Metanol Precalentador

R201 Reactor

E202 Reactor Enfriador

E203 DME enfriador

T201 DME TowerE204 DME Reboiler

E205 DME condensador

V202 DME Reflujo del tambor

P202A / B DME

Reflujo

Bombas

E206 Metanol Reboiler

T202 Metanol Tower

E207 Metanol condensador

V203 Metanol Reflujo del tambor

Bombas Metanol P203A / B

E208 WastewaterRefrigerador

V201

2

V201 V RSSessel

1 14 26

Alimentación

yReactor

Subsistema

DME

Purificación

Subsistema

Metanol

Separación

Subsistema

41

Figura 1.8

Subsistemas para Preliminar Plan de Disposición de Proceso DME

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En segundo y tercer piso apilados encima del nivel de grado

(la)

(b)

Figura 1.9 Diferentes tipos de estructura de planta: (a) GradoMontada Horizontal InlineArreglo, y (b) EstructuraMontado disposición vertical (Fuente: Planta de Procesos Layouty Diseño de tuberías, por E. Bausbacher y R. Hunt, © 1994, reimpreso con el permiso dePearson Education, Inc. Upper Saddle River, Nueva Jersey)

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Tabla 1.11 recomendado Separación mínima (en pies) entre Process Equipmentpara la refinería, plantas químicas, petroquímicas y

Bombas Compresores Reactores Torres y Recipientes Intercambiadores

Bombas M 25 M M MCompresores M 30 M MReactores M 15 MTorres M M

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Ejemplo 1.11Estimar la huella para E202 en el proceso de DME.De la Tabla B.1 tenemos la siguiente información:

Floating Head Shell y tubo de diseñoÁrea = 171 m2Hot secundarios Temperaturas: en al 364ºC y fuera a 281ºCCold secundarios Temperaturas: en al 154ºC y fuera a 250ºCElige un pase de 2Shell y el intercambiador pase de 4 tubosSuperficie por shell = 171/2 = 85,5 m2El uso de 12 pies, tubos OD de 1 pulgada, 293 tubos por la cáscara se necesitan

Suponiendo que los tubos se expuso en un 11/4paso cuadrado pulgadas, se requiere un shell ID de 27 pulgadas.Supongamos que las cabezas delanteras y traseras (donde el fluido del tubo se convierte en el extremo de la excambiador) son de 30 pulgadas de diámetro y requieren 2 pies cada uno (incluyendo las bridas), y que eldos conchas se apilan en la parte superior de la otra. La huella del intercambiador se da en la FiE1.11 Ure.

A continuación, el tamaño de las principales líneas de proceso debe ser determinado. Con el fin de estimate estos tamaños de tubería, es necesario hacer uso de algunas heurísticas. LAheurística es un algoritmo simple o indirecta que permite una respuesta aproximada aser calculado. El diseño preliminar de una pieza de equipo bien podríautilizar muchas de estas heurísticas, y algunos de ellos podrían entrar en conflicto entre sí.Como cualquier procedimiento de simplificación, el resultado de una heurística debe ser revistos con cuidado. Para efectos preliminares, la heurística del Capítulo 9puede ser utilizado para estimar tamaños de tubería aproximados.

Intercambiadores MM = mínima de acceso de mantenimientoFuente: Planta de Proceso de Diseño y Diseño de tuberías, por E. Bausbacher y R. Hunt, © 1994, reimpreso porpermiso de Pearson Education, Inc. Saddle River superior, Nueva Jersey.

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Ejemplo 1.12

Considere la línea de aspiración a la P202 A / B, lo que debería ser el diámetro de la tubería?De la Tabla 9.8, 1 (b) para la succión de la bomba de líquido, la velocidad del líquido y el tubo recomendadode diámetro están relacionados por u = (1,3 + D (pulgadas) / 6) pies / s.

De la Tabla B.2, el caudal másico de la corriente que entra en P202, ˙ m = Corriente 16 + Corriente 10

16 pies

2 pies 6 pulgadas(30 pulgadas)

Side ElevationFin Elevación

Vista en planta de la parcela (desde arriba mirando hacia abajo) que muestra el tamaño aproximado de la huella

2 pies 6 pulg

Figura E1.11 Dimensiones aproximadas y HuellaIntercambiador de E202

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= 2170 + 5970 = 8140 kg / h, y la densidad se encontró que 800 kg / m3.El caudal volumétrico es = 8140/800 = 10,2 m3/ h = 0,00283 m3/ s = 0.0998 ft3/ s

El procedimiento consiste en calcular la velocidad en la línea de succión y compararlo con la heurística.Usando este enfoque, la siguiente tabla se construye:

Pipe nominal Velocidad = Vol Velocidad de u =Diámetro (pulgadas) Flujo / área de flujo (1,3 + D / 6)

1.0 18.30 1.4715 8.13 1.552.0 4.58 1.633.0 2.03 1.804.0 1.14 1.97

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Por lo tanto, el diámetro de la tubería que satisfaga tanto la heurística y la ecuación de continuidadse encuentra entre 3 y 4 pulgadas. Tomando una estimación conservadora, se elige una línea de succión de 4 pulgadaspara P202.

El siguiente paso a considerar es la colocación de los equipos dentro de la parcelaplan. Esta colocación se debe hacer teniendo en cuenta el acceso necesario paramantenimiento del equipo y también la instalación inicial. Aunque estepaso puede parecer elemental, hay muchos casos [5] donde el incorrectola colocación de los equipos posteriormente dio lugar a considerables sobrecostos yprincipales problemas tanto durante la construcción de la planta y durante mientooperaciones de manteni. Considere el ejemplo mostrado en la Figura 1.10 (a), dondedos vasos, una torre y un intercambiador de calor se muestran en el plano del terreno.Claramente, V1 bloquea el acceso al haz de tubos del intercambiador, que a menudorequiere la eliminación de cambiar los tubos con fugas, o eliminar la escala en el exteriorde los tubos. Con esta disposición, el intercambiador tendría que ser levantado


La carreteraCrane

Espacio necesario paraeliminación de haz de tubos

Ubicación de la V2 y T1hacer que la eliminación de la E1muy dificil

V1

V2

T1E1

Ubicación de la V1 obstruyeeliminación de haz de tubos

Límites de la batería de la unidad de proceso

E1 V1V2

T1

La carreteraReordenamiento de equipos marcastubo de extracción paquete fácil

Pipe RackPipe Rack

Pipe

Estante

Pipe

Estante

(la) (b)

Figura 1.10 El efecto de Equipo Lugar en la facilidad de acceso para el mantenimiento, la instalacióny Remoción

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verticalmente y se coloca en algún lugar donde no había espacio suficiente de modoque el haz de tubos puede ser eliminado. Sin embargo, el segundo recipiente, V2y la torre T1 están situados de tal manera que el acceso de la grúa es muy limitada ysería necesario un muy alto (y caro) de la grúa. La reubicación de éstosmismas piezas de equipo, como se muestra en la Figura 1.10 (b), alivia tanto estosproblemas. Hay demasiadas consideraciones de este tipo para cubrir en detalleen este texto, y se remite al lector a Bausbacher y Hunt [5] para una máscobertura en profundidad de estos tipos de problemas. Teniendo en cuenta la instalación DME,un posible arreglo para la alimentación y el reactor subsección se muestra en la FiUre 1.11.

3. Se establece la elevación de todos los grandes equipos. En general, los equipos locado en el grado de nivel (planta) es más fácil de acceder y mantener, y es más baratoinstalar. Sin embargo, hay circunstancias que dictan que el equipo seaelevado con el fin de proporcionar un funcionamiento aceptable. Por ejemplo, la parte inferiorproducto de una columna de destilación es un líquido en su punto de burbuja. Si este líquido esalimentado a una bomba, entonces, como la presión cae en la línea de succión debido a la fricción,el líquido hierve y hace que las bombas de cavitación. Para aliviar este problema,es necesario para elevar la parte inferior de la columna con respecto a la entrada de la bomba,con el fin de incrementar la cabeza de succión positiva neta disponible (para obtener más detallesacerca NPSHLAvéase el Capítulo 16). Esto se puede hacer por la excavación de un pozo por debajogrado para la bomba o mediante la elevación de la torre. Pozos de bombeo tienen una tendencia aacumular gases más densos que el aire, y el mantenimiento de los equipos de talpozos es peligroso debido a la posibilidad de asfixia e intoxicación (si el

V201

P201A P201B

E201 E202R201

36 pies

24 pies

Pipe Rack

Figura 1.11 Posible Acuerdo Equipo para el reactor ySección de alimentación del Fondo para el DME, Unidad 200

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gas es venenoso). Por esta razón, las torres son generalmente elevada entre3 a 5 m (10 y 15 pies) por encima del nivel del suelo mediante el uso de una "falda". Este es ilustrado en la figura 1.12. Otra razón para la elevación de una columna de destilación esTambién se ilustra en la Figura 1.12. A menudo se utiliza un calderín termosifón. Estascalderines utilizan la diferencia de densidad entre el líquido alimentado al rehervidory la mezcla de dos fases (líquidovapor saturado) que deja el rehervidora "conducir" la circulación de fondos líquidos a través del intercambiador de calor. A fin de queobtener una fuerza motriz aceptable para esta circulación, la presión estática de la


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líquido debe ser sustancial, y una diferencia de altura 3.5 m entre el quidouid nivel en la columna y la entrada de líquido al rehervidor es típicamente cienteciente. Ejemplos de cuándo se requiere la elevación equipos se dan enTabla 1.12.

4. proceso Mayor y tuberías utilidad se esbozan en. El último paso en este preliminario distribución de la planta es esbozar en donde el proceso principal (y utilidad) tubos(líneas) van. Una vez más, no hay reglas fijas para hacer esto. Sin embargo, la más directaruta entre equipos que evita enfrentamientos con otros equipos ytubería es generalmente deseable. Cabe señalar que las líneas de servicios públicos originan ypor lo general terminan en los encabezados situados en el rack de tuberías. Cuando tuberías de procesodebe ejecutarse desde un lado al proceso a otro, puede ser convenienteejecutar la tubería en el rack de tuberías. Todas las válvulas de control, el muestreo de los puertos, y los principales

Menor nivel de funcionamiento en la Columna

35m de altura estática para evitar la cavitación de la bombao para proporcionar fuerza motriz para termosifónrehervidor.

Grado

Torre de destilación

Columna Falda

Bottoms Bomba del producto

Horizontal (o vertical)Termosifón Reboiler

Figura 1.12 Sketch Ilustrando Razones para la elevación de la columna de destilación

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instrumentación debe estar ubicado convenientemente para los operadores. Esto no baja dealiado significa que deben estar ubicados cerca de grado o una plataforma de acceso de aceroformulario. Esto también es cierto para las válvulas de aislamiento equipo.

Tabla 1.12 Razones para elevadores

Equipo a ser elevados Motivo de Elevación

Columnas o vasos Cuando el NPSH disponible es demasiado bajo para evitarcavitación en la bomba de descarga, equiposdebe ser elevada.

Columnas Para proporcionar la cabeza motriz de termosifón recalderas.

Cualquier equipo que contenga suspendido Para proporcionar un flujo de gravedad de los líquidos que contengansólidos o lodos sólidos que evita el uso de suspensión problemática

bombas.Condensadores barométricos Contacto Este equipo se utiliza para producir vacío por

la expansión de vapor de alta presión a través de unaeyector. Los condensables en el vapor son removido por contacto directo con una de agua fríaaerosol. El tubo de escape de un condensador como essellado con una pierna de 34 pies de agua.

Tanque de agua de fuego crítico (o agua de refrigeraciónEn algunos casos, el flujo de agua es absolutamentetanque de retención) crítico, por ejemplo, en la lucha contra incendios o crítica

operaciones de refrigeración, el depósito de suministro de agua principalpara estas operaciones pueden ser elevados para proporcionarsuficiente presión de agua para eliminar la necesidad debombas de alimentación.

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1.6 LA PLANTA MODELO 3D

La mejor manera de ver cómo todos los elementos anteriores encajan es para ver elArchivo Virtual_Plant_Tour.AVI en el CD que acompaña a este texto. La calidady nivel de detalle que el software 3D es capaz de dar depende del sistemautilizado y el nivel de ingeniería de detalle que se utiliza para producir el modelo. HigoUres 1,131,15 se generaron para la instalación DME utilizando el software PDMSpaquete de CADCentre, Inc. (Estas cifras y el archivo Virtual_Plant_Tour.AVIse presentan aquí con permiso del CADCentre, Inc.) En la Figura 1.13, una isometse muestra la vista ric de la instalación DME. Todos los equipos de proceso muy, muy importantese muestran proceso y tuberías de servicios públicos, y estructuras metálicas básicas. El rack de tuberías esmuestran que atraviesa el centro del proceso, y las plataformas de acero se muestrandonde se requiere el apoyo de equipos de proceso elevada. La sección de destilaciónciones se muestran en la parte trasera de la figura del otro lado de la cremallera de la tubería. La reacción

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sección tor y piensos se muestra en el lado cercano de la cremallera de la tubería. La elevación deel equipo de proceso se ilustra mejor en la figura 1.14, donde la tubería yse han eliminado de acero estructural. El único equipo elevada desprende deesta figura son los condensadores de arriba y tambores de reflujo para la destilaciónlas columnas. Los condensadores fijos están situados verticalmente por encima de su respectivotambores de reflujo para permitir el flujo de gravedad de condensado de los intercambiadores dela batería. Figura 1.15 muestra la disposición de equipos de proceso y las tuberíaspara las secciones de alimentación y de los reactores. La disposición de los equipos que corresponde amuestra en la Figura 1.11. Cabe señalar que la válvula de control de la descarga delas bombas de alimentación de metanol se encuentra cerca del nivel de grado para un fácil acceso.

1.7 Resumen

En este capítulo, usted ha aprendido que los tres principales tipos de diagramas usadospara describir el flujo de corrientes químicas a través de un proceso son el flujo de bloques diagramo (BFD), el diagrama de flujo del proceso (PFD), y las tuberías e instrumentacióndiagrama (P & ID). Estos diagramas describen un proceso en el aumento de detalle.

Figura 1.13 Vista isométrica del Modelo Preliminar 3D de la planta Layoutpara el proceso de DME (Reproducido con permiso de CADCentre, un AvevaGroup Company, de su / PDMS software Vantage)

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Figura 1.14 Representación 3D de Preliminar equipoción Disposición para el Proceso de DME (Reproducido con números permitidossión de CADCentre, una empresa del grupo Aveva, desde suVantage / PDMS Software)

Figura 1.15 Representación en 3D de las secciones del reactor y se alimentan del Proceso de DMEModelo (Reproducido con permiso de CADCentre, una empresa del grupo Aveva, desde suVantage / PDMS Software)

50

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Cada diagrama tiene un propósito diferente. El diagrama de flujo de bloques es útilen la conceptualización de un proceso o una serie de procesos en un gran complejo. Pequeñoinformación del flujo se da, pero una visión clara del proceso se presenta. losdiagrama de flujo de proceso que contiene toda la información necesaria para completar el materialy balances de energía en el proceso. Además, la información importante, comopresiones corriente, tamaños equipos y grandes lazos de control se incluyen. Finalmente,

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el diagrama de tuberías e instrumentación contiene toda la información del proceso sarionecesa para la construcción de la planta. Estos datos incluyen tamaños de tubería y la locationes de toda la instrumentación, tanto para el proceso y flujos de servicios públicos.

Además de los tres diagramas, hay un número de otros diagramasutilizado en la fase de construcción y la ingeniería de un proyecto. Sin embargo, estos diagramos contienen poca información adicional sobre el proceso.

Por último, la lógica para la colocación de los equipos y el diseño dentro del proceso dese discutió. Las razones para la elevación de los equipos y el acceso fuerondiscute, y se presentó la representación 3D de la planta.

El PFD es el único esquema más importante para la química / proceso de engineer y será la base de gran parte del debate abarcado por este libro.

REFERENCIAS

1. Kauffman, D., "Hojas de flujo y diagramas," Instrucción AIChE Modular, SeRies G: Diseño de Equipos, editor de la serie J. Beckman, Instituto Americano deIngenieros Químicos, Nueva York de 1986, vol. 1, capítulo G.1.5. Reproducido conpermiso del Instituto Americano de Ingenieros Químicos, AIChE de autorderecho 1986 todos los derechos reservados.

2. Símbolos gráficos para los diagramas de flujo de proceso, ASA Y32.11 (Nueva York: Américaspuede Sociedad de Ingenieros Mecánicos, 1961).

3. Austin, DG símbolos químicos Dibujo de Ingeniería (Londres: GeorgeGodwin, 1979).

4. Símbolos de instrumentos e Identificación de Research Triangle Park, Carolina del Norte: InstrumentoSociety of America, estándar ISAS51, 1975.

5. Bausbacher, E. y R. Hunt, Diseño de Plantas de Procesos y Diseño de tuberías (AltaSaddle River, NJ: Prentice Hall PTR, 1998).

PROBLEMAS

Nota: Problemas 19 son de Kauffman [1] y se reproducen con permiso deel Instituto Americano de Ingenieros Químicos, AIChE copyright © 1986 todos los derechosreservada.1. ¿Cuáles son los tres tipos principales de diagramas de flujo se utilizan en el proceso químico

industrias?

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2. ¿Cuál de los tres principales tipos de diagramas de flujo podría uno utilizar para:a. dar a un grupo de estudiantes de ingeniería química que visitan una visión general de un

proceso de la planta?b. hacer una estimación preliminar de costos de capital?c. rastrear abajo de un fallo en un bucle de control?

3. ¿En qué tipo de diagrama de flujo se puede esperar para encontrar el diámetro del tubo y materiales de construcción?

4. ¿En qué medida son los instrumentos y controles indicados en cada uno de los trestipos de diagramas de flujo?

5. ¿En cuál de los tres tipos principales de diagramas de flujo podría uno esperar encontrar:a. válvulas de alivio?b. líneas que necesitan aislamiento de tuberías?c. que controlan los bucles son necesarios para el funcionamiento normal?d. rectángulos muestran, en lugar de símbolos, que se asemejan a piezas de equipo?e. si un controlador se va a ubicar en la sala de control o en la planta?

6. ¿Es de esperar el diseño del proceso para incluir más PFD o P & IDs?7. Preparar el principal tipo más simple de diagrama de flujo para el siguiente proceso,

e indicar los caudales de los componentes químicos principales:

Una corriente de refinería que contiene parafinas y una mezcla de compuestos aromáticos (benceno,tolueno, xileno, y los compuestos aromáticos más pesados) se extrae con un disolvente líquido para volvercubrir los aromáticos. El disolvente y los compuestos aromáticos se separan por destilación, conel disolvente se recicla a la columna de extracción. Los compuestos aromáticos se separan entres columnas, la recuperación de benceno, tolueno y xilenos mixtos, en ese orden.La corriente de alimentación consiste en lo siguiente:


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parafinas 300.000 kg / hbenceno 100.000 kg / htolueno 180.000 kg / hxileno 70.000 kg / haromáticos pesados40.000 kg / h

Se utiliza una relación de peso 3a1 de disolvente a aromáticos.8. líquido se bombea desde un recipiente elevada a través del lado del tubo de un agua

refrigerado por intercambiador de calor. El flujo de fluido es controlado por un controlador de caudal enla sala de control. La bomba tiene un repuesto. Dibuje una parte de los más deprincipal tipo de cola de diagrama de flujo que se utiliza para ilustrar esteproceso.

9. Figura P1.9 es una porción de un P & ID. Encuentra al menos seis errores en la misma. Todos los errores sonen artículos mostrados en realidad en el dibujo. No cite "errores de omisión"("Tal y tal no se muestra"), ya que esto es sólo una parte de la P & ID.

10. En un proceso para separar y purificar propano a partir de una mezcla de propano yhidrocarburos saturados de cadena lineal más pesado (por ejemplo, nbutano, npentano,etc.), la corriente de alimentación se alimenta a la bandeja 18a de una columna de destilación 24bandeja.

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La corriente de vapor de cabeza de la columna está totalmente condensa en un aguaintercambiador de calor refrigerado antes de ser alimentada a un tambor de reflujo de cabeza. losproducto líquido desde el tambor se envía a la bomba de reflujo (que tiene un repuesto),y la descarga de la bomba se divide en dos corrientes. Uno de estoscorrientes es la de reflujo de cabeza a la columna y se alimenta de nuevo a la columna deBandeja 1. La segunda corriente líquida de la descarga de la bomba es la sobrecargadel producto y se envía a almacenamiento.La parte inferior de la columna de destilación se utiliza para almacenar el líquido que sale del

placa inferior. Desde el fondo de la columna una corriente líquida que se va y esinmediatamente dividido en dos. Una corriente es el producto de fondo, que se envíapara su posterior procesamiento en la Unidad 400. Se envía el otro flujo a un termosyphon rehervidor donde una porción de la corriente se vaporiza por condensaciónvapor a baja presión en el otro lado del intercambiador. El parcialmente al vaporcorriente zado desde el rehervidor se devuelve a la columna justo por debajo delvigésimo cuarto bandeja. La mezcla de dos fases se separa, con la porción de vaporque pasa hacia arriba a través de la placa inferior para proporcionar el flujo de vapor en elcolumna. La porción de líquido vuelve al líquido acumulado en la parte inferiorde la columna.Para el proceso descrito anteriormente, dibuje un PFD. Usted puede asumir que el

proceso es la unidad 200, y usted debe identificar y número de todos los equiposapropiadamente.

11. Para el proceso descrito en el problema 10, el esquema de control siguientes tieneha sugerido para la parte de arriba de la columna:El flujo de producto de cabeza va a almacenamiento está controlada por una señal

a partir del indicador de nivel de líquido en el tambor de reflujo, que se utiliza para controlar


4 "Sch 40

8 "Sch 40

LI LI

V101

TCVFE

FTEl año fiscal

LAH

FRC

QuímicaAlcantarillado

QuímicaAlcantarillado

Figura P1.9 Una porción de un P & ID que contiene varios errores

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la posición de una válvula de control neumático en la línea de productos (tubería). El flujode reflujo de nuevo a la columna también está regulada por una válvula de control neumático,que utiliza la señal (eléctrica) de un indicador de flujo en el ducto overheadlínea de UCT para ajustar la válvula de tal manera que el flujo de reflujo está siempre en un ciertoproporción al flujo de producto.En el PFD desarrollado en el problema 10, agregue los controles para dar la deseada

acción de control descrito anteriormente.Puntos de bonificación: ¿Puedes describir cómo el esquema de control debe funcionar,

es decir, lo que la válvula se abre o se cierra, y así sucesivamente, cuando el nivel de líquido subepor encima o cae por debajo de su valor de consigna?

12. Para el proceso descrito en el problema 10, el flujo de producto de cola enviados aUnidad 400 es controlado por una válvula neumática que recibe una señal de un líquidoindicador de nivel que detecta el nivel de líquido acumulado en la parte inferior de lacolumna. Añadir este lazo de control a la PFD desarrollado en el problema 10.

13. Para el proceso descrito en el problema 10, se desea para controlar la pureza deel producto estrella. Si asumimos que la presión de la columna no varía(no necesariamente una buena suposición), podemos inferir la pureza del producto dela temperatura de la bandeja superior. Diseñar un esquema de control para implementar un feedbackbucle de nuevo para controlar la pureza del producto superior. Dibuja este lazo de control en laPFD para el problema 10.

14. aceite de secado (DO) es producido por el aceite de ricino descomposición térmica acetilado(ACO) de acuerdo con la siguiente reacción:

El proceso para producir DO es bastante sencillo y se describe a continuación:ACO se alimenta de almacenamiento (fuera del sitio) a un pequeño recipiente de almacenamiento horizontal,

V101. De V101, ACO líquido a 30 ° C se alimenta a una bomba de alimentación (P101 A / B)donde se presuriza hasta 2 barg. El flujo de ACO es controlado por un flujo deválvula de control situada en el lado de descarga de la bomba. El ACO se alimenta a unaalimentación del horno reactor (H101) donde la temperatura se aumenta a 340 ° C,y la corriente que sale del horno se envía directamente a un reactor (R101), conque contiene el embalaje de cerámica inerte, en donde la reacción de descomposición tiene lugar.La conversión de un solo paso de ACO que hacer en el reactor es de 40%. La corriente deque abandona el reactor se alimenta luego a un separador gaslíquido (V102) donde elácido acético parpadea apagado y deja en la corriente de vapor de cabeza. La pesadaDO y líquidos ACO tienen muy bajas presiones de vapor y en consecuencia hacerNo vaporizar apreciablemente y dejar el vaso producto líquido tan caliente. Esta calientecorriente de líquido, a 310 ° C, deja V102 y se alimenta entonces a una caldera de calor residualDonde el aceite caliente se enfría a 160 ° C por intercambio de calor con la caldera (E101)alimentar el agua para producir vapor a presión media a las 10 barg. La temperatura dela corriente de aceite refrigerado se controla ajustando el punto de ajuste en el nivel de concontrolador de E101. Este controlador de nivel a su vez regula el nivel de agua enE101 mediante el ajuste del caudal de agua de alimentación de calderas. La corriente de aceite enfriado, enuna presión de 1,3 barg, se envía a la unidad 200 para su posterior procesamiento.

ACO1l2340 ° C:calorDO1l2 + CH3COOH1g2


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Para el proceso descrito anteriormente, dibujar un PFD que muestra la siguientedetalles:

Números y Descripción EquipoLazos de control básicos


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Banderas de temperatura y presión15. Una disposición de la planta preliminar (plano del terreno) para un nuevo proceso se muestra en la figura

P1.15. Enumerar y explicar todos los posibles problemas con el diseño de equiposque se puede encontrar.

La carretera

R1V1

T1

E1

Límites de la batería de la unidad de proceso

Pipe Rack

Pipe

Estante

ElevacionesR1 inferior al grado +15 piesT1 inferior al gradoV1 inferior al grado +30 piesE1 inferior al grado + 2 piesP1A y B en el gradoDimensionesR1 L = 10 pies, Diam = 5 piesT1 L = 90 pies, Diam = 9 piesE1 L = 18 pies, Diam = 4 piesP1A & B L = 5 pies. W = 2,5 piesV1 L = 12 ft, Diam = 5 pies

P1A / B

12 ft

Figura P1.15 Plot Plan Preliminar para el problema 1.15

16. La elevación de los equipos sobre el nivel del suelo es caro porque AdemásSe requiere acero estructural cional. Sin embargo, es práctica normal en la industria químicaplantas para elevar la parte inferior de una columna de destilación por 10 a 15 pies, usando una"falda." metal Por qué se justifica tal gasto extra?

17. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la colocación de una bomba en un pozo debajonivel del suelo?

18. Un compresor, reactor, torre, condensador, y el tambor de reflujo de cabeza y rebomba de flujo se debe agregar a un proceso existente. El plan de trama de la existenteproceso y el espacio disponible para el nuevo equipo se muestra en la figura

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Límites de la batería de la unidad de proceso existente

ElevacionesC305 en el gradoR307 inferior al gradoInferior T311 en el gradoV317 inferior al grado +30 piesE323 inferior al grado +41 piesP322A & B en el grado

DimensionesC305 L = 10 ft, W = 6 piesR307 L = 35 ft, Diam = 5 piesT311 L = 80 ft, Diam = 4 piesE323 L = 18 pies, Diam = 4 piesFt P322 A & B L = 5 pies. W = 2,5V317 L = 6 pies, Diam = 3 pies

6 piesPipe Rack

R301

R302

T301

Unidad de proceso existentes

La carretera

La carretera

Los equipos existentes

Límites de batería de nueva unidad de proceso

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P1.18. Sobre la base de la separación mínima recomendada entre proceso de equiposMent dada en la sección 1.5, el boceto de un diseño de los nuevos equipos.

19. Estimación de la "huella" de los siguientes equipos para el tolueno HDAproceso (Tabla 1.7).• E101• R101• T101

Figura P1.18 Plan de Parcela Problema 1.18 (Datos para Equipo NuevoDado en la tabla)

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