UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN DE PORRES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL
MONOGRAFIA FINAL DEL CURSO
“SISTEMA DE CONTROL DE REACTOR DE POLIMERIZACION”
ALUMNOS:
FLORES, PABLO GARCIA GUERRA, JUAN DIEGO
FECHA DE ENTREGA:
3 de noviembre del 2012
SECCION:
70K
PROFESOR:
Ing. Jorge Calderón Cáceres
2012 – II
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 2
INDICE
INTRODUCCION .......................................................................................................... 4
CAPITULO 1 ................................................................................................................. 4
MARCO TEORICO ....................................................................................................... 4
1.1. DISEÑO DE REACTORES .................................................................................... 4
1.1.1 DEFINICION Y TIPOS DE REACTOR…………………….......................... 4
1.1.2 CARACTERISTICAS DE LOS REACTORES…………………… ............... 5
1.1.3 DISEÑO DEL REACTOR…………………… ............................................. 6
1.2. DISEÑO DE REACTORES DE POLIMERIZACION ............................................... 8
1.2.1 CARACTERISTICAS DE LOS PROCESOS DE
POLIMERIZACION……………………................................................................ 8
1.2.2 ESTRATEGIA GENERAL DE DISEÑO…………………… ...................... 10
1.2.3 EJEMPLOS ILUSTRATIVOS…………………… ...................................... 10
1.3. REACTORES DE POLIMERIZACION, MODELIZACION Y DISEÑO ................... 11
1.4. CARACTERISTICAS TECNICA PARA EL DISEÑO DE REACTORES ................ 17
CAPITULO 2 ............................................................................................................... 19
ACCESORIOS DEL REACTOR DE POLIMERIZACION ............................................. 19
2.1. VALVULAS DE AGUA TIPO SOLENOIDE ........................................................... 19
2.2. VALVULA CHECK ............................................................................................... 20
2.3. VALVULA DE TRES VIAS ................................................................................... 21
2.4. VALVULA DE GLOBO ......................................................................................... 21
2.5. TRANSMISOR DE TEMPERATURA ................................................................... 22
2.6. TRANSMISOR DE PRESION .............................................................................. 23
2.7. CONVERTIDOR I/P ............................................................................................. 24
CAPITULO 3 ............................................................................................................... 26
ESTRATEGIAS DE CONTROL Y CONTROLADOR PID ............................................ 26
3.1. CONTROL EN CASCADA ................................................................................... 26
3.2. PROCESO DE REACCION CON PRECALENTAMIENTO .................................. 26
3.3. CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO ........................... 28
CAPITULO 4 ............................................................................................................... 30
ANALISIS DEL PROCESO DE CONTROL DEL REACTOR DE POLIMERIZACION N°2.
AREA QUIMICA – PLANTA PVC ................................................................................ 30
4.1. VARIABLES DEL PROCESO .............................................................................. 30
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 3
4.2. DESCRIPCION DEL PROCESO ......................................................................... 30
CAPITULO 5 ............................................................................................................... 33
IMPLEMENTACION DE SISTEMA SCADA ................................................................ 33
5.1. SELECCIÓN DEL PC DE SUPERVISION ........................................................... 33
5.2. SELECCIÓN DEL SOFTWARE SCADA DE SUPERVISION ............................... 34
5.3. DISEÑO DE SISTEMA SCADA ........................................................................... 36
CONCLUSIONES ....................................................................................................... 41
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 42
TRADUCCION AL INGLES ......................................................................................... 43
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 4
INTRODUCCION
El diseño de reactores de polimerización, un tema propio de la ingeniería, también puede
ser de interés para los químicos y otros especialistas por varias razones: de una parte el
diseño del reactor se fundamenta en los modelos de reacciones de polimerización
generalmente propuestos por los químicos; de otra parte, las propiedades finales del
material obtenido pueden coincidir o diferir de las esperadas a partir de las pruebas
hechas sobre muestras preparadas por técnicas convencionales de laboratorio, según sea
el tipo de reactor y las condiciones de operación empleados para su producción industrial.
Nos proponemos presentar al lector una visión esquemática del tema, partiendo de los
conceptos de diseño de reactores en general, sean estos para producir macromoléculas o
sustancias de bajo peso molecular. Seguidamente discutiremos las particularidades de los
procesos de polimerización, las cuales hacen del diseño de los respectivos reactores, un
capítulo aparte de la ingeniería. En este punto, parece conveniente exponer algunos
ejemplos. El propósito es formular y utilizar un procedimiento de diseño y analizar los
resultados. En lo posible se evitarán las soluciones a sistemas de ecuaciones
matemáticas, imprescindibles para la solución de los modelos, pero quizás prescindibles
en esta visión esquemática que nos proponemos.
OBJETIVO PRINCIPAL:
Analizar la instrumentación de un proceso industrial, asi como las variables que
intervienen en el y la correcta diagramación del proceso en un plano P&ID.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Diseño de sistema SCADA para la simulación del proceso a analizar.
Utilización correcta del software AutoCAD P&ID para la elaboración de planos de
instrumentación.
Lectura fluida de planos de instrumentación así como la correcta comprensión de
los componentes de un sistema automatizado.
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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 5
CAPITULO I
MARCO TEORICO
1.1. EL DISEÑO DE REACTORES.
1.1.1 Definición y Tipos de Reactor.
El reactor es el lugar donde ocurre la reacción química. La diversidad de los reactores
industriales puede reducirse a tres tipos que difieren entre si por el régimen de operación
(estable o en transición), por el intercambio de masa con los alrededores (abierto o
cerrado), por la dinámica de flujo y por los perfiles característicos de concentración y de
otras propiedades del sistema. Son ellos los reactores discontinuo, continuo de tanque
agitado y tubular. La Figura 1 muestra un esquema de los tipos de reactores.
A partir de estos tres tipos, también pueden concebirse combinaciones: reactor
semicontinuo, baterías de reactores CSTR en serie, etc. En todos los casos el medio
reaccionante puede ser homogéneo (una sola fase) o heterogéneo (varias fases).
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 6
El reactor discontinuo consiste en un tanque con facilidades para la carga y la descarga,
para la transferencia de calor (intercambiadores, serpentines, bafles, reflujo, recirculación
externa y otros), lo mismo que para agitación de la mezcla reaccionante. En condiciones
ideales la mezcla es homogénea.
El reactor CSTR consiste en un tanque al que continuamente fluye el alimento y descarga
productos a flujos volumétricos tales que el volumen de reacción permanece constante.
Esta provisto de facilidades para transferencia de calor y para agitación. En condiciones
ideales la mezcla es homogénea.
El reactor tubular consiste sencillamente en un tubo, a lo largo del cual fluye la mezcla
reaccionante a condiciones tales (temperatura, concentraciones), que ocurre la reacción
química.
Puede estar provisto de un intercambiador para la transferencia de calor. Idealmente no
existen gradientes radiales con respecto a la velocidad, la temperatura y la concentración.
Este caso se refiere como reactor de flujo pistón.
1.2 Características de los reactores.
1.1.2 Discontinuo.
El reactor discontinuo, como su nombre lo indica, opera por ciclos.
Cada ciclo comprende algunas o todas de las siguientes tareas: carga de re activos,
puesta a punto a las condiciones de reacción (temperatura, presión, otros), reacción,
puesta a punto a las condiciones de descarga, limpieza y vuelta a cargar. Parte del tiempo
del ciclo se emplea en labores necesarias pero diferentes a la conversión de reactivos en
productos. También es de anotar que de carga a carga (discontínuo o por “cochadas”)
bien pueden ocurrir diversas historias térmicas u otros eventos al azar, que en algunos
casos, como en el de la producción de polímeros, pueden afectar las propiedades del
producto obtenido.
El reactor discontinuo opera en estado no estacionario y por lo mismo, la conversión
aumenta con el tiempo siempre y cuando el sistema no esté en equilibrio químico. De otra
parte, por efecto de la agitación, idealmente el reactor es homogéneo.
Las ecuaciones principales de diseño del reactor discontinuo, derivadas de los balances
molares y de calor (ecuación (7)) pueden expresarse así:
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 7
1.2.2. Reactor Continuo de Tanque Agitado (CSTR).
El reactor CSTR normalmente opera en estado estable y como su nombre lo indica es
agitado. Por consiguiente, las condiciones de reacción y por tanto la conversión,
permanecen invariables durante el tiempo de reacción y son homogéneas en el reactor.
Obsérvese que las condiciones de la corriente justo a la salida del reactor son las mismas
condiciones de la masa reaccionante.
Las ecuaciones principales de diseño del reactor CSTR, derivadas de los balances molar
y de calor, pueden expresarse así:
1.2.3. Reactor Tubular.
El reactor tubular normalmente opera en estado estable. Al fluir la masa reaccionante a lo
largo del reactor se va produciendo la reacción química, por tanto la conversión aumenta
con la posición axial mientras ocurra la reacción.
Idealmente las condiciones de flujo y de reacción no varían en la dirección radial en un
plano normal al área de flujo. De esta forma si se toma como sistema un elemento del
volumen del reactor, de longitud muy pequeña en la dirección axial, se puede concluir que
se trata de un reactor diferencial continuo y de condiciones homogéneas y estables. Este
elemento de volumen cumple con las características de un reactor CSTR.
Las ecuaciones principales de diseño del reactor tubular, derivadas de los balances
molares y de calor, pueden expresarse así:
1.3. El diseño del reactor.
El objetivo del diseño es especificar tamaño, tiempos, flujos, temperaturas, presión,
concentración, materiales y cuanto sea necesario para realizar la producción de una
sustancia que cumpla establemente con determinadas condiciones de calidad.
En el caso de la producción de polímeros, estas especificaciones principalmente tienen
que ver con el peso molecular promedio y la distribución de pesos moleculares, puesto
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 8
que para un material dado, estos parámetros definen en gran medida la procesabilidad y
las propiedades mecánicas del producto final. En los casos de polimerización en emulsión
y en suspensión, también puede ser de interés obtener una determinada distribución de
tamaños de partícula.
Para conseguir las especificaciones del diseño, fundamentalmente se requiere un modelo
matemático que simule el proceso, siendo lo suficientemente sencillo como para que
pueda resolverse. Para plantear el modelo matemático se requiere del conocimiento de la
cinética, la estequiometría, la termodinámica y la fisicoquímica del proceso.
La cinética debe aportar un mecanismo simplificado de las reacciones que ocurren, del
cual puedan deducirse las ecuaciones de velocidad de reacción, es decir la dependencia
de la velocidad de cambio de la concentración de cada especie con la temperatura, la
concentración, la densidad y en ocasiones la presión.
Mediante la estequiometría es posible referir las concentraciones y las velocidades de
cambio de concentración de todas las especies participantes en una reacción, con
respecto a una sola especie de referencia. Se evita así manejar un número innecesario de
ecuaciones.
El análisis de la termodinámica permite calcular la dirección del cambio químico que
puede ocurrir bajo determinadas condiciones de temperatura y concentración de la masa
reaccionante, la extensión máxima de reacción a partir de los puntos de equilibrio, y el
calor de reacción. Complementando con la fisicoquímica se pueden conocer las
relaciones de variaciones de las propiedades fisicoquímicas y de transporte (densidad,
capacidad calorífica, viscosidad, coeficientes de transferencia de masa y calor, etc.) con la
temperatura del sistema.
Con este conocimiento fundamental se procede a plantear las ecuaciones de balance, las
ecuaciones de conservación y cambio. Estas, el instrumento por excelencia de los
ingenieros químicos, son expresiones de las leyes de conservación de la materia y de la
energía. Son, por consiguiente, ecuaciones universales. Pueden considerarse como las
ecuaciones fundamentales del modelamiento y la simulación porque en realidad describen
el mecanismo general de los procesos tal como los entendemos hoy en día. La ecuación
de conservación de la materia aplicada ya no a la masa total si no a una especie de
referencia constituye la ecuación de cambio llamada balance molar. La ecuación general
de conservación de la energía puede simplificarse en la mayoría de los procesos de
interés ingenieril, como en el caso de la producción de polímeros, para circunscribirse a
los intercambios de energía mecánica, constituyendo las ecuaciones de cambio llamadas
de movimiento, de Bernoulli u otras formas.
Para aplicar las ecuaciones de balance es preciso seleccionar una parte del universo,
objeto de análisis, y un ente adecuados. El objeto es el sistema, el ente puede ser la
masa total, una especie, la energía, la cantidad de movimiento, etc. Por adecuados debe
entenderse, que al aplicar las ecuaciones de balance al objeto y ente seleccionados, se
derive información útil para el diseño.
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La ecuación general de balance puede expresarse así:
Al intentar cuantificar cada uno de los sumandos de la ecuación de balance, se justificará
la ya mencionada importancia de las disciplinas auxiliares. Las ecuaciones de diseño
presentadas anteriormente (1), (3), (5) son expresiones del balance molar en cada uno de
esos sistemas; y las ecuaciones (2), (4), (6) son expresiones del balance de calor en los
mismos.
Planteados así los modelos matemáticos básicos de simulación de los reactores, se
precisa resolverlos. Es el aporte de las matemáticas.
Queda por hacer la interpretación de los resultados. Previamente se ha seleccionado el
sistema, el ente, la configuración del proceso y otros elementos de creatividad. Para hacer
posible todo lo anterior, para hacer posible el diseño, se requiere imaginación, el ingenio
del ingeniero.
1.2. DISEÑO DE REACTORES DE POLIMERIZACION.
1.2.1. Características de los procesos de polimerización.
El título de este numeral ya sugiere una pregunta: ¿Se justifica particularizar en el diseño
de los reactores de polimerización, diferenciándolos de reactores en los cuales se
producen sustancias de bajo peso molecular?
Quizás sí. Los principios fundamentales y la metodología básica de diseño son los
mismos, pero los procesos de polimerización presentan un conjunto de características
cinéticas, fisicoquímicas y de parámetros de calidad, que al considerarlas en conjunto
conllevan a la formulación de modelos matemáticos peculiares de los procesos de
polimerización.
Las mencionadas características pueden resumirse así: reacciones altamente
exotérmicas, obtención de un producto cuyo peso molecular no es un valor fijo si no que
se ajusta mejor a una distribución cuyo promedio y dispersidad depende de cada sistema,
dificultad para realizar operaciones unitarias una vez obtenido el producto y marcado
efecto de la composición del alimento y de las condiciones de operación sobre el
promedio y distribución de tamaños moleculares.
El calor liberado es especialmente alto en la s polimerizaciones de adición (?H = -83,7
kJ/mol). Para mantener el control de la temperatura del sistema al avanzar la reacción, es
necesario transferir a los alrededores una cantidad alta de energía calorífica, de un medio
de baja capacidad calorífica, cuya viscosidad está en aumento, a la vez que los
coeficientes de transporte de calor disminuyen. Es muy importante controlar la
temperatura en los casos en que influye sobre en el peso molecular y la distribución de
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tamaños moleculares; puede en otros casos, inducir degradación del producto o bien
impedir el proceso de polimerización (“ceiling temperature”).
La característica distintiva de las reacciones de polimerización es la de producir,
entérminos de tamaño molecular, no un producto si no una distribución que puede variar
en promedio y dispersidad según el caso de polimerización y el diseño del proceso.
Virtualmente una serie infinita de tamaños moleculares, que influye decisivamente sobre
las propiedades fisicoquímicas, de transporte y mecánicas tanto de la masa reaccionante
como del producto final.
Usualmente esta es la característica más importante en el diseño y control de un proceso
de polimerización.
Como acabamos de comentar, las propiedades fisicoquímicas y de transporte varían
durante el curso de la polimerización. La viscosidad en un proceso de polimerización en
masa puede aumentar en tres o más órdenes de magnitud. Un cambio tan drástico de la
viscosidad afecta sensiblemente los coeficientes de transferencia de masa y calor, lo
mismo que los requerimientos de potencia en el agitador. También varían, aunque no en
esas proporciones, otras propiedades como la densidad y la capacidad calorífica. Sobre la
variación de la viscosidad de la masa global durante la polimerización, es importante
anotar que su magnitud puede reducirse sustancialmente si se emplea un proceso en
solución y prácticamente eliminarse en emulsión o en suspensión.
Otra característica de los procesos de polimerización, cuyas causas también tienen que
ver con el tamaño molecular, es la dificultad para aplicar operaciones unitarias al producto
obtenido.
El retiro de monómero residual, de disolventes o plastificantes, el cambio de tamaño de
partícula, son muy difíciles de efectuar y por consiguiente por razones económicas y
ecológicas, se impone la necesidad de un control muy estricto del proceso. Operaciones
como la destilación son prácticamente imposibles, otras podrían realizarse pero a un
costo muy alto.
El control de operación de los procesos de polimerización es aún mas exigente al
considerar el marcado efecto que la composición del alimento pue de tener sobre el
promedio y distribución de tamaños moleculares del producto final: la concentración del
iniciador en las reacciones en cadena, la relación estequiométrica de grupos funcionales
en las reacciones por etapas, la presencia de impurezas que pueden actuar como
agentes de transferencia de cadena o terminadores de cadena, etc. Solo una proporción
muy pequeña de estas alteraciones tiene un efecto muy importante en el tamaño
molecular.
Pese a las dificultades, se producen mas de 140 millones de toneladas de polímeros en
masa, solución, suspensión, emulsión, inyección y reacción en molde, estado sólido,
plasma, etc., utilizando reactores que pueden reducirse a los tras tipos descritos o sus
combinaciones.
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1.2.2. Estrategia general de diseño.
En este numeral nos proponemos delinear un procedimiento general de diseño de un
reactor, asumiendo que previamente se ha escogido el polímero a producir, el modo de
producción (masa, solución, etc.) y el tipo de reactor. Los dos últimos factores hacen parte
del proceso completo de diseño, pero caen fuera de la cobertura de esta presentación.
Los pasos de diseño del reactor pueden resumirse así: conocimiento del polímero a
producir, conocimiento de las reacciones o mecanismo simplificado de polimerización,
planteamiento de un modelo matemático, solución del mismo e interpretación de los
resultados.
Del polímero a producir, así como del monómero y disolventes u otros medios si los
hubiere, deben conocerse las propiedades fisicoquímicas y de transporte y los cuidados
que deben observarse en el almacenamiento y manejo de los mismos.
También debe conocerse un mecanismo de polimerización tan simple como sea posible
pero que permita plantear las ecuaciones cinéticas de las reacciones que ocurren.
Seguidamente se plantean las ecuaciones de balance requeridas, tomando en
consideración las propiedades del monómero y el polímero, las ecuaciones cinéticas y el
tipo de reactor a diseñar. El conjunto de estas ecuaciones constituye el modelo
matemático de diseño.
El modelo debe ser resuelto. Y hacerlo es una combinación de ciencia y de arte.
Generalmente un modelo completo, "estricto", es muy difícil de resolver aún con ayuda del
computador. La primera etapa de solución es simplificar el modelo, hacerlo mas
restringido pero sin que deje de reflejar o simular el proceso real. Ahí está el arte, la
experiencia. Finalmente se resuelven las ecuaciones en términos de las variables de
interés. Para el caso de las polimerizaciones, podrían ser los parámetros de tamaño
molecular como función de los tiempos de reacción o los flujos, concentraciones y
temperatura.
Los resultados, por supuesto deben someterse a análisis, para captar las previsiones
implícitas en los resultados.
1.2.3. Ejemplos ilustrativos.
Para ilustrar los conceptos expuestos utilizaremos ejemplos de diseño de reactores para
algunos casos simples y hasta cierto punto idealizados, pero que guardan suficiente
semejanza con la realidad. Por ejemplo, en todos los casos supondremos que las
constantes cinéticas son independientes del tamaño molecular. Analizaremos el caso de
procesos isotérmicos por lo cual no se incluyen los balances de calor. Los modelos
desarrollados son especialmente válidos para procesos en masa, aunque fácilmente
pueden extenderse a procesos en solución y en suspensión, incluyendo el balance molar
del disolvente o del medio de suspensión respectivamente.
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1.3. REACTORES DE POLIMERIZACION. MODELIZACION Y DISEÑO.
La polimerización abarca complejas reacciones, lo que conlleva a la formación de estructuras moleculares complejas.
Las condiciones bajo las cuales es llevada a cabo la polimerización tienen un gran efecto sobre la longitud de la cadena, grado de ramificación, distribución en la composición del copolímero, distribucción de la secuencia del copolímero y otras medidas de las estructuras moleculares que afectan directamente a sus propiedades finales. Estas últimas difíciles de alcanzar debido a la variedad y complejidad de la microestructura.
A continuación se muestra en la figura 1, un esquema donde se representan las variables de un proceso de polimerización.
Fig. 1.- Variables de un proceso de polimerización
De todo ello, se deduce la importancia que tiene la modelización de la microestructura de las macromoléculas producidas en reactores de polimerización. Los detalles de la microscopía polimérica determinan las propiedades del producto.
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Es clara la necesidad de unir las herramientas de los científicos del campo de los polímeros y del ingeniero, para mejorar tanto el proceso de obtención como las propiedades finales del polímero
El ingeniero de reacciones de polimerización no solo ha de reunir proporciones específicas, producciones y purezas, sino también obtener un producto con ciertas características de procesado y propiedades finales que son, en la práctica, las verdaderas medidas del funcionamiento de los reactores de polimerización.
La disponibilidad de un modelo matemático que prediga con precisión las propiedades moleculares del polímero producido en un reactor tiene una gran importancia económica. La llave para realizar un buen modelo es describir matemáticamente los fenómenos químicos y físicos del proceso, obteniendo los balances necesarios de materia, energía y momento. Esta descripción implica ecuaciones no lineales (algebraicas, diferenciales, etc.).
Los principales problemas que se plantean a la hora de realizar una modelización para la producción de polímeros son:
La comprensión de las reacciones de polimerización. Las cinéticas de polimerización son complejas debido al número de reacciones diferentes que ocurren y a que éstas, son fuertemente influenciadas por cambios físicos en el sistema, tales como el incremento de la viscosidad. La combinación de grandes incrementos en la viscosidad y la implicación de moléculas de cadena larga en las reacciones, conduce al control difusional de algunas reacciones. La difusión puede entonces determinar la velocidad de la reacción y se establece una relación directa entre la física de polímeros y las cinéticas de polimerización.
La habilidad para medir y caracterizar todas las variables que influyen en la calidad del polímero.
El desarrollo de modelos no lineales basados en controladores predictivos.
Según Ray (1986), los diferentes fenómenos físicos y químicos que se producen en un reactor de polimerización pueden ser clasificados en los siguientes niveles de modelización:
Modelización "cinética-química" (MICROESCALA).
Modelización "física-transporte" (MESOESCALA).
Modelización "dinámica-reactor" (MACROESCALA).
MICROESCALA
Basada en la modelización de los mecanismos cinéticos en reacciones en cadena (p.e.: crecimiento, ramificación, terminación de la cadena, etc.).
La modelización matemática de cinéticas de polimerización a nivel microescala ha estado sujeta numerosas publicaciones (p.e.: Achilias y Kiparissides, 1992).
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MESOESCALA
Los fenómenos de la interfase (equilibrios termodinámicos, cinéticas, etc.), intrafase (transferencia de masa y calor entre diferentes fases), así como el "micromezclado", juegan un importante papel y pueden influir sobre propiedades moleculares y morfológicas. La modelización de este tipo depende del diseño específico de la operación del proceso.
MACROESCALA
Tiene que ver con el desarrollo de modelos que describan: fenómenos de "macromezcla" en el reactor, balances globales de masa y energía, transferencia de masa y calor, dinámica y control del reactor.
En definitiva, para la óptima modelización de un reactor de polimerización deben incluirse modelos apropiados que representen todos los fenómenos físicos y químicos que ocurren a las tres escalas anteriormente expuestas.
En procesos químicos industriales tipo batch o continuo, la utilización de computadoras se está implementando desde hace ya algún tiempo, debido a que ayudan a operar con más estabilidad, seguridad, mejoran la productividad, calidad, reducen el impacto ambiental y mejoran la conservación de la energía.
Aunque el control por ordenador se ha estado aplicando a la industria de polímeros desde hace 25 años, la aplicación de extrategias avanzadas de control en reactores de polimerización se ha limitado al control de la temperatura y presión.
Como causas más importantes de la falta de progreso en el control de calidad de polímeros se pueden enumerar las siguientes:
1. Las reacciones de polimerización son procesos altamente no lineales (variación de parámetros con el tiempo).
2. Las propiedades moleculares (p.e.: nº medio, peso molecular y composición del copolímero,...) a menudo evolucionan en direcciones opuestas a las variables de control manipuladas (p.e.: temperatura, concentración adimensional de iniciador,...).
3. La falta de medidas "on-line" de propiedades moleculares retrasan la caracterización de la calidad del polímero.
Entonces, una producción inteligente de polímeros engloba: modelos matemáticos del proceso, sensores avanzados, aproximaciones estadísticas y control avanzado de procesos.
Como se ha comentado con anterioridad, la elección de un tipo de reactor u otro, además del tipo de agitación, influirá sobre la estructura del polímero y como consecuencia de ésto, sobre sus propiedades finales. El dimensionamiento del reactor se basa en la velocidad de polimerización de la planta piloto. La elección del tipo de reactor depende de la cinética y de consideraciones económicas.
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Las configuraciones de reactor tipo Batch son comúnmente usadas. Sin embargo, los procesos continuos son más económicos que los anteriores sin restar importancia a los procesos semibatch.
Se consideran cuatro tipos de reactores de polimerización:
Batch Semibatch Flujo pistón (tubular) Tanque agitado (continuo)
Batch
Este tipo de reactor es el más versatil y ha sido ampliamente usado, especialmente para polímeros de baja producción. Posee agitador, camisa de refrigeración y condensador a reflujo (para el caso de las polimerizaciones "step growth")
Su tamaño va desde los 5 galones (plantas piloto) hasta los 30000 galones. Se construyen en acero al carbono, vidrio y pueden estar recubiertos de polímero. El intercambio de calor de polimerización se realiza mediante una camisa de refrigeración.
Tiene la ventaja de acomodar varios productos. Los reactivos se añaden al comienzo de la polimerización. Así, la velocidad de polimerización cambia con el tiempo mientras la concentración adimensional de los reactivos decrece. Se obtienen elevadas conversiones
El diseño de reactores Batch se basará en estimaciones de tiempos de polimerización provenientes de datos de planta piloto y/ o estudios de simulación. A la hora del "scale-up", se pondrá especial cuidado en la agitación y transferencia de calor.
Se utilizan para la obtención de Nylon 6, resinas fenólicas, urea-formaldehido, melanina-formaldehido, han sido reemplazados por los reactores continuos debido a su mayor capacidad de producción.
Semibatch
Aquí, los reactivos (formaldehido en el caso de las resinas formofenólicas) o iniciadores (polimerizaciones de radical libre) se añaden durante el curso de la polimerización.
En el caso de las polimerizaciones de condensación el producto de condensación es continuamente eliminado (agua) para dirigir la polimerización reversible hacia el polímero más que hacia el monómero.
El uso de una estrategia de este tipo, da al diseñador de procesos grados extra de libertad: desarrollo de procedimiento de operación normal y toma de acciones de control para corregir desviaciones provenientes de la operación normal.
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La copolimerización semibatch se realiza para mantener constante la composición de copolímero cuando los comonómeros tienen reactividades que varían poco. La adición del iniciador en forma semibatch, se realiza para mantener el control de temperatura y la adición de iniciador o agente de transferencia de cadena se utiliza también para mantener al distribución de pesos moleculares deseada.
Flujo pistón
En este tipo de reactor, la masa de reactivos se bombea a lo largo del tubo a una velocidad tal que la reacción se produzca de forma deseada.
Cada elemento de la mezcla de reacción se identifica como un reactor batch individual.
Se obtienen altas conversiones y elevados pesos moleculares. Poseen bajos costes económicos.
Los reactores tubulares son aplicables en polimerizaciones de grandes volúmenes y tienen excelentes cualidades en la transferencia de calor. Por otro lado, son vulnerables pues pueden ser obstruidos por pequeñas cantidades de polímero. Se tendrá que tener en cuenta para este caso: la agitación, la difusión, distribución de pesos moleculares y el factor de ensuciamiento de las paredes del reactor.
La temperatura a lo largo del reactor se controla mediante camisa de refrigeración.
Para soluciones viscosas se producirán bajas velocidades en la pared.
Estudios sobre la desviación existente entre flujo pistón y polimerización tubular han sido realizada por Hamer y Ray (10).
Se utilizan en la producción de Nylon 6 y 66.
Tanque agitado (continuo)
En este tipo de reactores los reactivos son alimentados continuamente y los productos continuamente obtenidos para asegurar que el sistema mantiene estado estacionario.
Su utilización es justificada para altos volúmenes de productos. Se obtienen altos rendimientos con bajo coste de proceso.
La velocidad de polimerización es constante y contribuye a la homogeneidad del producto, pero puede ser eclipsado por la no homogeneización producida por la amplia distribución de tiempos de residencia.
Como la velocidad de polimerización varía con las condiciones de operación, este tipo de sistemas puede ser dimensionado para la velocidad de polimerización en las condiciones de diseño. En la práctica se utiliza un tren de reactores de igual tamaño para minimizar la complejidad en el diseño seguido de un reactor tubular.
En las figuras 2,3 y 4 se observan diferentes tipos de reactores de polimerización.
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Fig. 2.- Primeros reactores para la producción de resinas fenólicas.
Fig. 3.- Reactor típico para la producción de amino-resinas.
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Fig. 4.- Reactor continuo de policondensación (Cortesía empresa LIST)
1.4. CARACTERISTICAS TECNICAS PARA EL DISEÑO DE REACTORES DE
POLIMERIZACION.
Para procesos de alta viscosidad a alta temperatura
Reactores estándares o a medida, de acuerdo con normativa DIN o ASME, con sistemas
de calefacción / refrigeración y sistemas de agitación diseñados a medida para los
procesos de polimerización.
Diseño mecánico
ASME VIII div.1 - AD-2000 - EN-13445 - DIN-28136
Cálculos automatizados: Microprotol / Compress / PVElite
Diseño por elementos finitos (FEA)
Diseño a sismo y viento de acuerdo con regulaciones locales
Cálculo de fatiga a ciclos de presión y temperatura
Diseño del agitador con software simulador de procesos
Características
Volúmenes disponibles desde 5 litros hasta 300 m³
Diseño a vacío absoluto y presión hasta 50 bar(g)
Temperatura desde - 50º C hasta + 400º C
Diseñados para trabajo a ciclos de presión y temperatura
Calefacción/refrigeración por camisa, media caña o dimplate
Serpentines interiores o bafles calefactados/refrigerados
Agitadores de flujo axial, radial y de doble flujo combinado
Agitación en régimen turbulento o laminar, hasta 2.000.000 cps
Potencias hasta 300 KW
Certificado ‘CE’ según la Directiva de Seguridad de Máquinas 98/37/CE
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Opciones
Pulido interior mecánico, desde Ra ≤ 1.2 µm hasta Ra ≤ 0.2 µm
Electropulido interior como opción
Sistemas de limpieza CIP-SIP, validables por test de Riboflavina
Agitadores con accionamiento hidráulico
Aislamiento térmico estanco con forro de inoxidable soldado
Agitadores con cierres mecánicos simples y dobles
Cierres mecánicos presurizados por nitrógeno 'sin roce' como opción
Ejecuciones ATEX certificadas oficialmente para zona 0/20 interior
Sistemas automáticos de carga y dosificación de sólidos
Sistemas de pesaje
Sistemas de condensación y reflujo
Sistemas de vacío
Aplicaciones
Adhesivos
Baquelitas
Cauchos
Hot melts
Látex
Metacrilato
Nylon
Plásticos
Poliamidas
Polietielenglicol
Poliésteres
Resinas
Siliconas
Materiales de construcción
Aceros inoxidables Austeníticos
Aceros inoxidables Superausteníticos
Aceros Dúplex y Superdúplex
Aleaciones de Níquel y Superaleaciones
Titanio
Cladding
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 20
CAPITULO 2
ACCESORIOS DE REACTOR DE POLIMERIZACION.
2.1. VALVULAS DE AGUA TIPO SOLENOIDE
Una válvula solenoide consiste en un dispositivo operado eléctricamente utilizado para el
control de flujo de líquidos o gases en posición completamente abierta o completamente
cerrada. Su función básica es la misma que una válvula de paso operada manualmente
pero, siendo accionada eléctricamente. Puede instalarse en lugares remotos y puede ser
controlada convenientemente por medio de interruptores eléctricos simples.
El uso de la válvula solenoide tiene por objeto controlar el flujo de diferentes fluídos,
dándole la debida consideración a las presiones y temperaturas involucradas, la
viscosidad del fluído y la adaptabilidad de los materiales empleados en la construcción de
la válvula.
Su operación es factible por medio de interruptores termostáticos, de flotador, de baja
presión, de alta presión, por reloj, o cualquier otro dispositivo que abra o cierre un circuito
eléctrico. Se trata de una válvula que se cierra por gravedad, por presión o por la acción
de un resorte; y es abierta por el movimiento de un émbolo operado por la acción
magnética de una bobina energizada eléctricamente o viceversa. Una válvula solenoide
está compuesta por dos partes accionantes: un solenoide o bobina eléctrica y el cuerpo
de la válvula.
Existe una amplia variedad de tipos de válvulas solenoide, los cuales se pueden dividir de
acuerdo a su aplicación, su construcción y su forma. Atendiendo a su aplicación, es decir,
a la capacidad del sistema donde va a ser instalada la válvula, se clasifican de manera
general, en dos tipos: 1) De acción directa, y 2) Operadas por piloto.
En cuanto a su construcción, la válvula solenoide puede ser: 1) Normalmente cerrada, 2)
Normalmente abierta y 3) De acción múltiple.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 21
Por su forma, hay tres tipos de válvula solenoide de uso común: 1) De dos vías, 2) De
tres vías y 3) De cuatro vías o reversibles. Igualmente puede haber válvulas solenoide con
combinaciones de los tipos anteriormente mencionados. Así por ejemplo, hay válvulas
operadas por piloto normalmente abiertas y también normalmente cerradas.
2.2. VALVULA CHECK
Las válvulas de check, también llamadas de retención o antirretorno, tienen el fin de evitar
la descarga del agua en dirección a la bomba, esto evita daños por la rotación inversa de
la bomba, además de impedir el vaciado de la tubería permitiendo que la puesta en
marcha del sistema sea más rápida y segura además protegen a la bomba durante las
sobre presiones.
Esta válvula actúa automáticamente por la acción de las presiones en los dos sentidos
posibilitando el cierre y apertura.
No requiere mantenimiento, solamente chequear ocasionalmente si se traba.
Se ubica inmediatamente después de la bomba o del cono de ampliación excéntrico.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 22
2.3. VALVULAS DE TRES VIAS
En sistemas de riego, las válvulas de tres vías se aplican principalmente en el retrolavado
de filtros de arena cuando hay instalados al menos dos de ellos en paralelo, pueden ser
accionadas manualmente, hidráulicamente o por medio de solenoides eléctricos. Para la
automatización del filtrado se utilizan las de diafragma mientras que para la operación
manual pueden utilizarse válvulas de 3 vías de bola en “L”
En los sistemas de riego localizado con válvulas de control hidráulicas, se utilizan
pequeñas válvulas de 3 vías para enviar la señal desde la estación de bombeo a las
válvulas.
2.4. VALVULA DE GLOBO
Las válvulas de globo, son unidireccional, el cierre se logra por medio de un disco o tapón
que cierra o corta el paso del fluido, sirven para regular o limitar el flujo de agua. Pueden
ser operadas continuamente. Están construidas de tal modo que cuando el flujo pasa,
produce un cambio en la dirección e incrementa su resistencia de forma gradual según la
posición del cierre. Para diámetros mayores de 300 mm, estas válvulas son poco usadas,
debido al gran esfuerzo que se requiere para operarlas.
Tienen la ventaja de presentar una estrangulación eficiente con erosión mínimos del disco
o asiento, carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el
tiempo y desgaste en el vástago y el bonete, control preciso de la circulación.
Mantenimiento.
Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento,
Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas.
La mayor desventaja que presenta esta válvula es la elevada pérdida de carga, como se
puede ver en la tabla del coeficiente K y su relativo alto costo.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 23
2.5. TRANSMISOR DE TEMPERATURA
Los transmisores de temperatura se utilizan para transmitir la temperatura medida como
señal analógica a un receptor. Los transmisores de temperatura transmiten una
temperatura medida como una señal analógica de 0/4–20 mA a un receptor. El receptor
suele ser un regulador electrónico o PLC (Controlador Lógico Programable).
PT & NTC: Los términos PT y NTC son abreviaturas para temperatura positiva y negativa,
y describen si la resistencia en el resistor aumenta o disminuye cuando la temperatura
aumenta. Si el sensor de resistencia se conecta directamente al receptor, también se
mediría la resistencia del cable existente entre los dos componentes proporcionando una
falsa lectura. El error dependerá de la longitud del cable y de la temperatura ambiente.
USO: Los transmisores de temperatura se utilizan para evitar pérdidas de tensión o
cuando un regulador o PLC no puede medir directamente la señal desde un sensor de
resistencia.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 24
2.6 TRANSMISOR DE PRESION
La medida y la transmisión de presión juegan un papel clave en los sistemas de control y
monitorización de bombas/ventiladores con el fin de obtener una determinada presión en
un instante dado.
Los transmisores de presión transmiten una presión medida como una señal analógica
0/4–20 mA a un receptor. El transmisor de presión cuenta con un elemento piezoeléctrico,
que genera una señal eléctrica que es proporcional a la presión.
El receptor
El receptor suele ser un regulador electrónico o PLC (Controlador Lógico Programable).
Un PLC es un pequeño ordenador que, normalmente, no es capaz de medir directamente
señales eléctricas desde un sensor.
Si el elemento piezoeléctrico se conecta directamente al receptor, también se mediría la
resistencia del cable existente entre los dos componentes proporcionando una falsa
lectura. Este error depende de la longitud del cable y de la temperatura ambiente.
Empleo
Los transmisores de presión se utilizan para evitar pérdidas de presión o cuando un
regulador o PLC no puede medir directamente la señal desde una sensor de resistencia.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 25
2.7. CONVERTIDOR i/p
Instrumento que recibe una señal estándar yla envía modificada en forma de señal de
salida estándar. Se diferencia de un transmisor o transductor, en que el convertidor no
mide variables en forma directa, sino que solamente manipula señal de corriente a
presión, es similar a un transmisor electrónico de presión y los rangos de señal estándar
son los mismos (3-15 psi y 4-20 mA).
Funcionamiento:
El aparato está compuesto de una unidad convertidora I/P, que funciona según el sistema
de compensación de fuerzas y un amplificador de caudal volumétrico conectado a
continuación. La corriente continua de entrada (4) pasa por la bobina móvil (2) situada en
el campo de un imán permanente (3). En la palanca basculante (1) se contrarresta la
fuerza de la bobina móvil, proporcional a la corriente eléctrica, con la fuerza de la presión
dinámica, producida por el choque del chorro de aire que sale por la tobera (7) contra la
placa de rebote (6).
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 26
En la siguiente tabla se encuentran los valores estandarizados, para una determinada
corriente hay una salida de presión estándar:
3 psi 6 psi 9 psi 12 psi 15 psi
4 mA 8mA 12mA 16 mA 20mA
Podemos de esta tabla sacar una pequeña fórmula, la fórmula sería :
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 27
CAPITULO 3
ESTRATEGIAS DE CONTROL Y CONTROLADOR PID
3.1. CONTROL EN CASCADA
El control en cascada es una estrategia que mejora significativamente, en algunas
aplicaciones, el desempeño que muestra un control por retroalimentación y que ha sido
conocida desde hace algún tiempo. Los computadores permiten la implementación de
controles en cascada que son más simples, más seguros y menos costosos que los que
pueden obtenerse mediante el uso de instrumentación análoga.
Por lo tanto, la disponibilidad de los computadores ha facilitado que el control en cascada
se implemente ahora mucho más que antes, cuando solo se utilizaba la instrumentación
análoga.
3.2. PROCESO DE REACCION CON PRECALENTAMIENTO
En la Figura 3.1 se considera un horno donde se precalienta el componente A que se
alimenta a un reactor para transformarlo en B mediante la reacción. La reacción es
exotérmica y el calor liberado se remueve por medio de un fluido de enfriamiento que
fluye a través de la camisa que rodea al reactor.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 28
La variable de control considerada, como importante, es la temperatura en el reactor, TR, y
la estrategia de control implementa como variable a manipular el flujo de fluido de
enfriamiento por la camisa. La temperatura de entrada al reactor se controló manipulando
el flujo de combustible utilizado en el horno. Se observó durante la puesta en marcha del
proceso que la camisa no mostraba la capacidad requerida para el enfriamiento; la válvula
de regulación del flujo del fluido de enfriamiento se mantuvo abierta casi todo el tiempo.
Por lo tanto, se decidió abrir la válvula completamente y controlar la temperatura del
reactor manipulando el flujo de combustible al precalentador, como se muestra en la
figura. La estrategia trabajó suficientemente bien mostrando un buen control automático
durante la puesta en marcha.
Una vez el proceso estuvo en marcha, el ingeniero de procesos observó que muy a
menudo la temperatura del reactor se desviaba considerablemente del valor deseado
ocasionando que el producto se obtuviera fuera de especificación. Después de verificar la
sintonización del controlador por retroalimentación para asegurarse que el desempeño
obtenido era el mejor posible, el ingeniero comenzó a buscar las posibles perturbaciones.
Varios desajustes se hallaron alrededor del reactor mismo (temperatura y flujo del fluido
de enfriamiento y otros) como también en el horno (variaciones en la temperatura de
entrada de A, poder calorífico del combustible, temperatura de entrada del aire de
combustión, etc). Mas aún, el ingeniero observó que repetidamente en un momento, la
temperatura del reactivo a la entrada del precalentador variaba en tanto como en 25ºC, un
desajuste considerable.
Es algo simple el darse cuenta que el efecto de un desajuste en el horno ocasiona rimero
un cambio en la temperatura del reactivo que sale del mismo, TH, y esto a su vez afecta a
temperatura en el reactor, TR. Cuando el controlador determina el error en TR, manipula la
señal que regula la válvula por donde fluye el combustible. Sin embargo, con demasiados
atrasos en el proceso horno-reactor, transcurrirá un tiempo considerable para que la
temperatura en el reactor alcance nuevamente el valor deseado. A causa de estos
atrasos, el simple control por retroalimentación mostrado en la figura, resultará en un
control cíclico y en general lento.
Una estrategia de control superior puede diseñarse haciendo uso del hecho de que los
desajustes en el horno primero afectan a TH. Es lógico, por lo tanto, comenzar
manipulando la válvula reguladora del flujo de combustible tan pronto como se determine
la variación en TH, antes que comience a cambiar TR. Es decir, la idea no es esperar un
error en TR para comenzar a cambiar la variable manipulada. Esta estrategia de control
utiliza una variable intermedia, TH en este caso, para reducir el efecto de algunas
dinámicas en el proceso.
Esta estrategia consiste de dos sensores, dos transmisores, dos controladores y una
valvula de control. Un sensor mide la variable secundaria o intermedia, TH en este caso, y
el otro sensor mide la variable de control primaria, TR. Para repetir, la temperatura de
salida del horno se utiliza como una variable intermedia para mejorar el control de la
temperatura del reactor, que es el objetivo importante del control (variable de control).
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 29
La estrategia trabaja de la siguiente manera: el controlador TC101 se informa sobre la
temperatura del reactor y decide como manipular la temperatura de salida del horno para
satisfacer su valor deseado. La decisión es transmitida al TC102 como el valor deseado y
este a su vez manipula la señal transmitida a la válvula por donde fluye el combustible
para mantener a TH en el valor deseado requerido por TC101.
Si uno de los desajustes mencionados anteriormente ocurre en el horno, TH se desvía del
valor deseado y TC102 toma la acción correctiva adecuada, antes que TR cambie. Por lo
tanto, los elementos dinámicos del proceso se han separado para compensar los
desajustes en el horno antes que afecten a la variable de control primaria.
En general, el controlador que mantiene la variable primaria en el valor deseado es
conocido como el controlador master, externo o primario. El controlador utilizado para
mantener la variable secundaria en el valor deseado requerido por el controlador master
es, usualmente, conocido como el controlador esclavo, interno o secundario.
3.3. CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO
Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control por realimentación
que calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener,
para aplicar una acción correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del
control PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo.
El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral genera una
corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo
de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la
reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es
usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la posición de una válvula
de control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres
variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control
diseñado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del controlador puede
ser descrita en términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el
controlador llega al "set point", y el grado de oscilación del sistema. Nótese que el uso del
PID para control no garantiza control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo.
Algunas aplicaciones pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este
sistema de control. Un controlador PID puede ser llamado también PI, PD, P o I en la
ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son particularmente
comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso
integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 30
Ejemplos prácticos
Se desea controlar el caudal de un flujo de entrada en un reactor químico. En primer lugar
se tiene que poner una válvula de control del caudal de dicho flujo, y un caudalímetro, con
la finalidad de tener una medición constante del valor del caudal que circule. El
controlador irá vigilando que el caudal que circule sea el establecido por nosotros; en el
momento que detecte un error, mandará una señal a la válvula de control de modo que
esta se abrirá o cerrará corrigiendo el error medido. Y tendremos de ese modo el flujo
deseado y necesario. El PID es un cálculo matemático, lo que envía la información es el
PLC.
Se desea mantener la temperatura interna de un reactor químico en su valor de
referencia. Se debe tener un dispositivo de control de la temperatura (puede ser un
calentador, una resisténcia eléctrica,...), y un sensor (termómetro). El P, PI o PID irá
controlando la variable (en este caso la temperatura). En el instante que esta no sea la
correcta avisará al dispositivo de control de manera que este actúe, corrigiendo el error.
De todos modos, lo más correcto es poner un PID; si hay mucho ruido, un PI, pero un P
no nos sirve mucho puesto que no llegaría a corregir hasta el valor exacto.
Aplicaciones / Ejemplo
Un ejemplo muy sencillo que ilustra la funcionalidad básica de un PID es cuando una
persona entra a una ducha. Inicialmente abre la llave de agua caliente para aumentar la
temperatura hasta un valor aceptable (también llamado "Setpoint"). El problema es que
puede llegar el momento en que la temperatura del agua sobrepase este valor así que la
persona tiene que abrir un poco la llave de agua fría para contrarrestar el calor y mantener
el balance. El agua fría es ajustada hasta llegar a la temperatura deseada. En este caso,
el humano es el que está ejerciendo el control sobre el lazo de control, y es el que toma
las decisiones de abrir o cerrar alguna de las llaves; pero no sería ideal si en lugar de
nosotros, fuera una maquina la que tomara las decisiones y mantuviera la temperatura
que deseamos.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 31
Esta es la razón por la cual los lazos PID fueron inventados. Para simplificar las labores
de los operadores y ejercer un mejor control sobre las operaciones. Algunas de las
aplicaciones más comunes son:
Lazos de Temperatura (Aire acondicionado, Calentadores, Refrigeradores, etc.).
Lazos de Nivel (Nivel en tanques de líquidos como agua, lácteos, mezclas, crudo,
etc.).
Lazos de Presión (para mantener una presión predeterminada en tanques, tubos,
recipientes, etc.).
Lazos de Flujo (mantienen la cantidad de flujo dentro de una línea o tubo).
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 32
CAPITULO 4
ANALISIS DEL PROCESO DE CONTROL DEL REACTOR DE
POLIMERIZACION N°2. AREA QUIMICA – PLANTA DE PVC.
EMPRESA SOCIEDAD PARAMONGA LTDA.
4.1. VARIABLES DEL PROCESO:
Temperatura
Presión
4.2. DESCRIPCION DEL PROCESO:
El proceso de polimerización de PVC en el área química de la planta de Sociedad
Paramonga inicia con la introducción de la materia prima (polímeros de PVC y otros
aditivos químicos) para seguidamente mediante el accionamiento del mixer (mezclador)
se de comienzo a una reacción química que como consecuencia trae un incremento de
temperatura dentro del reactor, el setpoint del TIC23 esta regulado a 65°C, razón por la
cual el objetivo es mantener la mezcla en esa temperatura ya que un incremento brusco
dañaría la materia prima y la inutilizaría. Cuando se alcanza el setpoint (ediante un bafle
de termocuplas dentro del tanque con el polímero de PVC) en el controlador TIC23, este
manda una señal en cascada al controlador TIC24 el cual envía una señal al convertidor i/p
y este a su vez enviara una señal neumática a las válvulas TCV22 (7 – 11 PSI para el
ingreso del agua de enfriamiento), TCV23 (3 – 7 PSI para el ingreso del agua de
refrigeracion) o TCV24 (11 – 15 PSI para el ingreso del vapor de agua); si excede la
temperatura, se envía una señal para el ingreso del agua de enfriamiento, si debido a este
enfriamiento la temperatura desciende mucho, el controlador envía una señal para que la
valvula de vapor permita el ingreso del mismo y la temperatura se estabilice en el setpoint.
Si hay una elevación brusca de la temperatura el controlador activa la valvula del agua de
refrigeración. Cabe señalar que cuando se ingresa vapor de agua, este expulsa al agua
de enfriamiento o refrigeración que hay en el tanque, enviándola mediante la señal de
comparación del selector SW1 (compara al agua de refrigeración de la línea de entrada
(TT24) con el agua que sale cuando ingresa el vapor al reactor) constata que el agua este
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 33
a 80°C, si se cumple esto, envía el agua al pozo de refrigeración, caso contrario no
cumpla esta condición de comparación, la envía al pozo de enfriamiento.
Como medida de seguridad, el TT24 envia una señal a los 187°F (86°C) cuando la
temperatura en la de ingreso de agua excede a esta, cortando asi el suministro de vapor
en el sistema.
Al finalizar la reacción y al haber obtenido la mezcla deseada, se apaga el sistema.
Este ha sido un claro ejemplo de como se puede realizar un control sencillo y preciso en
un reactor de polímeros, con medidas de seguridad y con capacidad de seguir siendo
mejorado.
SE ADJUNTA DIAGRAMA P&ID
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 34
CAPITULO 5
IMPLEMENTACION DE SISTEMA SCADA
5.1. SELECCIÓN DEL PC DE SUPERVISION
Un PC de supervisión típico tiene las siguientes características:
Monitor de 17”.
Procesador Intel Core 2 Duo de 3.16 GHz.
Tarjeta de video de 1 Gb.
Disco duro de 150 Gb para almacenamiento de los datos de alarmas e históricos y
registros.
Memoria RAM de 3 Gb.
Sistema operativo Windows 7 operación a 32 Bits.
Tarjeta LAN.
Acceso a internet.
Las especificaciones anteriores son para una correcta operatividad de los elementos de
software, tales como SCADA, software de programación, comunicaciones, etc.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 35
5.2. SELECCIÓN DEL SOFTWARE SCADA DE SUPERVISION
Wonderware InTouch HMI.
El software InTouch ofrece funciones de visualización gráfica que llevan sus capacidades
de gestión de operaciones, control y optimización a un nivel completamente nuevo.
Aquello que ahora se conoce en la industria como HMI (Human Machine Interface)
comenzó hace más de veinte años con el software InTouch. Ningún otro HMI en el
mercado puede compararse al software InTouch en términos de innovación, integridad de
arquitectura, conectividad e integración de dispositivos, ruta de migración de versiones de
software sin interrupciones y facilidad de uso.
Esto se traduce en sistemas basados en estándares que permiten incrementar al máximo
la productividad, optimizar la efectividad del usuario, mejorar la calidad y reducir los
costos operacionales, de desarrollo y de mantenimiento.
Según el manual de usuario de INTOUCH, posee las siguientes características:
Provee una serie de herramientas que hacen la labor de administradores,
operadores, supervisores e ingenieros más amigable y fácil al desarrollar u operar las
aplicaciones de control de procesos automatizados.
Permite visualizar (sin alterar) datos del área de producción de una planta o un
proceso en tiempo real desde una PC conectada en una red de área local (LAN),
también ofrece una herramienta útil que es la de permitir a los desarrolladores poder
crear sus propios objetos pre configurados (Wizards).
INTOUCH permite realizar interfaces finales fáciles de usar, no solo para el diseñador
sino para cualquier persona que requiera operar el sistema, otra de las ventajas que
ofrece InTouch es la de que se puede conectar con módulos SQL que permiten
satisfacer las necesidades de requerimientos de una gran variedad de reportes en la
industria especialmente a un nivel gerencial.
Beneficios
Facilidad de uso que le permite a desarrolladores y operarios ser más productivos
de manera simple y rápida
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 36
Gran integración de dispositivos y conectividad a prácticamente todos los
dispositivos y sistemas
Sus capacidades de representación gráfica y la interacción con sus operaciones
permiten entregar la información correcta a las personas correctas en el momento
correcto
Migración de versiones de software sin interrupción, lo que significa que la
inversión en sus aplicaciones HMI está protegida
Capacidades
Gráficos de resolución independiente y símbolos inteligentes que visualmente dan
vida a su instalación directamente en la pantalla de su computadora
Sofisticado sistema de scripting para extender y personalizar aplicaciones en
función de sus necesidades específicas
Alarmas distribuidas en tiempo real con visualización histórica para su análisis
Graficación de tendencias históricas integradas y en tiempo real
Integración con controles Microsoft ActiveX y controles .NET
Librería extensible con más de 500 de objetos y gráficos prediseñados,
"inteligentes" y personalizables
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 37
DISEÑO DE SISTEMA SCADA
Basándonos en el diagrama P&ID del sistema, se estructuro el sistema SCADA, el cual
tiene la siguiente estructura:
Cabe señalar que al ser una simulación, se usaron íntegramente datos “Memory Discrete
y Memory Real”.
SE ADJUNTA SCREENSHOTS DE LA APLICACIÓN.
• Usuario: JCALDERONC
• Password: INDUSTRIAL
Logueo
• P&ID
• Real Time Trend
• Control Panel
• Indicators
Pantalla de proceso • Historic Trend
• CSV (Excel files)
Historicos
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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 38
Conexión a la Galaxia del usuario en la PC.
Galaxia contenedora del proyecto.
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Pantallas que componen el sistema SCADA
Pantalla de logueo
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Pantalla de proceso en stand by
Pantalla de proceso iniciado
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Pantalla de proceso con ingreso de vapor
Pantalla de proceso con de agua de refrigeración
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Pantalla de proceso con ingreso de agua de enfriamiento
Pantalla de histórico de temperatura
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Pantalla de proceso de mantenimiento de la línea de agua de todo el sistema
Pantalla de confirmación de salida de la aplicacion
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 44
CONCLUSIONES
Se identificó que el sistema de control es cerrado y la variable a controlar es:
Temperatura.
Se evidencio claramente la aplicación de la técnica de control en CASCADA
para el correcto funcionamiento y simplificación de funciones de control en el
reactor de polimerización.
La identificación de los instrumentos industriales a utilizar es crucial para el
correcto modelamiento del proceso productivo.
El sistema de control instalado se encuentra sobredimensionado con el fin de
posibilitar en un futuro a la empresa añadir otros elementos para el control del
sistema según lo encuentren conveniente.
Para la futura implementación del sistema se otorga planos de control para
facilitar el trabajo de los instrumentistas, disminuyendo así la posibilidad de
fallas en la puesta en marcha, se utilizo para esto el software AutoCAD P&ID.
Se utilizó correctamente y en un gran porcentaje las capacidades brindadas
por el software Wonderware InTouch, con la tecnología Archestra para el
monitoreo del sistema SCADA, el modelo diseñado es reflejo del diagrama
P&ID del sistema.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 45
BIBLIOGRAFIA
Ingeniería de control moderna. (OGATA)
Procesos de transferencia de calor DONALD Q. KERN ,1999
Practical industrial networks: design, installation and troubleshooting; MacKay,
Park, Wright, Reynders, 2004.
http://instrumentacionycontrol.net/instrumentacion/itemlist/category/15-transmisores-
y-equipos.html
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 46
TRANSLATE
INTRODUCTION
The polymerization reactor design, a subject's own engineering, may also be of interest to
chemists and other specialists for various reasons: firstly the reactor design is based on
the polymerization reactions models generally proposed by chemists , on the other, the
final properties of the obtained material can coincide or differ from those expected from the
tests conducted on samples prepared by conventional laboratory techniques, depending
on the reactor type and operating conditions used for their industrial production.
We intend to present the reader with a schematic overview of the subject, based on the
concepts of reactor design in general, whether to produce macromolecules or low
molecular weight substances. Then discuss the particularities of polymerization processes,
which make the design of the respective reactors, a separate chapter of engineering. At
this point, it seems appropriate to give you some examples. The purpose is to develop and
use a design process and analyze the results. Where possible, avoid the solutions to
systems of mathematical equations, which are essential for the resolution of the models,
but perhaps dispensable in this schematic vision we set.
GOAL:
• Analyze the implementation of an industrial process, and the variables involved in the
correct layout and process in a plane P & ID.
SPECIFIC OBJECTIVES
• Design of SCADA system for process simulation to analyze.
• Correct use of AutoCAD P & ID software for developing implementation plans.
• Smooth reading instrumentation drawings and the correct understanding of the
components of an automated system.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 47
CHAPTER I
THEORETICAL FRAMEWORK
1.1. Reactor design.
1.1.1 Definition and Types Reactor.
The reactor is where chemical reaction occurs. The diversity of industrial reactors can be
reduced to three types that differ from each other by the operating system (stable or in
transition), by mass exchange with the surroundings (open or closed), the flow dynamics
and profiles characteristic concentration and other properties of the system. They are the
batch reactors, continuous stirred tank and tubular. Figure 1 shows a scheme of reactor
types.
From these three types, also conceivable combinations: semicontinuous reactor, CSTR
reactors batteries in series, etc. In all cases the reaction medium may be homogeneous
(single phase) or heterogeneous (different phases).
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 48
The batch reactor is a tank with facilities for loading and unloading, for transfer of heat
(heat exchangers, coils, baffles, reflux, external recirculation, etc.), as well as to agitation
of the reaction mixture. Ideally the mixture is homogeneous.
The CSTR reactor is a tank which continually feed and discharge flows to volume flows
products such that the reaction volume constant. This provided with facilities for heat
transfer and agitation. Ideally the mixture is homogeneous.
The tubular reactor is simply a tube, along which flows the reaction mixture in such
conditions (temperature, concentration), the chemical reaction occurs.
May be provided with a heat exchanger for heat transfer. Ideally there are no radial
gradients with respect to the speed, temperature and concentration. This case is referred
to as plug flow reactor.
1.2 Features of the reactors.
1.1.2 Discontinuous.
The batch reactor, as the name implies, works in cycles.
Each cycle includes some or all of the following tasks: Re loading assets, tuning the
reaction conditions (temperature, pressure, etc.), reaction set-up to the discharge
conditions, cleaning and reloaded. Part of the cycle time used in different but work
necessary to the conversion of reactants to products. It is also noted that from batch to
batch (discontinuous) or various thermal histories may occur or other random events, in
some cases, as in the production of polymers, can affect the properties of the product
obtained.
The batch reactor operates at steady state and therefore, the conversion increases with
time as long as the system is not in chemical equilibrium. Moreover, the effect of agitation,
the reactor is ideally homogeneous.
The main equations batch reactor design derived from the heat balance and molars
(equation (7)) can be expressed thus:
1.2.2. Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR).
The CSTR reactor normally operates at steady state and as the name implies is hectic.
Therefore, the reaction conditions and therefore the conversion, remain unchanged during
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 49
the reaction time and the reactor is homogeneous. Note that the current conditions just
outside the reactor are the same reaction conditions of the mass.
The main equations of CSTR reactor design, derived from molar and heat balances, can
be expressed as:
1.2.3. Tubular Reactor.
The tubular reactor normally operates at steady state. When the reaction mass flow along
the reactor will produce the chemical reaction, thus the conversion increases with the axial
position while the reaction occurs.
Ideally the flow conditions of reaction and does not vary in the radial direction in a plane
normal to the flow area. Thus if one system is taken as the volume of the reactor element,
of very small length in the axial direction, it can be concluded that it is a continuous
differential reactor and homogeneous and stable conditions. This volume element
complies with the characteristics of a CSTR reactor.
Equations main tubular reactor design derived from the heat balance and molars can be
expressed as:
1.3. The reactor design.
The design goal is to specify size, timing, flow, temperature, pressure, concentration, and
materials as necessary for the production of a substance which meets certain conditions
stable quality.
For the production of polymers, these specifications are concerned mainly with the
average molecular weight and molecular weight distribution, since for a given material,
these parameters define largely processability and mechanical properties of the final
product. In the case of emulsion polymerization and suspension, can also be of interest to
obtain a particular particle size distribution.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 50
For design specifications, essentially requires a mathematical model that simulates the
process being simple enough to be solved. To raise the mathematical model requires
knowledge of the kinetics, stoichiometry, thermodynamics and physical chemistry of the
process.
The kinetics must provide a simplified mechanism of the reactions that occur, which can
be derived the rate of the reaction equations, namely the dependence of the rate of
change of the concentration of each species with temperature, the concentration, density
and Sometimes pressure.
By referring stoichiometry is possible concentrations and rates of change of concentration
of all species participating in a reaction with respect to a single species of reference. This
avoids unnecessary handling a number of equations.
The thermodynamic analysis to calculate the direction of chemical change that may occur
under certain conditions of temperature and concentration of the reaction mass, the
maximum extension reaction from the equilibrium points, and the heat of reaction.
Complementing the physicochemical can meet variations relations and physicochemical
properties of transport (density, heat capacity, viscosity, mass transfer coefficients and
heat, etc.) with the temperature of the system.
With this basic knowledge is necessary to raise the balance equations, the equations of
conservation and change. These, the instrument par excellence of chemical engineers, are
expressions of the laws of conservation of matter and energy. They are therefore universal
equations. They can be considered as the fundamental equations of modeling and
simulation because it actually describes the general mechanism of the processes as we
understand them today. The equation of conservation of matter and not applied to the total
mass unless reference to a type of change is called the equation molar balance. The
general equation of energy conservation can be simplified in most engineering processes
of interest, as in the case of the production of polymers to be limited to exchanges of
mechanical energy change constitutes calls equations of motion, Bernoulli or other forms.
To apply the balance equations must select a part of the universe, analyzed, and an
appropriate entity. The object is the system, the entity can be the total mass, a species,
energy, momentum, etc.. By suitable to be understood, that the balance equations apply to
selected object and entity, arising out useful information for design.
The overall balance equation can be expressed as:
In attempting to quantify each of the summands of the balance equation, it will justify the
aforementioned importance of ancillary disciplines. The design equations presented above
(1), (3), (5) are expressions of molar balance in each of these systems, and the equations
(2), (4), (6) are expressions heat balance thereof.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 51
Thus raised basic mathematical models simulating the reactors is needed to solve them. Is
the contribution of mathematics.
It remains to make the interpretation of results. Previously the system has been selected,
the body, the process configuration and other elements of creativity. To make all this
possible, to enable the design, it requires imagination, ingenuity of the engineer.
1.2. DESIGN polymerization reactors.
1.2.1. Features polymerization processes.
The title of this paragraph and suggests a question: Is it justified particularize in the design
of polymerization reactors, differentiating them from reactors which produce low molecular
weight substances?
Maybe so the fundamental principles and basic methodology of design are the same, but
the polymerization processes present a set of kinetic, physicochemical and quality
parameters, which when taken together lead to the formulation of mathematical models
peculiar polymerization processes .
These characteristics can be summarized as: highly exothermic reactions, obtaining a
product whose molecular weight is not a fixed value but it is better suited to a distribution
whose average and dispersity depends on each system, difficulty performing unit
operations after obtaining product and marked effect of the food composition and
operating conditions on the average and distribution of molecular sizes.
The heat released is especially high in addition polymerizations (H = -83.7 kJ / mol). To
maintain control of the temperature of the reaction system to proceed, it is necessary to
transfer to the surroundings a high amount of heat energy from a low heat capacity
medium whose viscosity is increasing while the transmission coefficients heat decrease. It
is very important to control the temperature in cases in which influences the molecular
weight and molecular size distribution, in other cases can induce degradation of the
product or impede the polymerization process ("ceiling temperature").
The distinctive feature of the polymerization reactions is to produce, entérminos of
molecular size, not one but a product which can vary in distribution and average dispersity
as the case of polymerization and process design. Virtually an infinite series of molecular
size, which decisively influences on the physicochemical properties and mechanical
transport of the reaction mass so as the final product.
Usually this is the most important feature in the design and control of a polymerization
process.
As just discussed, the physicochemical and transport vary during the course of
polymerization. The viscosity in a bulk polymerization process can be increased in three or
more orders of magnitude. A drastic change in viscosity significantly affects the mass
transfer coefficients and heat, as well as power requirements on the shaker. They also
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 52
vary, although in these proportions, other properties such as heat capacity and density.
About the variation of the overall viscosity of the mass during the polymerization, it is
important to note that its magnitude can be reduced substantially if a process is employed
in virtually eliminated solution and emulsion or suspension.
Another feature of the polymerization process, which causes also relate to the molecular
size is the difficulty of applying the obtained product unit operations.
The removal of residual monomer, solvents or plasticizers, changing particle size, are
difficult to make and therefore economical and ecological reasons, there is a need of a
very strict control of the process. As distillation operations are virtually impossible, but
others may be a very high cost.
The operation control of the polymerization process is even more challenging considering
that the marking effect of the food composition may have on the average molecular size
and distribution of the final product: the concentration of the initiator in their chain, the
relationship stoichiometric functional groups in batch reactions, the presence of impurities
which may act as chain transfer agents or chain terminators, etc. Only a very small
proportion of these disorders have a major effect on the molecular size.
Despite the difficulties, there are more than 140 million tons of polymers in bulk, solution,
suspension, emulsion, and reaction injection mold, solid, plasma, etc., Using reactors that
can be reduced to the following types described or combinations.
1.2.2. General strategy design.
In this paragraph we propose a general procedure outline design of a reactor, previously
assuming that the polymer is chosen to produce, the production mode (mass, solution,
etc..) and the type of reactor. The last two factors are part of the complete design process,
but fall outside the scope of this presentation.
The reactor design steps can be summarized as polymer to produce knowledge,
knowledge of the reactions or polymerization simplified mechanism, a mathematical model
approach, the same solution and interpretation of the results.
To produce polymer and monomer and solvents or other means if any, must be known
physicochemical properties and transport and care to be observed in storing and handling
them.
It should also known polymerization mechanism as simple as possible but allows to raise
the kinetic equations of reactions occurring.
Then the same is required balance equations, taking into consideration the properties of
the monomer and polymer, the kinetic equations and the type of reactor design. All these
equations is the mathematical model design.
The model must be solved. And it is a combination of science and art.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 53
Generally a complete model, "strict", it is very difficult to solve even with the aid of
computers. The first step is to simplify the model solution, make it more restricted but it no
longer reflects or simulate the real process. There's the art experience. Finally the
equations are solved in terms of the variables of interest. In the case of polymerizations
may be the molecular size parameters as a function of reaction times and flows,
concentrations and temperatures.
The results, of course must undergo analysis to capture the forecasts implicit in the
results.
1.2.3. Illustrative examples.
To illustrate the concepts presented use reactor design examples for some simple cases
and somewhat idealized, but saved enough resemblance to reality. For example, in all
cases we assume that the kinetic constants are independent of molecular size. Analyze
the case of isothermal processes by which does not include heat balances. The models
developed processes are especially applicable to mass, but can easily be extended to
processes in solution and in suspension, including the molar balance of the solvent or
suspending medium respectively.
1.3. Polymerization reactors. Modeling and design.
The complex comprises polymerization reactions leading to the formation of complex
molecular structures.
The conditions under which it is carried out the polymerization has a large effect on the
chain length, degree of branching, the composition distribution of the copolymer sequence
distribution with the copolymer and other molecular structures measures directly affecting
its final properties. The latter are difficult to reach because of the variety and complexity of
the microstructure.
Below is shown in Figure 1, a scheme where variables represent a polymerization
process.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 54
Fig. 1 - Variables polymerization process
From all this, it follows the importance of the modeling of the microstructure of the
macromolecules produced in polymerization reactors. The details of the polymer
microscopy determine the product properties.
It is clear the need to unite the tools scientists in the field of polymers and engineer, to
improve both the production process and the final properties of the polymer
The polymerization reactions engineer must not only meet specific ratios, yields and
purities, but also to obtain a product with certain features of processing and final properties
that are, in practice, the actual operation steps of the polymerization reactors.
The availability of a mathematical model that accurately predict molecular properties of the
polymer produced in one reactor has a great economic importance. The key to making a
good model is described mathematically chemical and physical phenomena of the
process, obtaining the necessary balance of matter, energy and time. This description
implies nonlinear equations (algebraic, differential, etc.).
The main problems that arise when doing modeling for polymer production are:
• An understanding of the polymerization reactions. The kinetics of polymerization
are complex due to the number of different reactions as they occur are strongly
influenced by physical changes in the system, such as increased viscosity. The
combination of large increases in viscosity and the involvement of long chain
molecules in the reaction leads to diffusional control of some reactions. The spread
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 55
can then determine the reaction rate and establishing a direct relationship between
the polymer physics and kinetics of polymerization.
• The ability to measure and characterize all the variables that influence the quality
of the polymer.
• The development of models based nonlinear predictive controllers.
According to Ray (1986), the different physical and chemical phenomena that occur in a
polymerization reactor can be classified into the following levels of modeling:
• Modelling "chemical-kinetic" (micro).
• Modelling "physical-transport" (mesoscale).
• Modelling "dynamic-reactor" (macro).
MICROSCALE
Based on the modeling of kinetic mechanisms in chain reactions (eg growth, branching,
chain termination, etc..).
Mathematical modeling of polymerization kinetics microscale level has been subject
numerous publications (eg Achilias and Kiparissides, 1992).
MESOSCALE
The phenomena of the interface (thermodynamic equilibrium, kinetics, etc..), Intrafase
(heat and mass transfer between different phases), and the "micromixing", play an
important role and can influence molecular and morphological properties. The modeling of
this type depends on the specific design of the process operation.
MACROSCALE
It has to do with the development of models describing: phenomena "macromixing" in the
reactor, global balances of mass and energy, heat and mass transfer, reactor dynamics
and control.
In short, for optimal modeling of a polymerization reactor should include appropriate
models that represent all the physical and chemical phenomena that occur at three scales
mentioned above.
In industrial chemical processes batch or continuous type, the use of computers is being
implemented for quite some time, because they help to operate with increased stability,
security, improve productivity, quality, reduce environmental impact and improve
conservation energy.
Although the computer control has been applied to the polymer industry for 25 years, the
application of advanced control extrategias polymerization reactor is limited to control the
temperature and pressure.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 56
As causes of lack of progress in the quality control of polymers can be enumerated as
follows:
1. The polymerization reactions are highly non linear process (parameter variation
with time).
2. The molecular properties (eg, # average molecular weight and copolymer
composition, ...) often evolve in opposite directions manipulated control variables
(eg temperature, dimensionless concentration of initiator, ...).
3. Lack of action "on-line" delays the characterization molecular properties of the
polymer quality.
Then, a smart production of polymers includes: mathematical models of the process,
advanced sensors, statistical approaches and advanced process control.
As discussed above, the choice of one or other type of reactor, and agitation rate,
influence the structure of the polymer and because of this, on its final properties. The
sizing of the reactor is based on the polymerization rate of the pilot plant. The choice
depends on the type of reactor kinetics and economic considerations.
The batch type reactor configurations are commonly used. However, continuous
processes are more economical than previous without downplaying semibatch processes.
Four categories of polymerization reactors:
• Batch
• semibatch
• Plug flow (tubular)
• Stirred Tank (continued)
Batch
This type of reactor is the most versatile and has been widely used, especially for
polymers of low production. Possesses stirrer, cooling jacket and a reflux condenser (for
the case of polymerizations "growth step")
Their size ranges from 5 gallons (pilot plant) to 30,000 gallons. Constructed of carbon
steel, glass and polymer may be coated. The polymerization heat exchange is performed
through a cooling jacket.
It has the advantage of accommodating multiple products. Reagents are added to start
polymerization. Thus, the polymerization rate changes over time while the dimensionless
concentration of reactants decreases. High conversions are obtained
Batch reactor design will be based on estimates of polymerization times from pilot plant
data and / or simulation studies. When the "scale-up", particular care must be in turmoil
and heat transfer.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 57
They are used for obtaining Nylon 6, phenolic resins, urea-formaldehyde, melamine-
formaldehyde, have been replaced by continuous reactors because of its greater capacity.
Semibatch
Here, the reagents (in the case of formaldehyde resins formofenólicas) or initiator (free
radical polymerizations) are added during the course of polymerization.
In the case of the condensation polymerization product of condensation is continuously
removed (water) to direct polymer toward the reversible polymerization rather than towards
the monomer.
Using such a strategy, process designer gives the extra degrees of freedom: development
of standard operating procedures and decision control actions to correct deviations from
normal operation.
The semibatch copolymerization is performed to maintain constant the composition of
copolymer when the comonomers have varying reactivities bit. Addition of initiator in the
form semibatch, is performed to maintain control of temperature and addition of initiator or
chain transfer agent is also used to maintain the desired molecular weight distribution.
Plug flow
In this type of reactor, the mass of reactants is pumped through the tube at a rate such
that the reaction occurs as desired.
Each element of the reaction mixture is identified as a single batch reactor.
This gives high conversions and high molecular weights. They have low economic costs.
Tubular reactors are applicable in large volumes polymerizations and have excellent
properties in heat transfer. On the other hand, are vulnerable as they can be obstructed by
small amounts of polymer. It will have to be considered for this case: agitation, diffusion,
molecular weight distribution and fouling factor of the reactor walls.
The temperature along the reactor is controlled by cooling jacket.
For viscous solutions at low speeds occur wall.
Studies on the deviation between tubular plug flow and polymerization have been done by
Hamer and Ray (10).
They are used in the production of Nylon 6 and 66.
Stirred tank (continued)
In such reactors are continuously fed reagents and products obtained continuously to
ensure that the system remains stationary.
Its use is justified for high volume products. High yields are obtained with low cost process.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 58
The polymerization rate is constant and contributes to the homogeneity of the product, but
can be overridden by the homogenization not produced by the wide distribution of
residence times.
As the rate of polymerization varies with operating conditions, such systems can be sized
for the polymerization rate in the design conditions. In practice using a train of reactors of
equal size to minimize the complexity in the design followed by a tubular reactor.
In Figures 2,3 and 4 shows different types of polymerization reactors.
Fig. 2 - First reactor for the production of phenolic resins.
Fig. 3 - Typical reactor for the production of amino resins.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 59
Fig 4. - Continuous Polycondensation Reactor (Courtesy company LIST).
1.4. TECHNICAL SPECIFICATIONS FOR DESIGN OF polymerization reactors.
For processes of high viscosity at high temperature reactors standard or customized
according to DIN or ASME, with heating / cooling and agitation systems custom designed
for polymerization processes.
Mechanical Design
• ASME VIII Div.1 - AD-2000 - IN-13445 - DIN-28136
• Automated Calculations: Microprotol / Compress / PVElite
• Design by finite element (FEA)
• Design for earthquake and wind according to local regulations
• Calculation of fatigue cycles of pressure and temperature
• agitator design process simulator software
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 60
Features
• Available volumes from 5 liters to 300 m³
• Design a full vacuum and pressure up to 50 bar (g)
• Temperature from - 50 to + 400 ° C
• Designed to work pressure and temperature cycles
• Heating / cooling jacket, half-round or dimplate
• Heated indoor coils or baffles / chilled
• Agitators axial flow, radial and combined dual flow
• Agitation in turbulent or laminar, up to 2,000,000 cps
• Powers up to 300 KW
• Certificate 'CE' as Security Directive 98/37/CE
Options
• Mechanical interior Pulido, from Ra ≤ 1.2 microns to 0.2 microns Ra ≤
• Electropolishing inside as option
• Systems CIP-SIP, Riboflavin be validated by test
• Agitators with hydraulic
• Thermal insulation lining waterproof with welded stainless
• Agitators with single and double mechanical seals
• Mechanical seals pressurized by nitrogen 'no touch' as an option
• Performances officially certified ATEX Zone 0/20 inside
• Automatic loading of solid dosage
• Weighing Systems
• Systems and reflux condensation
• Vacuum Systems
Applications
• Adhesives
• bakelite
• Rubbers
• Hot Melts
• Latex
• Methacrylate
• Nylon
• Plastics
• Polyamides
• Polietielenglicol
• Polyesters
• Resins
• Silicones
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 61
Construction Materials
• austenitic stainless steels
• Stainless steels superaustenitic
• Duplex and super duplex steels
• Nickel Alloys and Superalloys
• Titanium
• Cladding
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 62
CHAPTER 2
ACCESSORIES POLYMERIZATION REACTOR.
2.1. Solenoid water valves
A solenoid valve is electrically operated device used to control flow of liquids or gases in
fully open or fully closed. Its basic function is the same as a manually operated shutoff
valve but being electrically actuated. It can be installed in remote locations and can be
conveniently controlled through simple electrical switches.
The use of the solenoid valve is to control the flow of different fluids, giving due
consideration to the pressures and temperatures involved, the viscosity of the fluid and the
adaptability of the materials employed in constructing the valve.
Its operation is feasible by means of thermostatic switches, float, low pressure, high
pressure, clock, or other device that opens or closes an electrical circuit. Is a valve which
closes by gravity, by pressure or by the action of a spring, and is opened by movement of
a piston operated by the magnetic action of an electrically energized coil or vice versa. A
solenoid valve is composed by two parts plaintiffs: an electrical coil or solenoid and valve
body.
A wide variety of types of solenoid valves, which can be divided according to its
application, its construction and shape. Depending on their application, ie the ability of the
system to be installed where the valve is generally classified into two types: 1) direct
action, and 2) Pilot Operated.
As to its construction, the solenoid valve can be: 1) normally closed, 2) normally open, and
3) multiple action.
By the way, there are three types of common use solenoid valve: 1) Two-way, 2) Three-
way and 3) or four-way reversible. Similarly solenoid valves may have combinations of the
above mentioned types. For example, pilot operated valves are normally open and
normally closed.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 63
2.2. Check Valve
Check valves, also called retainer or valves, are intended to prevent discharge of water
towards the pump, it prevents damage by the reverse rotation of the pump, and prevent
emptying of the pipe allowing the placing up of the system is faster and safer also protect
the pump during the overpressure.
This valve acts automatically by the action of the pressures in both directions enabling the
closing and opening.
No maintenance, only occasionally check if locks.
Located immediately after the pump or eccentric expansion cone.
2.3. Three-way valves
In sprinkler systems, three-way valves are mainly applied in the sand filter backwash when
installed at least two of them in parallel, can be actuated manually, hydraulically or by
electric solenoids. To automate the filtering diaphragm are used while for manual
operation can be used 3-way valves ball in "L".
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 64
In drip irrigation systems with hydraulic control valves, small valves used 3 way to send the
signal from the pump station to the valves.
2.4. Globe valve
Globe valves are unidirectional, the closure is achieved by means of a disk or plug which
closes or cuts the flow of fluid, are used to regulate or restrict the flow of water. Can be
operated continuously. They are constructed such that when the flow passes, a change in
the direction and increases its resistance gradually according to the position of closure.
For diameters greater than 300 mm, these valves are rarely used because of the large
effort required to operate them.
They have the advantage of efficient strangulation with minimal erosion or disk seat and
disk sprint few laps to power them, which reduces the time and wear on the stem and the
bonnet, precise control of the movement.
Maintenance.
We must open valve slightly to expel foreign bodies from the seat, tighten the packing nut
to fix leaks immediately.
The major disadvantage of this valve is the high pressure loss, as seen in the table the
coefficient K and its relative high cost.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 65
2.5. TEMPERATURE TRANSMITTER
Temperature transmitters are used to transmit the measured temperature as an analog
signal to a receiver. Temperature transmitters transmit a measured temperature as a 0/4-
20 mA analog signal to a receiver. The receiver is typically an electronic controller or PLC
(Programmable Logic Controller).
PT & NTC: PT, the terms and abbreviations for NTC temperature are positive and
negative, and if the resistance described in the resistor increases or decreases when the
temperature increases. If the resistance sensor is connected directly to the receiver, also
be measured cable resistance between the two components giving a false reading. The
error depends on the length of the cable and the room temperature.
USE: The temperature transmitters are used to prevent loss of tension or when a controller
or PLC can not directly measure the signal from a sensor resistance.
2.6 Pressure Transmitter
The measurement and transmission of pressure plays a key role in the control and
monitoring systems pump / fan in order to obtain a predetermined pressure at a given
instant.
Pressure transmitters measure pressure transmitted as an analog signal to a receiver 0/4-
20 mA. The pressure transmitter has a piezoelectric element which generates an electrical
signal that is proportional to the pressure.
The receiver:
The receiver is typically an electronic controller or PLC (Programmable Logic Controller). A
PLC is a small computer which is normally not capable of directly measuring electrical
signals from a sensor.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 66
If the piezoelectric element is connected directly to the receiver, also be measured cable
resistance between the two components giving a false reading. This error is dependent on
the cable length and temperature.
Employment:
Pressure transmitters are used to prevent loss of pressure or when a controller or PLC can
not directly measure the signal from a sensor resistance.
2.7. I / P converter
Instrument that receives standard andthe sends a signal in the form of modified standard
output signal. It differs from a transmitter or transducer, in that the measured variables
converter not directly, but only manipulates pressure current signal, is similar to an
electronic pressure transmitter ranges and are the same standard signal (3-15 psi and 4-
20 mA).
Operation:
The apparatus is comprised of a converter unit I / P, which operates according to the
system of compensation of forces and a volumetric flow amplifier connected downstream.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 67
The DC input (4) passes through the coil (2) located in the field of a permanent magnet
(3). In the rocking lever (1) counteracts the force of the coil, proportional to the electric
current, with the dynamic pressure force produced by the collision of the air jet exiting the
nozzle (7) against the plate rebound (6).
In the following table are the standardized values for a given power output is a standard
pressure:
3 psi 6 psi 9 psi 12 psi 15 psi
4 mA 8mA 12mA 16 mA 20mA
This table can take a little formula, the formula would be:
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 68
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 69
CHAPTER 3
CONTROL STRATEGIES AND PID CONTROLLER
3.1. Cascade control
The cascade control strategy is a significant improvement, in some applications,
performance, showing a feedback control which has been known for some time.
Computers allow implementing cascade controls are simpler, safer and less expensive
than those obtainable by using similar instrumentation.
Therefore, the availability of computers has provided that cascade control is implemented
now much more than before, when only analog instrumentation was used.
3.2. Reaction process with preheating
Figure 3.1 is considered a preheated oven where component A is fed to a reactor to
convert it into B by reaction. The reaction is exothermic and the heat released is removed
by a cooling fluid flowing through the jacket surrounding the reactor.
The control variable is considered as important, is the temperature in the reactor, TR, and
the control strategy implemented as variable to manipulate the flow of cooling fluid through
the jacket. The reactor inlet temperature was controlled by manipulating the flow of fuel
used in the kiln. It was noted during the commissioning of the process showed that the
liner not the capacity required for cooling, the valve regulating the flow of cooling fluid
remained open most of the time. Therefore, it was decided to open the valve and to control
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 70
the reactor temperature by manipulating the flow of fuel to the preheater as shown in FIG.
The strategy worked well enough to show good automatic control during commissioning.
Once the process was underway, the process engineer often observed that the reactor
temperature deviated considerably from the desired value causing the product was
obtained out of specification. After checking the tuning of the feedback controller to ensure
that the performance obtained was the best, the engineer began to look for possible
disruptions. Several mismatches were found around the same reactor (temperature and
cooling fluid flow and others) as well as in the oven (temperature variations in input A, the
calorific value of the fuel, air inlet temperature of combustion, etc.). Furthermore, the
engineer observed repeatedly in a moment, the temperature of the reagent to the
preheater inlet varied by as much as 25 ° C, a substantial mismatch.
It is simple to realize that the effect of a mismatch in the furnace stack causes a change in
the temperature thereof leaving the reagent, TH, and this in turn affects the temperature in
the reactor, TR. When the controller determines the TR error, manipulates the signal
regulating valve through which fuel flows. However, with too delays in the oven-reactor
process, it will take a considerable time for the temperature in the reactor reaches the
desired value again. Because of these delays, the simple feedback control shown in the
figure, will result in an overall cyclical control and slow.
A superior control strategy can be designed using the fact that the imbalances in the oven
first affect TH. It is logical, therefore, manipulating the throttle starting fuel flow as soon as
the variation is determined in TH before start changing TR. That is, the idea is not a bug in
TR expected to begin changing the manipulated variable. This control strategy utilizes an
intermediate variable, in this case TH, to reduce the effect of some dynamics in the
process.
This strategy consists of two sensors, two transmitters, two drivers and a control valve. A
sensor measures the secondary endpoint or intermediate, in this case TH, and the other
sensor measures the primary control variable, TR. To repeat, the furnace outlet
temperature is used as an intermediate variable to better control the reactor temperature,
which is the major target of control (control variable).
The strategy works as follows: TC101 controller reports on the reactor temperature and
decides how to handle the furnace outlet temperature to meet its desired value. The
decision is transmitted to TC102 as the desired value and this in turn manipulates the
signal transmitted to the valve through which fuel flows to maintain a desired value TH
required for TC101.
If one of the aforementioned mismatches occur in the oven, TH deviates from the desired
value and TC102 take appropriate corrective action, before TR switch. Therefore, the
dynamic elements of the process are separated to compensate for mismatches in the
furnace before they affect the primary control variable.
In general, the controller maintains the primary endpoint in the desired value is known as
the master controller, external or primary. The controller used to maintain a secondary
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 71
endpoint in the desired value required by the master controller is usually known as the
slave controller, internal or secondary.
3.3. Proportional Integral Derivative
A PID (Proportional Integral Derivative) is a feedback control mechanism that calculates
the deviation or error between a measured value and the value to be obtained, to
implement corrective action to adjust the process. The calculation algorithm of PID control
is given in three different parameters: the proportional, integral, and derivative. The
Proportional value determines the reaction of the current error. The Integral generates a
correction proportional to the integral of the error, it assures us that applying a sufficient
control effort, the tracking error is reduced to zero. The reaction Derivative determines the
time at which the error occurs. The sum of these three actions is used to adjust the
process via a control element as a valve position control or the power supplied to a heater,
for example. Adjusting these three variables in the PID control algorithm, the controller can
provide a control designed for what needed to perform the process. The response of the
controller can be described in terms of control response to an error, the degree to which
the driver reaches the "set point", and the degree of system oscillation. Note that the use
of PID control does not guarantee optimal control system or stability. Some applications
may only require one or two ways of providing this control system. A PID controller can
also be called PI, PD, P or I in the absence of the respective control actions. PI controllers
are particularly common since the derivative action is very sensitive to noise, and the
absence of the comprehensive process may prevent the desired value is reached due to
the action of control.
Practical examples
They want to control the flow of an input stream in a chemical reactor. Firstly one has to
put a flow control valve of said flow, and a flow meter in order to have a continuous
measurement of the circulating flow value. The controller will monitor the rate of flow is the
flow established by us that when an error is detected, will send a signal to the control valve
so that this will open or close correcting the measured error. And thus we have the desired
flow and necessary. The PID is a mathematical calculation, which sends the information is
PLC.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 72
They want to keep the internal temperature of a chemical reactor at its reference value. It
should be a control device of temperature (may be a heater, electrical resistance, ...), and
a sensor (thermometer). The P, PI or PID will be monitoring the variable (in this case
temperature). The moment that this is not the correct alert the control device so that this
act, correcting the error. Anyway, the right thing is to put a PID, if it is noisy, a PI, but P
does not serve us much since it would correct to the exact value.
Applications / Example
A very simple example that illustrates the basic functionality of a PID is when a person
enters a room. Initially open the hot water faucet to increase the temperature to an
acceptable value (also called "Setpoint"). The problem is that there may come a time when
the water temperature exceeds this value so the person has to open a little cold water
faucet to counter the heat and keep the balance. Cold water is adjusted to reach the
desired temperature. In this case, the human is the one who is exercising control over the
control loop, and is the one making the decisions to open or close any of the keys, but it
would be great if instead of us, was a machine which make the decisions and we want to
maintain the temperature.
This is the reason that the PID loops were fabricated. To simplify the work of operators
and exercise better control over operations. Some of the most common are:
• Temperature Ties (air conditioners, heaters, refrigerators, etc..).
• Ties Level (Level in liquids such as water tanks, dairy blends, oil, etc.).
• Pressure loops (to maintain a predetermined pressure in tanks, pipes, containers,
etc.).
• Flow Loop (keep the amount of flow in a line or tube).
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 73
CHAPTER 4
ANALYSIS PROCESS CONTROL POLYMERIZATION REACTOR N° 2. AREA
CHEMICAL - PVC PLANT.
SOCIEDAD PARAMONGA LTDA.
4.1. Process variables:
• Temperature
• Pressure
4.2. Process Description:
The polymerization process in the area of PVC Chemical Society Paramonga plant begins
with the introduction of the raw material (PVC polymers and other chemical additives) to
then by actuating the mixer (Mixer) is to start a chemical reaction which brings a result of
temperature increase inside the reactor, the TIC23 this setpoint set at 65 ° C, which is why
the aim is to maintain the mixture at that temperature for an abrupt increase and damage
the raw material unusable. When it reaches the setpoint (through a baffle of
thermocouples inside the tank with the PVC polymer) in the driver TIC23, this sends a
signal to the controller cascaded TIC24 which sends a signal to the i / p and this in turn will
send a signal TCV22 pneumatic valves (7-11 PSI for cooling water ingress), TCV23 (3-7
PSI for entering cooling water) or TCV24 (11 to 15 PSI for the entry of water vapor); if it
exceeds the temperature, a signal is sent to the cooling water ingress if this cooling
because the temperature drops much, the controller sends a signal to the steam valve
allow access and the temperature stabilizes at the setpoint. If there is an abrupt rise in
temperature, the controller activates the cooling water valve. Note that when entering
steam, this cooling water ejected or cooling in the tank, sending the signal through
comparison of the selector SW1 (compared to the cooling water inlet line (TT24) with
water when exiting the reactor type steam) finds that the water is at 80 ° C, if this is true, it
sends the cooling water from the well, otherwise not meet this match condition, sends it to
the cooling pit.
As a safety measure, the TT24 sends a signal to the 187 ° F (86 ° C) when the
temperature in the water entry exceeds this, cutting off the supply of steam in the system.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 74
At the end of the reaction and having obtained the desired mixture, the system shuts
down.
This was a clear example of how you can make a simple, accurate control in a polymer
reactor, safety measures and improved ability to remain.
ATTACHED DIAGRAM P & ID
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 75
CHAPTER 5
SCADA SYSTEM IMPLEMENTATION
5.1. PC SELECTION OF SUPERVISION
A typical monitoring PC has the following characteristics:
• Monitor 17 ".
• Intel Core 2 Duo 3.16 GHz
• Video Card 1 GB
• 150 Gb hard drive for data storage and alarm and historical records.
• 3 Gb RAM
• Operating System Windows 7 32-bit operation.
• LAN Card.
• Internet access.
Specifications are for the correct operation of the software elements, such as SCADA,
programming software, communications, etc.
5.2. SCADA SOFTWARE SELECTION OF SUPERVISION
Wonderware InTouch HMI.
InTouch software provides graphical display functions capabilities leading operations
management, control and optimization to a whole new level. That which is now known in
the industry as HMI (Human Machine Interface) began more than twenty years with
InTouch software. No other HMI on the market can match InTouch software in terms of
innovation, architectural integrity, device connectivity and integration, migration path of
software versions without interruptions and ease of use.
This results in standards-based systems that allow to maximize productivity, optimize user
effectiveness, improve quality and reduce operating costs, development and maintenance.
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 76
According to the user manual INTOUCH, has the following features:
• Provides a set of tools that make the work of managers, operators, supervisors and
engineers more friendly and easy to develop or operate the applications of
automated process control.
• Displays (unchanged) data from the production area of a plant or process in real
time from a PC connected to a local area network (LAN), also provides a useful
tool is to allow developers to create their own pre-configured objects (Wizards).
• INTOUCH allows end user-friendly interfaces, not only for designers but for anyone
who needs to operate the system, another advantage offered by InTouch is that
you can connect to SQL modules that satisfy the needs of requirements a variety of
reports in the industry especially at a management level.
Benefits
• Ease of use that allows developers and operators be more productive to simply
and quickly
• Greater integration of devices and connectivity to virtually all devices and systems
• Its graphical capabilities and allow interaction with its operations deliver the right
information to the right people at the right time
• Migration of software versions without interruption, which means that the
investment is protected HMI applications
• Capabilities
• Resolution independent graphics and intelligent symbols that visually bring life to
your installation directly on the computer screen
• Sophisticated scripting to extend and customize applications according to their
specific needs
• Alarms distributed real-time historical visualization for analysis
• Graphing historical trends and real-time integrated
• Integration with Microsoft ActiveX controls and controls. NET
• Library extensible with over 500 pre-designed objects and graphics, "smart" and
customizable
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 77
SCADA SYSTEM DESIGN
Based on the diagram P & ID system, SCADA system was structured, which has the
following structure:
Note that to be a simulation, data were used entirely "Memory Discrete and Real Memory".
SCREENSHOTS ATTACHED APPLICATION.
• User: JCALDERONC
• Password: INDUSTRIAL
Logueo
• P&ID
• Real Time Trend
• Control Panel
• Indicators
Screen of Process • Historic Trend
• CSV (Excel files)
Historics
REACTOR DE POLIMERIZACION
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 78
CONCLUSIONS
• identified that the control system is closed and the controlled variable is
temperature.
• Was clearly evident in the technical implementation of cascade control for proper
operation and simplification of control functions in the polymerization reactor.
• Identification of industrial instruments used is crucial for the correct modeling of the
production process.
• Control system installed is oversized in order to allow a future business add other
control elements of the system as found appropriate.
• For the future implementation of the system is given control planes to facilitate the
work of the musicians, thus reducing the possibility of failure in the implementation.
• We used correctly and in a large percentage capabilities provided by Wonderware
InTouch software with ArchestrA technology for monitoring SCADA system, the
model reflects the diagram designed P & ID system.
REFERENCES
• Modern Control Engineering. (Ogata)
• Heat transfer processes DONALD Q. KERN, 1999
• Practical Industrial networks: design, installation and troubleshooting; MacKay,
Park, Wright, Reynders, 2004.
• http://instrumentacionycontrol.net/instrumentacion/itemlist/category/15-
transmisores-y-equipos.html
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