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Heurísticas
MATERIAS PRIMAS Y REACCIONES QUIMICAS
H1. Materias Primas y Reacciones Químicas Seleccione materias primas y reacciones químicas para evitar o reducir la manipulación y el almacenamiento de productos químicos peligrosos y tóxicos.
DISTRIBUCION DE REACTIVOS
H2. Reactivos en Exceso Use un exceso de un reactivo químico en una operación de reacción para consumir completamente un reactivo químico valioso, tóxico o peligroso. Las MSDS indicarán qué productos químicos son tóxicos y peligrosos. H3. Inhertes Cuando se requieran productos casi puros, elimine las especies inertes antes de las operaciones de reacción cuando las separaciones se logren fácilmente y cuando el catalizador sea afectado adversamente por el inerte, pero no cuando deba eliminarse un gran calor exotérmico de reacción. H4. Corrientes de Purga Introduzca corrientes de purga para proporcionar salidas a las especies que ingresan al proceso como impurezas en la alimentación o se forman en reacciones secundarias irreversibles, cuando estas especies se encuentran en cantidades traza y / o son difíciles de separar de las otras sustancias químicas. Las especies más ligeras salen en corrientes de purga de vapor y las especies más pesadas salen en corrientes de purga líquida. H5. Purgas de Especies Toxicas No purgue especies valiosas o especies que son tóxicas y peligrosas, incluso en pequeñas concentraciones (consulte las MSDS). Agregue separadores para recuperar especies valiosas. Agregue reactores para eliminar, si es posible, especies tóxicas y peligrosas. H6. Reciclo Los subproductos que se producen en pequeñas cantidades en reacciones reversibles generalmente no se recuperan en separadores ni se purgan. En cambio, generalmente se reciclan hasta la extinción.
H7 Selectividad. Para reacciones competitivas, tanto en serie como en paralelo, ajuste la temperatura, la presión y el catalizador para obtener altos rendimientos de los productos deseados. En la distribución inicial de productos químicos, suponga que se pueden satisfacer estas condiciones. Antes de desarrollar un diseño de caso base, obtenga datos cinéticos y verifique este supuesto. H8. Separaciones Reactivas Para reacciones competitivas, tanto en serie como en paralelo, ajuste la temperatura, la presión y el catalizador para obtener altos rendimientos de los productos deseados. En la distribución inicial de productos químicos, suponga que se pueden satisfacer estas condiciones. Antes de desarrollar un diseño de caso base, obtenga datos cinéticos y verifique este supuesto. SEPARACIONES Separaciones de Liquido y Vapor H9. Mezclas Liquidas Separe las mezclas líquidas mediante destilación, extracción, destilación mejorada (extractiva, azeotrópica, reactiva), extracción líquido-líquido, cristalización y / o adsorción. H10. Mezclas de Vapor Intente condensar o condensar parcialmente mezclas de vapor con agua de refrigeración o un refrigerante. H11. Mezclas de Gas Mezclas de vapor separadas mediante condensación parcial, destilación criogénica, absorción, adsorción, separación por membrana y / o desublimación. Separaciones con Partículas Solidas H12. Productos Inorgánicos Cristalice los productos químicos inorgánicos a partir de una solución acuosa concentrada enfriando cuando la solubilidad disminuye significativamente al disminuir la temperatura. Mantenga la solución como máximo 1–2∘F por debajo de la temperatura de saturación en la concentración predominante. Utilice la cristalización por evaporación, en
Cuando se emplean efectos múltiples, los flujos de líquido y vapor pueden estar en la misma dirección o en direcciones diferentes. Utilice alimentación hacia adelante, donde tanto el líquido como el vapor fluyen en la misma dirección, para una pequeña cantidad de efectos, particularmente cuando la alimentación líquida está caliente. Utilice alimentación hacia atrás, donde el líquido fluye en una dirección opuesta a los flujos de vapor, para alimentaciones frías y / o una gran cantidad de efectos. Con la alimentación hacia adelante, las bombas de líquido intermedias no son necesarias, mientras que son necesarias para la alimentación hacia atrás. H17. Cristales Frágiles Cuando los cristales son frágiles, se requiere un lavado efectivo y se desea un licor madre claro, use filtración por gravedad, bandeja horizontal de alimentación superior para lechadas que se filtran a una velocidad rápida; filtración de tambor rotatorio al vacío para lechadas que se filtran a una velocidad moderada; y filtración a presión para lodos que se filtran a una velocidad lenta. H18. Concentrados de Baja Humedad Cuando se requieran tortas de bajo contenido de humedad, se permite el uso de centrifugación de sólidos en recipiente sólido en las aguas madres; filtración centrífuga si se requiere un lavado eficaz. H19. Secadores según el tamaño de particula Para material granular, que fluya libremente o no, con tamaños de partículas de 3 a 15 mm, utilice secadores de bandejas y cintas continuas con calor directo. Para sólidos granulares de flujo libre que no son sensibles al calor, use un secador cilíndrico rotatorio inclinado, donde el calor puede ser suministrado directamente desde un gas caliente o indirectamente desde tubos que transportan vapor que corren a lo largo del secador y están ubicados en uno o dos anillos concéntricos y ubicados justo dentro de la carcasa giratoria de la secadora. Para partículas pequeñas que fluyen libremente de 1 a 3 mm de diámetro cuando es posible un secado rápido, use un secador de transporte neumático con calor directo. Para partículas de flujo libre muy pequeñas de menos de 1 mm de diámetro, use un secador de lecho fluidizado con calor directo. H20. Secado para lechadas de solidos finos y pastas
Para pastas y lechadas de sólidos finos, use un secador de tambor con calor indirecto. Para una lechada líquida o bombeable, use un secador por atomización con calor directo. REMOCION DE CALOR EN REACCIONES EXOTERMICAS H21. Manejo de Reacciones altamente exotérmicas Para eliminar un calor de reacción altamente exotérmico, considere el uso de reactivo en exceso, un diluyente inerte o inyecciones frías. Estos afectan la distribución de productos químicos y deben insertarse al principio de la síntesis del proceso. H22. Manejo de Reacciones menos exotérmicas Para calores de reacción menos exotérmicos, haga circular el fluido del reactor a un enfriador externo o use un recipiente con camisa o serpentines de enfriamiento. Además, considere el uso de intercoolers entre las etapas de reacción adiabática. ADICION DE CALOR EN REACCIONES ENDOTERMICAS H23. Manejo de Reacciones Altamente Endotermicas Para controlar la temperatura para un calor de reacción altamente endotérmico, considere el uso de reactivo en exceso, un diluyente inerte o inyecciones calientes. Estos afectan la distribución de productos químicos y deben insertarse al principio de la síntesis del proceso. H24. Manejo de reacciones menos endotérmicas Para calores de reacción menos endotérmicos, haga circular el fluido del reactor a un calentador externo o utilice un recipiente con camisa o serpentines calefactores. Además, considere el uso de intercalentadores entre las etapas de reacción adiabática. INTERCAMBIADORES DE CALOR Y HORNOS H25. Calentamiento o Enfriamiento de Reacciones A menos que sea necesario como parte del diseño del separador o reactor, proporcione el intercambio de calor necesario para calentar o enfriar las corrientes de fluido del proceso, con o sin servicios públicos, en un intercambiador de calor externo de carcasa y tubos que utilice flujo a contracorriente. Sin embargo, si una corriente de proceso requiere calentamiento por encima de 750∘F, utilice un horno a menos que el fluido del proceso esté sujeto a descomposición química. H26. Temperaturas mínimas
gases de combustión de 2,000∘F. Fije la temperatura del gas de chimenea en el rango de 650– 950 ∘F para evitar la condensación de componentes corrosivos del gas de combustión. H31. Caídas de Presión en Intercambiadores de Calor Estime las caídas de presión del intercambiador de calor de la siguiente manera: 1,5 psi para hervir y condensar. 3 psi para un gas. 5 psi para un líquido de baja viscosidad. 7-9 psi para un líquido de alta viscosidad. 20 psi para un fluido de proceso que pasa a través de un horno. H32. Pretratamiento de una corriente en un intercambiador de calor Apague una corriente de proceso muy caliente a por lo menos 1150 ° F antes de enviarla a un intercambiador de calor para enfriamiento y / o condensación adicional. El fluido de enfriamiento se obtiene mejor de un separador aguas abajo como en la Figura 7.31 para el proceso de hidrodesalquilación de tolueno. Alternativamente, si la corriente del proceso contiene vapor de agua, el agua líquida puede ser un fluido de enfriamiento eficaz. H 33. (Transferencia de calor para corrientes con partículas solidas) Si es posible, caliente o enfríe una corriente de partículas sólidas por contacto directo con un gas caliente o un gas frío, respectivamente, usando un horno rotatorio, un lecho fluidizado, una chimenea múltiple o un transportador flash / neumático. De lo contrario, utilice un transportador en espiral con camisa. BOMBEO, COMPRESION, REDUCCION DE PRESION, VACIO Y TRANSPORTE DE SOLIDOS Gases H 34. Incremento de Presión en Gases Use un ventilador para elevar la presión del gas desde la presión atmosférica hasta 40 pulgadas de columna de agua (indicador de 10, kPa o 1,47 psig). Utilice un soplador o un compresor para elevar la presión del gas hasta una presión de de 206 kPa manometricas o 30 psig. Use un compresor o un sistema de compresor por etapas para alcanzar presiones mayores a 206 kPa manométricos o 30 psig. H 35. Estimacion de la Potencia Adiabatica Teorica.
Estime la potencia adiabática teórica (THp) para comprimir un gas en:
THp = SCFM (
T 1
8130 a )[(^
P 2
P 1 )
a − 1
]
SCFM = Standart Cubic feet of gas per minute ( 379
SCF
lbmol )
T 1 = Temperatura del gas de entrada ( ° R ) P 1 , P 2 = Presiones de entrada y salida absolutas a =( k − 1 )/ k
k = cociente del calor especifico del gas (
Cv
Cp )
Estima la temperatura teorica de salida del compresor de un gas en
T 2 = T 1 (
P 2
P 1 )
a H36. Etapas de compresión de un gas Estime el número de etapas de compresión de gas, N, de la siguiente tabla, que asume una relación de calor específico de 1.4 y una relación de compresión máxima de 4 para cada etapa. Las presiones óptimas entre etapas corresponden a Hp iguales para cada compresor. Por lo tanto, con base en la ecuación anterior para la Hp teórica del compresor, calcule las presiones entre etapas utilizando aproximadamente la misma relación de compresión para cada etapa con una caída de presión del intercooler de 2 psi o 15 kPa Liquidos H37. Bombas para liquidos Para alturas de hasta 3200 pies cuadrados y tasas de flujo en el rango de 10 a 5000 gpm, use una bomba centrífuga. Para alturas elevadas de hasta 20.000 pies cuadrados y caudales de hasta 500 gpm, utilice una bomba recíproca. Menos comunes son las bombas axiales para alturas
H44. Fuga de Aire Estime la fuga de aire por: w = k V
w = [ lb hr ] , aire fugado V = ft 3 , volumen del equipo al vacio k =0.2 para presiones mayoresa 90 torr k =0.15 para presiones entre 21 y 89 torr k =0.10 para presiones entre 3.1 y 20 torr k =0.051 para presiones entre 1 y 3 torr H45. Reducir la cantidad de gas en un sistema de vacio Para reducir la cantidad de gas enviado al sistema de vacío si su temperatura es superior a 100F, agregue un condensador con agua de refrigeración antes del sistema de vacío. El gas que sale del condensador estará a una temperatura de punto de rocío de 100 ° F a la presión de vacío. H46. Equipos a diferentes presiones Para presiones de hasta 10 torr y tasas de flujo de gas de hasta 10,000 f t3 ∕ min en la entrada del sistema de vacío, use una bomba de vacío de anillo líquido. Para presiones de hasta 2 torr y tasas de flujo de gas de hasta 1,000,000 f t3 ∕ min en la entrada del sistema de vacío, use un sistema eyector de chorro de vapor (una etapa para 100-760 torr, dos etapas para 15-100 torr y de tres etapas para 2-15 torr). Incluya un condensador de contacto directo entre etapas. H47. Sistema eyector de chorro Para un sistema eyector de chorro de vapor de tres etapas que se usa para lograr un vacío de 2 torr, se requieren 100 libras de vapor de 100 psig por libra de gas. Transporte de sólidos granulares H48. Transporte según el tipo de particula Si las partículas sólidas son de tamaño pequeño, de baja densidad de partículas y no son pegajosas ni abrasivas, utilice transporte neumático con aire a 1–7 pies3 ∕ pie3 de sólidos y 35–120 pies ∕ s de velocidad del aire para distancias de hasta 400 pies. De lo contrario, para sólidos
pegajosos y / o abrasivos de cualquier tamaño y densidad, use un transportador de tornillo y / o elevador de cangilones para distancias de hasta 150 pies. Para partículas sólidas de cualquier tamaño y forma, y no pegajosas, use un transportador de cinta con inclinación hasta 30∘ si es necesario para distancias largas de hasta una milla o más CAMBIO DEL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE LOS SÓLIDOS Y SEPARACIÓN DEL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS H49. Trituración de sólidos gruesos. Use una trituradora de mandíbulas para reducir grumos de materiales duros, abrasivos y / o pegajosos de 4 pulgadas a 3 pies de diámetro a partículas planas de 1 a 4 pulgadas de tamaño. Utilice una trituradora giratoria para reducir los materiales en desbastes de 8 pulgadas a 6 pies de tamaño a partículas redondeadas de 1 a 10 pulgadas de diámetro. Utilice una trituradora de cono para reducir materiales menos duros y menos pegajosos de 2 pulgadas a 1 pie de diámetro a partículas de 0, pulgadas (malla 4) a 2 pulgadas de diámetro. H50. Molienda a sólidos finos. Utilice un molino de barras para tomar partículas de dureza intermedia de hasta 20 mm y reducirlas a partículas en el rango de malla 10–35. Utilice un molino de bolas para reducir partículas de dureza baja a intermedia de 1 a 10 mm de tamaño a partículas muy pequeñas de menos de 140 mallas. H51. Molienda a sólidos finos. Utilice un molino de barras para tomar partículas de dureza intermedia de hasta 20 mm y reducirlas a partículas en el rango de malla 10–35. Utilice un molino de bolas para reducir partículas de dureza baja a intermedia de 1 a 10 mm de tamaño a partículas muy pequeñas de menos de 140 mallas. H52. Separación por tamaño de partículas. Utilice una rejilla de barras paralelas vibradas, inclinadas y espaciadas para eliminar las partículas grandes de más de 2 pulgadas de diámetro. Utilice una pantalla perforada cilíndrica giratoria para eliminar partículas de tamaño intermedio en el rango de tamaño de 0,25 pulgadas a 1, pulgadas de diámetro. Utilice pantallas tejidas planas e inclinadas (estándar de EE. UU.) que vibren, sacudan o impacten con pelotas que rebotan para separar las partículas pequeñas en el rango de tamaño de malla 3 a 80. Utilice un clasificador de aire para separar las partículas finas de menos de 80 mesh.
