Asignatura : PROCESOS INDUSTRIALES I

Sesión Nº1 : INTRODUCCION A LOS PROCESOS

INDUSTRIALES

Profesor: Ing. Denis Gabriel Hurtado

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA

INDUSTRIAL

FACULTAD DE INGENIERIA

2014

1. Objetivos

2. Introducción

3. Procesos Industriales

3.1 Procesos Químicos

3.2 Etapas de los Procesos Químicos

4. Operaciones y Procesos Unitarios

5. Representación de los Procesos

Aplicar los procedimientos básicos para

establecer la secuencia de las operaciones en

los procesos químicos Industriales.

Conocer los diferentes tipos de procesos

químicos y su aplicación a nivel industrial.

Si bien es cierto que el estudio sistemático de las operaciones y procesos unitarios partió de la Ingeniería Química, los conocimientos adquiridos se han aplicado a otras ingenierías involucradas en la transformación de la materia y de la energía como la Ingeniería

Industrial, Ingeniería Alimentaria, Ingeniería Ambiental, Ingeniería Mecánica, entre otras.

La norma ISO 9000:2005 apartado 3.4.1 define un “Proceso” como: Conjunto de actividades mutuamente relacionadas o que interactúan, las cuales transforman elementos de entradas en salidas.

Producto no

intencional

(desechos)

Entradas Insumos o

Materia Prima

Salidas Productos y/o

Servicios

ACTIVIDADES

DEL PROCESO

1. Conjunto de etapas requeridas y equipos interconectados en forma organizada para que las materias primas e insumos se transformen en productos terminados a escala industrial.

2. Las etapas de un proceso industrial son actividades unitarias, donde se dan cambios físicos, trasformaciones químicas o ambos, de acuerdo a determinadas condiciones de operación: presión, temperatura y otras.

3. Existe un rendimiento, una conversión y una selectividad, dependiendo de la actividad unitaria.

4. Cada actividad unitaria requiere un equipo principal y equipos complementarios.

5. El proceso industrial es conceptual y se operativiza en una instalación industrial (planta).

• Selección de etapas para transformar las materias primas e insumos en productos y subproductos, mediante el consumo racional de energía.

• Selección de equipos para favorecer la transferencia de masa y energía.

• Diseño de equipos para efectuar reacciones químicas con elevados rendimientos.

• Minimización de costos asociados a la producción, sin descuidar los costos ambientales (control de contaminantes, tratamiento de residuos y manejo de desechos).

Conjunto de operaciones químicas y/o físicas que se desarrollan en forma secuencial y ordenada, orientadas a la transformación de unas materias iniciales en productos finales diferentes.

Materia prima

Producto final

Industrias de Procesos Químicos

(Chemical Process Industries: CPI)

Alimentos (bebidas, azúcar, jugos, congelados, lácteos, vinos, cerveza, etc.)

Combustibles (petróleo, carbón, gas natural, gasolina) lubricantes y derivados petroquímicos

Compuestos químicos ◦ Orgánicos (petroquímicos, solventes, cauchos, etc.)

◦ Inorgánicos ( sales, fertilizantes, etc.)

◦ Explosivos ( TNT, anfo, etc.)

◦ Detergentes y jabones

◦ Pinturas y pigmentos

Industrias de Procesos Químicos

(Chemical Process Industries: CPI)

Metalurgia ( Acero y aleaciones, metales: Cu, Ag, Au, Re, etc.)

Tratamiento de agua, efluentes y residuos

Materiales ( cemento, asfalto, cerámica, vidrio, adhesivos, plásticos, materiales de construcción)

Papel y celulosa

Pesquera ( harina y aceite de pescado, conservas)

Textiles y fibras sintéticas

Fármacos

Todo proceso productivo en la industria consta generalmente de tres etapas: • Tratamientos físicos iniciales (tratamientos previos)

Las materias primas se preparan y acondicionan para el proceso de reacción, a través de trituración, molienda, calentamiento, mezcla, etc.

• Tratamientos químicos (procesos de reacción)

Son un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en un reactor y que transforman las materias primas en productos.

• Tratamiento físicos finales (tratamientos posteriores)

Por último, es necesario hacer una purificación y separación de los productos obtenidos. Las técnicas más empleadas son la destilación, extracción, cristalización, sedimentación y filtración.

REREREACCION

REACCION (Transformación

Química) (Operaciones

Básicas)

Tratamiento

previo Acondicionamiento

Alimentación

Separación

Post-tratamiento Producto

Emisiones

Efluentes

Recirculación

Sub

Producto

Las Operaciones Unitarias: Son fenómenos físicos

característicos que le ocurren a la materia en un proceso industrial. Ej.:

Destilación, absorción, filtración , extracción, secado, etc.

Los Procesos Unitarios: Son aquellos en los que ocurren

transformaciones químicas. Ej.: Combustión, oxidación, nitración,

polimerización, reducción, esterificación, hidrólisis, etc.

Operaciones

Procesos

Filtración

Absorción

Decantación

Evaporación

Molienda

Extracción

Destilación

Secado

Oxidación

Neutralización

Electrólisis

Nitración

Saponificación

Combustión

Hidrogenación

Fermentación

Es un método que se lleva a cabo en flujo continuo, y en contracorriente, de manera

tal que el vapor que fluye a través del equipo se pone en contacto con una porción

condensada del vapor. El líquido fluye a lo largo de la columna en forma

descendente por gravedad, mientras que el vapor lo hace en forma ascendente debido a una caída de presión. Se le conoce también como destilación fraccionada.

Es una operación en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido,

a fin de disolver de manera selectiva uno o más componentes del gas, que queda

libre de los mismos y de obtener una solución de éstos en el líquido. Su aplicación

está por ejemplo en la separación del SO2 de gases de chimenea por absorción de soluciones alcalinas.

Diagramas de Proceso:

-Son las representaciones gráficas de los procesos y sirve

para enfocar e identificar el proceso durante la elaboración

del proyecto.

- Forman parte de la documentación del proceso.

- Son herramientas de gran utilidad en la comprensión y

cálculos de los balances de materia.

- Tiene distintos niveles de detalle y punto de vista.

Existen varios tipos de diagramas, que muestran

diferentes niveles de complejidad e información:

Diagrama de Entrada - Salida

Diagrama de Flujo de Bloques (BFD)

Diagrama de Flujo de Proceso (PFD)

Diagrama de Tuberías e Instrumentos (P&ID)

Otros diagramas : Plano Unitario, Plano de

Planta (Plot Plan), etc.

Todas las operaciones físicas y químicas involucradas

en el proceso se representan con un único bloque.

Se utilizan flechas para representar las entradas y

salidas de materiales.

Las materias primas entran por la izquierda y los

productos salen por la derecha.

Pueden mostrarse velocidades de flujo o cantidad de

las materias primas y productos.

Ejemplo:

Cada operación o unidad de proceso se representa por

un bloque.

Existen sólo cuatro tipos de unidades de proceso que se

representan en los diagramas de bloque: Mezcladores,

Reactores, Divisores y Separadores.

Las corrientes de flujo principal se representan por

líneas flechadas en la dirección del flujo.

Las corrientes gaseosas se incluyen en la parte superior

del diagrama, y los líquidos y sólidos hacia la parte

inferior, separados por densidades.

Se debe incluir la información crítica para entender el

proceso (conversión, rendimiento).

Ejemplo: El tolueno y el hidrógeno reaccionan para producir benceno y metano. La reacción no es completa, se requiere un exceso de tolueno. Los gases no condensables son separados y descargados. El benceno y el tolueno que no reaccionan son luego separados por destilación, después el tolueno es reciclado al reactor y el benceno sale en una corriente de salida.

Este diagrama representa una etapa superior en cuanto a la información que aporta con respecto al diagrama de bloques. Contiene datos esenciales que el ingeniero necesita para diseñar el proceso. Se representan todos los equipos de proceso identificados

por su número y nombre respectivo. Se numeran todas las corrientes de proceso incluyendo una

descripción de sus condiciones (temperatura, presión, flujos y composición química) mediante una tabla adjunta.

Se representan todas las corrientes de servicios (vapor, aire, refrigerantes, aceites de calefacción, etc.) utilizados en cada equipo de proceso.

Se deben señalar los lazos de control básicos para asegurar la estabilidad de las condiciones de proceso.

Símbolos para construir un PFD

Convenciones Utilizadas para los Equipos

Numeración de los Equipos

P – 101 A/B identifica una bomba

P – 101 A/B identifica que la bomba está ubicada en el área N°1 de la planta

P – 101 A/B identifica que la bomba es la número 01 de las n existentes en la planta

P – 101 A/B identifica que hay 2 bombas idénticas una de respaldo (backup)

Símbolos para la Identificación de las Corrientes

Diagrama de Flujo de Proceso para la Producción de Benceno

En base a la siguiente descripción, prepare un diagrama de flujo de bloques:

• La acetona se produce vía deshidrogenación catalítica del alcohol isopropílico, cuya reacción principal es la siguiente:

(CH3)2CHOH → (CH3)2CO + H2

• El alcohol isopropílico fresco se lleva a un tanque de mezcla en donde se pone en contacto con el alcohol isopropílico de reciclo proveniente de un destilador, la mezcla se lleva a un precalentador antes de hacer su ingreso a un reactor tubular, en el cual se lleva a cabo la reacción con una conversión de 80%. La corriente que sale del reactor ingresa a un separador de fases, en donde el hidrógeno es obtenido en la corriente de cabeza, mientras que la corriente de fondo es enviada a una torre de destilación donde se separa la acetona del alcohol no reaccionado. La acetona es obtenida como producto de tope, mientras que el alcohol isopropílico se obtiene como producto de fondo el cual es recirculado al tanque de mezcla que alimenta al reactor.

MUCHAS

GRACIAS