EVALUACIN Y DISEO DE PROCESOS

Luis Felipe Miranda Zanardi

CUESTIONARIO 5

ESTRATEGIA DEL DISEO CONCEPTUAL

1. Para qu casos es aplicable el Diseo Conceptual? En qu consideraciones se basa?

Se aplica en los siguientes casos:

Se aplica slo a procesos que involucran reacciones qumicas

Se aplica slo a procesos que manipulan fluidos: lquidos y vapores.

No ha definido con precisin su aplicacin a procesos discontinuos

No genera estructuras de proceso iniciales sino que requiere un caso base para su desarrollo.

Aparentemente el mtodo aplica el principio de monitoreo, es decir, que las decisiones tomadas en una etapa del diseo pueden ser revisadas y corregidas en niveles posteriores. Sin embargo, no presenta con claridad cules son los indicadores adecuados para revisar decisiones anteriores. Toma en cuenta las siguientes consideraciones:

Considera slo el objetivo econmico

Se basa en un conjunto de heursticas

Es un procedimiento evolucionario, que parte por considerar aspectos del balance de materiales para posteriormente introducir el diseo de las unidades operacionales bsicas y finalmente aplica la integracin de redes de intercambio de calor

Aplica la planeacin jerrquica dividiendo las decisiones del diseo en cinco etapas.

2. Cules son los niveles de decisin propuestos por Douglas?

Las etapas planteadas por Douglas para el diseo de procesos son las siguientes:

1. Seleccin de la modalidad de operacin: continua o discontinua

2. Determinacin de la estructura de entrada / salida del proceso

3. Definicin de la estructura de reciclos internos y clculo de reactores

4. Seleccin de los sistemas de separacin

5. Integracin Calrica del proceso

3. Estos niveles de decisin te parecen correctos y suficientes? Introduciras algn cambio en los mismos?

Los niveles son correctos, pero aadira uno antes de seleccionar la modalidad de operacin sera un anlisis de la realidad, el medio de desarrollo de la misma.

4. Qu informacin es requerida para aplicar el Diseo Conceptual?

Informacin Inicial para un Proceso que Trabaja con Slidos

1. Flujo de productos y su pureza

2. Tamao de partculas (distribucin) y propiedades de materiales

3. Precio de productos en funcin de su pureza

1. Composicin y estado fsico de todas las materias primas

2. Precio de cada materia prima en funcin de su pureza

1. Mtodos disponibles para producir los slidos con caractersticas deseadas

2. Datos de solubilidad de los productos slidos y posibles Impurezas

3. Estequiometria de reaccin y datos de selectividad

1. Lmite de temperatura debido a la inestabilidad de los productos 2. Lmites en la densidad de lodos de cristalizacin (o precipitacin) debido al decaimiento en la calidad de los productos o en propiedades de flujo a alta concentracin de slidos

1. Costo de servicios: combustible, vapor de diversas calidades, agua de enfriamiento, refrigerantes, etc.

2. Disponibilidad de instalaciones para disposicin de desechos y sus costos.

5. Qu razones pueden justificar que un proceso opere por lotes? Es posible establecer un indicador que permita tomar esta decisin referida a la modalidad de operacin?

6. Si en la alimentacin existen impurezas, en qu casos se les separa?

Si existen impurezas en la alimentacin al proceso que reaccionan, preferible es removerlas antes del procesamiento, pues constituyen una interferencia para las reacciones qumicas.

Si las impurezas son inertes y estn presentes en elevada concentracin, pero se pueden separar fcilmente por destilacin, es preferible retirarlas antes del procesamiento.

Si la impureza en la alimentacin es tambin producto de una reaccin qumica del proceso, evaluar la posibilidad de insertar la corriente del proceso en el punto donde se recupera la impureza.

Si una corriente gaseosa contiene impurezas ligeras, que ebullen antes que el propileno, es conveniente procesarlas.

7. En qu casos se decide que se debe implementar reciclo gaseoso y una corriente de purga?Si un compuesto que puede ser reactante, impureza en la alimentacin o sub-producto ebulle a temperatura menor que el propileno (-48 C), se asume una corriente de reciclo gaseoso con una corriente de purga que deber mantener la concentracin del reactante de inters a un nivel aceptable. Esta heurstica se basa en que el propileno puede ser condensado con agua de refrigeracin operando a elevada presin, luego todos los materiales menos voltiles que el propileno pueden ser recuperados por destilacin o alguna operacin equivalente, empleando agua de refrigeracin. Es sabido que en las plantas de etileno se separa el etano del etileno por destilacin usando condensadores refrigerados. Inclusive se separa por el mismo mtodo al nitrgeno del oxgeno. Sin embargo, para la mayora de procesos el costo de la separacin de reactantes gaseosos es muy elevado. Pero, una tecnologa emergente en la separacin de componentes gaseosos es la separacin por membranas o filtracin molecular, que ha tenido xito en la recuperacin de hidrgeno y gases ligeros limpios.

8. Cmo se decide la composicin y el flujo de la corriente de purga?Sistema de Separacin su potencial econmico es: EP4 = EP3 Costo de Capital anualizado de sistema de Separacin Costo de Operacin de Sistema de Separacin Integracin Calrica del Proceso su potencial econmico es: EP6 = EP5 Costo de Capital anualizado de Intercambiadores de calor Costo de Operacin de IC.8. de acuerdo a Douglas? Las variables ms importantes son: a) b) c) d) Modalidad de operacin del proceso: Continua o en batch Definicin de entrada-salida del proceso Determinacin de reactores y reciclos Especificacin del sistema de separacin .Costo de Reactantes. Estructura de Reciclo su potencial econmico es: EP3 = EP2 Costo de Capital anualizado de Reactores Costo de Operacin de Reactores Costo de Capital anualizado de Compresores Costo de Operacin de Compresores9. Cmo se calcula el potencial econmico en cada uno de los niveles de decisin?EP3 = EP2 Costo de Capital anualizado de Reactores Costo de Operacin de Reactores Costo de Capital anualizado de Compresores Costo de Operacin de Compresores.EP2 = Valor Neto de Productos = Precio de Productos - Costo de Reactantes. En cada uno de estos niveles de decisin se evala un factor econmico para establecer si el proceso es rentable. 4. Se necesitar un compresor para el reciclo de la corriente gaseosa? El reactor se operar adiabticamente.10. Cules son las variables de diseo ms importantes en un proceso, de acuerdo a Douglas?

11. Cmo se usan las variables de diseo ms importantes para configurar el diagrama de flujo del proceso? Reemplace cada equipo continuo por unidad batch

Considerar la fusin de unidades Batch adyacentes para el diseo

Considerar el uso de unidades en paralelo

Almacenamiento

Optimizacin

Operabilidad12. Cmo se decide si en un proceso se requiere ms de un reactor?

Si se ve que en un proceso la cantidad de reactores no cubre con la demanda de nuestro producto nos veremos en la necesidad de implementar un equipo de produccin ms. Por ejemplo el ms conocido es el Horno H1 14. bifurcador. As pues si es necesario hacer ms de una separacin.13. Cmo se decide el nmero de columnas de destilacin a emplear en el reciclo lquido?

14. Cmo modificara el mtodo de Douglas para incorporar el procesamiento de slidos?

Clasificar los sub-sistemas de un proceso en tres tipos:

a) De acondicionamiento

b) Principal

c) De acabado

Incluir en el mtodo el procesamiento de slidos

Alterar las etapas del diseo del siguiente modo:

1) Determinacin de estructura de entrada/salida

2) Definicin de la estructura de reciclos

3) Diseo de los procesos principales

4) Diseo de los procesos de acondicionamiento

5) Diseo de los procesos de acabado

6) Integracin calrica

7) Evaluacin Integral del sistema de procesamiento

Con la primera modificacin se consigue incluir procesos industriales que no involucran reacciones qumicas, como extraccin de colorantes, obtencin de aceites y esencias, entre otros.

Tambin gracias a la primera modificacin es posible incluir procesos que implican el procesamiento de slidos. A continuacin se presenta el ejemplo de la obtencin de harina y aceite de pescado. En este caso las etapas de procesamiento principales son las siguientes: recepcin, lavado, seleccin, pesado, coccin, secado, prensado, adicin de estabilizantes y embalaje, para el caso de la harina. Las operaciones de acondicionamiento seran: recepcin, lavado, seleccin y pesado. Las operaciones principales seran: coccin, secado y prensado. Las operaciones de acondicionamiento seran las finales: adicin de estabilizantes y embalaje15. Cmo modificara el mtodo de Douglas para el caso en que no se tiene un reactor en el proceso?

Para un proceso discontinuo se modificara de la siguiente manera: ETAPA 1. Calcular el diseo ptimo fijando el tiempo de ciclo de cada unidad igual. Sistema Energtico 16. corriente de reciclo y ambas? Cul es el potencial econmico? EP4 = EP3 Costo de Capital de Sistema de Separacin Costo de Operacin de Sistema de Separacin Qu tipo de secador se debe emplear? Qu perdidas se pueden esperar? Cul es el potencial econmico? EP5 = EP4 Costo de Capital de Secador . Diseo Continuo DETALLE Disear el proceso como si fuese continuo. Secado de Productos 6. 2. en este caso.Costo de Operacin de Secador Cules son las cargas mnimas de enfriamiento y calentamiento? Cuntos Intercambiadores de Calor se requieren y de qu tamaos? Cul es el potencial econmico? EP6 = EP5 Costo de Capital de Intercambiadores de calor Costo de Operacin de IC.

mantener las unidades batch fusionadas c.b a. Considerar el uso de unidades en paralelo 5. no se emplean ms de tres unidades en paralelo Adicionar el almacenamiento intermedio necesario para programar la planta y optimizar el diseo 6. Considerar la fusin de unidades Batch adyacentes para el diseo en 2. 17.Nuevamente se determinar si existe incentivo econmico para modificar la formulacin del producto 3. Fusionar las unidades con ciclos de operacin y tamaos semejantes b. La meta es lograr la mxima utilizacin del equipo b. En general. Almacenamiento a. Comparar los costos de los equipos fusionados con aquellos de los equipos individuales correspondientes: Si los costos de los equipos continuos son menores. Continuar fusionando unidades hasta que el costo total incremente 4. De otro modo. retener las unidades continuas. Intente una modificacin al mtodo de Douglas que sea til para evaluar los siguientes procesos: ( Teido de lana de oveja y obtencin de hilados teidos: ( ( modalidad de operacin: discontinua. La proporcin de los ciclos de operacin debe ser ajustada a la proporcin inversa del nmero de unidades c. Operabilidad Verificar la operabilidad del proceso usando un simulador de procesos discontinuos. Determinacin de la estructura de entrada / salida del proceso Lavado de la lana obtenida de la esquila Secado de la lana Escarmenado de la lana (ruwekaln) El Hilado ( Definicin de la estructura de reciclos internos y clculo de reactores Teido de la lana ( Recuperacin de aceite esencial de eucalipto: ( ( Seleccin de la modalidad de operacin: continua Determinacin de la estructura de entrada / salida del proceso . Optimizacin Optimizar la mejor alternativa de Estructura de Proceso incluyendo almacenamiento 7.

( Definicin de la estructura de reciclos internos y clculo de reactores .

( Hidrodestilador (HD). Seleccin de los sistemas de separacin ( Produccin de cereales balanceados para nios: ( ( Seleccin de la modalidad de operacin: discontinua Determinacin de la estructura de entrada / salida del proceso .

arroz para otros productos. El gelatinizador es un cilindro hueco en cuyo interior encontramos un tornillo provisto de una serie de anillos que estrechan la luz de paso entre el tornillo y las paredes del gelatinizador. arroz inflado miel. PELLETS INFLADOS (EXPANDIDOS DIRECTAMENTE) Es el caso del arroz chocolate. se . de forma que el organismo pueda asimilarlos y digerirlos. El cereal se cuece para poder gelatinizar los almidones. De esta manera se comprime el cereal hidratado contra la pared caliente y.( Definicin de la estructura de reciclos internos y clculo de reactores COCCIN O GELATINIZACIN DEL CEREAL Proceso para hacer digerible el almidn procedente del cereal. En funcin del distinto camino seguido se consiguen las diferentes texturas. En la amasadora se mezcla el cereal con el jarabe. En esta fase el cereal gana la humedad necesaria para cocer adecuadamente. en estos puntos. La masa de cereal hidratado entra en el gelatinizador.

Los copos tostados caen a una cinta de enfriamiento con falso fondo. SECADO Los pellets pasan por medio de cintas transportadoras a travs de tres secciones. A la salida del secador. VAPORIZACIN TORRE DE INFLADO ESTUCHADO CODIFICACIN Cada vez que una bolsa entra en la estuchadora. Su accin es proporcional al tiempo de estancia y a la temperatura. Existen una serie de camisas con temperatura programada colocadas a lo largo del gelatinizador de manera que. los cuales son enviados al formador. El tiempo de estancia es proporcional al tiempo de estancia en el tambor y al peso del copo. El objetivo final es conseguir una humedad idnea para el inflado. Luego se somete a una disminucin brusca de la presin en un can o torre de inflado hasta alcanzar la presin atmosfrica. El cereal enfriado pasa a una zaranda con dos cribas que eliminan grumos y polvos. Una serie de toberas aspirantes fuerzan la circulacin del aire ambiente a travs del lecho de cereal.Productos

Materias

Primas

Generacin de solidos

Restricciones En el procesamiento

Datos Planta y

Ubicacin