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La industria del petróleo es la más grande y la que más se puede extender de las industrias químicas de proceso. El impacto que tiene en la economía y en la vida, no solamente nacional sino mundial, es tremendo. Además, de que es la más compleja, física y químicamente hablando, de todas las industrias químicas de proceso. La operación de una refinería de petróleo es muy compleja también y para reducir esta complejidad al entendimiento de un grupo de procesos se requiere del conocimiento fundamental de los mismos.
Por lo tanto, en esta obra describimos en términos generales una refinería típica de petróleo, discutimos también en forma genérica las unidades de procesamiento que la conforman y a su vez describimos la relación funcional que tienen dichas unidades de procesamiento o procesos con equipos clave como torres de destilación, bombas, compresoras, turbinas, cambiadores de calor, expansores, etc.; por otro lado, realizamos un análisis de los fundamentos termodinámicos en que se basa el funcionamiento de los equipos mencionados y sobre los fundamentos que rigen la transferencia ya sea de momentum de calor o de masa que se llevan a cabo en cada equipo. Además, presentamos un panorama de la simulación que se puede realizar de un proceso utilizando modelos matemáticos que describen en forma aproximada el funcionamiento de los equipos mencionados.
Por lo tanto, en esta obra describimos en términos generales una refinería típica de petróleo, discutimos también en forma genérica las unidades de procesamiento que la conforman y a su vez describimos la relación funcional que tienen dichas unidades de procesamiento o procesos con equipos clave como torres de destilación, bombas, compresoras, turbinas, cambiadores de calor, expansores, etc.; por otro lado, realizamos un análisis de los fundamentos termodinámicos en que se basa el funcionamiento de los equipos mencionados y sobre los fundamentos que rigen la transferencia ya sea de momentum de calor o de masa que se llevan a cabo en cada equipo. Además, presentamos un panorama de la simulación que se puede realizar de un proceso utilizando modelos matemáticos que describen en forma aproximada el funcionamiento de los equipos mencionados.
Prefacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Subdivisión de una refinería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Equipo principal en los procesos de una refinería . . . . . . . . . . . . . 24
Principios para el análisis y simulación de procesos de refinación 26
Base de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Análisis termodinámico de procesos de refinación . . . . . . . . . . . . . . 33
Balance de materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Sistemas con reacción química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Sistema sin reacción química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
La conservación de la masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Conservación de masa en procesos en estado no estacionario 38
Balance de energía y entropía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Balance de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Sistemas cerrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Compresores y expansores operando en régimen permanente 42
Balance de entropía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Aprovechamiento y recuperación de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
El reactor tubular catalítico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
El regenerador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Simulación de procesos de refinación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Cómo realizar una simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Las técnicas de simulación digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Diagramas de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
El problema de reflujos en plantas petroquímicas . . . . . . . . . . 68
La unidad de cómputo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
7
8 Análisis y simulación de procesos de refinación del petróleo
Diagramas de información de flujo a partir de información
del proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Información numérica a partir de diagramas de información
de flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Base de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Propiedades físicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Información sobre el equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Información sobre costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Estrategia en la simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
La decisión de modelar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Desarrollo de un programa para modelar un mezclador de
gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Análisis macroscópico de los fenómenos de transporte en procesos
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