CAPÍTULO 9 ANÁLISIS DE DIAGRAMAS DE FLUJO PARA LA PREVENCIÓN DE CONTAMINAICÓN
Objetivo: Discutir los métodos para la evaluación y mejoramiento del grado de integración de las unidades. El mejoramiento de la integración de procesos puede llevar al mejoramiento global de las eficiencias de masa y energía.
Contenido Análisis cualitativo Análisis del Flujo de Material Generalidades del Análisis de Diagramas de Flujo Procedimientos de Diseño Jerárquico Análisis cuantitativo Recapitulación HAZ-OP Integración Masa de Proceso Integración de Energía de Proceso
Análisis Cualitativo
Análisis del Flujo de Material Establecer : 1. Límites del Sistema : - Deben ser claramente definidos - Su especificación impacta directamente al proyecto - No existe una opción correcta o incorrecta 2. Nivel de Detalle Requerido (relevante o irrelevante) - Un análisis detallado del balance de masa permite obtener información importante acerca de los flujos de desecho?
Generalidades de la Revisión de Diagrama de Flujo de un Proceso Existente para Oportunidades de Prevención de Contaminación Pasos principales para evaluar el diagrama de flujo de un proceso existente 1. Establecer los Límites del Sistema de Proceso 2. Auditoria de la Corriente de Desecho (balance de masa u otros) 3. Examinar Opciones PC para Corrientes de Desecho 4. Examinar Opciones PC para Operaciones Unitarias 5. Evaluar el Impacto de Cada Opción PC en el Proceso Completo y en el Producto Terminado
Procedimiento Jerárquico de Diseño para Prevención de Contaminación 1. Información de entrada : tipo de problema 2. Estructura de entrada/salida del diagrama de flujo 3. Estructura de reciclo del diagrama de flujo 4. Especificaciones del sistema de separación 1. Estructura general : separaciones de fase 2. Sistema de recuperación de vapor 3. Sistema de recuperación de líquidos 4. Sistema de recuperación de sólidos 5. Integración de energía 6. Evaluación de alternativas 7. Flexibilidad y control 8. Seguridad
Análisis Cuantitativos
Recapitulación HAZ-OP http://www.uscg.mil/hq/gm/risk/e-guidelines/html/vol3/08/v3-08-cont.htm
http://www.uscg.mil/hq/gm/risk/e-guidelines/html/vol3/08/v3-08-cont.htm
Elegir un proceso u etapa de operación Explicar la intención del diseño del proceso o del paso de operación Repetir para todas las secciones del diseño o etapas de operación Elegir una variable o tarea de proceso Aplicar la palabra guía a la variable o tarea de proceso para desarrollar una desviación significativa Listar posibles causas de desviación Examinar consecuencias asociadas con la desviación (asumir que falla toda la protección) Repetir para todas las variables o tareas de proceso Repetir para todas las palabras guía Desarrollar ítems de acción Obtener aceptabilidad de riesgo basado en consecuencias, causas y protección Identificar las protecciones existentes para prevenir desviaciones
Integración de Energía de Proceso (PEI) Meta : integrar energía que de otra manera sería desechada para mejorar costos ambientales y económicos. Restricciones termodinámicas a la transferencia de calor : Cantidad de calor absorbido por la corriente fría = pérdida de calor por la corriente caliente Flujos de calor de las corrientes de más alta temperatura a las corrientes de baja temperatura Diagrama pinch (ver siguiente diapositiva)
PEI : Diagrama Pinch, ejemplo Para entender más sobre este tema, por favor repase el módulo de María Elena González
Integración de Masa de Proceso (PMI) Meta : integración de materiales que de otra forma sería desechados. 3 herramientas Mapeo Fuente-Sink Estrategia para Determinar las Estrategias de Mezclado, Segregación y Reciclo Óptimas Síntesis de las Redes de Intercambio de Masa (MEN)
PMI : Mapeo Fuente-Sink Identificar las fuentes (corrientes de agua de desecho que contienen el material) y sinks (procesos que requieren el material) de material para los cuales se desea la integración Identificar los flujos de ambas fuentes y sinks Mantener en mente que los rangos de flujos pueden ser usados para los sinks Evaluar la viabilidad del uso de corrientes contaminadas en los sinks Determinar la concentración de los contaminantes que han sido identificados como problemáticos para los sinks
PMI : Diagrama Mapeo Fuente-Destino Para crear un diagrama de,apeo fuente-destino es necesario: Identificar las fuentes y sinks del material para el que se desea la integración. Conocer los flujos de las fuentes y los sinks (rango de velocidades de flujo). Identificar los contaminantes presentes en las corrientes fuentes que representen un problema para los sinks. Conocer la tolerancia de cada sink para el contaminante. Conocer la concentración de los contaminantes identificados como problemáticos para los sinks.
PMI : Ejemplo del Mapeo Fuente - Sink Consideremos la siguiente tabla: Fuentes Sinks Nombre Flujo, kg/s Concentración de X, ppm Nombre Flujo, kg/s max min Concentración de X, ppm max min A 3.0 7 1 4.8 4.0 5 0 B 5.0 15 2 2.5 2.1 1 0 C 1.0 4
PMI : Ejemplo Mapeo Fuente - Sink La tabla especifica los flujo de agua para fuentes y sinks (rangos y velocidades de flujo), la concentración del contaminante X en las fuentes y los límites de estos contaminantes en los sinks. Para elaborar el diagrama fuente-sink, es necesario graficar los flujos de las fuentes y sinks en el eje y y la concentración del contaminante en el eje x. La siguiente diapositiva muestra el diagrama resultante. Es un diagrama en dos dimensiones porque sólo se considera que a un contaminante peligroso.
PMI : Ejemplo del Mapeo Fuente - Sink 5 4 1 B 3 A 2 2 1 C 0 2 4 6 8 10 12 14 16
PMI : Ejemplo del Mapeo Fuente - Sink En este caso, las fuentes A, B y C aparecen como puntos porque el flujo y la concentración de contaminantes son valores puntuales, y los sinks 1 y 2 están representados como áreas sombreadas porque tanto el flujo y la concentración aceptable del contaminante X son valores de un rango. Como se observó, la única oportunidad de re-uso directa sería usar la corriente C ara satisfacer parcialmente la demanda de agua de la corriente 1 porque su concentración cae dentro de los rangos permitidos para la corriente 1.
PMI : Ejemplo Mapeo Fuente - Sink Ya que las corrientes fuentes cuya concentración de contaminantes es muy alta paraalimentar cualquier sink, ésta puede ser combinada cn fuentes de baja concentración para bajar su concentración; podemos combinar diferentes corrientes para tratar de satisfacer la restricción de contaminación de la corriente 1. El flujo de las corrientes combinadas es la suma de los flujos de las corrientes individuales.
PMI : Ejemplo del Mapeo Fuente - Sink La concentración del compuesto X en las corrientes combinadas es calculada por: flujo corriente1 * concentración flujo corriente1 corriente1 + flujo + flujo corriente 2 corriente 2 * concentración corriente 2 Si no es posible obtener la composición deseada para el sink por medio de la mezcla de diferentes corrientes fuente, entonces se debe considerar una corriente limpia (sin contaminantes) para el mezclado. Se debe de tener en mente que todas las corrientes consideradas para el proceso de integración de masa deben ser económicamente viables.
Estrategias de Optimización la Segregación, Mezclado y Reciclo de Corrientes Esta técnica es usada cuando el proceso se vuelve más complicado y usa una combinación de técnicas de optimización matemática y paquetes de simulación de proceso. Estas herramientas identifican las oportunidades de reciclo, segregación y mezclado de corrientes
Síntesis de Redes de Intercambio de Masa Meta : la eficiencia másica y no logra la integración de masa a través de la re-dirección de las corrientes de proceso, pero a través de los intercambios directos de corrientes. Herramientas : Diagrama de intervalos de composición Líneas de carga Balance de masa y restricciones en el equilibrio. La masa total transferida por la corriente rica (la corriente de la que se remueve el material) debe ser igual a la masa recibida por la corriente pobre (la corriente que recibe le material) La transferencia de masa es posible sólo si existe una fuerza de empuje positiva para todas las uniones de corrientes pobres/ricas