Douglas

1. PROCEDIMIENTO JERÁRQUICO
DOUGLAS, ( 1985)
 Procedimiento de diseño evolucionario a
través de sucesivos niveles de decisión
establecidos en forma jerárquica.
 Se parte de una solución inicial
aproximada, generada sobre la base de
REGLAS heurísticas.
 Refinamiento sucesivo del diseño inicial
hacia el diseño final.
 Cada nivel de decisión termina con un
análisis económico asociado a las

2. Niveles Jerárquicos de Decisión
(Douglas, 1985).
Nivel 1. Procesos batch versus procesos
continuos.
Nivel 2. Estructura de entrada-salida del
proceso.
Nivel 3. Estructura de reciclo del
flowheet y de sistema de reactores.
Nivel 4. Especificación del sistema de
separación.
Nivel 5. Red de Intercambio energético.

3. Aplicación del Procedimiento de
Diseño Jerárquico (Douglas)
Ejemplo: Proceso de
hidroalquilación de
tolueno para producir
benceno (Proceso HDA)

4. Información Preliminar Proceso HDA
 1- Información de la reacción:
 a) Reacciones:
Tolueno + H2 ------> Benceno + CH4
2 Benceno <====> Difenilo + H2
 b) Tº reacción > 1150ºC (veloc. reac alta)
Presión en el reactor: 500 psia.
 c) Selectividad
 d) Fase gas
 e) No se utilizan catalizadores

5. Información Preliminar Proceso HDA
 2. Flujo de producción de benceno, 265 mol/hr.
 3. Pureza del benceno producido, xD = 0.9997
 4. Materias primas:
Tolueno puro, a Tºamb y P atm.
95% de H2 y 5% de CH4, a 550 psia y 100ºF.
 5. Restricciones:
 H2 / aromáticos > 5 a la entrada del reactor
(prevenir la coquización).
 Tº salida del reactor < 1300 ºF (prevenir el
hidrocraqueo).

6. Información de reacciones
 Es importante encontrar todas las
Reacciones Laterales o Secundarias del
proceso, aunque se produzcan trazas de
productos
 Se debe estudiar el concepto de Máxima
Conversión versus Conversión Optima así
como también la Selectividad.
 Numerosos procesos se han diseñado para
operar en las condiciones de máxima
conversión, pero normalmente esta operación
no corresponde a la conversión óptima
económica.

7. Información de reacciones

8. Decisiones de Nivel 1 : Sistemas
Continuos vs Discontinuos
En la primera etapa del diseño conceptual debemos decidir si para la
producción deseada, se usará un proceso continuo o uno discontinuo
( Batch).
Hay ciertos criterios para decidir cual es el apropiado :
a. Nivel de Producción :
Procesos Continuos : Producción mayor a 10 * 10*6 l lb/año ( 5000
tons/año )(5 x 10 *6 kg/año)
Procesos Batch : Producción menor a 1 * 10*6 lb/año ( 500 tons/año )
(5 x 10*6 Kg/año).
b. Factor de Mercado :
 Existen productos como los fertilizantes que son estacionales ; es
decir que solo se producen en la época en que se consumen (
Primavera) . Si se producen durante todo el año, se produce un
inventario excesivo que produce costos extras.
 Algunos productos solo tienen un período de vida corto ( 2- 3 años ),
tales como pigmentos orgánicos , por lo cual se prefiere una planta
batch por su gran flexibilidad para estos productos de corta vida.

9. Decisiones de Nivel 1 : Sistemas
Continuos versus Discontinuos
c. Problemas Operacionales :
Algunas reacciones son tan lentas que la única alternativa son
reactores discontinuos.
También es muy difícil bombear pulpas con un bajo flujo sin que
sedimenten y tapen o obstruyan las tuberías o equipos, por lo cual es
muy difícil construir equipos para procesos continuos cuando se deben
manejar bajas capacidades de pulpas, y es preferible usar procesos
discontinuos.
En forma similar , algunos productos ensucian muy rápidamente los
equipos, por lo cual las operaciones batch son las indicadas para
manejar estos tipos de compuestos, debido a que se debe detener
periódicamente los equipos y limpiarlos en cada una de estas
operaciones.
d. Operaciones Múltiples en Equipos :
Otra característica única de los procesos discontinuos es que a

10. Nivel 2. Estructura de entrada-salida del proceso.
Análisis
• Dibujar un recuadro o caja negra
alrededor del proceso total
• Enfocar la atención en la materia
prima y los productos y productos
secundarios
• Los costos de la materia prima se
deben obtener (rango del 33 al 85 % de los
costos totales del proceso)

11. Nivel 2.
Estructura de entrada-salida del proceso.

12. Decisiones del Nivel 2
1. La corriente de alimentación …
¿Debería purificarse antes que
ingrese al proceso?
2. Un subproducto reversible …
¿Debería removerse o hacerlo
recircular?
3. Reciclos y purga
¿Debería usarse un reciclo de gas
con una corriente de purga?

13. Decisiones del Nivel 2
4. Los reactantes sin convertir…
¿Deberían recuperarse o hacerlos
recircular?
5. Corrientes efluentes …
¿Cuántas debería haber?
6. Variables de diseño
¿Cuáles son las variables de diseño,
y qué aspectos económicos están
asociados con ellas?

14. Reglas heurísticas
1. La corriente de alimentación …
¿Debería purificarse antes que
ingrese al proceso?
REMOVER
ESPECIES O
PURIFICAR
AUMENTAN COSTOS
DEL PROCESO

15. La decisión es económica
2. Un subproducto reversible …
¿Debería removerse o hacerlo
recircular?

16. 3. Reciclos y purga
¿Debería usarse un reciclo de gas con
una corriente de purga?
Regla Práctica:
"Cuando un reactivo liviano se encuentre
junto a impurezas o subproductos livianos
con punto de ebullición menor que el
propileno (-48ºC), se debe usar un sistema de
reciclo con una corriente de purga”.
Nota: Se elige el propileno porque los componentes con punto de ebullición
más bajo no pueden ser condensados con el solo empleo de agua de
enfriamiento y/o altas presiones en el fluido de proceso.

17. 4. Los reactantes sin convertir…
¿Deberían recuperarse o hacerlos
recircular?
 Recuperar el 99%de los materiales valiosos,
ya que éstos representan un alto % del costo
de producción.
 El aire es alimentado en exceso para forzar la
conversión completa y no se recircula.
 El agua también se usa en exceso y debe
recircularse al máximo, debido a los altos
costos de tratamiento.
Criterios de diseño:

18. 5. Corrientes efluentes …
¿Cuántas debería haber?

19. 6. Variables de diseño
¿Cuáles son las variables de diseño, y qué
aspectos económicos están asociados
con ellas?
.
• Las variables de diseño dependen del tipo de
proceso y de las bases de diseño.
• Las Variables de Diseño son las que afectan
la distribución de los productos dentro del
proceso.
• Número de variables que se deben especificar
para definir el proceso: Grados de Libertad.
• Los Balances de Masa y Energía y la
Evaluación Económica se deben plantear en
función de variables de diseño.