La integración de procesos es un término en ingeniería química que tiene dos posibles significados.
- Un enfoque holístico del diseño de procesos que enfatiza la unidad del proceso y considera las interacciones entre diferentes operaciones unitarias desde el principio, en lugar de optimizarlas por separado. Esto también se puede llamar diseño de proceso integrado o síntesis de proceso . El-Halwagi (1997 y 2006) y Smith (2005) describen bien el enfoque. Un primer paso importante es a menudo el diseño del producto (Cussler y Moggridge 2003), que desarrolla la especificación del producto para cumplir con su propósito requerido.
- Análisis de pellizco , una técnica para diseñar un proceso para minimizar el consumo de energía y maximizar la recuperación de calor, también conocida como integración de calor , integración de energía o tecnología de pellizco . La técnica calcula los objetivos de energía alcanzables termodinámicamente para un proceso dado e identifica cómo lograrlos. Una idea clave es la temperatura de pellizco , que es el punto más restringido del proceso. La explicación más detallada de las técnicas es de Linnhoff et al. (1982), Shenoy (1995), Kemp (2006) y Kemp y Lim (2020), y también aparece con fuerza en Smith (2005). Esta definición refleja el hecho de que el primer gran éxito de la integración de procesos fue el análisis de pellizco térmico que abordó los problemas de energía y fue pionero en Linnhoff y sus colaboradores. Posteriormente, se desarrollaron otros análisis de pellizco para varias aplicaciones, como redes de intercambio masivo (El-Halwagi y Manousiouthakis, 1989), minimización del agua (Wang y Smith, 1994) y reciclaje de materiales (El-Halwagi et al., 2003). Una extensión muy exitosa fue "Hydrogen Pinch", que se aplicó a la gestión del hidrógeno en las refinerías (Nick Hallale et al., 2002 y 2003). Esto permitió a las refinerías minimizar el capital y los costos operativos del suministro de hidrógeno para cumplir con las regulaciones ambientales cada vez más estrictas y también aumentar los rendimientos de los hidrotratadores.
Descripción
En el contexto de la ingeniería química, la integración de procesos se puede definir como un enfoque holístico para el diseño y la optimización de procesos, que explota las interacciones entre diferentes unidades para emplear los recursos de manera efectiva y minimizar los costos.
La integración de procesos no se limita al diseño de nuevas plantas, sino que también cubre el diseño de modernización (por ejemplo, nuevas unidades que se instalarán en una planta antigua) y la operación de los sistemas existentes. Nick Hallale (2001) explica que con la integración de procesos, las industrias están ganando más dinero con sus materias primas y activos de capital, mientras se vuelven más limpias y sostenibles. [1]
La principal ventaja de la integración de procesos es considerar un sistema como un todo (es decir, un enfoque integrado u holístico) para mejorar su diseño y / o funcionamiento. Por el contrario, un enfoque analítico intentaría mejorar u optimizar las unidades de proceso por separado sin aprovechar necesariamente las posibles interacciones entre ellas.
Por ejemplo, mediante el uso de técnicas de integración de procesos, podría ser posible identificar que un proceso puede usar el calor rechazado por otra unidad y reducir el consumo total de energía, incluso si las unidades no están funcionando en condiciones óptimas por sí mismas. Esta oportunidad se perdería con un enfoque analítico, ya que buscaría optimizar cada unidad y, a partir de entonces, no sería posible reutilizar el calor internamente.
Normalmente, las técnicas de integración de procesos se emplean al comienzo de un proyecto (por ejemplo, una nueva planta o la mejora de una existente) para seleccionar opciones prometedoras para optimizar el diseño y / o la operación de una planta de proceso.
También se emplea a menudo, junto con herramientas de simulación y optimización matemática para identificar oportunidades con el fin de integrar mejor un sistema (nuevo o existente) y reducir los costos de capital y / o operativos.
La mayoría de las técnicas de integración de procesos emplean el análisis Pinch o Pinch Tools para evaluar varios procesos como un sistema completo. Por tanto, en sentido estricto, ambos conceptos no son iguales, aunque en determinados contextos se utilicen indistintamente. La revisión de Nick Hallale (2001) explica que en el futuro se esperan varias tendencias en el campo. En el futuro, parece probable que el límite entre los objetivos y el diseño se difumine y que estos se basen en información más estructural sobre la red de procesos. En segundo lugar, es probable que veamos una gama mucho más amplia de aplicaciones de integración de procesos. Todavía queda mucho trabajo por realizar en el ámbito de la separación, no solo en sistemas de destilación complejos, sino también en tipos mixtos de sistemas de separación. Esto incluye procesos que involucran sólidos, como flotación y cristalización. El uso de técnicas de integración de procesos para el diseño de reactores ha experimentado un rápido progreso, pero aún se encuentra en sus primeras etapas. En tercer lugar, se espera una nueva generación de herramientas de software. La aparición del software comercial para la integración de procesos es fundamental para su aplicación más amplia en el diseño de procesos.
Referencias
- ^ Hallale, Nick (julio de 2001). "Ardiente brillante: Tendencias en la integración de procesos" . Progreso de la ingeniería química . Archivado desde el original el 4 de febrero de 2008.
- Cussler, EL y Moggridge, GD (2001). Diseño de productos químicos . Cambridge University Press (Serie Cambridge en Ingeniería Química). ISBN 0-521-79183-9
- El-Halwagi, MM, (2006) "Integración de procesos", Elsevier
- El-Halwagi, MM, (1997) "Prevención de la contaminación mediante la integración de procesos", Academic Press
- El-Halwagi, MM, F. Gabriel y D. Harell, (2003) “Orientación gráfica rigurosa para la conservación de recursos a través de redes de reciclaje / reutilización de materiales”, Ing. Ind. Chem. Res., 42, 4319-4328
- El-Halwagi, MM y Manousiouthakis, V. (1989). Síntesis de redes de intercambio masivo. AIChE J. 35 (8), 1233-1244.
- Hallale, Nick, (2001), " Burning Bright: Trends in Process Integration ", Chemical Engineering Progress, julio de 2001
- Hallale, N. Ian Moore, Dennis Vauk, "Optimización del hidrógeno con una inversión mínima", Petroleum Technology Quarterly (PTQ), primavera (2003)
- Kemp, IC (2006). Pinch Analysis and Process Integration: A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy, 2nd edition . Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-8260-4 . Incluye software de hoja de cálculo descargable.
- Kemp, IC y Lim, JS (2020). Análisis de pellizco para la reducción de la huella de carbono y la energía: una guía del usuario sobre la integración de procesos para el uso eficiente de la energía, tercera edición . Incluye software de hoja de cálculo descargable. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-102536-9 .
- Linnhoff, B., DW Townsend, D. Boland, GF Hewitt, BEA Thomas, AR Guy y RH Marsland, (1982) “Guía del usuario sobre integración de procesos para el uso eficiente de la energía”, IChemE, Reino Unido.
- Shenoy, UV (1995). "Síntesis de la red de intercambiadores de calor: optimización de procesos mediante análisis de recursos y energía". Incluye dos discos de computadora. Gulf Publishing Company, Houston, TX, EE. UU. ISBN 0-88415-391-6 .
- Smith, R. (2005). Diseño e Integración de Procesos Químicos . John Wiley e hijos. ISBN 0-471-48680-9
- Vauck, Dennis (septiembre de 2002), "Hydrogen: Liability or Asset?" , Chemical Engineering Progress , archivado desde el original el 12 de abril de 2008
- Wang, YP y R. Smith (1994). Minimización de aguas residuales. Chem. Ing. Sci., 49, 981-1006