Diseño de procesos en ingeniería química
En ingeniería química , el diseño de procesos es la elección y secuenciación de unidades para la transformación física y/o química deseada de los materiales. El diseño de procesos es fundamental para la ingeniería química y puede considerarse la cumbre de ese campo, ya que reúne todos los componentes del campo.
El diseño de procesos puede ser el diseño de nuevas instalaciones o la modificación o ampliación de instalaciones existentes. El diseño comienza a nivel conceptual y finalmente termina en forma de planos de fabricación y construcción.
El diseño de procesos es distinto del diseño de equipos, que se parece más al diseño de operaciones unitarias. Los procesos suelen incluir muchas operaciones unitarias .
Documentación
Los documentos de diseño de procesos sirven para definir el diseño y garantizar que los componentes del mismo encajen entre sí. Son útiles para comunicar ideas y planes a otros ingenieros que participan en el diseño, a agencias regulatorias externas, a proveedores de equipos y a contratistas de construcción.
En orden de creciente detalle, los documentos de diseño de procesos incluyen:
- Diagramas de flujo de bloques (BFD): Diagramas muy simples compuestos de rectángulos y líneas que indican los principales flujos de material o energía.
- Diagramas de flujo de procesos (PFD): Son diagramas típicamente más complejos de las principales operaciones unitarias, así como líneas de flujo. Suelen incluir un balance de materiales y, a veces, un balance de energía, que muestra los caudales típicos o de diseño, las composiciones de las corrientes y las presiones y temperaturas de las corrientes y los equipos. Es el documento clave en el diseño de procesos. [1]
- Diagramas de tuberías e instrumentación (P&ID): diagramas que muestran cada una de las tuberías con su clase (acero al carbono o acero inoxidable) y el tamaño de la tubería (diámetro). También muestran las válvulas junto con las ubicaciones de los instrumentos y los esquemas de control de procesos .
- Especificaciones : Requisitos de diseño escritos de todos los elementos principales del equipo.
Los diseñadores de procesos suelen redactar manuales operativos sobre cómo poner en marcha, operar y detener el proceso. A menudo también desarrollan planes de accidentes y proyecciones de la operación del proceso en el medio ambiente.
Una vez construida la planta de procesamiento, se conservan los documentos para que el personal operativo pueda consultarlos. Los documentos también son útiles cuando se planean modificaciones en la planta.
Un método principal para desarrollar los documentos de proceso es el diagrama de flujo del proceso .
Consideraciones de diseño
La conceptualización y las consideraciones del diseño pueden comenzar una vez que se definen los objetivos y se identifican las limitaciones.
Los objetivos que un diseño puede intentar alcanzar incluyen:
Las restricciones incluyen:
- Costo de capital: inversión requerida para implementar el diseño, incluido el costo del equipo nuevo y la eliminación del equipo obsoleto.
- Espacio disponible: el área de terreno o habitación en el edificio para colocar equipo nuevo o modificado.
- Preocupaciones de seguridad : riesgo de accidentes y de materiales peligrosos.
- Impacto ambiental y efluentes , emisiones y producción de residuos proyectados .
- Costos de operación y mantenimiento.
Otros factores que los diseñadores pueden incluir son:
- Fiabilidad
- Redundancia
- Flexibilidad
- Variabilidad anticipada en la materia prima y variabilidad permisible en el producto.
Fuentes de información de diseño
Los diseñadores no suelen empezar desde cero, especialmente en el caso de proyectos complejos. A menudo, los ingenieros disponen de datos de plantas piloto o de instalaciones operativas a gran escala. Otras fuentes de información incluyen criterios de diseño patentados proporcionados por licenciantes de procesos, datos científicos publicados, experimentos de laboratorio y proveedores de materias primas y servicios públicos.
Proceso de diseño
El diseño comienza con la síntesis del proceso: la elección de la tecnología y las combinaciones de unidades industriales para alcanzar los objetivos. El diseño más detallado avanza a medida que otros ingenieros y partes interesadas aprueban cada etapa: desde el diseño conceptual hasta el diseño detallado.
Los ingenieros de diseño suelen utilizar software de simulación. Las simulaciones pueden identificar debilidades en los diseños y permitirles elegir mejores alternativas. Sin embargo, los ingenieros aún dependen de la heurística, la intuición y la experiencia al diseñar un proceso. La creatividad humana es un elemento en los diseños complejos.
Véase también
Libros recomendados de ingeniería química
- Sinnott y Towler (2009). Diseño de ingeniería química: principios, práctica y economía del diseño de plantas y procesos (5.ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0750685511.
- Ullmann's (2004). Ingeniería química y diseño de plantas . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-31111-8.
- Moran, Sean (2015). Una guía aplicada al diseño de procesos y plantas (1.ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0128002421.
- Moran, Sean (2016). Diseño de planta de proceso (2.ª edición). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0128033555.
- Peter, Frank (2008). Diseño de plantas de proceso . Wiley. ISBN 9783527313136.
- Kister, Henry Z. (1992). Diseño de destilación (1.ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6.
- Perry, Robert H. y Green, Don W. (1984). Manual de ingenieros químicos de Perry (6.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7.
- Bird, RB , Stewart, WE y Lightfoot, EN (agosto de 2001). Fenómenos de transporte (segunda edición). John Wiley & Sons. ISBN 0-471-41077-2.
{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) - McCabe, W., Smith, J. y Harriott, P. (2004). Operaciones unitarias de ingeniería química (7.ª ed.). McGraw Hill. ISBN 0-07-284823-5.
{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) - Seader, JD y Henley, Ernest J. (1998). Principios del proceso de separación . Nueva York: Wiley. ISBN 0-471-58626-9.
- Chopey, Nicholas P. (2004). Manual de cálculos de ingeniería química (3.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 0-07-136262-2.
- Himmelbau, David M. (1996). Principios básicos y cálculos en ingeniería química (6.ª ed.). Prentice-Hall. ISBN 0-13-305798-4.
- Editores: Jacqueline I. Kroschwitz y Arza Seidel (2004). Enciclopedia Kirk-Othmer de tecnología química (5.ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-48810-0.
- King, CJ (1980). Procesos de separación (2.ª ed.). McGraw Hill. ISBN 0-07-034612-7.
- Peters, MS y Timmerhaus KD (1991). Diseño de plantas y economía para ingenieros químicos (4.ª ed.). McGraw Hill. ISBN 0-07-100871-3.
- JM Smith, HC Van Ness y MM Abott (2001). Introducción a la termodinámica en ingeniería química (6.ª ed.). McGraw Hill. ISBN 0-07-240296-2.
Referencias
- ^ Sinnott, RK (2005). Ingeniería química de Coulson y Richardson (4.ª ed.). Ámsterdam, París: Elsevier Butterworth-Heinemann. pág. 133. ISBN 978-0-7506-6538-4.
Enlaces externos
- Libro de texto abierto sobre diseño de procesos químicos (Universidad Northwestern, por Fengqi You )
- Un marco general para la síntesis, integración e intensificación de procesos (OSTI / Universidad Texas A&M)
