planta de cumeno
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Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Diseño de procesos 2014-1
PRODUCCIÓN DE CUMENO
ENTREGA N°2
ICQ341- Diseño de Procesos
PROFESOR: Andrés Vargas AYUDANTE: Sebastián Franco INTEGRANTES: Juan I. Chanceaulme S.
Angélica B. Durán M. Javiera T. Izaurieta G. Juan L. Ogaz Q. Nicolás A. Quiroz L.
Tamara J. Solís V. FECHA: 28 de Julio 2014
Producción de Cumeno Chanceaulme-Durán-Izaurieta-Ogaz-Quiroz-Solís
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1. Resumen Ejecutivo
La producción de cumeno se realiza generalmente por alquilación de Friedel-Crafts de
benceno con propileno en estado gas, utilizando zeolita como catalizador ácido, además se
genera DIPB, un producto indeseado resultado de una reacción secundaria. El producto de la
reacción de alquilación es purificado en 3 torres de destilación (C-1, C-2 y C-3), obteniéndose el
producto con una pureza del 99,99% [peso/peso] por el tope de C-3. El DIPB es utilizado en un
reactor secundario R-2 para la reacción de trans-alquilación recuperando cumeno.
La planta es alimentada por una corriente de benceno de 7.728 [Kg/h] y una corriente de
4440 [Kg/h] de propileno con un 5,2% [peso/peso] de propano, estas corrientes se mezclan,
vaporizan y se sobrecalientan para alimentar al reactor R-1 y obtener cumeno. Luego comienza
el proceso de purificado donde la corriente de cumeno obtenida se enfría y se alimenta a C-1,
donde se obtiene por el tope LPG a 279,8 [Kg/h]. El fondo de C-1 se alimenta a la torre de
destilación C-2, la cual genera por el tope una corriente de recirculación de benceno y una
corriente por el fondo de concentrado de cumeno, la cual es tratada finalmente por la torre de
destilación C-3 para obtener por el tope cumeno con una pureza del 99,99% [peso/peso] a 11.888
[Kg/h]. El DIPB generado es derivado al reactor R-2 para generar cumeno por trans-alquilación
y enviado a C-2 para ser recuperado finalmente por el tope de C-3.
Las condiciones de operación de los equipos fueron establecidas para reducir el costo de
inversión en estos y optimizar las cargas térmicas necesarias en función de la cantidad de
cumeno producido. Se establece que las condiciones óptimas de operación para el reactor R-1
son de 25 [bar] y 343 [°C] lo que permite una conversión del 96%. Para la columna C-1 se
considera un reflujo líquido de 20,87 [kmol/h] y una presión de 15 [bar] utilizando así el P
entre el reactor y la torre para operar sin bomba. Tanto C-2 y C-3 operan a presiones de 1,4 [bar]
con reflujos líquidos de 148,4 [kmol/h] y 36,63 [kmol/h] respectivamente. El reactor R-2 opera a
240 [°C] y 1,4 [bar] con la finalidad de obtener la mayor formación de cumeno al menor costo
energético.
El Diseño y elección de los equipos se decide por la necesidad de adaptabilidad a la planta al
ser un proceso continuo y por cumplir con las necesidades termodinámicas del sistema. Tanto el
reactor R-1 y el R-2 son PBR que permiten un procesamiento continuo de producto además de
permitir una buen desempeño del catalizador. El reactor R-1 consta de 1500 tubos de 3[in] con
un largo de 7,614 [m] y R-2 consta de 100 tubos de 3[in] con un largo de 1,601 [m]. La torre C-1
cuenta con 15 platos alimentada por el plato 2 y un diámetro de 1,067 [m]. C-2 cuenta con 23
platos alimentada por el plato 6 con un diámetro de 1,372 [m]. C-3 cuenta con 20 platos
alimentada por el plato 12 con un diámetro de 1,219 [m].
Producción de Cumeno Chanceaulme-Durán-Izaurieta-Ogaz-Quiroz-Solís
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2. Índice General
1. Resumen Ejecutivo .................................................................................................................. 2
2. Índice General .......................................................................................................................... 3
3. Introducción ............................................................................................................................. 4
4. Diagrama de bloques ................................................................................................................ 5
5. Diagrama de Flujo planta cumeno ........................................................................................... 6
6. Control ..................................................................................................................................... 7
7. P&ID ...................................................................................................................................... 13
8. Puesta en Marcha ................................................................................................................... 14
9. Detención ............................................................................................................................... 19
10. Emergencias ....................................................................................................................... 20
10.1 Fallas en instrumentación ........................................................................................... 20
10.2 Materias Primas .......................................................................................................... 20
10.3 Servicios ...................................................................................................................... 20
10.4 Equipos ....................................................................................................................... 21
11. Referencias ......................................................................................................................... 23
Producción de Cumeno Chanceaulme-Durán-Izaurieta-Ogaz-Quiroz-Solís
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3. Introducción
El cumeno o también llamado isopropilbenceno corresponde a un compuesto químico
clasificado como un hidrocarburo aromático. Actualmente es utilizado principalmente como
materia prima en la fabricación de fenol y acetona, otra de sus aplicaciones es actuar como
disolvente para pinturas, lacas, esmaltes y también como componente de algunos solventes,
además es utilizado en los catalizadores de polimerización para la fabricación de plásticos,
acrílicos y como materia prima para los peróxidos y síntesis de algunos detergentes.
Respecto a su demanda, ésta viene dada por el crecimiento en el mercado de los
derivados del fenol y de la acetona, tales como las resinas fenólicas, utilizadas
principalmente en la producción de tableros de circuitos o como revestimientos. Otros
derivados como el bis-fenol A y la caprolactama son utilizados principalmente para hacer
plásticos y como monómero clave en la síntesis del nylon respectivamente.
Los países que importan grandes volúmenes de cumeno son Taiwán, Japón, China,
Europa occidental y Estados Unidos. Además entre los años 2007 y 2013 China incrementó
la cantidad de cumeno importada con el fin de abastecer sus plantas de fenol y acetona. Por
lo mencionado anteriormente se estima que exista una fuerte demanda de cumeno en las
próximas décadas principalmente en Asia y Estados Unidos lo que es ratificado por las
proyecciones estimadas.
La demanda aproximada de cumeno para el año 2011 fue de 12 millones de toneladas y
según las proyecciones se espera que para el año 2020 la demanda llegue a los 18 millones
de toneladas. Es por este aumento que es importante conocer más sobre las características de
este producto y comprender por medio de qué proceso se produce el cumeno.
En esta segunda entrega se implementará todo el sistema de control de una planta de
producción de cumeno, a partir de benceno y propileno. Además se entregará información
de la puesta en marcha de la planta, la detención y las emergencias más frecuentes que
pudiesen ocurrir.
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4. Diagrama de bloques
Reactor de Alquilación
R-1
Torre de Destilación C-1
Torre de Destilación C-2
Torre de Destilación C-3
Reactor de Trans-alquilación
R-2
Benceno
Propeno
Fuel gas
Benceno
Cumeno
CumenoPropano
DIPBBenceno
CumenoDIPB
Benceno
CumenoDIPB
DIPB
Cumeno
Ilustración 1: Diagrama de bloques del proceso de producción de cumeno
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5. Diagrama de Flujo planta cumeno
A continuación se presenta el diagrama PFD de la planta de cumeno sin control:
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6. Control Instrumentación alimentación benceno, propileno y benceno recirculado
Controlador Objetivo Recurso Descripción
LIC-101
Controlar nivel
en el
acumulador T-
1 para proteger
las bomba B-
3/A
Corriente de
salida “3” del
acumulador T-1,
la cual se
compone de
benceno fresco
más benceno
recirculado
Se controla la corriente 3 con la
válvula V-103, con esto se asegura un
nivel constante y se protege a la bomba
asegurando un flujo de succión
constante.
FI-102
FI-103
FrIC- 101
Controlar la
razón benceno-
propileno
Corriente “2”, la
cual se compone
de propileno
fresco
Se controla la razón óptima benceno-
propileno con la válvula V-102, con el
fin de asegurar la producción de
cumeno y evitar la formación de
subproductos (DIPB). El FrIC recibe
las mediciones del flujo de benceno
mezclado (corriente 4) y propileno
(corriente 2) indicadas por los FI-103
y FI-102 respectivamente.
FI-101
FIC-101
Minimizar
consumo de
benceno fresco
Corriente 1, la
cual alimenta
benceno fresco
Se controla el flujo de la corriente 1
con la válvula V-101, tomando como
base las mediciones de flujo del
benceno de reciclo.
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Instrumentación evaporizador E-1
Controlador Objetivo Recurso Descripción
LIC-102
(TIC-101)
Mantener un
nivel
constante en
el
evaporizador
E-1 y
asegurar
condiciones
de
temperatura
de saturación
a la salida del
E-1
Corriente 22,
suministro de vapor
Se controla el flujo de vapor con la
válvula V-105, para asegurar el nivel
en el estanque de vapor y así mantener
la condición de equilibrio líquido-
vapor. El controlador TIC-101 mide la
temperatura de salida del vapor
saturado y le envía un set point al LIC-
101, con el fin de asegurar las
condiciones de temperatura (y presión)
de saturación (198 [°C] a 25 [bar])
Instrumentación reactor de alquilación R-1 y corriente de entrada a éste Controlador Objetivo Recurso Descripción
TIC-102
Asegurar una
temperatura
óptima a la
entrada del
reactor
Corriente “36” ,
servicio de vapor
Se mantiene una temperatura de
ingreso al reactor de 343[°C], para
asegurar activación del catalizador y
una conversión del 96%. La
temperatura se mantiene gracias al
intercambio de calor en el HX-2 con
un flujo de vapor que es regulado por
la válvula V- 106
LIC-103
Mantener un
nivel
adecuado de
agua de
enfriamiento
en el
acumulador
E-4
Corriente “24”,
agua de
enfriamiento del
reactor R-1.
Se mantiene un nivel constante dentro
del estanque por medio del control de
la válvula V-107 en la alimentación del
agua de enfriamiento, la cual viene
saturada a 343 [°C]
PIC-101
(TIC-103 y
HS-101)
Controlar y
asegurar una
temperatura
constante al
interior del
reactor
Corriente “25”,
vapor saturado a la
salida del
acumulador E-4
Controla que la temperatura dentro del
reactor sea constante (343 [°C]). Para
esto se regula la válvula V- 108, la
cual está dispuesta en la corriente 25,
esta corriente posee vapor saturado a
343 [°C], que se genera por la
absorción de la energía en forma de
calor latente por parte de la corriente
de agua saturada que entra al
acumulador E-4.
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Al modificar la presión se modifica el
calor latente del agua, por ende varía la
energía que se retira del reactor R-1 y
por tanto la temperatura dentro de éste.
Este controlador recibe como set point
una señal enviada por el TIC- 103, a su
vez a éste le llega una señal del
handswitch HS-101, el cual recibe
distintas señales de temperaturas de
Indicadores TI que están dispuestos en
distintos puntos a lo largo del reactor,
el HS-101 elige el transmisor que
envía la señal de temperatura más alta.
dPI-101
Mide la
diferencia de
presión en el
reactor de
alquilación
R-1
Indica la diferencia de presión en el
reactor con el fin de identificar posible
ensuciamiento en los tubos
Instrumentación turbina TG-1 Controlador Objetivo Recurso Descripción
PIC-102 Controlar la
presión de
entrada a la
turbina
Flujo en el By-pass
de la turbina TG-1.
Se controla la presión de los gases de
entrada a la turbina T-1 regulando la
apertura de la válvula V-109, ubicada
en el By-pass de la turbina TG-1, ésto
para evitar la posible condensación del
gas debido a un posible aumento de
este parámetro.
Instrumentación Intercambiador de calor HX-3, Previo ingreso a torre destilación C-1 Controlador Objetivo Recurso Descripción
TIC- 104 Asegurar
condensación
de la
corriente 9
Corriente “38”, que
corresponde a agua
de enfriamiento del
intercambiador
HX-3
Se controla la temperatura de salida del
intercambiador HX-3 para asegurar la
condensación del gas y así poder
ingresar en ese estado a la torre de
destilación C-1, esto se logra
regulando la válvula V-110 de la
corriente de agua de enfriamiento.
Instrumentación torre de destilación C-1 Controlador Objetivo Recurso Descripción
LIC -104 Mantener el
nivel de
Corriente 12,de
entrada a la torre de
Se controla la corriente 12 con la
válvula V-112, con esto se asegura un
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líquido de la
torre de
destilación C-
1
destilación C-1 nivel constante en la torre de
destilación y se protege a la bomba
asegurando un flujo de succión
constante.
TIC-105 Mantener una
temperatura
óptima en el
fondo de la
torre
Corriente “28”,
flujo de vapor de
servicio
Se controla la temperatura mediante el
flujo de vapor de servicio en el
rehervidor (corriente 28), el cual se
regula mediante la válvula V-111. Se
asegura una temperatura que mejore la
transferencia líquido-vapor.
TIC-106 Mantener una
temperatura
óptima en el
tope de la
torre C-1
Flujo de
recirculación a la
torre
Se controla el flujo de recirculación a
la torre de destilación C-1, regulando
la válvula V-113. El control de la
temperatura en el tope de la torre sirve
para rectificar el destilado.
LIC-105 Mantener el
nivel de
líquido
acumulador
de tope
Corriente 11, de
salida de Fuel Gas
Se controla la corriente 11 con la
válvula V-114 (corriente de salida de
Fuel Gas en estado líquido), para
asegurar un nivel constante en el
acumulador de tope E-1
PIC-103 Controlar la
presión de la
torre de
destilación C-
1
Corriente “26”,
corresponde a agua
de enfriamiento del
condensador D-1
La presión de la torre de destilación C-
1 se controla con la presión del
condensador D-1. Para esto se regula
la válvula V-115, la cual maneja el
flujo de enfriamiento (agua de servicio
del condensador)
Instrumentación torre de destilación C-2
Controlador Objetivo Recurso Descripción
LIC -106 Mantener el
nivel de
líquido de la
torre de
destilación C-
2
Corriente 15,de
entrada a la torre de
destilación C-2
Se controla la corriente 15 con la
válvula V-117, con esto se asegura un
nivel constante en la torre de
destilación y se protege a la bomba
asegurando un flujo de succión
constante.
TIC-107 Mantener una
temperatura
óptima en el
fondo de la
torre
Corriente “32”,
flujo de vapor de
servicio
Se controla la temperatura mediante el
flujo de vapor de servicio en el
rehervidor (corriente 32), el cual se
regula mediante la válvula V-118. Se
asegura una temperatura que mejore la
transferencia líquido-vapor.
TIC-108 Mantener una
temperatura
óptima en el
Flujo de
recirculación a la
torre
Se controla el flujo de recirculación a
la torre de destilación C-2, regulando
la válvula V-119. El control de la
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tope de la
torre C-2
temperatura en el tope de la torre sirve
para rectificar el destilado.
LIC-107 Mantener el
nivel de
líquido
acumulador
de tope
Corriente 14, de
salida de benceno
de recirculación
Se controla la corriente 14 con la
válvula V-120 (corriente de salida de
benceno en estado líquido), para
asegurar un nivel constante en el
acumulador de tope E-2
PIC-104 Controlar la
presión de la
torre de
destilación C-
2
Corriente “30”,
corresponde a agua
de enfriamiento del
condensador D-2
La presión de la torre de destilación C-
2 se controla con la presión del
condensador D-2. Para esto se regula
la válvula V-121, la cual maneja el
flujo de enfriamiento (agua de servicio
del condensador)
Instrumentación torre de destilación C-3
Controlador Objetivo Recurso Descripción
LIC -108 Mantener el
nivel de
líquido de la
torre de
destilación C-
3
Corriente 17,de
entrada a la torre de
destilación C-3
Se controla la corriente con la válvula
V-121, corriente de DIPB, con ésto se
asegura un nivel constante en la torre
de destilación y se protege a la bomba
asegurando un flujo de succión
constante.
TIC-109 Mantener una
temperatura
óptima en el
fondo de la
torre T-3
Corriente 36, flujo
de vapor de
servicio
Se controla la temperatura mediante el
flujo de vapor de servicio en el
rehervidor (corriente 36 ), el cual se
regula mediante la válvula V-123. Se
asegura una temperatura que mejore la
transferencia líquido-vapor.
TIC-110 Mantener una
temperatura
óptima en el
tope de la
torre C-3
Flujo de
recirculación a la
torre T-3
Se controla el flujo de recirculación a
la torre de destilación C-3, regulando
la válvula V-124. El control de la
temperatura en el tope de la torre sirve
para rectificar el destilado.
LIC-109 Mantener el
nivel de
líquido
acumulador
de tope
Corriente , de
salida de cumeno
Se controla la corriente 16 con la
válvula V-126 (corriente de salida de
cumeno), para asegurar un nivel
constante en el acumulador de tope E-3
PIC-105 Controlar la
presión de la
torre de
destilación C-
3
Corriente “34”,
corresponde a agua
de enfriamiento del
condensador D-3
La presión de la torre de destilación C-
3 se controla con la presión del
condensador D-3. Para esto se regula
la válvula V-125, la cual maneja el
flujo de enfriamiento (agua de servicio
del condensador)
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Instrumentación reactor de transalquilación R-2
Controlador Objetivo Recurso Descripción
FI-104
FI-105
FrIC- 102
Controlar la
razón
benceno-
DIPB
Corriente 20, la
cual se compone de
benceno
recirculado
Se controla la razón óptima benceno-
DIPB con la válvula V-127, con el fin
de asegurar la trans-alquilación del
cumeno y evitar la formación de
subproductos de DIPB pesados
(indeseados). El FrIC recibe las
mediciones del flujo de benceno
recirculado (corriente 20) y DIPB
(corriente 17) indicadas por los FI-10 y
FI-10 respectivamente.
TIC- 111 Asegurar una
temperatura
óptima a la
entrada del
reactor
Corriente de vapor
de servicio del
intercambiador
HX-4
Se controla la temperatura de salida del
intercambiador HX-4 para asegurar
una temperatura de ingreso al reactor
de 240 [°C] y asegurar activación del
catalizador. La temperatura se
mantiene gracias al intercambio de
calor en el HX-4 con un flujo de vapor
que es regulado por la válvula V-128
dPI-102 Mide la
diferencia de
presión en el
reactor de
transalquilaci
ón R-2
Indica la diferencia de presión en el
reactor con el fin de identificar posible
ensuciamiento en los tubos
Controlador Objetivo Recurso Descripción
PIC-106 Controlar la
presión de
salida de la
válvula
reductora
. La válvula reductora tiene por objetivo
disminuir presión desde 15 a 1,4 [bar]
*Acumuladores, mezcladores, evaporizador flash, destiladores tienen válvulas de seguridad para
evitar la sobrepresión dentro de éstos.
* Los indicadores de temperatura en los intercambiadores de calor indican el nivel de
ensuciamiento que hay en los tubos.
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7. P&ID
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8. Puesta en Marcha
Instrucciones generales de partida
Se debe dar conocimiento a todas las unidades de proceso, prevención de riesgo,
suministro, servicio médico respecto de la puesta en marcha de la unidad.
Limpiar con agua o soplado de aire los circuitos de cañerías, de forma particular aquellos
que hayan sufrido modificaciones, esto para eliminar la presencia de óxidos o desechos
de soldaduras. Se debe tener cuidado en no barrer o soplar hacia el interior de cada
equipo, por lo tanto, este barrido se debe hacer hasta la zona de succión de la bomba.
Desde las descargas de cada bomba se sigue la limpieza hacia los terminales de circuitos,
teniendo cuidado en desconectar todos los flanges, ya sean de válvulas o equipos que
puedan ser obstruidos. Se deben retirar además los platos orificios, estos deben quedar
identificados para no ser confundidos al momento de normalizar equipos.
Pruebas de presión o hidráulicas, por otro lado además se debe supervisar la continuidad
del aire o agua, y el movimiento libre de los equipos y tuberías.
Inspeccionar aquellos equipos que hayan sido tanto modificados como reparados, esto en
base a limpieza y corrección de las instalaciones.
El personal debidamente calificado, debe comprobar el almacenaje de materiales y
equipos de repuestos necesarios. Se debe comprobar además la disponibilidad de
herramientas y los protocolos necesarios para el mantenimiento.
Se debe tener disponibilidad de todas las herramientas necesarias para solucionar
cualquier tipo de imprevisto
Equipamiento
Se debe asegurar la disponibilidad de los equipos necesarios para el correcto
funcionamiento de la planta, ya sean equipos como bombas, compresores,
instrumentación, entre otros.
Laboratorio de control de calidad
Se debe tener programado el horario de muestreo y se debe tener a disposición las
especificaciones de los productos y de cada reactivo, así como también del material que
se necesite en laboratorio.
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Seguridad
Se debe tener en conocimiento la ubicación de extintores y comprobar su correcto
funcionamiento, la ubicación de duchas de emergencias, lavaojos, red de agua equipos de
protección personal disponibles, primeros auxilios, entre otros.
Protección contra incendios
En caso de incendios, se debe tener conocimiento en la manera de actuar por parte del
personal frente a la situación, como los medios necesarios para su extinción.
Inspección
Se debe realizar una inspección del interior y del relleno de los recipientes, así como de
las redes de tuberías e instrumentación. Esto se lleva a cabo siguiendo los diagramas de
ingeniería (P&ID). El propósito de este conjunto de sucesos es disponer de los equipos,
como de los servicios conjuntos, para así llevar a cabo la operación lo más eficiente
posible.
Verificar el stock y disponibilidad de reactivos.
Verificación de los sistemas auxiliares: vapor, aire, agua, combustibles.
Revisar los filtros de las bombas, que se encuentren en su correcta posición y limpios.
Verificar la correcta postura de los platos orificios.
Realizar una prueba de martillo al equipo que ha sido inspeccionado, a algún equipo que
haya sufrido modificaciones o que sea nuevo, siguiendo un control por todo el circuito.
Chequeo de instrumentación y señales DCS (Sistema de Control Distribuido).
Cerciorarse que los estanques estén cubiertos.
Verificar pintura y protección contra la corrosión.
Verificar la rotación de equipos eléctricos.
Verificar alineamiento desde válvulas de alivio hacia Blow Down.
Habilitar suministros y servicios a la planta
Verificar que el suministro de electricidad funcione adecuadamente en todos los equipos
e instrumentos de la planta.
Revisar el buen funcionamiento del cerrado de válvulas y de los instrumentos eléctricos
que se activen desde la sala de control.
Habilitar sistemas auxiliares de vapor, aire, agua y combustibles, desde los estanques a
los equipos que lo necesiten.
Comprobar que el suministro de agua funcione adecuadamente, ya sea agua de proceso,
de calefacción o de refrigeración.
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Habilitar el sistema de steam tracing.
Retirar los blinds del sistema de Fuel Oil y Fuel Gas.
Arranque de bombas
Las bombas deben estar correctamente instaladas para que tengan una buena operación.
Verificar que las bombas han sido alineadas para su operación en frío.
Verificar las cañerías de alimentación a cada bomba, correcta instalación de sellos y el
soporte de esta.
Verificar limpieza del equipo para asegurar un buen estado de los sellos.
Utilizar agua para probar la partida del equipo.
Las bombas deben ser operadas con niveles en los estanques aguas arriba lo
necesariamente alto para contrarrestar la presión necesaria para evitar la cavitación en el
rotor, y con la válvula de descarga cerrada.
El acumularse líquidos en las bombas tendrá como consecuencia un aumento gradual de
la temperatura del rotor hasta que llegue a la temperatura de operación (Paso necesario
para producir una correcta expansión térmica de las piezas). Posterior, se proceden a abrir
las válvulas de descarga para permitir el flujo aguas abajo.
Sistema de alimentación Acumulador T-1 y Mezclador M-1
Se debe verificar la operatividad de los equipos e instrumentación.
Verificar los niveles en que se encuentran los estanques.
Cerciorarse que no existan grietas o problemas estructurales en los estanques que puedan
ocasionar derrames.
Verificar continuamente la presión y nivel de cada estanque.
Sistema de vaporización E-1
Verificar limpieza de los drenadores del equipo.
Avisar a suministros antes de presionar la matriz de vapor y revisar las trampas de vapor.
Abrir la matriz de vapor e iniciar el calentado de las cañerías, eliminando todo
condensado generado.
Abrir el venteo del punto más alto antes de introducir vapor a un equipo.
Habilitar Steam Tracing.
Drenar todo condensado generado por esta operación
Evitar líneas alimentadas con vapor por ambos lados y que no exista circulación.
Abrir los otros venteos, y proceder a cerrar desde el más alto para cerciorar que el vapor
llegue a todos los puntos.
Producción de Cumeno Chanceaulme-Durán-Izaurieta-Ogaz-Quiroz-Solís
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Verificar presiones de válvulas de seguridad para que no sean gesticuladas de manera
indebida.
Durante la vaporización se debe verificar periódicamente los drenajes localizados en los
puntos más bajos.
Intercambiadores de calor HX-2 y HX-4
Verificar que no sea posible superar las condiciones de servicios límites, si es necesario
se deberán prever de dispositivos de seguridad en la instalación.
Se debe verificar la operatividad de los equipos e instrumentación, prestando especial
atención a posibles obstrucciones en las líneas de flujo.
Verificar la mezcla de las materias reactantes.
Se alimenta vapor de servicio para precalentar la mezcla antes de reaccionar.
Puede darse el caso que algunos tornillos de apriete aflojen durante las operaciones de
transporte o durante los primeros días de servicio. Estos tornillos deberán ser apretados
nuevamente.
Intercambiador de calor HX-1
Verificar que no sea posible superar las condiciones de servicios límites, si es necesario
se deberán prever de dispositivos de seguridad en la instalación.
Se debe verificar la operatividad de los equipos e instrumentación.
Verificar la mezcla de las materias reactantes.
Se alimenta el efluente del reactor R-1 para precalentar la mezcla antes de reaccionar.
Puede darse el caso que algunos tornillos de apriete aflojen durante las operaciones de
transporte o durante los primeros días de servicio. Estos tornillos deberán ser apretados
nuevamente.
Intercambiador de calor HX-3
Verificar que no sea posible superar las condiciones de servicios límites, si es necesario
se deberán prever de dispositivos de seguridad en la instalación.
Se debe verificar la operatividad de los equipos e instrumentación.
Verificar la mezcla de las materias que reaccionaron.
Se alimenta agua de enfriamiento para precalentar la mezcla antes de reaccionar.
Puede darse el caso que algunos tornillos de apriete aflojen durante las operaciones de
transporte o durante los primeros días de servicio. Estos tornillos deberán ser apretados
nuevamente.
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Reactores R-1 y R-2
Es de suma importancia verificar la carga del catalizador en la cantidad necesaria en los
tubos de ambos reactores, para que sea llevaba a cabo la reacción de forma adecuada.
Verificar la operatividad de los equipos e instrumentación.
Alimentar la mezcla precalentada al R-1 y R-2 respectivamente.
Alcanzar las condiciones de operación.
Torres de destilación C-1, C-2 y C-3
Durante el arranque todos los controles deben ser seteados a modo manual.
Verificar la operatividad de los equipos e instrumentación.
Inspeccionar las torres con presión con la finalidad de ver la existencia de posibles fugas.
Ingresar la mezcla líquida a la torre, llenar el rehervidor de fondo y encender la bomba
de fondo una vez alcanzado un nivel superior al requerido en la torre.
En el tope de la torre abrir el agua de refrigeración y encender la bomba de reflujo, esto
una vez que el estanque acumulador se encuentre en un nivel especificado.
Abrir la válvula de reflujo y operar la torre con reflujo máximo.
Dar flujo de servicio al condensador y vapor al rehervidor.
Confirmar estabilización de temperaturas y encender la alimentación.
Activar control de reflujo y setear razón de reflujo.
Abrir salida de producto y confirmar estabilización de temperaturas en la torre.
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9. Detención
Detención de la planta
Se debe dar conocimiento al personal para que estén preparados ante eventuales cambios
que pudiesen ocurrir en su propia operación.
Para evitar desgastes de los equipos, el paro de la unidad debe hacerse lentamente de tal
manera que las variaciones sean leves y no afecten a los equipos.
Las salidas de producto deberán llevarse a otra línea de almacenaje cuando la salida se
encuentre fuera de especificaciones.
Disminuir gradualmente la alimentación de benceno fresco al acumulador T-1 con el
controlador FIC-101 y disminuir a la vez la alimentación de propileno al mezclador M-
1controlando la razón de benceno-propileno que ingresa a este (FrIC-101).
Disminuir gradualmente la temperatura del vaporizador E-1 con el controlador TIC-101,
controlando la disminución gradual de presión y temperatura y prestando atención al
aumento en el nivel del estanque.
Cortar el flujo de combustible al vaporizador E-1.
El controlador TIC-102 mantendrá el servicio del intercambiador HX-2 para evitar
mucha perdida de materia prima en el reactor R-1. El intercambiador HX-3 mantendrá
los flujos de refrigeración por medio del TIC-104 para reducir el tiempo de enfriamiento
de la torre C-1. HX-1 continuara operando con la corriente 8 proveniente del reactor R-1.
Mantener el servicio de refrigeración de R-1 hasta que no existe alimentación al reactor,
con el fin de evitar que la temperatura se eleve por falta de refrigerante. Esta será
controlada por los TIC-103 de servicio del reactor R-1.
La reducción de la corriente 5 desde el vaporizador implica una baja alimentación en la
torre de destilación C-1, su temperatura debe ser regulada disminuyendo el servicio en el
rehervidor y aumentando el reflujo al máximo para lograr enfriar la torre y evitar que se
seque la parte baja de esta.
Realizar el mismo proceso para las torres C-2 y C-3.
Disminuir el servicio del intercambiador HX-4 y cerrar la válvula de la corriente 20 para
comenzar detención del reactor R-2.
Detener flujos de servicios calientes de todos los equipos.
Apagar las bombas y cerrar las corrientes hacia los reactores.
Drenar equipos.
Entregar a mantención y recuperar catalizador de R-1 y R-2.
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10. Emergencias
Los principales problemas operacionales que pueden ocurrir durante el proceso para la
obtención de cumeno, típicamente se generan en los equipos, la instrumentación, materia prima y
los servicios.
A continuación se detalla un listado que nos permitirá identificar de manera más eficiente
los problemas operacionales que ocurren durante el proceso y así solucionarlos de manera rápida
y efectiva.
10.1 Fallas en instrumentación
1. Causa: Ensuciamiento, descalibración o ruptura de medidores.
2. Problema: Indicación errónea de datos.
3. Efecto: Problemas múltiples en el control y en la lectura de datos.
4. Solución: Inspecciones continúas de la instrumentación y recalibración de los
instrumentos para evitar problemas.
10.2 Materias Primas
1. Disminución del suministro de Benceno.
1.1. Causa: Problemas de suministro al estanque de benceno.
1.2. Problema: Cavitación de la bomba B-1/A.
1.3. Efecto: Disminución en la producción de Cumeno.
1.4. Solución: Restaurar suministro, en caso contrario detener la planta.
2. Disminución del suministro de Propileno.
2.1 Causa: Problemas de suministro al estanque de propileno.
2.2 Problema: Cavitación de la bomba B-2/A.
2.3 Efecto: Disminución en la producción de Cumeno.
2.4 Solución: Restaurar suministro, en caso contrario detener la planta.
10.3 Servicios
1. Falla en suministro de electricidad.
1.1. Causa: Caída del suministro eléctrico.
1.2. Problema: Las bombas dejan de funcionar.
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1.3. Efecto: Principalmente disminución del nivel en mezclador (M-1) y acumulador (T-1),
además de una baja en la alimentación a la torre de destilación C-3.
1.4. Solución: Activar generadores de emergencia y restablecer la energía.
2. Disminución de agua de refrigeración.
2.1. Causa: Problemas de suministro.
2.2. Problema: Problemas en el enfriamiento y condensación de corrientes.
2.3. Efecto: Aumento en la temperatura de la corriente de entrada a la torre de destilación (C-1) y
aumento en la presión de los acumuladores de cada torre.
2.4. Solución: Mantener un estanque con agua que funciones de manera independiente a la matriz de
agua de refrigeración.
3. Disminución en el vapor de servicio.
3.1. Causa: Problemas de suministro.
3.2. Problema: Problemas en el calentamiento de las corrientes 7 y 18 las cuales entran al reactor de
alquilación y trans-alquilacion respectivamente.
3.3. Efecto: Disminuye la conversión del propileno para el caso del reactor de alquilación, para el
reactor de trans-alquilacion, la reacción no ocurre de buena manera ya que se trata de una
reacción reversible y sus parámetros deben ser los óptimos.
3.4. Solución: Aumentar flujo de vapor tanto como sea posible mientras se busca una
solución el problema.
10.4 Equipos
1. Cavitación de Bombas.
1.1 Causa: Problemas de nivel en estanques de alimentación u obstrucción a la
entrada/descarga de la bomba.
1.2 Problema: Disminución del flujo impulsado.
1.3 Efecto: Provoca deterioro en los rodetes.
1.4 Solución:
Verificar el nivel de los estanques de alimentación, en caso critico detener la planta.
Utilizar las bombas de respaldo mientras se repara rodete y se realiza limpieza.
2. Ensuciamiento de tubos en intercambiadores de calor.
2.1. Causa: Incrustamiento de sales y ensuciamiento debido a impurezas.
2.2. Problema: Aumento en la caída de presión de los tubos.
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2.3. Efecto: Disminución del calor transferido.
2.4. Solución: Aumentar el flujo de servicio mientras sea posible el, en caso critico detener y
realizar limpieza.
3. Desgaste del catalizador
3.1 Prolongado tiempo de utilización.
3.2 Problema: Problemas en le reacción de alquilación y trans-alquilación.
3.3 Efecto: Disminución de cumeno a la salida de los reactores.
3.4 Solución: Detención y cambio del catalizador.
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11. Referencias
[1] U. de oriente Venezuela, REACCIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CUMENO,
(n.d.) 23. http://es.scribd.com/doc/61336433/REACCIONES-PARA-LA-PRODUCCION-
DE-CUMENO.
[2] A.S. Pathak, S. Agarwal, V. Gera, N. Kaistha, Design and control of a vapor-phase
conventional process and reactive distillation process for cumene production, Ind. Eng.
Chem. Res. 50 (2011) 3312–3326.
[3] P. Europa, L. Technology, Cumene Cumene, (n.d.) 5–6.
[4] W.L. Luyben, Design and Control of the Cumene Process, Ind. Eng. Chem. Res. 49
(2010) 719–734.
[5] C.B. Universidad Mayor de San Simón, Facutad de ciencia y tecnología carrera de
ingeniería química, diseño de plantas químicas, Diseño de una planta de isopropilbenceno,
(n.d.) 169.
[6] (“No CAS 98-82-8. International Chemical Safety Cards (WHO/IPCS/ILO) -
nspn0170.pdf,” n.d.)
[7] (“Usos de los Hidrocarburos Aromaticos : El cumeno | SEGURIDAD PROFESIONES Y
PRODUCTOS QUIMICOS,” n.d.)
[8] M. Torres-Rodríguez, M. Gutiérrez-Arzaluz, V. Mugica-Álvarez, J. Aguilar-Pliego, S.
Pergher, Alkylation of Benzene with Propylene in a Flow-Through Membrane Reactor
and Fixed-Bed Reactor: Preliminary Results, Materials (Basel). 5 (2012) 872–881.
doi:10.3390/ma5050872.
[9] Hoja infromativa sobre sustancias peligrosas - BENCENO.pdf, (n.d.).
http://www2.udec.cl/matpel/sustanciaspdf/b/BENCENO.pdf (accessed July 13, 2014).
[10] Hoja informativa sobre sustancias peligrosas - PROPILENO.pdf, (n.d.).
http://www2.udec.cl/matpel/sustanciaspdf/p/PROPILENO.pdf (accessed July 13, 2014).
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