Estructura y Síntesis de los Diagramas de Flujo de Proceso

Jerarquía del Señor Conceptual de un Proceso

Todos los procesos evolucionan de forma similar. Una vez conocido el camino que siguen los procesos será más sencillo entender un PFD. Además, permitirá generar PFDs alternativos para un proceso dado:

1. Discontinuo/continuo.
2. Estructura entrada/salida.
3. Estructura recirculación.
4. Sistema separación.
5. Sistema de recuperación energética.

Paso 1: Continuo/Discontinuo

Proceso discontinuo (Batch):

Aquel proceso en el que una cantidad finita de producto se fabrica durante un periodo de tiempo. Este proceso discontinuo está constituido por un conjunto de operaciones básicas que tienen lugar a intervalos discretos de tiempo. Finalmente, el producto se almacena y se procede a la limpieza del equipo para comenzar un nuevo proceso de producción.

Proceso en continuo:

La alimentación se envía continuamente a una serie de equipos en los que cada unidad realiza una operación. Los productos, subproductos y residuos dejan el proceso de forma continua y son almacenados.

No es lo mismo un proceso en discontinuo que una unidad operada en discontinuo. Hay muy pocos (o ninguno) procesos que empleen solo operación en continuo.

Semi-batch:

Planta que opera en continuo pero alimentando o recibiendo materiales de otras unidades que operan en discontinuo.

Factores:

• Escala:
  • Batch: Operaciones para pequeña escala (mayor tamaño, mayor dificultad de mover todo).
  • Continuo: Más económico el proceso en continuo para gran escala.
• Controles de calidad del producto:
  • Batch: Preferible cuando hay que verificar cada lote (farmacéutica/alimentaria).
  • Continuo: Análisis periódico/continuo de la calidad del producto. Se pueden producir grandes cantidades en malas condiciones si puede ser reprocesado.
• Flexibilidad operacional:
  • Batch: Un mismo equipo puede ser empleado para varias operaciones.
  • Continuo: Puede ser posible pero es ineficiente la flexibilidad de equipos. Retrofitting frecuente para ajustarse a cambios en la demanda.
• Múltiples productos:
  • Batch: Es frecuente que un proceso químico suele estar fijado de antemano.
  • Continuo: El producto en un proceso químico suele estar fijado de antemano y los equipos se diseñan y optimizan para unas condiciones de operación determinadas.
• Eficacia del proceso:
  • Batch: Requieren control/planificación estrictos. Si el equipo se emplea para múltiples productos, falta la optimización. Difícil integración energética y mayor consumo de utilidades. Compleja separación/reutilización de materias primas.
  • Continuo: Al aumentar la escala el proceso es más eficaz debido al mayor funcionamiento de bombas y compresores. Fácil integración energética y recirculación de reactivos.
• Mantenimiento y labores de operación:
  • Batch: Más cortos debido a la limpieza y al tiempo de preparación (Pipeless Batch Plants).
  • Continuo: Menores que en discontinuo.
• Disponibilidad de reactivos:
  • Batch: Recomendable cuando las materias primas son estacionales, como la industria conservera o vinícola.
  • Continuo: Para que la planta sea rentable tendrá que operar a lo largo de todo el año. Instalaciones enormes para el almacenaje de la alimentación.
• Demanda de productos:
  • Batch: Productos con demanda estacional (fertilizantes, anticongelantes).
  • Continuo: Se puede producir productos similares pero diferentes (familia de disolventes).
• Velocidad de reacción baja:
  • Batch: Procesos con velocidades de reacción bajas (tiempo de residencia alto), fermentación, reacciones biológicas.
  • Continuo: Se necesitarían equipos grandes y con flujos muy pequeños (ineficaz).
• Ensuciamiento de equipos:
  • Batch: La limpieza es una operación habitual dentro de la planificación del proceso.
  • Continuo: Problema serio y complejo; se pueden operar unidades en paralelo, sin embargo la inversión es mayor y son frecuentes los problemas de seguridad.
• Seguridad:
  • Batch: Mayor exposición a químicos y errores en la operación. La formación es crítica.
  • Continuo: Mayor seguridad, se eliminan riesgos. Formación elevada pero no crítica.
• Control:
  • Batch: Es más complejo porque un mismo equipo se emplea en varias operaciones.
  • Continuo: Control más sencillo que se va complicando con la integración.

Paso 2: Estructuras de entradas/salidas.

Diagrama de concepto:

Emplea la estequiometría de la reacción principal para identificar alimentación y productos:

Tolueno + hidrógeno → metano + benceno.
C₆H₅CH₃ + H₂ → C₆H₆ + CH₄.

Diagrama de flujo de proceso:

Mismas corrientes de entrada/salida + corrientes auxiliares (utilities):

1. Los reactivos que entran en un PFD por la izquierda y no son consumidos en el reactor, son los necesarios para la operación de un equipo o los inertes que sencillamente pasan a través del proceso: Make up del catalizador o del disolvente. Inertes: De la alimentación. Se añaden para controlar la velocidad de reacción o límites de explosividad. Actúa como…