1. CREACION Y PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO

1

1 2 3 4 5

2

3

LIMITADOS: UNA SOLUCION CORRECTA

-------------------------------------------------------------------------------------------

4

4

5

5

6

INICIO FIN

5 6

4 1

3 1

2

1 Bloom: muchas o ninguna solucin

6. ESTRATEGIAS DE ANALISIS Y SINTESIS DE PROCESOS

6.1 ORDEN JERARQUICO PARA LA TOMA DE DECISIONES

Reducir el problema de diseo a un proceso de JERARQUIA DE DECISIONES permite

- Calcular las medidas del equipo

- Estimar costos

- establecer las alternativas de proceso que producira un cambio

de decisiones

Alternativas de proceso: en general corresponden a las diferentes formas posibles de abordaje de un mismo problema de diseo. Los cambios son posibles a diferentes niveles.

Lo ideal es encontrar la mejor alternativa en el marco del diseo conceptual.

Una herramienta que permite reducir significativamente (hasta en un 90%) el nmero de alternativas posibles es la aplicacin de soluciones rpidas (Shortcut solutions).

Magnitud para Normalmente en las alternativas se plantean criterios de orden de simplificar balances (M y E), ecuaciones de diseo de equipo y clculos de costos.

JERARQUIA DE DECISIONES

NIVEL:

1. Intermitente Vs. continuo

2. Estructura Entrada Salida del diagrama de flujo

3. Estructura de reciclos del diagrama de flujo

4. Estructura general del sistema de separacin:

a. Recuperacin de vapor

b. Recuperacin de lquido

5. Sistema de intercambio de calor

Principio de planeacin jerrquica: Sacerdoti, en A.I., plantea: la esencia de este enfoque es utilizar un medio para la discriminacin entre la informacin relevante y los detalles secundarios.....

La planeacin jerrquica permite la introduccin progresiva de detalles lo que facilita una mejor solucin del diseo.

6.2 INFORMACION DE ENTRADA

1. El equipo (proceso) y condiciones del mismo

2. Tasa de produccin esperada

3. Pureza del producto

4. Materias primas

5. Restricciones del proceso

6. Localizacin de planta

7. Propiedades fsicas de los compuestos

8. Informacin sobre seguridad industrial, toxicidad e impacto ambiental de los materiales involucrados

9. Datos de costo de productos intermedios, equipos y servicios

6.3 NIVEL No. 1 DE DECISION (intermitente Vs. Continuo)

Guas para la seleccin de un proceso intermitente

a. Tasas de produccin: capacidades menores a 1.0 * 106 libras/ao (a menos que se tenga una base de datos ms exacta).Adems de la gran flexibilidad de estas plantas se puede obtener un gran nmero de productos en el mismo equipo.

b. Demanda del mercado

( Demanda de tipo estacional

( Segn el tiempo de vida del producto (generalmente corto)

c. Problemas operacionales:

- Sistemas con velocidades de reaccin bajas

- Manejo de sistemas viscosos o con alto contenido de slidos

d. Operaciones mltiples: es posible efectuar varias operaciones en un solo proceso

NOTA:

El diseo de un proceso intermitente es ms complejo que uno continuo

Procedimiento sistemtico para el diseo de un proceso intermitente (Malone, 1985)

a. Disee un proceso continuo as:

1. Seleccione las unidades de proceso requeridas

2. Escoja las interconexiones entre estas unidades

3. Identifique las alternativas de proceso que se deben tener en cuenta

4. Haga una lista de las variables de diseo predominantes

5. Estime las condiciones ptimas de proceso

6. Determine las mejores alternativas de proceso

(P.110, 7-8..)

b. Reemplace cada unidad continua por una intermitente

c. Considere la fusin de unidades intermitentes adyacentes (casos en los que los periodos de funcionamiento y/o los factores de medida sean iguales)

d. Considere la aplicacin de unidades paralelas (posible optimizacin)

e. Incremente el almacenamiento intermedio requerido para programar la planta y optimizar el diseo

f. Optimice la mejor alternativa de proceso (incluyendo almacenamiento)

g. Si es posible revise la operatividad del proceso mediante un programa de simulacin intermitente

6.4 NIVEL No. 2 DE DECISION ( estructura entrada- salida)

La atencin se centra en las materias primas que entran al proceso, los productos y los productos finales.

Generalmente el costo de las materias primas constituye un 33 a un 85% de los costos totales del proceso.

REGLA DE ORO:

Se debe recuperar al menos el 99% de los materiales valiosos.

PREGUNTAS QUE DEBEN RESPONDERSE EN ESTE NIVEL DE DECISION.

1. Deben purificarse las corrientes de alimento antes de entrar al proceso?

2. Se debe remover o reciclar el (los) producto (s) intermedio (s) formado (s)?

3. Se har necesario introducir corrientes de reciclo y/o purgar tales corrientes?

( Recuerde que un reciclo AUMENTA el nmero de grados de

libertad

4. Se har necesario recuperar y reciclar algunos reactantes?

5. Cuntas corrientes de producto habr?

6. Cules son las variables de la estructura Entrada- salida y qu efectos econmicos se asocian con ellas? (Captulo 5, pgina 133)

6.5 NIVEL No. 3 DE DECISION ( estructura de reciclos)

PREGUNTAS QUE SE DEBEN RESPONDER EN ESTE NIVEL

1. Cuntos subsistemas se requieren realmente para el buen funcionamiento de su equipo y/o proceso?

2. Cuntas corrientes de recirculacin se presentan?

3. Se har necesario un exceso de una o ms materias primas?

4. De qu manera opera el sistema trmicamente?

5. Se requiere un sistema de compresin? Cul es su costo?

6. Es posible cambiar la conversin del equilibrio? Cmo?

7. Cmo afectan los costos del equipo el beneficio con respecto a productos y materias primas?

(captulo 6, pgina 160-otras guas)

6.6 NIVEL No.4 DE DECISION (sistemas de separacin)

ESTRUCTURA GENERAL: Para sistemas lquido- vapor las posibilidades son:

1. Si el efluente es un lquido solo requiere un sistema de separacin para el lquido

2. Si el efluente es una mezcla de dos fases:

- Reactor como separador o divisor

- Sistema FLASH

3. Si el efluente est en forma de vapor intente un enfriamiento ( a 100 F), luego redzcalo a una fase separadora que condense totalmente esta corriente

- Sistema de recuperacin de vapor:

- Decisin previa:

1. Cul es la mejor localizacin para el sistema de recuperacin?

2. Cul es el tipo de sistema de recuperacin ms barato?

1. Localizacin como:

- Corriente de purga

- Corriente de reciclo

- Corriente de vapor instntanea

- Ninguna

(Pag 168)

2. Tipo

SEGN TECNOLOGIA DISPONIBLE

1. Condensacin (alta presin a baja temperatura o ambas)

2. Adsorcin

3. Absorcin

4. Procesos de separacin por membranas

5. Sistemas de reaccin

- Sistema de separacin de lquido

Cmo deben removerse los livianos si pueden contaminar el

el producto?

Cul ser su destino final ?

Los componentes que forman azetropos con los reactantes, se

deben de reciclar o separar (a)?

Qu separaciones se pueden hacer mediante destilacin?

Qu secuencia de columnas se puede desarrollar?

Cmo se podran lograr separaciones si la destilacin no fuera

factible?

(Pag 173 Douglas)

(Ver pag 161 H K)

NOTA: TOMA DE DECISION = f (variables de diseo)

7. SINTESIS DE PROCESO

7.1 FORMULACION DEL PROBLEMA

1. BASES PREVIAS ( MODELOS:

- ESTACIONARIO (NIVEL TEORICO Y/O

- DINAMICO EXPERIMENTAL)

2. METODOS

- CUALITATIVOS (RESULTADO OPTIMO)

- CUANTITATIVOS

INICIO:

Relaciones entre M.P y productos

Trayectorias de reaccin

Aparatos mquinas equipos (elementos)

OBJETIVO

Generar una estructura ptima que permita satisfacer las necesidades del proceso como: capacidad de planta, costos, calidad, control ambiental

No

No

No

JERARQUIA EN SINTESIS DE DISEO DE UN SISTEMA

INFORMACION TAREA EXPLORACION OPERACION

REACCIONES QUIMICAS

PRESION

COMPONENTES REACCIONES

CONCENTRACIONES DIVISIONCANTIDADES MEZCLADOENTALPIAS SEPARACION

ENTALPIAS Y CAMBIOS DE

PRESION

PERTURBACIONES PUESTA EN MARCHA

CONSTANTES DE TIEMPO Y COMPORTAMIENTO

SENSIBILIDAD

TRANSIENTE

RAZONES DE DEFICIENCIA

RESERVAS Y ALMACENAMIENTO

TIEMPO VIDA

ALGORITMO DE DISEO PARA SISTEMAS DE TECNOLOGIA DE PROCESOS

ESTRUCTURA BASICA

ESTRUCTURA PROCESO I

ESTRUCTURA OPTIMA DE SISTEMAS QUIMICOS INDUSTRIALES

Solucin mediante:

Modelos lineales (?)

Anlisis de sensibilidad

Consideraciones de incertidumbre

MODELO LINEAL

Mi: # de procesos disponibles (tecnologas)

Ni: # de sustancias diferentes (M.P., intermedios, finales)

BALANCE DE MATERIA DE i

Pi + ( aijxj qi = 0; i = 1, 2, ..., N; j = 1, 2, ..., M

RESTRICCIONES

pi ( si (M.P.)

qi ( di (DEM.)

xj ( cj (CAP.MIN.)

De donde:

pi: Cantidad de sustancia i utilizada como M.P.

qi: Cantidad de sustancia i generada como PRODUCTO.

Xj: Cantidad de sustancia involucrada en el j ( h proceso

BALANCE DE MATERIA

S1 F1 Q1

S2 F2 Q2

SN FN QN ELEMENTOS Y METODOS CARACTERIZADOS POR COEFICIENTES aij (?) PARA ESPECIFICAR LA CANTIDAD DE SUSTANCIA i GENERADA EN CADA UNIDAD j

De donde:

aij < 0 si es una M.P.

aij = 0 si la sustancia no participa en la transformacin

NOTA: Los coeficientes aij generan la matriz (sistema integrado)

anlisis de la trayectoria de la reaccin.

Qumica ( tecnologa ( economa

(H.K. p.137, 138, 139, 144, 145, 146)

INFORMACION BASICA PARA DISEAR UN REACTOR

1) DATOS ESPECIFICOS

Reaccin (Slo para modelo)

Material (Proceso)

( Equipo o elemento

2) RANGOS DE VARIACION (LIMITES)

Temperatura, presin, concentracin (condiciones de

operacin de la reaccin)

Propiedades: - Sensibilidad trmica

- Explosividad

Tamao del equipo

3) MODELO DETERMINANTE (DATOS)

Modo de activacin cambio volumen cintica

desactivacin

Relaciones de fase

Geometra vs. Detalles de construccin empaque (?)

Sistema auxiliar (agitacin)

4) PARAMETROS DEL MODELO

Efecto calrico (entalpa de reaccin)

Propiedades como:

- Capacidades calorficas especficas

- Viscosidades

- Conductividades

- Coeficientes de difusin

- Cambio de fase

- Medios de separacin

Geometra vs. Detalles dimensionales y propiedades de los

Materiales

INTEGRACION DEL CONOCIMIENTO (dinmico = duplicacin 20 a)

INGENIERIA DE PROCESOS

FACTIBILIDAD

ECONOMICA

TECNICA

CONOCIMIENTO PREVIO PROBLEMA

SECUENCIA O PROCEDIMIENTO

Tenden

Criterios

Def. term.

COMPRENSION

Teora -Ppio

Manejo

Trasladoo

Intrprete

Extrapola

APLICA = COMBINA

Creativid

Intuicin

Imaginar

IDEAS

Reglas

Mtodos

Ecuaciones

Informacin faltante

ANALISIS

Informacin redundante

Informacin contradictoria

SINTESIS

Tipo

Otras

Tamao

Arreglo

EVALUACION

CUALITATIVA

CUANTITATIVA

M.P

ENERGIA

TRAYECTO

REACC.

OP. UNIT.

EQUIPOS

(ELEM.)

REQUERIMIENTOS

DEL SISTEMA

SINTESIS DEL

PROCESO

ESTRUCTURA

OPTIMA

DEL

PROCESO

ESPECIFICACIONES:

CAP. OBJET. SIST. E/S

ESTRUCTURA DE SINTESIS

SIMULACION TAMANO

EQUIPO

OPTIMIZACION DE

VARIABLES DISEO

CALCULAR OBJETIVOS

SE LOGRARON CONDIC. DE PROCESO OPTIMAS?

SE LOGRO UN SIST.

EQUIPO (S) OPTIMO?

SE ALCANZO ESTRUCT. OPT.

SISTEMA OPTIMO

MODIFICAR

VAR. PROCESO

MODIFICAR

EQUIPO

MODIFICAR

ESTRUCTURA

ANALISIS TRAYECTO REACCION

SINTESIS SIST. REACCION

SINTESIS SIST. SEPARACION

SINT.SIST. ENERGETICO

ANALISIS COMPORTA. DINAMICO

ESTRUCTURAL- GEOMETRICO

MODIFICACIONES Y

CONDICIONES PROCESO

ANALISIS DE CONFIABILIDAD

CUALITATIVA

# M.P DISPONIBLE

Si

M.P

CANTIDAD

Fi

PROCESOS X1,X2,..Xn

COEFICIENTES aij

M

Fi + ( aijXj = Qi

j=1

PRODUCTO

CANTIDAD

Qi

DEMANDA

Di