Di Bujo de Ingenieria

Dibujo de ingeniera

Tema : Tuberas

Universidad Nacional Mayor de San MarcosFacultad de Qumica e Ingeniera Qumica

Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera QumicaDepartamento Acadmico de Anlisis y Diseo de Procesos

Mg. Ing . CIP Oscar Nez Venegas

Descripcin

Diagramas de flujo

Diagramas de Flujo de Bloques (DFB)

Diagramas de Flujo de Procesos(DFP)

Diagramas de Instrumentos y Tuberas (DI&T)

Otros diagramas comunes

Diagramas de distibucin de plantas en 3-D

3 Niveles de Diagramas

Diagrama de Flujo de Bloques (DFB)

Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)

Diagramas de Instrumentos y Tuberas (DI&T)referido freecuentemente como Diagrama de Flujo Mecnico.

Aumenta Aumenta el

Complejidad entendimiento

conceptual

Como ingenieros qumicos, estamos familiarizados con DFB y DFP.

El Diagrama de Flujo de Bloques (DFB)

El DFB muestra el retrato global delprocesamiento de un complejoqumico.

El flujo de materias primas y productospueden incluirse en un DFB.

El DFB es una vista superficial de lainstalacin la informacin de IQ est nose considera.

Definiciones de DFB

Diagrama de Flujo de Procesos en Bloques

Similar a los esquemas en balances demateria y energa.

Diagrama de Flujo de Planta en Bloques

Da una vista general de una gran plantacompleja.

Fig. 1.1. Diagrama de Flujo de Procesos de Bloques para la produccin de benceno.

ReactorSeparador

de gas

Lquidosmezclados

Gas de mezcla

Tolueno

Hidrgeno

Benceno

Tolueno

Reaccin:

Conversin 75% de tolueno

Desarrollando un Proceso

El producto objetivo es 37% de formaldehdo en agua, conocido como formalina.

Ocurre en un catlizador de plata a 200 oC y 2 3 atm de presin.

La reaccin 1 es la reaccin predominante.

Desarrolle un un DFB que describa el proceso.

Punto de ebullicin del formaldehdo puro = -19,3 oCPunto de ebullicin de la Formalina = 96 oC

Figura 1. Unidad 800 Produccin de Formalina a partir de Metanol

R. Turton and J. A. Shaeiwitz -Copyright 2008

El diagrama de flujo de planta en bloques

Figura 1.2 DFB de un proceso de conversin de carbn a combustibles a base de alcoholes superiores.

Un proceso de destilacin que consume 85 % menosenerga que los mtodos tradicionales (Chem . Eng., april2012 ) .

El Diagrama de Flujo de Procesos

El DFP muestra toda lainformacin de ingenera delproceso.

La topologa del procesomuestra la conectividad detodas las corrientes y elequipo.


DFP para la produccin de benceno por medio de la hidrodesalquilacin de tolueno.


El Diagrama de Flujo de ProcesosTabla 1.2 : Convenciones utilizadas para la Identificacin de Equipos de Procesos

Equipo de Proceso Formato General XX-YZZ A/B

XX Clasiicacin para el equipo

C - Compresor o Turbina

E - Intercambiador de calor (Heat Exchanger)

H Calentador a llama (Flame Heater)

P Bomba (Pump)

R - Reactor

T - Torre

TK - Tanque de almacenamiento (Storage Tank)

V Recipiente (Vessel)

Y designa un rea dentro de la planta

ZZ designacin numrica para c/item en una clase de equipo

A/B identifica unidades en paralelo o de respldo no mostradas en el DFP

Informacin

Suplementaria

Descripcin adicional del equipo dado en la parte superior del DFP

Numerando el equipo

XX-

XX representa una designacin de 1 o 2 letraspara el equipo [P = bomba (pump)]

Y es el nmero de la unidad de 1 o 2 dgitos (1-99).

ZZ designa el nmero de equipo para la unidad(1-99).

A/B/ representa la presencia de equipo derepuesto.

Numerando el equipo

As, T-905 es la 5ta torre en la unidadnovecientos , P-301 A/B es la 1era bomba enla unidad trescientos ms un repuesto.

Use letras que no sean ambiguas para unnuevo equipo; p.e., par turbina use Tb o J noT (usada para torre)

Reemplace el viejo recipiente V-302 conuno nuevo de diferente diseo - use V-319(p.e.) no V-302 ya que puedeconfundirse con el V-302 original.

Dibujando y numerando corrientes

Numere corrientes de izquierdad a derechatanto como sea posible.Las lneas horizontales son dominates.

s no no

Dibujando y numerando corrientes

Aada flechas para:

Cambio de direccin.

Entrada de equipo.

Las corrientes de servicios generalesdeberan usar las convenciones dadascomo lps (low pressure steam), cw(cooling water) , fg (fuel gas), etc.

Informacin de la corriente

Ya que los diagramas son pequeos, nose puede incluir mucha informacin delas corrientes.

Incluya datos importantes alrededorde reactores y torres, etc.

Se usan etiquetas vea el diagrama deHAD de tolueno.

Los datos completos de las corrientes , seincluyen en una tabla resumen de flujos.


Informacin de Corrientes - DistintivosProductos de combustin

Gas combustible

Tabla 1.3 Convenciones para identificar corrientes de servicos generales y de procesos

Corrientes de procesosTodas las convenciones mostradas en la tabla 1.1 se aplican.El smbolo del rombo se localiza en las lneas de flujo. La identificacin numrica nica para esa corriente) se inserta en el rombo.La direccin del flujo de muestra por medio de en las lneas de flujo.

Corrientes de servicios generales (Utility Streams)lps Low-pressure Steam (vapor a baja presin) : 3-5 barg (sat) 1mps Medium-pressure Steam (vapor a mediana presin) : 10-15 barg (sat)hps High-pressure Steam (vapor a alta presin) : 40-50 barg (sat) *htm Heat Transfer Media (Medios de trasnferencia de calor) (Orgnico): to 400Ccw Cooling Water (agua de enfriamiento): Desde la torre de enfriamiento a 30C

retornado a menos de 45Cwr River Water (agua de ro): Del ro a 25C retornado a meos de 35Crw Refrigerated Water (agua refrigerada) : Ingresa a 5 C returnada a menos de 15Crb Refrigerated Brine (salmuera refrigerada) : Ingresa a 45C returnada a menos de 0Ccs Chemical Waste Water with high COD (agua qumica residual con alta DQO)SS Sanitary Waste Water with high BOD, etc. (agua sanitaria residual con DBO, etc.)el Electric Heat/calor de una resistencia elctrica (especifique servicios de 220, 440,660V)ng Natural Gas (gas natural)fg Fuel Gas (gas combustible)fo Fuel Oil (aceite combustible)fw Fire Water (agua para incendios)

$ Estas presiones se establecen durante las etapas de diseo preliminar y los valores tpicosvaran dentro de los rangos mostrados.T Por encima de 45C, ocurre un incremento significativo.


Diagrama de Flujo de Procesos

Informacin EsencialNmero de corrienteTemperatura ( C)Presin (bar)Fraction de Vapor Flujo Msico Total (kg/h)Flujo Molar total (kmol/h)

Flujo individuales por componentes (kmol/h)Informacin Opcional

Fraciones molares por componentesFracciones msicas por componentes

Flujo Msico por componente Individual (kg/h)Flujo Volumtrico (m3/h)Propiedades Fsicas Significativas

DensidadViscosidadOtros

Datos TermodinmicosCapacidad CalorficacEnta pa de la corrienteValores KNombre de la corriente.

Tabla 1.4: Informacin en un resumen de flujo

Nmero de la Corriente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Temperatura (C) 25 59 25 225 41 600 41 38 654 90

Presin (bar) 1.90 25.8 25.5 25.2 25.5 25.0 25.5 23.9 24.0 2.6

Fraccin de Vapor 0.0 0.0 1.00 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.0

Flujo Msico (tonne/h) 10.0 13.3 0.82 20.5 6.41 20.5 0.36 9.2 20.9 11.6

Flujo Molar (kmol/h) 108.7 144.2 301.0 1204.4 758.8 1204.4 42.6 1100.8 1247.0 142.2

Flujo Molar por Componente

(kmol/h)

Hidrgeno 0.0 0.0 286.0 735.4 449.4 735.4 25.2 651.9 652.6 0.02

Mettano 0.0 0.0 15.0 317.3 302.2 317.3 16.95 438.3 442.3 0.88

Benzceno 0.0 1.0 0.0 7.6 6.6 7.6 0.37 9.55 116.0 106.3

Tolueno 108.7 143.2 0.0 144.0 0.7 144.0 0.04 1.05 36.0 35.0

Una porcin de la Tabla 1.5

Tabla 1.6 Descripciones de Equipos para DFP y DI&TsTipo de Equipo

Descripcin de equipoTorres

Dimensin (altura y dimetro), Presin, TemperaturaNmero y tipo de platos

Altura y tipo de empaqueMateriales de ConstruccinIntercambiadores de Calor

Tipo: Gas-Gas, Gas-Lquido, Lquido-Lquido, Condensador, VaporizadorProceso: Flujo calorfico, rea, Temperatura, y Presinpara ambas corrientes

No. of pasos por el casco y tubosMateriales de Construccin: Casco y tubos

TanquesVea recipientes

RecipientesAltura, Dimetro, Orientacin, Presin, Temperatura, Materiales de Construccin

Bombas

ConstruccinCompresores

Caudal de entrada real,, Temperatura, Presin, Tipo de tranmisor ,potencia de eje,Materiales de ConstruccinCalentadores (a llama)

Tipo, Presin en los tubos, Temperatura en los tubos, Flujo calorfico, Combustible, Material de ConstruccinOtros

Suministrar informacin crtica

Circuitos de control bsicos

Frecuentemente los circuitos decontrol bsicos (aquellos queinvolucran el mantenimiento de loscontroles del balance de materia yde los reactores) se incluyen elDFP; no se muestran lainstrumentacin y otros circuitos decontrol.


Circuitosde

control bsicos

Informacin del equipo

Los equipos se identifican por unnmero y etiqueta (nombre)posicionado encima del equipo en elDFP.

Los datos bsicos tales como tamao ydatos claves se incluyen en una tablaseparada (Tabla resumen de equipo) latabla 1.7.

Informacin del equipo

Recipiente V-101 V-102

Temperatura (C) 55 38

Presin (bar) 2,0 24

Orientacin Horizontal Vertical

Material de Construccin CS

(acero al carbono)

CS

(acero al carbono)

Dimensiones

Altura/Longitud (m) 5,9 3,5

Dimetro (m) 1,9 1,1

Partes Internas - s.p. (splash plate)Salpicaderoo plato difusor

Una seccin de la tabla 1.7: Resumen del equipo

Resumen del DFP

El DFP, la Tabla Resumen deEquipos y la Tabla Resumen deflujos repersentan elDFP.

Esta informacin es suficiente parauna estimacin preliminar de lainversin de capital y el costo demanufactura.

El Diagrama de Instrumentos y Tuberas(DI&T)

DI&T Biblia de la construccin

Contiene: informacin de laconstruccin de la planta ( tuberas,proceso, instrumentacin y otrosdiagramas).

Las convenciones para lainstrumentacin se muestran en lafigura 1.10

Diagrama de instrumentacin y tuberas para el ejemplo del proceso de destilacin (Chem. Eng., april 2012)

Vista del V -102 en el DI&T

V-102 contiene un EN (Elemento deNivel)

EN mide el nivel del lquido en elseparador y ajusta la velocidad de flujoa la que abandona.

EN abre y cierra una vlvuladependiendo del nivel del lquido.

EN y la vlvula representan un circuitode control con retroalimentacin.

Otros diagramas comunes

Planos de grficos un plano omapa dibujado mostrando unavista superior de la planta(dibujado a escala con todos losprincipales equipos identificados).

Diagramas de elevacin - muestranuna vista lateral y dan informacinacerca de la distancia de losequipos desde el suelo.

Diferentes tipos de Distribucin de Planta : (a) Disposicinen lnea horizontal montado en plataforma .

Diferentes tipos de distribucin de plantas: (b) Disposicin vertical montado en estructura.

Espaciamiento mnimo recomendado (en pies) entreequipo de proceso para refinera, plantas qumicas ypetroqumicas .

BombasCompresoresReactoresTorres y recipientesIntercambiadores

Bombas M 25 M M M

Compresores M M 30 M M

Reactores M 15 M

Torres M M

Intercambiadores M

M= Mnimo para acceso de mantenimiento

Fuente: Process Plant Layout and Piping Design, E. Bausbachery R. Hunt, 1994, reimpresocon

el permiso de Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey.

Dimensiones y marcas aproximadas del intercambiador E -202

Elevacin lateralElevacin del extremo

Vista del plan piloto (de arriba hacia abajo) mostrando el tamao aproximado de foofprint

El efecto de localizacin de los equipos sobre la facilidadde acceso para mantenimiento, instaslacin y retiro .

Posible disposicin de equipos para la seccin de alimentacin yreactor de la instalacin de DME, Unidad 200 .

Soporte de tuberas

Esquema que ilustra las razones para la elevacin de la columna de destilacin

Torre de destilacin

Nivel de operacin ms bajo de la columna

Carga esttica de 3-5 m para evitarcavitacin o para suministrar la fuerzatransmisora para el evaporador determosifn .

Bomba de productos de fondos

Falda de la columna

Grado

Evaporador de termosifn horizontal (o vertical)

Razones para equipo elevadoEquipo a ser elevado Razn para la elevacin

Columnas o recipientes Cuandoel NPSHdisponiblees demasiadobajo para evitar la cavitacinen la bombade descarga,el equipodebeserelevado

Columnas Para suministrar una carga transmisoraparalos evaporador4s de termosifn.

Algn equipo que contiene pasta o slidos suspendidos

Para proveer el flujo por gravedad delquidosque contienen slidosque evitanel usode bombasde pastaproblemticas.

Condensadores de contacto baromtricos Esteequipo se utiliza para producir vacoexpandiendovapor a alta presina travsde un eyector. Los condensablesen elvaporseeliminanpor contactodirecto conun atomizadorde aguafra. La tubera decola de tal condensadorest sellado conuna"pierna" de 34piesde agua.

Tanque crtico de agua contra incendios (o tanque de retencin de agua de enfriamiento)

En algunos casos, el flujo de agua esabsolutamentecrtico,p.e., en luchacontraincendios u operacionesde enfriamientocrtico. Eltanqueprincipalde suministrodeagua para estas operacionespuede serelevado para suministrar la suficientepresinde aguaparaeliminar la necesidadparabombasdealimentacin

Otros Diagramas comunes (cont.)

Vistas Isomtricas de Tuberasmuestran tuberas en 3-D.

Esquemas de recipientesmuestran las dimensiones clavesde los equipos y localizacionesde entrada y salida de toberas,etc.

Modelos a escala y plantas virtuales

Hace 25 aos se usaban modelos fsicos para surevisin.

Ahora se generan modelos virtuales oelectrnicos utilizando software (diagramas depalnta en 3-D).

Propsito de los modelos apreciar errores talescomo:

Conflictos entre tuberas.

Tuberas desalineadas.

Equipo poco accesible.

Puntos de muestreo de poco acceso para losoperarios.


Diagramas de Plantas en 3-D

Vista isomtrica de un modelo de distribucin de

planta en 3-D para el proceso de DME

(cortesa de Cadcenter Inc.)

Representacin 3-D de la

disposicin preliminar de

equipos para el proceso DME.

Representacin 3 -D de las secciones de alimentacin y reactor del modo de proceso DME.

Resumen

Los tres principales diagramas (DFB, DFP yDI&T) se utilizan para transmitir lainformacin tcnica especfica acerca de unproceso.

Es importante aadir estndares comnespara estos diagramas para evitar confusin.

La informacin sobre la disposicin de losequipos es ms claramente transmitido atravs de un diagrama de distribucin de laplanta.

Diagrama de flujo para la

obtencin de AlquilBenceno sulfonato

(ABS).

Diagrama de flujo

para obtencin de cido

ntrico por oxidacin

de amoniaco.

Diagrama de flujo del proceso de hidrogenacin de nitrobenceno para la obtencin de la anilina.

Diagrama de flujo del

proceso para la

obtencin de acetona

Diagrama de flujo del proceso de -Galactosidasa

Las especificaciones de equipo se resumenen forma de tablas incluidas en el el reportede diseo final. Estas tablas incluyen:

1. Columnas (destilacin)

Nmero de platos y condiciones de operacin.

Dimetro de columna.

Materiales de construccin.

Distribucin de platos.

2. Recipientes

Tamao (depende del tiempo de retencindeseado).

Material de construccin.

Algn empacado o deflectores.57

Evaporador de termosifn

59

60

Vista lateral del

evaporador

Haz de tubos del evaporador

61

Recipientes

62

63

Recipiente

64

Recipiente

3. Reactores

Tipo de catalizador y tamao.

Dimetro y espesor del lecho.

Instalaciones de intercambio del lecho.

Instalaciones de intercambio de calor.

Arreglos de regeneracin y de ciclos.

Materiales de construccin.

4. Intercambiadores de calor y hornos

Flujo calorfico.

Media logartmica de diferencia de temperaturas.

Porcentaje vaporizado.

Cada de presin deseada.

Material de construccin.

65

ReactorCSTR

66

Reactor para reacciones

exotrmicas

67

68

Reactor Tubular

69

Intercambiador de calor: Condensador

70

Vista del condensador con haz de tubos y deflectores

Hornos para cermicos

71

72

Horno

Horno 73

74

Horno elctrico

5. Bombas y compresores

Tipo especfico.

Requerimiento de potencia, cada de presin, gravedades, viscosidades

Presiones de trabajo.

6. Instrumentos

Designar funcin.

Requerimiento particular.

7. Equipo especial.

Especificaciones para separadores mecnicos, mezcladores, secadores, etc.

75

Bomba centrfuga

76

Compresor 77

78Cicln

Separadores mecnicos

Separadores mecnicos

79Hidrociclones

Secador d e lecho

fluidizado

80

81

Secado por

atomizado

Antes de un diseo detallado estimado hay que

considerar los siguientes factores:

1. Procesode fabricacin.

2. Balancesde materia y energa.

3. Rangosde temperatura y presin.

4. Especificaciones de materia primas yproductos.

5. Rendimientos, velocidades de reacciny ciclos de tiempo.

6. Materiales de construccin.

7. Requerimientos de servicios generales.

8. Ubicacinde la planta.82

Comparacin de diferentes procesos

1. Factores tcnicos

a. Flexibilidad del proceso.

b. Operacin continua.

c. Controles especialesinvolucrados.

d. Rendimientos comerciales.

e. Dificultades tcnicas involucradas.

f. Requerimientos de energa.

g. Auxiliares especialesrequeridos.

h. Posibilidadde futuros desarrollos.

i. Riesgosde salud y salud involucrados. 83


2. Materia primas.

a. Disponibilidad presente y futura.

b. Procesamiento requerido.

c. Requerimiento de almacenamiento.

d. Problemas en el manejo de materiales.

3. Productos y subproductos de desperdicio

a. Cantidad producida.

b. Valor.

c. Mercado y usos potenciales.84


4. Equipo.

a. Disponibilidad.

b. Materiales de construccin.

c. Costos de mantenimiento e instalacin.

e. Requerimientos de reemplazo.

f. Diseos especiales.

85

Comparacin de diferentesprocesos

5. Localizacin de la planta

a. Cantidad de terreno requerido.

b. Instalaciones de transporte.

c. Proximidad a los mercados y fuentes demateria prima.

d. Disponibilidad de instalaciones deservicio y potencia.

e. Disponibilidad de mano de obra.

f. Clima.

g. Restriccioneslegales e impuestos. 86


6. Costos

a. Materias primas.

b. Energa.

c. Depreciacin.

d. Otros cargos fijos.

e. Procesamiento y sobrecargas.

f. Requerimientos especiales de mano de obra.

g. Estado real.

h. Derechos de patentes.

i. Controles ambientales.87


7. Factor tiempo.

a. Trmino del proyecto.

b. Desarrollo del proceso requerido.

c. Mercado indeterminado.

d. Valor del dinero.

8. Consideraciones del proceso.

a. Disponibilidad de energa.

b. Materias primas comunes en otros procesos.

c. Consistencia del producto dentro de lacompaa. 88

Diseo y especificaciones de equipos

El ingeniero qumico debe suministrarla informacin de diseo bsico.

Datos de diseo :

- Dimensiones.

- Condicionesde operacin.

- Nmero y localizacinde aberturas.

- Cdigos, etc.

89

Incremento de la escala en el diseo

Se deben llevar a cabo pruebas a nivelpiloto de:

- Cristalizadores agitados por lotes deproducccin.

- Reactores continuos o por lotes deproduccin.

- Molinos de martillo.

- Filtros de marcos y platos.

- Filtros rotativos.

90

Cristalizadores

91

Molino de martillos

92

Filtro de marcos y platos

93

Filtro rotativo

94

Incremento de la escala en el diseo

Cuando no se dispone de datosprecisos en la literatura o cuando laexperiencia pasada no da una baseadecuada de diseo, pueden hacersenecesarias pruebas en plantas deensayos (pilot plan) para disearequipo de planta efectivo.

95

Factores de seguridad/Especificaciones1. Identificacin.

2. Funcin.

3. Operacin.

4. Materiales manejados.

5. Datos bsicos de diseo.

6. Controles esenciales.

7. Requerimiento de aislamiento.

8. Tolerancias permitidas.

9. Informacin especial y detalles pertinentes alequipo particular (materiales de construccin,instalacin, fecha de envo, soportes y detalles ocomentarios de diseo especial).

96

Antes de un diseo detallado estimado hay queconsiderar los siguientes factores:

1. Proceso de fabricacin.

2. Balance de materia y energa.

3. Rangos de temperatura y presin.

4. Especificacionesde materias primas y productos.

5. Rendimientos, velocidades de reaccin y ciclos detiempo.

6. Materiales de construccin.

7. Requerimientos de servicios generales.

8. Ubicacin de la planta.

97

Consideraciones generales de diseo

1. Riesgos de salud y seguridad.

a. Fuentes de exposicin.

b. Evaluacin de la exposicin.

c. Control de riesgo a la exposicin.

d. Riesgos de inflamacin y explosin.

e. Seguridad del personal.

f. Regulacin de seguridad.

g. Posibilidad de futuros desarrollos.

98

Consideraciones generales de diseo

2. Prevencin de prdidas .

3. Estudio de riesgo y operatividad(Hazops Study )

a. Anlisisdel rbol de fallas.

b. Modo de falla y anlisis del efecto.

c. ndices de seguridad.

d. Auditoras de seguridad.

99

Consideraciones generales de diseo4. Proteccin ambiental.

a. Regulaciones ambientales.

b. Desarrollo de un sistema de control de la contaminacin.

c. Abatimiento de la contaminacin del aire.

* Separacin de partculas.

* Separacin de gases nocivos.

d. Abatimiento de la contaminacin del agua.

* Tratamiento fsico.

* Tratamiento qumico.

* Tratamiento biolgico.

e. disposicin de desperdicios slidos

* Reciclaje y conversin qumica.

* Incineracin.

* Pirlisis.

* Rellenos sanitarios.

f. Control de contaminantes.

g. Control de ruidos100

Consideraciones generales de diseo5. Localizacin de la planta.

a. Disponibilidad.

b. Mercados.

c. Disponibilidad de energa.

d. Clima.

e. Instalaciones de transporte.

f. Suministro de agua.

g. Disposicin de desperdicios.

h. Suministro de mano de obra.

i. Restricciones legales e impositivas.

j. Caractersticas del lugar.

k. Proteccin contra inundaciones e incendios.

l. Factores de la comunidad101

Distribucin de la planta1. Nuevo lugar de desarrollo o adicin al

lugar desarrollado previamente.

2. Tipos y cantidad de productos a serproducidos.

3. Tipo de proceso y control de producto.

4. Convenienciay accesibilidadoperacional.

5. Distribucin econmica de serviciosgenerales y otros servicios.

6. Tipo de edificaciones y requerimientos decodificacin de edificaciones.

102

Distribucin de la planta

7. Consideracionesde salud y seguridad.

8. Requerimientos de disposicin dedesperdicios.

9. Equipo auxiliar.

10. Disponibilidad espacial y espaciorequerido.

11. Caminosy vas frreas.

12. Posiblesfuturas expansiones.

103

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