Diagrama de Flujo Del Proceso de Producion de Benceno a Traves de La Hidrodesalquilacion Del Tolueno

7/28/2019 Diagrama de Flujo Del Proceso de Producion de Benceno a Traves de La Hidrodesalquilacion Del Tolueno

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Diagrama de flujo del proceso (PFD)

Un PFD comercial tpica contendr la siguiente informacin:

1. Todas las grandes piezas de equipo en el proceso estarn representados en el diagrama junto con una descripcin del equipo. Cada equipo

tendr asignado un nmero de equipo nico y un nombre descriptivo.

2. Todas las corrientes de flujo de proceso se muestran y se identifican mediante un nmero. Una descripcin de las condiciones del proceso y

la composicin qumica de cada corriente se incluir. Estos datos sern mostradas directamente en el PFD o incluido en una tabla resumen

de la corriente que lo acompaa.

3. Todos los flujos de servicios pblicos suministrados con el equipo pesado que proporciona una funcin de proceso se muestran.

4. Bucles de control bsicos, que ilustran la estrategia de control se utiliza para operar el proceso durante las operaciones normales, se puede

mostrar.

Es claro que el PFD es un diagrama complejo que requiere un esfuerzo sustancial para preparar. Es esencial que deba permanecer despejada y

sea fcil de seguir, para evitar errores en la presentacin e interpretacin. A menudo, los PFD se dibujan en hojas grandes de papel (por ejemplo,

el tamao D: 24 en x 36 cm), y varias hojas conectadas pueden ser necesarios para un proceso complejo. Debido a las limitaciones de tamao de

pgina asociadas a este texto, PFD completos no pueden presentarse aqu. En consecuencia, ciertas libertades se han tomado en la

presentacin de los chalecos salvavidas en este texto. En concreto, cierta informacin se presentar en las tablas adjuntas, y slo la informacinindispensable proceso se incluir en el PFD. Los PFD resultantes manteniendo la claridad de la presentacin, pero el lector debe consultar el

sumario del flujo y tablas de resumen de equipo con el fin de extraer toda la informacin necesaria sobre el proceso.

Antes de que se discutan los diversos aspectos de la PFD, hay que sealar que el PFD y el proceso que se describe en este captulo se utilizan

en todo el libro. El proceso es de hidrodesalquilacin de tolueno para producir benceno. Este es un proceso comercial bien estudiado y bien

entendido todava se usa hoy en da. El PFD se presenta en este captulo para este proceso es tcnicamente posible, pero no es en modo


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optimizado. De hecho, muchas mejoras en la tecnologa de proceso y los resultados econmicos se pueden hacer. Muchas de estas mejoras se

harn evidentes cuando se presenta el material adecuado. Esto permite que las tcnicas previstas en este texto que se aplicarn para determinar

los problemas tcnicos y econmicos en el proceso y para hacer las mejoras de los procesos necesarios. Por lo tanto, a lo largo del texto, sepueden identificar los puntos dbiles en el diseo, las mejoras potenciales, y un camino hacia un diagrama de flujo del proceso optimizado.

La informacin bsica proporcionada por un PFD se puede clasificar en una de las siguientes:

1. Proceso de topologa

2. Informacin del flujo

3. Informacin Equipamiento

Cada aspecto de la PFD se examinar por separado. Despus de cada uno de los tres temas que se han abordado, toda la informacin se recoge

y se presenta en forma de un PFD para el proceso de benceno.

1.2.1. Proceso de Topologa

La Figura 1.3es un diagrama de flujo de proceso de esqueleto para la produccin de benceno (vase tambin el diagrama de proceso de flujo de

bloques enla Figura 1.1). Este diagrama esquemtico muestra la ubicacin de las principales piezas del equipo y las conexiones que las

corrientes de proceso hacen entre los equipos. La ubicacin y la interaccin entre el equipo y corrientes de proceso se conocen como la topologa

de proceso.
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Figura 1.3.Esqueleto Proceso Diagrama de flujo (PFD) para la produccin de benceno a travs de la hidrodesalquilacin de tolueno
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El equipo est representado simblicamente por los "iconos" que identifican operaciones unitarias especficas. Aunque la Sociedad Americana de

Ingenieros Mecnicos (ASME) [2] publica un conjunto de smbolos para su uso en la preparacin de diagramas de flujo, no es raro que las

empresas utilizan smbolos de la casa. Un amplio conjunto de smbolos tambin se da por Austin [3]. Cualquiera sea el conjunto de smbolos se

utiliza, rara vez hay un problema en la identificacin de la operacin representada por cada icono.Figura 1.4contiene una lista de los smbolos

utilizados en los diagramas de proceso que se presentan en este texto. Esta lista cubre ms del 90% de las que se necesitan en el fluido (gas o

lquido) procesos.

Figura 1.4.Smbolos de Diagramas de Flujo del Proceso de Giro
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LaFigura 1.3muestra que cada pieza importante del equipo de proceso se identifica por un nmero en el diagrama. Una lista de los nmeros de

equipos a lo largo con un nombre descriptivo breve para el equipo est impresa a lo largo de la parte superior del diagrama. La ubicacin de estos

nmeros y nombres de equipos corresponde aproximadamente a la ubicacin horizontal de la pieza correspondiente de los equipos. La

convencin para dar formato e identificar los equipos de proceso se da en la Tabla 1.2.

Tabla 1.2. Convenciones utilizadas para la identificacin de Equipos de Proceso

Equipos de Proceso Formato general XX-YZZ A / B

XX son las letras de identificacin para la clasificacin del equipo

C - compresor o turbina

E - Intercambiador de calor

H - Fired Heater

P Bomba

R Reactor
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T Torre

TK - Tanque de almacenamiento

V Embarcaciones

Y designa un rea dentro de la planta

ZZ es el nmero de designacin para cada elemento de una categora de equipo

A / B identifica las unidades paralelas o unidades de copia de seguridad no se muestran en un PFD

Informacin Complementaria Algunos datos de equipos que figura en la parte superior de PFD

Tabla 1.2 proporciona la informacin necesaria para la identificacin de los iconos de equipos de proceso que se muestran en un PFD. Como unejemplo de cmo utilizar esta informacin, considera la operacin de la unidad P-101 A / B y lo que cada nmero o letra medios.

P -101A / B identifica el equipo como una bomba.

P- 1 01A / B indica que la bomba est situado en la zona 100 de la planta.


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P-1 01 A / B indica que esta bomba de concreto es el nmero 01 en la unidad 100.

P-101 A / B indica que se ha instalado una bomba de reserva. Por lo tanto, hay dos bombas idnticas, P y P-101A-101B. Una bomba

operar mientras el otro est inactivo.

La designacin rea 100 se utiliza para el proceso de benceno a lo largo de este texto. Otros procesos que se presentan en el texto llevarn otras

designaciones de reas. A lo largo de la parte superior de la PFD, cada pieza de equipo de proceso se le asigna un nombre descriptivo. Dela

figura 1.3se puede ver que la bomba P-101 se llama la "bomba de alimentacin de tolueno." Este nombre se utiliza comnmente en las

discusiones sobre el proceso y es sinnimo con P-101.

Durante la vida de la planta, se harn muchas modificaciones al proceso, a menudo ser necesario para reemplazar o eliminar equipos de

proceso. Cuando una pieza de equipo se desgasta y se sustituye por una nueva unidad que proporciona esencialmente la misma funcin de

proceso como la unidad de edad, entonces no es raro que la nueva pieza de equipo para heredar nombre y el nmero (a menudo una carta

adicional del viejo equipo se utilizar el sufijo, por ejemplo, H-101 podra llegar a ser H-101A). Por otro lado, si una modificacin importante al

proceso se lleva a cabo, a continuacin, es habitual el uso de nuevos nmeros y nombres de equipos. Ejemplo 1.1, tomada dela Figura

1.3,ilustra este concepto.

Ejemplo 1.1.

Los operadores reportan problemas frecuentes con E-102, que han de ser investigado. El PFD para 100 el rea de la planta se revisa, y E-102 se

identifica como el "enfriador efluente del reactor." La corriente de proceso que entra en el refrigerador es una mezcla de gases condensables y no

condensables a 654 C que se condensa parcialmente para formar una de dos mezclas de fase. El refrigerante es agua a 30 C. Estas

condiciones caracterizan un problema complejo de transferencia de calor. Adems, los operadores han dado cuenta de que la cada de presin a

travs de E-102 flucta violentamente en ciertos momentos, lo que hace difcil el control del proceso. Debido a los frecuentes problemas con este

intercambiador, se recomienda que la E-102 se sustituya por dos intercambiadores de calor separados. El primer intercambiador enfra el gas

efluente y genera vapor necesario en la planta. El segundo intercambiador utiliza agua de refrigeracin para alcanzar la temperatura de salida
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deseada de 38 C. Estos intercambiadores son para ser designados como E-107 (reactor de caldera de efluentes) y E-108 (reactor condensador

de efluentes).

La E-102 designacin se retir y no se ha resignado a los nuevos equipos. No puede haber ningn error que E-107 y E-108 son unidades nuevas

en este proceso y que la E-102 ya no existe.

1.2.2. Informacin corriente

Volviendo a laFigura 1.3, se puede ver que cada una de las corrientes de proceso se identifica por un nmero en una caja de diamantes situada

en el arroyo. La direccin de la corriente se identifica mediante una o ms puntas de flecha. Los nmeros de corriente de proceso se utilizan para

identificar las corrientes en el PFD, y el tipo de informacin que normalmente se da para cada flujo se discute en la siguiente seccin.

Tambin se identifican enla Figura 1.3las corrientes de servicios pblicos. Utilidades son servicios que estn disponibles en la planta paracuando los necesite. Plantas qumicas cuentan con una gama de servicios centrales que incluyen electricidad, aire comprimido, agua de

refrigeracin, agua de refrigeracin, vapor, retorno de condensado, gas inerte para la inertizacin, desechos qumicos, tratamiento de aguas

residuales y bengalas. Una lista de los servicios comunes se da en la Tabla 1.3, que tambin proporciona una gua para la identificacin de

corrientes de proceso.

Tabla 1.3. Convenios para la identificacin de procesos y utilidades corrientes

Corrientes de proceso

Todos los convenios que se muestran en la Tabla 1.1 se aplican.

Smbolo de diamante encuentra en las lneas de flujo.
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Identificacin numrica (nico para esa corriente) que se inserta en el diamante.

La direccin del flujo se muestra por las flechas en las lneas de flujo.

Flujos de Utilidad

lps Vapor de baja presin: 3.5 bar (sat) *

mps Vapor de media presin: 10-15 barg (sat) *

hps De vapor de alta presin: 40 a 50 barg (sat) *

htm Heat Transfer Medios (Organic): 400 C

cw El agua de refrigeracin: De Torre de refrigeracin 30 C Enviado a menos de 45 C +

wr Agua: Ro 25 C devueltos a menos de 35 C


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rw Agua refrigerada: En al 5 C devueltos a menos de 15 C

rb Salmuera refrigerada: En a -45 C devueltos a menos de 0 C

cs Las aguas residuales de productos qumicos con alto COD

ss Las aguas residuales sanitarias con alto DBO, etc

el Calefaccin elctrica (Especificar 220, 440, 660V Service)

bfw Agua para calentadores

ng Gas Natural

fg Gas Combustible

fo Aceite combustible


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fw Agua Fuego

* Estas presiones se encuentran en las etapas preliminares de diseo y los valores tpicos varan dentro de los mrgenes.

+ Por encima de 45 C, se produce la ampliacin significativa.

Cada empresa se identifica por las iniciales proporcionadas en la Tabla 1.3. Como un ejemplo, localizar E-102 enla Figura 1.3. La notacin, CW,

asociado con la corriente que fluye en el proceso E-102 indica que el agua de refrigeracin se utiliza como refrigerante.

La electricidad utilizada para motores y generadores de energa es una utilidad adicional que no se identifica directamente en el PFD o en la Tabla

1.3, pero se trata por separado. La mayora de las empresas de servicios pblicos muestra estn relacionados con equipos que agrega o elimina

el calor dentro del proceso con el fin de controlar la temperatura. Esto es comn para la mayora de los procesos qumicos.

Desde el PFD enla Figura 1.3, la identificacin de las corrientes de proceso es clara. Para los pequeos diagramas que contienen slo unas

pocas operaciones, las caractersticas de las corrientes, tales como temperaturas, presiones, composiciones, y caudales se pueden mostrar

directamente en la figura, adyacente a la corriente. Esto no es prctico para un diagrama ms complejo. En este caso, slo el nmero de

secuencia se proporciona en el diagrama. Estos ndices de la corriente a la informacin en un resumen de flujo o corriente de mesa, que se

proporciona a menudo por debajo del diagrama de flujo de proceso. En este texto, la tabla de resumen de flujo se proporciona como un accesorio

por separado para el PFD.

La informacin del flujo que normalmente se da en una tabla resumen de flujo se da en la Tabla 1.4.Se divide en dos grupos de informacin-

informacin requerida y opcional-que puede ser importante para procesos especficos. La tabla de resumen de f lujo, dela Figura 1.3, se presenta

en la Tabla 1.5 y contiene toda la informacin que se indica en la Tabla 1.4.

Tabla 1.4. Informacin proporcionada en el Resumen de flujo
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Informacin requerida

Nmero de Secuencia

Temperatura ( C)

Presin (bar)

Fraccin de vapor

Caudal msico total (kg / h)

Caudal total Mole (kmol / h)

Caudales de componentes individuales (kmol / h)

Informacin opcional


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Fracciones molares de componentes

Las fracciones de masa de componentes

Caudales de componentes individuales (kg / h)

Caudales volumtricos (m 3 / h)

Propiedades fsicas significativas

Densidad

Viscosidad

Otro

Los datos termodinmicos

Capacidad calorfica

Entalpa corriente


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Kvalores

Nombre de flujo


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Tabla 1.5. Flujo Tabla Resumen del Proceso de benceno se muestra enla Figura 1.3(yFigura 1.5)Nmero deSecuencia

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Temperatura (

C)

25 59 25 225 41 600 41 38 654 90 147 112 112 112 38 38 38 38 112

Presin (bar) 1.90 25.8 25.5 25.2 25.5 25.0 25.5 23.9 24.0 2.6 2.8 3.3 2.5 3.3 2.3 2.5 2.8 2.9 2.5

Fraccin de

vapor

0.0 0.0 1.00 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 1.0 1.0 0.0 1.0

Flujo de masa

(toneladas / h)

10.0 13.3 0.82 20.5 6.41 20.5 0.36 9.2 20.9 11.6 3.27 14.0 22.7 22.7 8.21 2.61 0.07 11.5 0.01

Flujo Mole (kmol

/ h)

108,7 144,2 301,0 1204.4 758.8 1204.4 42.6 1100.8 1247.0 142,2 35.7 185.2 291,6 290,7 105,6 304.2 4.06 142,2 0.90

Caudales de

componentes

(kmol / h)

Hidrgeno 0.0 0.0 286,0 735,4 449,4 735,4 25.2 651,9 652,6 0.02 0.0 0.0 0.02 0.0 0.0 178,0 0.67 0.02 0.02

Metano 0.0 0.0 15.0 317,3 302.2 317,3 16.95 438,3 442,3 0.88 0.0 0.0 0.88 0.0 0.0 123.05 3.10 0.88 0.88

Benceno 0.0 1.0 0.0 7.6 6.6 7.6 0.37 9.55 116,0 106,3 1.1 184,3 289.46 289.46 105.2 2.85 0.26 106,3 0.0
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Tolueno 108,7 143,2 0.0 144,0 0.7 144,0 0.04 1.05 36.0 35.0 34.6 0.88 1.22 1.22 0.4 0.31 0.03 35.0 0.0

Con informacin de la PFD (Figura 1.3) y la tabla de resumen de flujo (Tabla 1.5), problemas relacionados con los saldos y otros problemas son

fciles de analizar. Ejemplo 1.2 y el ejemplo 1.3 se proporcionan para ofrecer la experiencia en el trabajo con la informacin de la PFD.

Ejemplo 1.2.

Comprobar el equilibrio general de material para el proceso de benceno se muestra en la Figura 1.3. A partir de la figura, identificar los flujos de

entrada como corriente de alimentacin de tolueno (1) y la corriente 3 (alimentacin de hidrgeno) y los flujos de salida como corriente 15

(benceno producto) y corriente 16 (gas combustible). A partir de la tabla de resumen de flujo, estos flujos se muestran como (las unidades son en

(10 3 kg) / h):

Haga clic para ampliar la imagen

El equilibrio se logra desde la salida = entrada.

Ejemplo 1.3.

Determinar la conversin por paso de tolueno a benceno en R-101 enla Figura 1.3. La conversin se define como

= (benceno producida) / ( total de tolueno introdujo)
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17/23

Desde el PFD, los flujos de entrada a R-101 se muestran como secuencia 6 (alimentacin del reactor) y la corriente 7 (enfriamiento rpido de gas

de reciclado), y el flujo de salida es corriente 9 (corriente efluente del reactor). De la informacin de la Tabla 1.5 (las unidades son kmol / h):

Tolueno introdujo = 144 (corriente 6) + 0,04 (corriente 7) = 144,04 kmol / h

El benceno producido = 116 (Secuencia 9) - 7,6 (Secuencia 6) - 0,37 (corriente 7) = 108,03 kmol / h

= 108.03/144.04 = 0.75

Alternativamente, la siguiente puede ser escrita:

Moles de benceno produjeron = Tolueno entra - Tolueno fuera = 144,04 - 36,00 = 108,04 kmol / h

= 108.04/144.04 = 0.75

1.2.3. Informacin sobre el equipo

El elemento final de la PFD es el resumen equipos. Este resumen proporciona la informacin necesaria para estimar los costos de equipos y

proporcionar la base para el diseo detallado de los equipos. Tabla 1.6 proporciona la informacin necesaria para el resumen de equipos para la

mayora de los equipos encontrado en los procesos de fluidos.

Tabla 1.6. Descripciones Equipo de PFD y P & ID

Tipo de equipo

Descripcin de Equipo


18/23

Towers

Tamao (altura y dimetro), Presin, Temperatura

Nmero y tipo de bandejas

Altura y el tipo de embalaje

Los materiales de construccin

Intercambiadores de Calor

Tipo: Gas-Gas, Gas-lquido, lquido-lquido, condensador, vaporizador

Proceso: El deber, rea, temperatura y presin para ambas corrientes

Nmero de carcasa y tubos pases

Materiales de construccin: Tubos y Shell

Tanques y recipientes


19/23

Altura, dimetro, Orientacin, presin, temperatura, materiales de construccin

Bombas

Flujo, Presin de descarga, temperatura, P , tipo de controlador, potencia en el eje, Materiales de construccin

Compresores

Caudal real de entrada, temperatura, presin, tipo de controlador, potencia en el eje,

Los materiales de construccin

Calentadores (despedido)

Tipo, presin Tube, Tube Temperatura, Duty, combustible, material de construccin

Otro

Proporcionar informacin crtica


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La informacin que se presenta en la Tabla 1.6 se utiliza en la preparacin de la porcin Resumen de equipo del PFD para el proceso de

benceno. El resumen de equipos para el proceso de benceno se presenta en la Tabla 1.7, y los detalles de cmo calcular y elegir varios

parmetros del equipo se discuten en el captulo 11.

Tabla 1.7. Resumen Equipo para Tolueno hidrodesalquilacin PFDIntercambiadores deCalor

E-101 E-102 E-103 E-104 E-105 E-106

Tipo Fl.H. Fl.H. MDP Fl.H. MDP Fl.H.

Superficie (m 2 ) 36 763 11 35 12 80

Deber (MJ / h) 15190 46660 1055 8335 1085 9045

Cscara

Temperatura ( C) 225 654 160 112 112 185

Pres. (Bar) 26 24 6 3 3 11

Fase Vap. Par.Cond. Cond. Cond. l Cond.

MOC 316SS 316SS CS CS CS CS

Tubo


21/23

Temperatura ( C) 258 40 90 40 40 147

Pres. (Bar) 42 3 3 3 3 3

Fase Cond. l l l l Vap.

MOC 316SS 316SS CS CS CS CS

Recipientes / Torre /

Reactores

V-101 V-102 V-103 V-104 T-101 R-101

Temperatura ( C) 55 38 38 112 147 660

Presin (bar) 2.0 24 3.0 2.5 3.0 25

Orientacin Horizontal Vertical Vertical Horizontal Vertical Vertical

MOC CS CS CS CS CS 316SS

Tamao

Altura / Longitud (m) 5.9 3.5 3.5 3.9 29 14.2

Dimetro (m) 1.9 1.1 1.1 1.3 1.5 2.3

Internos sp sp 42 bandejas de

tamiz 316SS

Catalizador lleno

cama-10m


22/23

Bombas / compresores P-101 (A / B) P-102 (A / B) C-101 (A / B) Calentador H-101

Flow (kg / h) 13000 22700 6770 Tipo Encendido

Densidad del fluido (kg /

m 3 )

870 880 8.02 MOC 316SS

Potencia (eje) (kW) 14.2 3.2 49.1 Deber (MJ / h) 27040

Tipo / Drive Recip. / Elctrico Centrf. /

Elctrico

Centrf. /

Elctrico

Zona radiante

(m2 )

106,8

Eficiencia (Fluid Power /

Shaft)

0.75 0.50 0.75 Zona convectiva

(m 2 )

320.2

MOC CS CS CS Tube P (bar) 26.0

Temperatura (In) ( C) 55 112 38

Pres. (In) (bar) 1.2 2.2 23.9

Pres. (Sale) (bar) 27.0 4.4 25.5

Clave:

MOC Materiales de

construccin

Par Parcial


23/23

316SS Acero inoxidable tipo

316

FH Cabezal fijo

CS Acero carbono Fl.H. Cabeza

flotante

Vap Arroyo se vaporiza Rbl Rehervidor

Cond Corriente estando

condensado

sp Placa Splash

Recipr. Alternativa l Lquido

Centrf. Centrfugo MDP Doble tubo

mltiple

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Diagrama de Flujo Del Proceso de Producion de Benceno a Traves de La Hidrodesalquilacion Del Tolueno