Principios básicos para el diseño de procesos agroalimentarios

1. DISEÑO DE PROCESOS DATOS BÁSICOS DE LA MATERIA Área Académica: Área Biológica Escuela: Ingeniería en Industrias Agropecuarias Nombre de la Materia: Diseño de Procesos Semestre en el que se imparte: Sep 2007 – Feb 2008 Tipo de materia: Troncal de carrera Número de créditos UTPL - ECTS: 4 Día y horario de clases presenciales: Martes 15h00 a 17h30 Nro. de Aula: Sala de UPSI UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja. DATOS BÁSICOS DEL PROFESOR Nombres y Apellidos: Miguel Ángel Meneses Chamba. Correo electrónico: [email_address] CITTES / Departamento: CETTIA/Laboratorio de Operaciones Unitarias Teléfono: 2570 275 Extensión: 2933 Horario de tutoría personalizada: Miércoles 08h00 a 09h00

4. DISEÑO DE PROCESOS 1 Lección 1 0.75 Clase magistral 25 de Septiembre 2 Desarrollo de problemas 1.5 Demostración práctica 0.25 Clase magistral 18 de Septiembre Diagramas PFD y P&I 2 Propuesta de diseño. 0.75 Clase magistral 18 de Septiembre Bases del diseño CAPÍTULO 1 . Introducción al diseño de plantas de procesado Nro de horas Actividad (con profesor) ACTIVIDADES EXTRACLASE ACTIVIDADES PRESENCIALES SEMANA CONTENIDOS CAPÍTULO

5. 1. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO EN PLANTAS DE PROCESADO

6. 1.1. Bases del diseño. 1.1.1. Introducción al diseño

7. Recursos Leyes físicas Control del Gobierno Estándares y códigos Regulaciones de seguridad Restricciones económicas Selección del proceso Materiales Condiciones de proceso Personal Tiempo Métodos Región de todos los diseños Diseños posibles Diseños plausibles 1.1.2. Naturaleza del diseño - Proyecto

8. Proceso del diseño 1. Modifications, and additions, to existing plant; usually carried out by the plant design group. 2. New production capacity to meet growing sales demand, and the sale of established processes by contractors. Repetition of existing designs, with only minor design changes. 3. New processes, developed from laboratory research, through pilot plant, to a commercial process. Even here, most of the unit operations and process equipment will use established designs. Many design organisations will prepare a basic data manual, containing all the process “know-how” on which the design is to be based. Most organisations will have design manuals covering preferred methods and data for the more frequently used, routine, design procedures Chaddock (1975) defined design as, the conversion of an ill-defined requirement into a satisfied customer. Whenever he is in a position to do so, the designer should always question the design requirements (the project and equipment specifications) and keep them under review as the design progresses. Objetivo (Especificaciones de diseño) Colección de datos Propiedades físicas Métodos de diseño Generación de posibles diseños Selección y evaluación (Optimización) Diseño final

9. 1.1.3. Anatomía de un proceso de manufactura química Almacenamiento de materia prima Preparación de la alimentación Purificación del producto Almacenamiento del producto Reacción Separación del producto Venta Reciclo de material que no ha reaccionado. Residuos Subproductos

12. 1.1.4. Organización de un proyecto de Ing. Química Fases para el diseño: Fase 1. Diseño de proceso - Selección de proceso - Diagramas de flujo - Selección, especificación y diseño de equipos - Diagramas de tubería e instrumentación Fase 2. Ingeniería de detalle - Diseño mecánico detallado de equipos - Diseño estructural, civil y eléctrico - Especificación y diseño de equipos auxiliares

13. ESTRUCTURA DE UN PROYECTO DE DISEÑO.

14. Director del proyecto Sección de proceso Evaluación del proceso Diagramas de flujo Especificaciones de equipo Sección de construcción Construcción Puesta en marcha Sección de planificación Inspección Estimación Planificación Sección de especialistas en diseño Tanques, Instrumentación y control, Compresores, bombas, turbinas, obras civiles, utilidades, intercambiadores de calor.

17. Ejemplo 1.1 Diagrama de flujo de proceso de una planta para la manufactura de benceno por desalquilación de tolueno

18. Ejemplo 1.2 Diagrama P&I de una planta para la desalquilación de benceno

20. 1.1.7. Factores de diseño El diseño es un arte inexacto. Existirán errores e incertidumbres en las propiedades físicas y las aproximaciones realizadas para los cálculos de diseño. En diseño mecánico y estructural, se usa un factor de diseño de 4 para la fuerzas de tensión y 2.5 para los esfuerzos. La magnitud del flujo de las corrientes de proceso calculadas a partir de los balances de materia son incrementados en un factor del 10 % para dar flexibilidad en la operación del proceso.

21. 1.2. Diagramas PFD y P&I

28. Ejemplo 1.3 Diagrama P&I de una planta para la desalquilación de benceno

29. Alcohol isopropílico es vaporizado, calentado y alimentado a un reactor, donde tiene lugar un proceso de deshidrogenación catalítica. Los gases de salida del reactor (acetona, agua, hidrógeno y alcohol isopropílico no reaccionante) pasan a un condensador donde la mayoría de la acetona, agua y alcohol se condensan. Las trazas finales de alcohol y acetona son removidas en un absorbedor de agua. El efluente del absorbedor es combinado con el condensado del condensador y destilado en una columna para producir acetona pura y un efluente que consiste de agua y alcohol. 1.2.2. Cálculos de diagramas de flujo. Proceso para la producción de acetona

33. Ejercicio. Obtener el diagrama de flujo de partición y plantear un esquema de Solución basado en coeficientes de partición para el proceso descrito en el Diagrama de flujo

40. Válvula de bola (Ball Valve) Válvula de globo (Globe Valve)

41. Válvula de diafragma (Diaphragm valve) Válvulas de retención (Check valve) Válvulas de mariposa (Butterfly valve)

44. Las bombas centrífugas son caracterizadas por su velocidad específica,

45. Caídas de presión en sistemas de tuberías

47. Para flujo laminar, Para flujo turbulento,

51. Requerimientos de energía

54. Curvas características para bombas centrífuga

56. Cabeza de succión neta positiva