Diseño de procesos

En ingeniería química, el diseño de procesos es la elección y secuenciación de unidades para la transformación física y/o química deseada de 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 puede ser la modificación o ampliación de instalaciones existentes. El diseño comienza en un nivel conceptual y finalmente termina en forma de planos de fabricación y construcción.

El diseño de procesos es distinto del diseño de equipos, que tiene un espíritu más cercano 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 garantizan que los componentes del diseño encajen entre sí. Son útiles para comunicar ideas y planes a otros ingenieros involucrados en el diseño, a agencias reguladoras externas, a proveedores de equipos y a contratistas de construcción.

En orden creciente de 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 proceso (PFD): Típicamente diagramas más complejos de las principales operaciones de unidad, así como líneas de flujo. Por lo general incluyen un equilibrio material, y a veces un equilibrio energético, mostrando flujos típicos o de diseño, composiciones de corriente, y presiones de corriente y equipo y temperaturas. Es el documento clave en el diseño de procesos.
• diagramas de tuberías e instrumentación (P plagaID): Diagramas que muestran cada oleoducto con clase de tuberías ( acero al carbono o acero inoxidable) y tamaño de tubería (diámetro). También muestran valving junto con ubicaciones de instrumentos y sistemas de control de procesos.
• Especificaciones: Requisitos de diseño escrito de todos los equipos principales.

Los diseñadores de procesos suelen escribir manuales operativos sobre cómo iniciar, operar y cerrar el proceso. A menudo también desarrollan planes de accidentes y proyecciones de operación de procesos en el medio ambiente.

Se mantienen documentos después de la construcción de la instalación de proceso para que el personal operativo pueda consultarlos. Los documentos también son útiles cuando se planifican modificaciones a las instalaciones.

Un método principal para desarrollar los documentos del proceso es el diagrama de flujo del proceso.

Consideraciones de diseño

Hay varias consideraciones que deben hacerse al diseñar cualquier unidad de proceso químico. La conceptualización de diseño y las consideraciones pueden comenzar una vez que se definen las purezas, rendimientos y tasas de rendimiento.

Objetivos que un diseño puede esforzarse por incluir:

• Tasa de rendimiento
• Producción de procesos
• Pureza de producto

Las restricciones incluyen:

• Costo de capital: la cantidad de presupuesto o inversión para construir el proceso final a fin.
• Espacio disponible: el área de la tierra para construir la planta.
• Preocupaciones de seguridad: consideración hacia el análisis de riesgos sobre accidentes industriales o productos químicos peligrosos.
• Impacto ambiental y efluentes y emisiones proyectadas
• Producción/reciclaje de desechos: gestionar los desechos producidos como producto secundario del proceso para no dañar el entorno.
• Gastos de funcionamiento y mantenimiento: representan el coste variable del funcionamiento de la planta.

Otros factores que los diseñadores pueden incluir son:

• Confiabilidad
• Redundancia
• Flexibilidad
• Variabilidad anticipada en stock de alimentación y variabilidad permisible en producto.

Fuentes de información de diseño

Los diseñadores generalmente no comienzan desde cero, especialmente para proyectos complejos. A menudo los ingenieros tienen datos experimentales de planta disponibles o datos de instalaciones operativas a gran escala. Otras fuentes de información incluyen criterios de diseño patentados proporcionados por licenciadores de procesos, datos científicos publicados, experimentos de laboratorio y proveedores de materias primas y utilidades.

Proceso de diseño

El diseño comienza con la síntesis del proceso: la elección de tecnología y combinaciones de unidades industriales para lograr los objetivos. Un diseño más detallado avanza a medida que otros ingenieros y partes interesadas aprueban cada etapa: desde el diseño conceptual hasta el detallado.

Los ingenieros de diseño suelen utilizar software de simulación. Las simulaciones pueden identificar debilidades en los diseños y permitir a los ingenieros elegir mejores alternativas. Sin embargo, los ingenieros todavía confían en la heurística, la intuición y la experiencia al diseñar un proceso. La creatividad humana es un elemento en diseños complejos.

Libros de ingeniería química recomendados

• Sinnott y Towler (2009). Diseño de Ingeniería Química: Principios, Práctica y Economía de Diseño de Plantas y Procesos (5th 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 para el Diseño de Procesos y Plantas (1a edición). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0128002421.
• Moran, Sean (2016). Diseño de planta de proceso (2a edición). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0128033555.
• Peter, Frank (2008). Diseño de plantas de procesos. Wiley. ISBN 97835273136.
• Kister, Henry Z. (1992). Distillation Design (1a edición). McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6.
• Perry, Robert H. & Green, Don W. (1984). Manual de ingenieros químicos de Perry (6th ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7.
• Bird, R.B., Stewart, W.E. and Lightfoot, E.N. (agosto de 2001). Transport Phenomena (Segunda edición). John Wiley & Sons. ISBN 0-471-41077-2.{{cite book}}: CS1 maint: múltiples nombres: lista de autores (link)
• McCabe, W., Smith, J. and Harriott, P. (2004). Unit Operations of Chemical Engineering (7a edición). McGraw Hill. ISBN 0-07-284823-5.{{cite book}}: CS1 maint: múltiples nombres: lista de autores (link)
• Seader, J. D. " Henley, Ernest J. (1998). Principios del proceso de separación. Wiley. ISBN 0-471-58626-9.
• Chopey, Nicholas P. (2004). Manual de cálculos de ingeniería química (3rdEdition ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-136262-2.
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