Diseño de procesos

En ingeniería química , el diseño de procesos consiste en la selección y secuenciación de unidades para la transformación física y/o química deseada de los materiales. El diseño de procesos es fundamental en la ingeniería química y puede considerarse la cúspide de este campo, ya que integra todos sus componentes.

El diseño de procesos puede abarcar el diseño de nuevas instalaciones o la modificación o ampliación de las existentes. El diseño comienza en una fase conceptual y culmina en la elaboración de planos de fabricación y construcción.

El diseño de procesos es distinto del diseño de equipos, que se asemeja más al diseño de operaciones unitarias. Los procesos suelen incluir muchas operaciones unitarias .

Los documentos de diseño de procesos sirven para definir el diseño y garantizar que sus componentes encajen correctamente. Son útiles para comunicar ideas y planes a otros ingenieros involucrados en el diseño, a organismos reguladores externos, a proveedores de equipos y a contratistas de construcción.

En orden de detalle creciente, los documentos de diseño de procesos incluyen:

• Diagramas de flujo de bloques (BFD): Diagramas muy sencillos compuestos por rectángulos y líneas que indican los principales flujos de materia o energía.
• Diagramas de flujo de proceso (PFD): Diagramas generalmente más complejos de las principales operaciones unitarias, así como de las líneas de flujo. Suelen incluir un balance de materia y, a veces, un balance de energía, que muestran los caudales típicos o de diseño, las composiciones de las corrientes y las presiones y temperaturas de las corrientes y los equipos. Es el documento clave en el diseño de procesos. ^{[ 1 ]}
• Diagramas de tuberías e instrumentación (P&ID): Diagramas que muestran cada tubería con su clase (acero al carbono o acero inoxidable) y diámetro. También muestran las válvulas, la ubicación de los instrumentos y los esquemas de control de procesos .
• Especificaciones : Requisitos de diseño por escrito de todos los componentes principales del equipo.

Los diseñadores de procesos suelen redactar manuales de operación sobre cómo arrancar, operar y detener el proceso. A menudo también desarrollan planes de actuación ante accidentes y proyecciones del impacto de la operación del proceso en el medio ambiente.

Tras la construcción de la planta de procesamiento, se conservan documentos para que el personal operativo pueda consultarlos. Estos documentos también resultan útiles al planificar modificaciones en la planta.

Un método principal para desarrollar los documentos de proceso es la elaboración de diagramas de flujo de procesos .

La conceptualización y las consideraciones de diseño pueden comenzar una vez que se hayan definido los objetivos y se hayan identificado las limitaciones.

Entre los objetivos que un diseño puede intentar alcanzar se incluyen:

• Tasa de procesamiento
• Rendimiento del proceso
• Pureza del producto

Las restricciones incluyen:

• Coste de capital: inversión necesaria para implementar el diseño, incluyendo el coste de los nuevos equipos y la eliminación de los equipos obsoletos.
• Espacio disponible: la superficie de terreno o habitación en un edificio para colocar equipos nuevos o modificados.
• Problemas de seguridad : riesgo de accidentes y peligros derivados de materiales peligrosos.
• Impacto ambiental y proyecciones de efluentes , emisiones y producción de residuos.
• Costes de funcionamiento y mantenimiento.

Otros factores que los diseñadores pueden incluir son:

• Fiabilidad
• Redundancia
• Flexibilidad
• Variabilidad prevista en la materia prima y variabilidad admisible en el producto.

Los diseñadores no suelen partir de cero, sobre todo en proyectos complejos. A menudo, los ingenieros disponen de datos de plantas piloto o de instalaciones operativas a gran escala. Otras fuentes de información incluyen criterios de diseño patentados proporcionados por los licenciantes del proceso, datos científicos publicados, experimentos de laboratorio y proveedores de materias primas y servicios.

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

Los ingenieros de diseño suelen utilizar software de simulación. Las simulaciones permiten identificar debilidades en los diseños y les ayudan a elegir mejores alternativas. Sin embargo, al diseñar un proceso, los ingenieros siguen recurriendo a la heurística, la intuición y la experiencia. La creatividad humana es un elemento fundamental en los diseños complejos.

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