Introducción a la tecnología pinch

Capítulo Uno

Integración de procesos

1. Introducción

1.1. Integración de procesos
La integración de procesos representa una rama importante de la ingeniería de procesos que se inicio en los años setentas. Ésta se refiere a un sistema orientado con base termodinámica y un acercamiento para el análisis integrado de la síntesis y modificaciones de plantas de procesos. La meta de laintegración de procesos es:
1. Integrar el uso de materiales y energía y,
2. Minimizar la generación de emisiones y desperdicios.
La integración de procesos está construida con base en tres conceptos básicos:
1. Considerar todo el proceso de manufactura viéndolo como un sistema integrado de unidades de proceso interconectadas, con sus corrientes de proceso, servicios y desperdicios.
2. Aplicar losprincipios de la ingeniería de procesos tales como termodinámica, balances de masa y energía, fijar y afinar las etapas claves del proceso que permiten establecer a priori los objetivos de funcionamiento alcanzables sobre el uso de materiales, energía, generación de emisiones y desperdicios (por ejemplo, el mínimo consumo de servicios, el mínimo nivel de emisiones de CO2 y NOx, el mínimo uso deagua de enfriamiento, etcétera).
3. Concluir con los detalles del diseño de proceso y adaptarlos posteriormente para alcanzar los objetivos de funcionamiento.
En la figura 1.1, más adelante, describe las ramas conocidas de la integración de procesos.
En general se parte de dos acercamientos para el diseño integrado de procesos. Se aplica el concepto de pinch para la integración energética (porejemplo: el consumo de los servicios de calentamiento y enfriamiento) y de masa (por ejemplo: analizar un sistema para la recuperación de solventes u operaciones que utilizan agua), o la utilización de algún modelo matemático de optimización (por ejemplo: minimizar los flujos de efluentes tratados en un sistema de tratamiento de aguas residuales).
Un desarrollo importante de la integración deprocesos es la tecnología pinch para la integración de calor.
El problema básico se sintetiza o adapta a una red de intercambiadores de calor, calentadores o enfriadores para transferir el exceso de energía de un sistema de corrientes calientes a un sistema de corrientes frías, o corrientes que requieren de calentamiento.

Fig. 1.1. Las herramientas de la integración de procesos.

La figura 1.2,muestra una red de intercambio de precalentamiento típico del proceso de crudo alrededor de la torre, diseñada sin la tecnología de integración de procesos; se indican los intercambiadores de calor (E), los calentadores (H) y los enfriadores (C), también se observan cuatro corrientes calientes Sh1, Sh2, Sh3 y Sh4 que calientan al petróleo crudo frío SC1 antes de que entre a la columna dedestilación, el gas natural funciona como servicio de calentamiento Shu con el calentador H, y el agua de enfriamiento sirve, precisamente, como servicio de enfriamiento Scu en el enfriador C. La integración de procesos y la tecnología pinch se utiliza para analizar este sistema que reduzca al mínimo los servicios auxiliares (servicios de calentamiento y enfriamiento) y se emplea la síntesis para la redde intercambio de calor y servicios auxiliares que permitan alcanzar el objetivo de optimización.
Una clave importante en el diseño y modificación de las redes de intercambio de calor es la identificación del punto pinch. Aplicando los principios de termodinámica y balance de energía para analizar sistemáticamente los flujos de calor a través de varios niveles de temperatura en un procesotérmico, es posible encontrar el nivel de temperatura llamado punto pinch. Por arriba de este punto los servicios de enfriamiento son innecesarios y por debajo de este punto los servicios de calentamiento son también innecesarios (los servicios de calentamiento y enfriamiento son llamados también servicios auxiliares). En otras palabras, es más rentable enfriar corrientes calientes con corrientes...