exposicion topicos selectos procesos - equipo 1

7/27/2019 Exposicion Topicos Selectos Procesos - Equipo 1

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UNIVERSIDAD JUAREZ AUTONOMADE TABASCO

DIVISIN ACADEMICA DE INGENIERA YARQUITECTURA

INGENIERA QUMICA .

Tpicos selectos de procesos.Integrantes:

Sergio Antonio Lpez Celvera.Jess Adn Lpez Velzquez.

Jos Luis Snchez Cupil.Carlos Alberto Lpez de la Cruz.Jos Manuel Velzquez Crdova.

Jess Santiago Alejandro De la Cruz.


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Un mtodo heursticoes un enfoque que

aprovecha la estructura

del problema. Mediante

el uso de un conjunto

de reglas racionales,obteniendo una

solucin buena, es

decir cercana ala

optima o en ocasiones

la optima.


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Principios Heursticos: constituyen sugerencias para encontrar(directamente) la idea de solucin; posibilita determinar, por tanto, a

la vez, los medios y la va de solucin. Dentro de estos principios se

destacan la analoga y la reduccin.

Reglas Heursticas: actan como impulsos generales dentro delproceso de bsqueda y ayudan a encontrar, especialmente, los

medios para resolver los problemas. Las Reglas Heursticas quems se emplean son:

* Separar lo dado de lo buscado.

* Representar magnitudes dadas y buscadas con variables.

* Determinar si se tienen frmulas adecuadas.* Utilizar nmeros (estructuras ms simples) en lugar de datos.

* Reformular el problema.


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Los diagramas de bloques proporcionan: formas de bloque

normales y bloques en relieve para contrastar ideas, planear y

comunicar; formas de rbol para representar jerarquas, como los

rboles genealgicos o un torneo; y formas de capas parciales y

concntricas para crear diagramas de tipo cebolla.

Esquema general proceso de un proceso con una reaccin:


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Esquema general proceso de un proceso con reaccin yrecirculacin de las diferentes unidades de separacin


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El diagrama de cebolla

pertenece a la categora

de diagramas de bloques,

los cuales son la

representacin grfica del

funcionamiento interno de

un sistema, que se hace

mediante bloques y sus

relaciones, y que, adems,

definen la organizacin detodo el proceso interno,

sus entradas y sus salidas.


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Los diagramas de tipo cebolla se componen de crculosconcntricos. Cada crculo representa un proceso o componente

que depende del que tiene en su interior. En el centro se coloca

el ncleo, el concepto central del diagrama.

En un proceso qumico un enfoque similar al de la jerarqua para

el diseo conceptual o bsico de los procesos usa como pauta

para su desarrollo el diagrama de cebolla, que descompone un

sistema complejo en componentes de magnitud ms manejables.

Inicia con un diseo preliminar y por etapas se enriquece,

empezando con el subsistema de reactores.


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Cmo provocamos la separacin?

Qu es un agente mecnico de separacin y un agente energticode separacin?

agente energtico de separacin (AES)

agente mecnico de separacin (AMS), tal como disolvente oun absorbente.

Esta segunda fase se puede generar por medio de:

Si la mezcla que se ha de separar es una disolucin homognea de

una sola fase (gaseosa, lquida o slida), generalmente es precisogenerar una segunda fase antes de que pueda llevarse a cabo

econmicamente la separacin de una especie qumica.


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OPERACIONES DE SEPARACIN CONTINUA BASADAS ENLA TRANSFERENCIA DE MATERIA DE INTERFASE

Operacin bsica: Destilacin

Fase inicial o de alimentacin: Vapor y/o liquidoFase generada o aadida: Vapor y/o liquidoAgente de separacin: Transmisin de calor (AES) y a vecestransmisin de trabajo


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Operacin bsica: Lixiviacin

Fase inicial o de alimentacin: SolidoFase generada o aadida: LiquidoAgente de separacin: Disolvente liquido(ASM)

Operacin bsica: EvaporacinFase inicial o de alimentacin: LiquidoFase generada o aadida: VaporAgente de separacin: Transmisin decalor (AES)


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Operacin bsica: Extraccin liquido-liquido

Fase inicial o de alimentacin: Liquido

Fase generada o aadida: LiquidoAgente de separacin: Liquido disolvente(AMS)

Operacin bsica: SecadoFase inicial o de alimentacin: Liquido ycon frecuencia solido

Fase generada o aadida: VaporAgente de separacin: Gas (AMS) y/otransmisin de calor (AES).


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Secuencias de separacin.

Conversiones menores a 100% en reactores industriales.

Se tienen varios reactivos y productos.La corriente de salida es seguida por un sistema de

separacin.

El problema bsico: Especificar la corriente que contiene

los productos.

Los procesos de separacin se pueden clasificar en dos

tipos:

Separaciones directas (Ejemplo: Destilacin), y

Separaciones indirectas (Ejemplo: extraccin, absorcin).


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Seleccin de procesos de separacin:

El problema inicial consiste en seleccionar el mtodo de separacin

adecuado de acuerdo a las caractersticas de la mezcla. Algunos puntosque se toman como gua son:

Bsqueda de propiedades fsicas: Rechazar alternativas querequieren condiciones de operacin extremas (muy altas o muy baja)

para llevar a cabo la separacin.

Valor del producto: Dependiendo el valor del producto habr opcionesque pueden ser recomendables para productos caros que no tendran

economa favorable para productos baratos.

Dao al producto: es importante cuidar que la adicin de calor o dealgn componente externo no dae el producto.


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Tcnicas de sntesis de sistemas de separacin:

La sntesis de sistemas de separacin se puede hacer siguiendo 2

enfoques generales:

Mtodos heursticos, y

Mtodos algortmicos.

Los mtodos heursticos estn basados en la experiencia y proveen

una tcnica rpida para la obtencin de una secuencia de separacin.

Los mtodos algortmicos se basan en el uso de tcnicas formales de

optimizacin y requieren el uso de computadora.


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El problema de la sntesis de sistemas de separacin se complica por la

naturaleza combinatoria del problema.

Tabla 8.3 Jimnez Gutirrez Arturo - Diseo De Procesos En Ingeniera

Qumica Revert.


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Para una mezcla de 3 componente: ABC (A ms voltil, C ms

pesado)

Se pueden generar 3 subgrupos que dan origen a problemas de

separacin: ABC, AB, BC.Se pueden generar 2 secuencias diferentes de separacin para este

caso, lo cual incluye 4 subproblemas de separacin consistentes en 4

diferentes columnas de destilacin.

Secuencia # 1. Secuencia # 2.

Figura 8.2 Jimnez Gutirrez Arturo - Diseo De Procesos En Ingeniera

Qumica Revert.


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Uso de reglas heursticas.

Las reglas heursticas se basan en la experiencia que se ha

adquirido sobre la operacin y diseo de procesos existentes.

Rudd, Powers y Siirola reportan las siguientes reglas heursticaspara procesos de separacin.

1.Elegir el mtodo de separacin primero.

2.Cuando sea posible, reducir la carga de separacin mediantedivisin y mezclado de corrientes.

3.Tratar de separar los componentes ms abundantes primero.

4.Separar los componentes corrosivos y peligrosos primero.

5.Hacer la separacin ms difcil a lo ultimo.


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REGLAS HEURISTICAS PARA DETERMINAR UNASECUENCIA DE SEPARACION.

Clasificacin de las

reglas heursticas


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El mtodo heurstico consiste en la aplicacin de las siguientes reglas

heursticas una por una en el orden establecido.

(M1) Favorecer la destilacin ordinariay remover el agente de separacin

msico primero (MSA).

Consideraciones: si Lk, HK< 1.05 O1.10 emplear AMS. Al emplear AMS,removerlo en el separador inmediato

siguiente.

(M2) evitar ladestilacin al vacio o eluso de refrigerantes

Consideraciones: si serequiere vacio en la

destilacin, considerarextraccin (L-L)

Si se requiererefrigerante, considerar

adsorcin

(D1) favorecer secuencias que den el mnimo numeronecesario de productos

Consideraciones: favorecer secuencias que den los productosdirectamente sin necesidad de mezclarlos.


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(S1) remover loscompuestoscorrosivos o

peligrosos primero

(S2) dejar lasseparaciones difciles al

final

Consideraciones: siLK,HK 1, la separacinse har en ausencia decomponentes no clave

(C1) remueva elcomponente mas

abundanteprimero

(C2) favorezca unaseparacin equimolar

(50/50)

Consideraciones:establecer la

separacin para el

coeficiente de facilidadde separacin (CES)

mas alto


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CES= f X

destilados/fondos= D/B

f= fondos/destilados=B/Del que resulte menor o igual a 1

donde:

f= razn de flujo molar de los productos

B: flujo molar de fondosD: flujo molar de destilado

:diferencia entre la propiedad fsica o qumica a evaluar entre los

componentes a separar.

Generalmente: =T (diferencia entre los puntos de ebullicin)

=(-1) x 100

= volatilidad relativa


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Ejemplo: determine la mejor secuencia de separacion por medio de la

aplicacin de las reglas heuristicas definidas por Nagdir & Liu[5], para

una mezcla de cinco hidrocarburos ligeros tal que se obtenga cinco

productos por destilacion, la alimentacion esta dad por:

Especie fraccion

(A) propano 0.05

(B) i- butano 0.15(C) n-butano 0.25

(D) i-pentano 0.20

(E) n- pentano 0.35


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Especie fraccion

(A) propano 0.05

(B) i- butano 0.15

(C) n-butano 0.25

(D) i-pentano 0.20

(E) n- pentano 0.35

Volatilidad

relativa ( )

CES

2.00 5.263*

1.33 8.25

2.40 114.545

1.25 13.462**


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Aplicando el mtodo heurstico

1.Reglas M1 y M2. usar destilacin ordinaria con refrigeracin a alta presin

2.Reglas D1 y S1. no son aplicables

3.Regla S2. la separacin D/E tiene menor volatilidad relativa (=1.25) por lo

que se realizara al final en ausencia de los dems componentes

4. Regla C1. se anula por la aplicacin de la regla S2

(*) CESA/BCDE= fA/BCDE X A/BCDE

D/B= (0.05) / (0.15 + 0.25 + 0.35) = 0.5263

= x (2-1) x100= 5.263

B/D= (0.15 + 0.25 + 0.35) / (0.05) = 19

(**) CESABCD/E= fABCD/E XABCD/E

D/B= (0.05 + 0.15 + 0.25 + 0.2) / (0.35) = 1.8571

= x(1.25-1)*100=13.462

B/D= (0.05 + 0.155 + 0.25 + 0.2) / (0.35) = 5.385


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5. Regla C2. CESABC/DE= es la mayor.CESABC/DE=114.54

Especie fraccion

(A) propano 0.05

(B) i- butano 0.15

(C) n-butano 0.25

Volatilidadrelativa ( )

CES

2.00 12.5

1.33 26.4

Regla C2. CESAB/C= es la mayor.CESAB/C= 26.4


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Finalmente, se tiene que la mejor secuencia de separacin es la

siguiente

A

B

CD

E

A

C

AB

A

B

C

B

DE

D

E


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Ejemplo 1:

Determinacin de las condiciones de operacin para lasunidades de separacin a travs del uso de programas

de simulacin.

Clave Especie Fraccin mol en la alimentacin

A Propano 0.05B Isobutano 0.15Clave n-Butano 0.25D isopentano 0.2E n-Pentano 0.35


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Secuencia de separacin obtenido anteriormente:


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Datos para el diseo de las columnas de destilacin:

Separador

Presin de operacin del

Domo (kPa)

Relacin de

reflujo real

1 450 2.562 680 7.83

3 210 11.67

4 900 3.65


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Bibliografa:

Jimnez Gutirrez Arturo - Diseo De Procesos En IngenieraQumica - Editorial Revert.

Seider, W.D., Seader, J.D, Lewin, D.R (2003) Product &Process Desing Principles: Synthesis, Analysis, andevaluation.

Nagdir, V.M. & Liu, Y.A. (1989), Studies in Chemical Process

Design and Synthesis.

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