TF2314 Problemas de Ingeniería Química

Condiciones de operación y heurísticas

Septiembre – Diciembre 2007Prof. Alexis Bouza

Vamos a identificar las condiciones de operación que son de especial interés para el análisis de un DFP

Condiciones de operación. Generalidades

Es más fácil ajustar la temperatura y/o la presión de una corriente, que cambiar su composición.

En general, presiones entre 1 y 10 bar, y temperaturas entre 40 y 250ºC no causan dificultades severas en el procesamiento.

Presión

Gases presentes

P>P atmosférica

Densidad del gas

Volumen del gas

PresiónMuchos equipos soportan presiones hasta 10 bar sin requerir costos de inversión adicionales.

P>10 bar

P de vacío

Presión

La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada.

Ejemplo:

Condición Justificación Penalidad

P>10 bar

ReactoresFavorecer el equilibrio de conversión.Aumentar la velocidad de reacción

para fase gas (mayor concentración).Mantener una fase líquida.

Se requiere mayores espesores en los equipos.

Se requieren compresores costosos.

Presión

La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada.

Ejemplo:

Condición Justificación Penalidad

P>10 barSeparadores

Obtener una fase líquida en un equilibrio vapor-líquido o líquido-líquido.

Se requiere mayores espesores en los equipos.

Presión

La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada.

Ejemplo:

Condición Justificación Penalidad

P<1 barReactores

Favorecer el equilibrio de conversión.Mantener una fase gas.

Se requiere equipos de mayores dimensiones.

Se requiere un diseño especial para operaciones al vacío.

Temperatura

Elevadastemperaturas

Resistencia a la tensión (bar)

T ambiente 400ºC 550ºC

Acero al carbono

1190 970 170

Acero inoxidable

1290 1290 430

Temperatura

La decisión de operar fuera del intervalo 40-260ºC debe estar justificada.

Ejemplo:

Condición Justificación Penalidad

T>260ºC

ReactoresFavorecer el equilibrio de conversión.Aumentar la velocidad de reacción.Mejorar la selectividad.Mantener una fase gas.

T>400ºC requiere materiales de construcción especiales.

Se requiere manejo óptimo de la energía.

TemperaturaExisten temperaturas límites asociadas con la disponibilidad de los servicios para calentamiento o enfriamiento de las corrientes de proceso.

Servicio Disponibilidad Problemas¿?

VaporGeneralmente se dispone de vapor de

alta presión (40-50 bar) y temperaturas entre 250-265ºC.

Costos adicionales si se requiere T>265ºC.

Agua

Generalmente se dispone de vapor de agua proveniente de torres de enfriamiento a 30ºC (se devuelve a aproximadamente 40ºC).

Costos adicionales si se requiere T<30ºC.

Para refrigeración (p.e., -20ºC) los costos aumentan dramáticamente.

HeurísticasSon guías y métodos para cálculos aproximados.Son útiles para:

Verificar nuevos diseños de procesos.Hacer estimados de tamaño de equipos.Apoyar el análisis de problemas operacionales.Verificar validez/sentido de resultados de simulaciones.Suministrar valores iniciales para procesos de simulación.Obtener costo aproximado de unidades de proceso.Desarrollar diagramas preliminares de ubicación de equipos en planta (“layout”).Hacer estimaciones rápidas durante reuniones y conferencias.

Heurísticas

Son afirmaciones relacionadas con dimensiones de equipos, condiciones de operación y desempeño de equipos, que reducen las necesidades de cálculos.Deben ser aplicadas entendiendo sus limitaciones.Los ingenieros desarrollamos guías específicas aplicables al área de trabajo en la cual nos desenvolvemos.

Heurísticas. Ejemplos

Tipo de equipo Heurística

Tambores Tambores líquidos generalmente son horizontales.

Recipientes a presión

Permisividad a la corrosión de 8,9 mmpara condiciones corrosivas conocidad.

Tuberías Velocidad lineal a la salida de una bomba igual a (5+D/3) ft/s

IntercambiadoresAgua de enfriamiento a la entrada 30ºC y temperatura máxima a la salida 45ºC

Heurísticas. Capítulo 9 del Turton, Bailie y Shaeiwitz

Tabla Descripción

9.2a Propiedades físicas.

9.2b Variación de las propiedades físicas con la temperatura y la presión.

9.3 Condiciones y capacidades de unidades de proceso.

9.6 Heurísticas para tambores.

9.7 Heurísticas para recipientes.

9.8 Heurísticas para tuberías.

9.9 Heurísticas para bombas.

9.10 Heurísticas para compresores, ventiladores, bombas de vacío.

Heurísticas. Capítulo 9 del Turton, Bailie y Shaeiwitz

Tabla Descripción

9.11 Heurísticas para intercambiadores.

9.13 Heurísticas para columnas.9.14 Heurísticas para torres de platos.9.15 Heurísticas para columnas empacadas.9.16 Heurísticas para extracción líquido-líquido.9.17 Heurísticas para reactores.