Diagramas procesos

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INTRODUCCIÓN AL 
DISEÑO BÁSICO DE LOS 
PROCESOS QUÍMICOS 
(CAPÍTULOS 1 Y 2) 
Autor: Dr. Enrique Arce Medina 
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
 
 
Asignatura 
Integración IV 
Departamento de Ingeniería Química 
 
Integrantes: 
Ing. Sergio Flores (Prof. Titular) 
Ing. Marcela Ciravegna (JTP) 
Ing. Carlos Siccatto (JTP) 
 
2023
 
ii
Derechos Reservados del autor. 
Dr. Enrique Arce Medina. 
México D.F., a 30 de Julio de 2011 
iii
Contenido 
 Página 
Capitulo 1. Introducción 1 
 1.1 Diseño Básico de Procesos 3 
 1.2 Especificaciones y Criterios del Diseño de Procesos 5 
 1.3 Diagrama de Cebolla 6 
 1.4 La preocupación por el Medio Ambiente 11 
 1.5 Las Bases de Diseño 12 
 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico 15 
 2.1 Consideraciones de Diseño en el Nivel 1 16 
 2.2 Consideraciones de Diseño en el Nivel 2 18 
 2.3 Consideraciones de Diseño en el Nivel 3 19 
 2.4 Consideraciones de Diseño en el Nivel 4 23 
 2.5 Consideraciones de Diseño en el Nivel 5 23 
 2.6 Diagramas de Proceso 25 
 Problemas 42 
 88 
Prologo
________________________________________________________________________
v
Prologo
El diseño conceptual de los procesos químicos para la elaboración de productos de alto valor agregado a 
partir de materias primas de bajo valor, sigue, básicamente, un diseño modular en una secuencia de 
operaciones unitarias. Estas acciones de transformación química y física como mezclar, calentar, 
reaccionar, presurizar, destilar, etc. sirven como bloques de construcción para ensamblar acciones de 
procesamiento en los diagramas de bloques. Los diagramas de proceso son el documento básico para el 
diseño de los procesos químicos. El curso de Diseño básico de procesos que se ofrece en la Escuela 
Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas del Instituto Politécnico Nacional se apoya en el 
desarrollo de proyectos para el diseño de plantas de procesos químicos en operación continua. 
 El diseño de los procesos químicos se puede realizar siguiendo varias metodologías, pero en este 
curso se adoptó la estrategia de Douglas, que se basa en una jerarquía de varios niveles de decisión: en el 
primero, se busca identificar la ruta de reacciones para la manufactura del producto que resulte 
ecológicamente benigna y económica; el segundo, trata con la definición de los reactores y los cálculos de 
balances de materia y energía involucrados en la entrada y salida del proceso; en el tercero, se define la 
estructura de reciclo; el cuarto nivel de decisiones se refiere a la determinación de la estructura de 
separadores y refinación de productos; por último, en el quinto nivel se establece la síntesis de la red de 
cambiadores de calor en el proceso, de acuerdo con la tecnología Pinch, para el máximo aprovechamiento 
de la energía. 
 El método de diseño de procesos que Douglas recomienda, procede de acuerdo a los niveles 
descritos, elaborando secuencialmente diagramas de proceso. En el diseño se exploran varias alternativas, 
empieza con un diagrama de un solo bloque y las corrientes de entrada y salida del proceso, hasta terminar 
en un diagrama, con los balances de materia y energía alrededor de todos los equipos. 
 En el capitulo 1 se presentan las definiciones básicas del diseño conceptual de los procesos 
químicos, entre otras, el diagrama de cebolla, el potencial económico, las heurísticas, los criterios y las 
especificaciones de diseño, etc. Entre los criterios más importantes para el diseño de procesos destacan el 
obtener el mayor rendimiento económico en del proceso, considerado como criterio supremo del diseño, 
otro es el diseño de procesos ambientalmente benignos, que cada vez cobra mayor importancia. 
 En el capitulo 2 se presenta la forma en que se aplica el diseño de procesos, por etapas, de acuerdo 
a la metodología de Douglas. Con ejemplos se ilustra como se usan las heurísticas para orientar las 
decisiones en el diseño de los sistemas de reactores, de reciclo y de separadores. También se da en este 
capitulo una guía para la construcción e interpretación de los diagramas de procesos y su descripción.
 Siguiendo la metodología de Douglas para el diseño básico de procesos, después de la definición 
de la estructura de reciclo, sigue la síntesis de la estructura de separadores. En el capitulo 3 se presentan 
dos métodos para proponer secuencias de separadores, el primero que usa heurísticas y el segundo que se 
basa en la fórmula de Nadgir y Liu. Se ilustra el uso de estos métodos con varios ejemplos. Además se 
describe y aplica el cálculo del costo relativo de separación que sirve para comparar y seleccionar entre 
varias propuestas de secuencias de separadores. 
Las corrientes de proceso rara vez se encuentran a las condiciones más convenientes para ser 
procesadas en los reactores y separadores. Por ello la temperatura, la presión y la composición de las 
corrientes se tienen que ajustar para obtener un desempeño eficiente en los equipos. En el capitulo 4 se 
presenta como definir las condiciones de operación en los equipos, que permitan maximizar el 
aprovechamiento de materiales y energía, con la menor producción de residuos y además buscando que 
sean seguros y controlables.
En la industria de los procesos químicos la preocupación de eficientar el uso de energía y la 
reducción de emisiones contaminantes, ha conducido a la generación de tecnologías para diseño o 
rediseño de procesos con niveles mínimos de consumo de energía. Una de estas tecnologías, es el análisis 
del punto Pinch que ha impactado en la manera en que se diseñan las redes de cambiadores de calor y por 
Prologo
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vi
extensión se aplica también al diseño de redes de transferencia de masa. En el capitulo 5 se presentan las 
bases de esta tecnología para el análisis térmico de las corrientes de proceso. 
Una vez que se han definido los subsistemas de reacción y de separación de acuerdo a los niveles 
de jerarquía de Douglas, queda el problema de definir el sistema de intercambio térmico que ha de 
ajustarse a los requerimientos de energía según lo demanden las condiciones de operación de los 
subsistemas de reacción y separación. El diseño del subsistema de intercambio térmico en el proceso 
queda definido por un arreglo de equipos que se denomina red de cambiadores de calor. El diseño de la 
red de cambiadores de calor es el tema que trata el capitulo 6. 
De las múltiples herramientas para ayudar a la selección de alternativas bajo competencia, el 
método Electre destaca como uno de los mejores. En el diseño de procesos químicos continuamente se 
presenta el problema de selección de alternativas bajo un análisis multicriterio, como la elección de la ruta 
de reacciones más adecuada para el diseño de un proceso, como los casos que se presentan en el capitulo 7. 
 Finalmente se agregan tres Apéndices. El primero que trata con el estudio de los factores de riesgo 
y se busca reducirlos o eliminarlos, por el uso de materiales y condiciones de operación no peligrosos. La 
idea es crear diseños que sean inherentemente seguros, para ello hay que conocer y reducir los riesgos y 
peligros que puedan dañar el entorno, las instalaciones o a las personas. El segundo apéndice presenta una 
guía para el uso del simulador de procesos PRO/II aplicado al diseño de una planta completa. El tercer 
apéndice presenta propuestas de procesos para el desarrollo de los proyectos durante el semestre en que se 
lleva el curso. 
Dr. Enrique Arce Medina 
México, D.F., a 30 de julio de 2007. 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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1
En este capitulo se presentan las definiciones básicas del diseño conceptual de los 
procesos químicos, entre otras, el diagrama de cebolla, el potencial económico, las 
heurísticas, los criterios y las especificacionesde diseño, etc. Entre los criterios más 
importantes para el diseño de procesos destacan el obtener el mayor rendimiento 
económico en del proceso, considerado como criterio supremo del diseño, otro es el 
diseño de procesos ambientalmente benignos, que cada vez cobra mayor 
importancia.
Capitulo 1.
Introducción
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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2
Introducción 
 
El diseño de los procesos químicos es un procedimiento que aplica e integra varias técnicas de ingeniería, 
economía y principios científicos para crear un proceso que fabrique un producto específico. En otras 
palabras se trata de generar, seleccionar y ordenar una serie de operaciones que transformen las materias 
primas en productos. El diseño se presenta a través de varios documentos, los principales son: el diagrama 
del proceso y su descripción, tablas de balances de materia y energía, hojas con la descripción del tipo y 
dimensiones de los principales equipos, un análisis de los costos de los equipos y de operación del 
proceso. Cada diagrama (flowsheeting en inglés), constituye una estructura de múltiples equipos que 
transforman las propiedades químicas y físicas de los materiales en su paso por la planta química. Esta 
característica distingue a los procesos químicos de otro tipo de procesos e industrias. Más del 60 por 
ciento del costo del producto final esta determinado por el diseño y ese costo incluye, los materiales, los 
equipos así como la forma y el orden en que se usan. En este capitulo se presentan los conceptos y 
definiciones fundamentales del diseño básico de los procesos químicos. 
 
 En general, un diseño es un plan para crear algo, un aparato, un edificio, una organización, una 
fabrica, etc. Hacer un plan implica poner por escrito, en forma ordenada y comprensible la disposición 
general de una obra, la manera de desarrollar un plan es a través de un proyecto. Un proyecto es el marco 
de trabajo para crear el diseño. El proyecto esta orientado por unos objetivos y se termina cuando se 
logran esos objetivos. 
 
 Un proyecto de diseño básico de procesos consta de varios documentos, los principales son: 
 
1. Una propuesta de proyecto que un cliente especifica, aprueba y contrata, 
2. Informes de actividades de acuerdo a la propuesta y, 
3. Un reporte técnico final. 
 
 El proyecto concluye con la entrega del informe técnico en el tiempo especificado en el contrato y 
contiene la siguiente información: 
 
1. Las bases de diseño, 
2. Los diagramas de flujo de proceso y descripción del proceso, 
3. La lista de equipos y hojas de datos de los equipos, 
4. Los requerimientos de servicios y diagramas de servicios 
5. Los diagramas de tuberías e instrumentación, 
6. El diseño preliminar de equipos principales, 
7. Las especificaciones de desfogue, seguridad y control, 
8. Las especificaciones de manejo de efluentes desechables y 
9. Los estimados de la inversión y costo de la planta. 
 
En general, un diseño es un plan para crear algo, un aparato, un edificio, una organización, una fabrica, 
etc. 
 
 Se define como proceso al conjunto de acciones para que algo cambie en etapas sucesivas. Así los 
procesos químicos, son la secuencia de transformaciones químicas y físicas para que las materias primas 
se conviertan en productos con mayor valor que los materiales a partir de los que se obtienen. Las 
operaciones de los procesos químicos son de muy diverso índole, entre las principales se cuentan, la 
reacción, la destilación, calentamiento, compresión y transferencia de masa. En los procesos estas 
operaciones se efectúan en quipos que están conectados entre si por medio de corrientes que los vinculan. 
En la industria química se encuentran una gran cantidad de procesos para producir muy diversos 
productos, por ejemplo, plásticos, detergentes, cosméticos, cerveza, cemento, colorantes, pegamentos, etc. 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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3
 El diseño básico de los procesos químicos no es una tarea trivial ya que hay que seleccionar, 
dentro de una gama amplia de posibilidades, los equipos y sus características de manera eficiente que 
satisfagan los criterios y las especificaciones de diseño de los diferentes tipos de procesos químicos 
 
 El abanico de alternativas de proceso se amplía en función de los componentes químicos del 
proceso. Intentar explorar todas es tedioso y por lo general innecesario; Mejor se opta por reducir la 
búsqueda y comparación de alternativas viables, a través de técnicas como la determinación de factibilidad 
económica, de análisis, y heurísticas. Las heurísticas o reglas heurísticas son guías para la toma de 
decisiones derivadas de la experiencia. Su utilidad radica en despejar confusiones y ayudar a la toma de 
decisiones. Por ejemplo, para separar los componentes de una mezcla en una secuencia de separaciones, se 
recomienda como regla heurística dejar para el último la separación más difícil. Otro ejemplo de regla 
heurística es la siguiente: elija los materiales y las reacciones que eviten o reduzcan el manejo y 
almacenamiento de sustancias tóxicas y corrosivas. 
 
 La determinación de factibilidad económica se obtiene calculando el potencial económico (P.E.), 
de acuerdo a: 
 
 P.E. = Ingresos por los productos y subproductos vendibles 
- Gastos por los materiales que se compran 
- Costo de inversión en equipos 
- Costo de los servicios para la operación 
- Costo por desecho de subproductos indeseables. 
 
 Cuando se comparan varias opciones de proceso debe elegirse la que tenga mayor P.E. Es obvio 
que cuando el P.E. resulte menor de cero se debe buscar una fuente de materias primas más baratas o 
probar otras alternativas de procesos. 
 
 Se toma como utilidad bruta o beneficio económico bruto al valor de P.E. en el cual no se 
incluyen los costos de inversión de equipos ni los de servicios para la operación. Desde el enfoque de 
optimización, el P.E. es la función objetivo mientras que la capacidad de la planta es una restricción. El 
criterio supremo del diseño es maximizar beneficios aceptando como restricciones cumplir la legalidad 
vigente, principalmente las exigencias de no dañar el entorno. Los costos de las sustancias químicas se 
pueden encontrar en la revista quincenal Chemical Marketing Reporter. 
 
1.1 El Diseño Básico de los Procesos 
 
Las estrategias de diseño son dos: 
 
 1. Por la formulación de modelos matemáticos y su solución mediante programación matemática. 
La estrategia de programación matemática frecuentemente se usa como un problema de programación no 
lineal mixta entera, a partir de una estructura general que contenga todas las alternativas de diseño. Las 
variables enteras corresponden a la existencia o ausencia de los equipos en la solución. Mientras que las 
variables continuas son los valores de los flujos, las presiones, temperaturas, tamaño de los equipos, etc. 
Dos dificultades de esta estrategia son la naturaleza no lineal de las ecuaciones y la consideración 
simultánea de todas las alternativas posibles, lo cual conduce a un conjunto de muchas ecuaciones no 
lineales. 
 
 2. La segunda estrategia procede avanzando por niveles en una jerarquía de decisiones, que a 
partir de propuestas simples, por refinamientos sucesivos se llega al diagrama completo del proceso. La 
idea es descomponer el problema de diseño en subproblemas. Esta estrategia es la más empleada. Douglas 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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4
(1988) propone una jerarquía de decisiones para sistematizar la selección de alternativas de diseño, en 
cinco niveles, resumida en la Tabla 1.1. 
 
Tabla 1.1. Jerarquía de decisiones para el diseño básico de los procesos químicos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 El diseño de los procesos químicos pasa por tres etapas: 
 
 Etapa I. Diseñoconceptual. 
 Etapa II: Diseño detallado y 
 Etapa III. Diseño mecánico. 
 
 Durante la primera etapa de diseño se procede según la jerarquía de Douglas bajo la toma de 
decisiones que surgen al formular juicios y tener que elegir entre varias alternativas de proceso. Se usan 
heurísticas como guías y métodos aproximados para la definición y dimensionamiento de los equipos. Con 
los resultados se determina la viabilidad económica del proyecto, si resulta de alta rentabilidad, se procede 
al desarrollo de la segunda etapa del diseño, la ingeniería de detalle y al cálculo riguroso de las 
dimensiones de los equipos y la eliminación de suposiciones que se hallan usado en la etapa del diseño 
básico con el objeto de simplificar los cálculos. También se enriquece el diagrama de proceso al calcular y 
ubicar los instrumentos y lazos de control, ahí donde se deba cumplir una especificación de diseño como 
una presión de salida o un flujo constante ha de colocarse una controlador. Si en esta etapa aún el proyecto 
de la planta resulta altamente rentable, se continúa con la tercera etapa del diseño, hacer los planos de los 
diseños estructurales, mecánicos, obra civil, eléctricos y de servicios así como la procura de los equipos y 
su construcción para su emplazamiento en el terreno que ocupara la planta. 
 
 De acuerdo a la jerarquía de decisiones el diseño básico de los procesos químicos se fundamenta 
en el uso de un conjunto de técnicas organizadas en sistema, para la definición y estructuración de los 
equipos que conforman las etapas sucesivas en los que se llevan a cabo las transformaciones químicas y 
físicas. Involucra la síntesis de varias alternativas para crear diagramas de procesos viables. Dos 
actividades fundamentales del diseño de procesos son la síntesis y el análisis de los procesos. La síntesis 
de procesos involucra actividades en las que varias operaciones de proceso se combinan para generar un 
diagrama de flujo, que debe cumplir ciertos objetivos. En la síntesis de procesos se conoce lo que entra y 
sale del proceso pero se desconoce la estructura del proceso, es decir no se tiene la manera en que se 
configuran las operaciones ni los parámetros de operación. Rudd, Powers y Siirola (1973) definieron el 
problema de síntesis como una tarea de invención de la estructura y la determinación de las condiciones de 
operación del proceso. En el análisis de procesos se conoce la entrada al proceso y la configuración de las 
operaciones, así como los parámetros del proceso y se desea calcular la salida que se desconoce. El 
análisis involucra la descomposición del proceso en las operaciones constituyentes para un estudio de 
desempeño que puede efectuarse por simulación. 
 
 Una planta química comprende las instalaciones de una empresa química dedicada 
específicamente a la producción. Puede haber otras instalaciones, dentro de la misma empresa, como las 
de almacenamiento, las oficinas de comercialización, etc. que no forman parte de la planta. El flujo de 
recursos que pasa por una planta química se ilustra en la Figura 1.1. 
1. Decidir entre proceso continuo o intermitente. 
2. Definir la estructura de entrada y salida 
3. Definir la estructura de reactores y reciclo, 
4. Definir la estructura del sistema de separadores y 
5. Diseñar el sistema que permita la integración de energía en una red de 
intercambiadores de calor. 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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5
 
 El tamaño de las flechas en la figura 1.1, indica la cantidad de los recursos en la entrada y salida 
de la planta. Por ejemplo, se espera que en la planta se usen pocos recursos económicos en la compra de 
materias primas, en los costos de uso de servicios y otros gastos; pero que el ingreso que se obtiene por la 
venta de los productos sea sustancialmente mayor que los gastos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1. Flujo de recursos en una planta. 
 
1.2 Especificaciones y criterios del diseño de procesos 
 
Los criterios de diseño son los estándares para determinar la forma en que se hace el diseño. Las 
especificaciones de diseño son los requerimientos a cumplir bajo un acuerdo de las partes que las definen 
y por lo general se definen en las bases de diseño. 
 
 Los principales criterios para el diseño de una planta son: que sea lo más económica posible y con 
el menor consumo de materiales y energía. Otro criterio es de índole ecológico, bajo el cual se cuida de no 
tener un impacto adverso al medio ambiente. Otros criterios como el de funcionamiento y seguridad se 
imponen para que la planta opere satisfactoriamente y sin riesgos de accidentes, como los casos por fallas 
de sobrecalentamientos o derrames. En la Figura 1.1 se indica en la salida del proceso un flujo de residuos 
que de alguna manera se generan en el proceso y pueden ser dañinos al medio ambiente, por ejemplo, las 
aguas residuales contaminadas con materiales peligrosos. 
 
Una especificación de diseño es la definición de la capacidad de la planta que es del tipo, 
 
Diséñese un proceso para producir X toneladas anualmente de un compuesto Y.
 
Otras especificaciones típicas son la pureza de los productos, la disponibilidad de materias primas, las 
conversiones de las reacciones y la distribución de los componentes en los separadores. Si en las 
reacciones no se especifican las conversiones ni las cantidades de los reactantes, se supone que entran al 
reactor en proporciones estequiométricas y justo lo necesario para producir la cantidad de producto 
especificado. 
 
 Existe cierta flexibilidad en el cumplimiento de los criterios y las especificaciones, ya que el 
diseño se enriquece por niveles, se hacen consideraciones que simplifican el trabajo de diseño, por 
ejemplo, si no se definen las especificaciones de los separadores, entonces se consideran separaciones 
perfectas, esto implica que los componentes ligeros salen en la fase gas y los pesados en la fase líquida. En 
los destiladores a esto se le denomina cortes tajantes ya que nada de los ligeros sale con los líquidos y 
nada de los pesados sale con los gases. Esto implica que cada producto a separar aparece en una y solo una 
Planta 
Química
$ $ 
Materias 
primas 
Productos 
Energía 
Energía 
Residuos
Highlight
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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6
de las corrientes de salida. Ante la falta de especificaciones de separación en el diseño de los separadores, 
se toma la regla heurística que recomienda diseñar los separadores considerando que el 99% de lo que 
entra del componente clave ligero sale por la parte superior del separador, junto con los componentes más 
ligeros, mientras que por el fondo del separador se va el 99% del componente clave pesado, así como el 
total de los componentes más pesados. 
 
 En la figura 1.2 se muestra la manera en que se consideran las especificaciones y criterios de 
diseño para seleccionar la mejor alternativa de diseño. Al evaluar las alternativas de diseño se usan índices 
de desempeño como la rentabilidad, el grado de cumplimiento de las especificaciones, seguridad, etc. 
 
Durante el desarrollo de la ingeniería de diseño, como se muestra en la figura 1.2, algunas etapas 
deben reconsiderarse como se indica con las flechas que reiteran en la figura. Esta reconsideración iterada 
de las alternativas de diseño es necesaria ya que rara vez se tiene suficiente información para producir una 
respuesta amplia que permita tomar una decisión única y definitiva, y mucho menos la mejor, ya que no 
hay solución única en los problemas de diseño por lo que se procede en aproximaciones sucesivas hacia 
una solución cada vez mejor. Las actividades de síntesis y análisis se alternan al iterar en este diagrama de 
comparación y selección de alternativas de diseño de procesos. Como ya se menciono el criterio más 
importante para evaluar alternativas de diseñoes el valor económico, que suele expresarse en el potencial 
económico u otras medidas de rentabilidad de la inversión, como la tasa interna de retorno y el valor 
presente neto. 
 
 
 
Figura 1.2 Procedimiento de comparación y selección de alternativas de diseño. 
1.3 El Diagrama de Cebolla 
 
Los equipos principales de los procesos son los reactores, los separadores y los cambiadores de calor. De 
los cuales se consideran a los reactores como el corazón de los procesos y son estos los que primero se 
diseñan y luego los separadores, para después integrar al diseño los cambiadores al calor. Decir que los 
reactores son el corazón de los procesos es una metáfora. Como cualquier metáfora designa un objeto 
mediante otro que tiene con el primero una relación de semejanza. 
 
 La estrategia jerárquica que evoluciona por niveles, se ilustra en el diagrama de cebolla, de la 
Figura 1.3. El diagrama de cebolla es una analogía gráfica de la jerarquía de diseño de Douglas, en la que 
Determinar especificaciones
Generar alternativas de diseño
Diseño 1 Diseño 2 Diseño 3 
Evaluar criterios de diseño
¿Se cumplen las 
especificaciones y criterios de 
diseño? 
Iterar
Continuar 
con el 
diseño 
detallado
SiNo
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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primero se diseñan los reactores. En la mayoría de reactores se tiene una conversión que rara vez llega al 
cien por ciento, por lo que a la salida de los reactores se tendrá una mezcla de reactantes y productos. Los 
reactantes han de separarse de los productos y reciclarse al sistema de reactores. A los reactores se 
alimentan los reactivos que pueden provenir de corrientes de alimentación fresca o de corrientes de 
recirculación o una mezcla de ambas. En algunos procesos también se mezclan a la carga de los reactores 
substancias diluyentes o catalizadores. Por ello después de diseñar los reactores y el sistema de reciclo ha 
de diseñarse el sistema de separadores, con equipos de separación como los destiladores y absorbedores. 
Las corrientes de entrada y salida de los reactores difícilmente tendrán las condiciones de temperatura y 
presión necesarias en los separadores, por lo que habrán de ajustarse esas condiciones a las necesarias. 
Para ello se ha de requerir el diseño de un sistema de cambiadores de calor que consiga las condiciones 
adecuadas para cada corriente. Por último se ha de diseñar los equipos de servicios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.3. Diagrama de cebolla. 
 
 Las corrientes de entrada a los reactores casi siempre requieren ser acondicionadas para llevarlas a 
las condiciones de temperatura, presión y composición necesarias en las reacciones. Por esto en algunos 
procesos se tienen secciones de preparación de la alimentación. Las corrientes de salida de los reactores 
contendrán los productos, los reactantes no convertidos y subproductos, algunos que probablemente deban 
ser desechados en secciones de tratamiento de efluentes, posiblemente a la salida también se obtengan 
substancias inertes diluyentes así como catalizadores. Estas corrientes requieren tratamientos de 
separación de los productos. Así que en el orden de prioridad de diseño, después de los reactores, siguen 
los separadores. 
 La mayoría de los procesos consta de una sección de preparación de las materias primas, seguida 
de la sección de reactores y luego una sección de purificación de los productos. La figura 1.4 ilustra esta 
secuencia de operaciones de los procesos químicos. 
 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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Figura 1.4 Estructura general de un proceso químico. 
 
Puesto que los cambios químicos en las etapas del proceso van acompañados de cambios de energía, 
principalmente de energía térmica, entonces, el siguiente paso en la jerarquía de diseño corresponde al 
diseño de los intercambiadores de calor. Por último se efectúa el diseño de los equipos de servicios 
auxiliares que se requieran en el proceso. 
 En cada nivel del diseño se determinan las alternativas que deben examinarse con más detalle y las 
que deben excluirse a la luz de razonamientos funcionales, ambientales, económicos y de seguridad. La 
idea es obtener procesos ecoeficientes. De estos criterios en el uso de recursos, el económico es el más 
importante, parece un grosero materialismo pero así ha de ser que los procesos químicos se planeen y 
construyan por el espíritu de ganancia. Porque la obtención de beneficios es el incentivo de la industria 
química y de cualquier otra industria. 
 El enfoque de múltiple perspectiva en la solución de problemas, es una práctica eficiente y para 
convertirla en costumbre hay que experimentar muchas veces. Los problemas de diseño de procesos son 
de este tipo y se adquiere esta visión de apreciación desde diferentes ángulos al pensar en alternativas. 
Para el diseño este es el primer paso, pensar en alternativas, formulando preguntas y se complementa con 
el pensamiento analítico, a través del cual se auscultan las cosas para su entendimiento, por 
desmenuzamiento de sus componentes y el pensamiento de síntesis, que une y relaciona cosas para 
obtener nuevas cosas, es decir, pensar como elegir las partes componentes y definir la manera en que 
deben interconectarse para formar nuevas y diferentes estructuras. En otras palabras, la síntesis es la 
actividad que genera las configuraciones posibles de proceso mientras que el análisis trata con el estudio 
de las características de las posibles configuraciones a través de los cálculos de balances de materia y 
energía. 
 Para el diseño de procesos se usa como pauta la jerarquía de Douglas o su equivalente el diagrama 
de cebolla, que descompone un sistema complejo en componentes de magnitud manejable. Empieza con 
un diseño preliminar del reactor y por etapas se enriquece, integrando más equipos al proceso. 
 
Ejemplo 1.1 Durante la segunda etapa del diseño para crear la estructura de separadores se pueden usar 
reglas heurísticas o un método como el de Nadgir y Liu (1983). Para ilustrar esto se propone el siguiente 
ejemplo. Se desea separar la siguiente mezcla, que está a 37.8 ºC y 1.72 MPa en sus componentes. 
 
EEssppeecciieess FFrraacccciióónn mmooll VVoollaattiilliiddaadd rreellaattiivvaa,, 
A: Propano 0.05 
B: i-Butano 0.15 2.0 
C: n-Buteno 0.25 1.33 
D: i-Pentano 0.20 2.40 
E: n-Pentano 0.35 1.25 
Preparación 
y purificación 
 
Reacción 
Separación y 
purificación 
Tratamiento de 
efluentes 
Productos Materias
primas 
Productos secundarios 
Efluentes limpios 
Highlight
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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9
 
 Para una mezcla líquida de cinco componentes se tienen 14 diferentes alternativas de secuencias 
de separación; en la Figura 1.5 se muestran cuatro de estas posibles alternativas: los componentes a la 
izquierda de la diagonal son los más ligeros y salen por el domo; los componentes a la derecha son los 
más pesados y salen por el fondo. La idea es proponer el arreglo de equipos con el menor costo. 
 Las reglas heurísticas que se emplean en este caso de mezclas son las siguientes. 
 
 Regla H1. Remover las especies más abundantes al principio. 
 Regla H2. Dejar las separaciones difíciles para el final 
 Regla H3. Si no hay separaciones difíciles, los componentes deben ser removidos de la 
 mezcla en orden decreciente de la propiedad que facilita su separación. 
 Regla H4. Si todo lo demás es igual, separar en partes iguales. 
 
 
Figura 1.5 Cuatro de las catorce alternativas de separación de una mezcla se cinco componentes. 
 
 Al aplicar estas reglas pueden ocurrir casos en que se tienen propuestas contradictorias y se debe 
usar algún criterio extra, como el costo de la separación, para decidir cual esla secuencia de separación 
más adecuada. Por ejemplo, si el componente más abundante es el más difícil de separar se tiene un 
conflicto entre las reglas, esto ocurre en la mezcla presente ya que con la regla H1 se debería separar 
primero el componente más abundante, el pentano; al aplicar la regla H2 debe dejarse la separación más 
difícil para el último, que en este caso también corresponde al corte de i-pentano/n-pentano. 
 
 Una forma conveniete de proponer secuencias de separadores sin usar las reglas heurísticas es la 
fórmula de Nadgir y Liu (1983). Que usa el Coeficiente de Facilidad de Separación, CFS. 
 
A/BCDE 
B/CDE 
A B C 
D/E C/DE 
D 
E 
ABCD/E 
C 
D 
A 
E 
AB/CD 
B 
D 
AB/CDE 
A 
B 
E 
C 
C/DE D/E 
C 
AB/CDE 
A 
B 
D 
C/D 
CD/E E 
Alternativa 1 Alternativa 2 
Alternativa 3 Alternativa 4 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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10
 CFS = f * 
Donde: 
 f = relación de distribución de flujos molares de los componentes en el corte D/B o B/D 
 dependiendo del que resulte menor o igual a la unidad. D corresponde a la suma de flujos de los 
 componentes que salen por el domo y B a la suma de los que salen por el fondo. 
 = diferencia de temperaturas de ebullición de los componentes adyacentes al corte o si se tienen 
 datos de volatilidad relativa ( ) entonces = ( -1)*100. 
 
 En la Tabla 1.2 se presentan los cálculos para el coeficiente de facilidad de separación 
 
 
Tabla 1.2 
 
 Componente Fracción 
Molar
Volatilidad
relativa
f CFS
A: n-Propano 0.05 2.0 0.05/.95 100 5.26 
B: i-Butano 0.15 1.33 0.20/.80 33 8.25 
C: n-Pentano 0.25 2.40 0.45/.55 140 114.5 
D: i-Pentano 0.20 1.25 0.35/.65 25 13.46 
E: n-Pentano 0.35 
 
Puesto que el mayor valor de CFS corresponde al corte ABC/DE este es el corte de la primer 
columna de destilación, que corresponde al más fácil. Para proponer el siguiente corte se tienen las 
secuencias A/BC o AB/C se vuelve a calcular el CFS y se obtiene: 
 
 Secuencia A/BC Secuencia AB/C 
f 0.05/0.40 0.20/0.25 
 100 33 
CFS 12.5 26.4 
 
La separación cuyo corte es AB/C es la de mayor CFS, la secuencia final de separación queda: 
 
 Secuencia 1: ABC/DE, AB/C, A/B, D/E. 
 Empleando las reglas heurísticas se puede proponer la secuencia 2: ABC/DE, A/BC, B/C, D/E. 
 
 Para determinar cual de las dos secuencias es la que se debe elegir en el diseño se emplea el costo 
relativo de separación en función del flujo de vapores en cada columna de destilación. Una aproximación 
del cálculo del flujo de vapores es con la fórmula: 
V = D + 1.2 F/( -1) 
 
 Donde: F es el flujo de todos los componentes en la alimentación y D es el flujo en el destilado. 
 
Flujo de vapores en la secuencia 1 es: EDBACABDEABC VVVVV ////1 
 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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11
1
2.1
)()(
1
2.1
)()(
1
2.1
)()(
1
2.1
)()(
//
//
1
ED
EDD
BA
BAA
CB
CBABA
DC
EDCBACBA
FFFFFF
FFFFFFFFFFFFFV
 
 Al efectuar los cálculos se determina que el menor flujo de vapores corresponde a la secuencia 1, 
por lo que se tendrá un menor costo relativo de separación de esta secuencia. 
 
 Con este ejemplo se ilustra el procedimiento de generación, comparación y selección de 
alternativas de la Figura 1.2. 
 
1.4 La preocupación por el medio ambiente 
 
La mayoría de los procesos químicos en uso actualmente surgieron hace décadas, cuando no existían 
métodos sistemáticos para la generación de estructuras óptimas de los mismos. Por esto los procesos con 
muchos años en operación presentan oportunidades de mejoramiento funcional y económico, en inglés a 
este mejoramiento se le llama �retrofitting�. De hecho, es más común que los nuevos ingenieros encaren 
problemas de mejoramiento de procesos existentes que la creación de nuevos diseños. Un caso de 
modificación de procesos es para permitir un aumento en la capacidad de producción, esto es lo que se 
conoce como estudios de descuellamiento (del inglés debotlenecking). Otro caso es para detener, remediar 
y hasta revertir el impacto del proceso y sus productos que deterioran el medio ambiente. 
 
 La preocupación por el deterioro del medio ambiente la contaminación del aire, de los ríos y los 
lagos es cada vez mayor, como es el efecto invernadero en el calentamiento de la atmósfera y el 
adelgazamiento de la capa del ozono, así como por las emisiones de líquidos y sólidos que contaminan los 
ríos y terrenos de cultivo; conduce a que los gobiernos locales y federales impongan normas y sanciones 
cada vez más severas. 
 
 Aunque se cuenta con tecnologías muy avanzadas de confinación y tratamiento de residuos 
industriales y municipales, es preferible la aplicación de medidas de prevención de la producción y 
emisión de contaminantes. A través de tecnologías limpias es posible minimizar la generación de 
compuestos contaminantes y aumentar el uso eficiente de la energía en las plantas de los procesos 
químicos, en el Apéndice A se extiende esta idea de diseño de procesos que no dañen al medio ambiente. 
Estas técnicas son benignas al medio ambiente de múltiples formas, por ejemplo, la siguiente lista da 
algunas medidas preventivas, que aunque no es exhaustiva sirve de ilustración. 
 
1. Con la propuesta y aplicación de la reducción o eliminación del consumo de 
materias primas contaminantes, por ejemplo buscando rutas de reacción para evitar 
o reducir la toxicidad de subproductos. 
2. Sustitución de solventes peligrosos por solventes en base agua. 
3. El uso de catalizadores y reactores que favorezcan la selectividad de los productos 
deseados y minimice la generación de subproductos contaminantes. 
 
 Un concepto de diseño benigno al medio ambiente es el de integración de procesos que se basa en 
el re-uso, reciclo y regeneración de materiales, para evitar efluentes tóxicos y peligrosos. La idea básica 
del diseño integrado de procesos es destinar los subproductos y residuos que ocurren en un sector del 
proceso a otro sector en el que pueden usarse como materias primas. O convertir un subproducto de 
desecho en un producto de valor. 
 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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12
 Proponer y comparar alternativas de diseño es la tarea fundamental en el diseño de procesos. 
Como en el ejemplo, la selección de alternativas se puede efectuar bajo un esquema sistematizado de 
decisiones razonadas. Como el siguiente. 
 
1. Determinar si se puede reducir el contaminante en el punto de su generación. 
2. Si no es posible, probar la posibilidad de reciclarlo hasta su extinción. 
3. Si no es posible, tratar de purificar el contaminante si es que puede venderse y recuperar 
los costos de purificación, 
4. Si no es posible, Proponer un tratamiento que elimine su peligrosidad, 
5. Si no es posible, enviarlo a confinamiento. 
1.5 Las bases de diseño 
 
El proyecto de diseño de un proceso químico tiene por origen cubrir un requerimiento de capacidad de 
producción, resumido en una frase como la siguiente: Diséñese un proceso para producir X Toneladas 
anualmente de un compuesto Y. La capacidad de producción (toneladas anuales del producto) suele 
tomarse como base para efectuar los cálculos de balances de materia y energía. La capacidad de 
producción deseada se determina por un análisis detallado del mercado y bajo la definición de la fracción 
del mercado que se espera cubrir. Actualmente no es una tarea fácil hacer la estimación de la fracción del 
mercado a cubrir, debido a las economías de escala y la globalización. 
 
 La mayoría de las plantas requieren parar la producción para hacer el mantenimiento, limpiar 
equipos, cambiar catalizadores, reparar instrumentos, etc. Por lo que solo se trabaja una fracción de los 
365 días del año, este es el factor de servicio. Plantas que operan 8,000 hr/añotienen un factor de servicio 
aproximado de 91 %. 
 
Están sujetos a un análisis técnico económico de alternativas los siguientes aspectos de ingeniería. 
 
1. La selección de la ruta de reacciones, 
2. La selección del tipo de proceso a utilizar, 
3. La selección de la carga de la planta, 
4. El establecimiento del esquema (diagrama) de proceso, 
5. La selección del tipo de los equipos, 
6. El establecimiento de las condiciones de operación y 
7. La integración de requerimientos de los servicios. 
 
Esta lista resume las decisiones fundamentales del diseño, la selección de la química del proceso, la 
definición de la configuración del proceso, el tipo y tamaño de los equipos así como las condiciones de 
operación. 
Para proceder al diseño se parte de las especificaciones de diseño que forman un documento conocido 
como Bases de diseño y que contiene los antecedentes técnicos y requisitos a cumplir por el diseño. Esto 
incluye: 
 
1. Generalidades, 
2. La capacidad, el factor de servicio y la flexibilidad. 
3. Las especificaciones de las alimentaciones y productos, 
4. Las condiciones de las alimentaciones y productos en los límites de batería, 
5. Información de servicios auxiliares y de proceso. 
 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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13
En algunos casos además se considera: Las normas y requerimientos para el tratamiento de efluentes, 
condiciones de seguridad y las instalaciones requeridas de almacenamiento de materias primas y 
productos. 
 
En la Tabla 1.3 se presenta un ejemplo de bases de diseño con los datos de un proceso para recuperar 
etano y licuables a partir de gas natural. 
 
Conclusión.
 
Diseñar un proceso es como ensamblar las piezas de un rompecabezas. Las piezas se integran poco a poco, 
lo cual equivale al acomodo de los equipos en el diagrama de procesos. Con las especificaciones del 
proceso se definen los reactores y los separadores, con el diseño hasta este nivel se deben conocer los 
balances de materia y energía. Después se buscan combinaciones entre las corrientes de proceso en 
cambiadores de calor para un óptimo aprovechamiento de la energía. Finalmente con el diseño de los 
cambiadores de calor se fijan las demandas de servicios de calentamiento con vapor y de enfriamiento con 
agua fría. 
 
Otro nombre del diseño básico de procesos es el diseño conceptual de los procesos, porque se 
conceptualizan como integrados por subsistemas, en donde cada uno de estos tiene una función particular, 
como la transformación en reactores, en separadores o cambiadores de calor. Esto permite que el diseño se 
desarrolle de manera incremental y que cada subsistema pueda tener sus especificaciones particulares. 
 
Los problemas de diseño de proceso no tienen una solución única, al comparar alternativas de diseño se 
elige como más plausible la que mejor satisface los criterios y las especificaciones de diseño. Cada nueva 
alternativa que supera a las demás es una aproximación al óptimo, por lo tanto, es la mejor con carácter 
provisional. 
 
Referencias. 
1. Douglas, J.M., Conceptual Design of Chemical Processes. McGraw-Hill, Inc. 1988. 
2. Nadgir, V. M. y Y. A. Liu, �Studies in Chemical Process Design and Synthesis�. AICHE J. vol. 
29, no. 6, pp 926-934, Nov. 1983. 
3. Rudd, D.F, G.J. Powers y J.J. Siirola. Process Synthesis. Prentice-Hall, 1973. 
 Capitulo 1. Introducción 
 
 
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14
Tabla 1.3 Bases de diseño de un proceso para recuperar etano y licuables a partir de gas natural. 
 
Generalidades. Diseñar una planta para recuperar etano y licuables, a partir de gas natural previamente endulzado. 
Empleara procesos criogénicos. 
La capacidad, el factor de servicio y la flexibilidad. Producirá 150,000 ton/año con un factor de servicio de 0.9 
(operara 11 meses al año y un mes se usa para mantenimiento). La planta tendrá la flexibilidad de obtener propano 
además de etano. 
 
Las especificaciones de las alimentaciones y productos. La carga de gas natural, endulzado, será de 500 MMPCSD a 
68 °F y 14.2 psia, con la siguiente composición: 
 
Componente % mol 
Metano 76.556 
Etano 13.949 
Propano 5.777 
Isobutano 0.813 
n-Butano 1.592 
Isopentano 0.335 
n-pentano 0.355 
Hexano (+) 0.471 
Bióxido de carbono 0.152 
Total: 100.00 
 
Se espera que tenga menos de 4 ppm de H2S y con H2O saturado a las condiciones de la alimentación. 
 
Las condiciones de las alimentaciones y productos en los límites de batería. 
Condiciones de las alimentaciones en los límites de batería: 
 
Alimentaciones Edo. Físico Presión (psia) Temperatura (°F) Forma de 
 Max/normal/min Max/normal/min recibo 
Gas Dulce Gaseoso 995/960/950 104/95/86 Gasoducto 
 
 
Condiciones de los productos en los límites de batería. 
 
Productos Edo. Físico Presión (psia) Temperatura (°F) Forma de 
 Max/normal/min Max/normal/min entrega 
Etano (+) Líquido 694/315/315 85 Gasoducto 
Gas residual Gas 1120/1120/1120 104/95/86 Gasoducto 
 
Información de servicios auxiliares y de proceso. 
 
Requerimientos de agua para la caldera, el proceso, potable, servicios y uso sanitario, de enfriamiento. 
Agua tratada de entrada al proceso: 90 °F, De retorno a torre de enfriamiento: 115°F 
 
Vapor disponible: 
 
 Servicio P, psig T, °F Calidad 
 
 Alta 1450 825 Sobrecalentado 
 Media 640 655 Sobrecalentado 
 Baja 60 308 Saturado 
 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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15
En este capitulo se presenta la forma en que se aplica el diseño de proceso, por 
etapas, de acuerdo a la metodología de Douglas. Con ejemplos se ilustra como se 
usan las heurísticas para orientar las decisiones en el diseño de los sistemas de 
reactores, de reciclo y de separadores. También se da en este capitulo una guía 
para la construcción e interpretación de los diagramas de procesos y su 
descripción. 
.
Capitulo 2.
Etapas del Diseño Básico 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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16
Capitulo 2. Las Etapas del Diseño Básico de Procesos. 
 
En el capitulo 1 se definió la jerarquía de decisiones para el diseño básico, metodología propuesta por 
Douglas [1]. En este capitulo se describen con detalle como se aplica esta metodología, de acuerdo a las 
siguientes etapas del diseño básico a determinar. 
 
1. Definir el modo de producción, proceso continuo o intermitente. 
 2. Determinar el número y composición de las corrientes de la estructura de entrada y salida. 
3. Determinar la estructura de reactores y reciclo, 
4. Definir la estructura del sistema de separadores y 
5. Definir la integración de energía en una red de intercambiadores de calor. 
 
 La metodología de diseño por una jerarquía de decisiones pone en orden de importancia los 
diversos sectores o subsistemas del proceso, cada uno con objetivos particulares y técnicas propias. A 
medida que se avanza en cada nivel de la jerarquía, se formulan cuestiones que permitan elegir entre 
múltiples alternativas, al avanzar en los niveles de la jerarquía se efectúan los cálculos del tamaño de los 
equipos y la estimación de los costos. Si el potencial económico resulta negativo o muy pequeño, se 
buscan y prueban otras alternativas. En este texto la jerarquía de niveles de diseño sólo se aplica a 
procesos continuos. 
 
2.1 Consideraciones del diseño en el Nivel 1. 
El Nivel 1 trata con la elección de la química y del tipo de proceso, continuo o intermitente. 
 
 Para este nivel el tamaño del mercado del producto es un factor determinante. Cuando la 
capacidad de producción es menor a un millón de kilogramos de producto por año se recomienda procesos 
con operación intermitente.Cuando se excede esta cantidad el proceso será continuo. 
 
 Además de la capacidad de producción hay otros factores para la selección del tipo de proceso, se 
deben considerar los tiempos de residencia en los reactores, si son grandes, se recomienda usar procesos 
intermitentes, la misma recomendación aplica en el caso de manejo de sólidos y lodos en las reacciones. 
Los procesos intermitentes contienen varias o todas sus unidades que operan con interrupciones 
frecuentes. Durante un lote o ciclo de producción, en distintas unidades se cargan los materiales, se lleva a 
cabo una operación, después se detienen, para finalmente vaciar su carga a otro equipo y proceder a su 
limpieza antes de comenzar otro lote. 
 
 Los procesos intermitentes tienen flexibilidad para fabricar múltiples productos en la misma 
planta, mientras que los continuos, una vez que se construyen las plantas solamente podrán fabricar un 
producto principal y en algunos casos unos pocos subproductos valiosos. Por esta razón los procesos 
intermitentes se usan en la fabricación de la mayoría de las especialidades químicas, como las pinturas, 
cosméticos, medicinas, pegamentos, etc. Por otro lado los procesos continuos aventajan a los intermitentes 
por tener el menor costo de producción. 
 
 La elección de la química del proceso contempla como factores importantes los siguientes. 
 
1. Las reacciones químicas y las condiciones de reacción (Rendimientos, conversiones, 
efectos térmicos, la utilización de catalizadores costosos o no regenerables, etc.) 
2. La capacidad de producción deseada, el factor de servicio y la flexibilidad. 
3. La pureza deseada del producto y su precio. 
4. Las materias primas y su precio. 
Highlight
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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17
5. Cualquier restricción de procesamiento, por ejemplo, tendencias a coquización o 
polimerización. 
6. Las propiedades físicas de todos los componentes. 
7. La toxicidad, seguridad e impacto ambiental de los materiales involucrados, 
incluidos los catalizadores y solventes. 
8. El potencial económico. 
9. Otros datos sobre el sitio y la planta. 
10. Datos del costo de subproductos y de los servicios. 
 
 Para recopilar esta información debe recurrirse a múltiples fuentes bibliográficas como libros, 
enciclopedias, artículos de publicaciones periódicas, así como reportes industriales y boletines de 
proveedores. Actualmente la Internet ofrece un cúmulo de información gratuita. 
 
 La identificación de los riesgos causados por el manejo de materiales explosivos, tóxicos o 
corrosivos es importante para el diseño del proceso ya que debe evitarse el uso de materiales que 
conlleven riesgos a la salud, al medio ambiente y a las instalaciones. El siguiente ejemplo ilustra la 
consideración de estos riesgos al comparar dos rutas de reacción para un mismo producto. 
 
Ejemplo 2.1. Para la producción del anhídrido maleíco (C4H2O3) se tiene dos rutas, una a través del 
benceno y otra a partir del butano: 
 
Ruta 1: a partir del Benceno con V2O5 y MoO3 como catalizadores: 
 
 C6H6 + 7/2 O2 C4H2O3 + 2CO + 2H2O 
 C6H6 + 15/2 O2 6CO2 + 3 H2O 
 
Ruta 2: a partir del butano con (VO)2P2O5 como catalizador: 
 
C4H10 + 7/2 O2 C4H2O3 + 4H2O 
 C4H10 + 5.5 O2 2CO2 + 2 CO + 5 H2O 
 
 En la ruta 1 se tiene una alta selectividad de benceno hacia el anhídrido maleíco (0.95) y casi una 
conversión total por paso. En la ruta 2 ocurre lo contrario, pero tiene la ventaja, con respecto a la ruta 1 de 
que el butano es más barato que el benceno además de que este último es cancerigeno. Para este caso se 
elige la ruta 2 de reacción como la más adecuada para producir el anhídrido maleíco, con ello se reduce el 
riesgo de daños a la salud al manejar materiales menos tóxicos. En el Apéndice A se trata la idea de diseño 
de procesos benignos al medio ambiente. 
 
 Dos direcciones con datos de la toxicidad de substancias químicas son: 
 
 http://www.epa.gov/opptintr/env_ind/index.html 
 http://www.epa.gov/ngispgm3/iris/subst/index.html 
 
Algunos de los criterios para la selección de las rutas de reacción son: 
 
 Factores a favor: 
 
1. Un potencial económico alto. 
2. La obtención de subproductos valiosos y 
3. La alta selectividad en las reacciones al producto principal. 
 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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18
 Los factores en contra son: 
 
1. El manejo de substancias explosivas, tóxicas o corrosivas. 
2. Las reacciones violentas como las muy exotérmicas. 
3. El número de pasos intermedios. 
4. Las condiciones de operación drásticas de alta temperatura y presión. 
5. La utilización de catalizadores costosos. 
 
2.2 Consideraciones del diseño en el Nivel 2 
 
El nivel 2 se debe decidir cuales serán los materiales a la entrada y salida del proceso. 
 
En algunos casos si se tienen impurezas en las alimentaciones hay que evaluar las alternativas de 
purificación o no purificación de las alimentaciones. También en los productos si se tienen subproductos 
hay que decidir cuales no se separan ni purifican y extraerlos del proceso tal vez como purgas de desecho 
o materiales que pueden usarse como combustibles. 
 
 El potencial económico hasta este nivel se define como: 
 
 P.E. = Valor el producto + valor de los subproductos- costo de materias primas. 
 
 Así el potencial económico es el beneficio anual que se lograría si no se tuviese que pagar los 
costos de capital ni de los servicios. 
 
 Uno de los meritos de Douglas al proponer su procedimiento jerárquico para el diseño de procesos 
es que al avanzar por niveles estimula el cuestionamiento de posibles situaciones. En cada nivel se toman 
decisiones con base a estos cuestionamientos, por ejemplo; 
 
1. ¿Se deben purificar las alimentaciones antes que entren al proceso? 
2. ¿Se deben reciclar o remover los subproductos de reacciones reversibles? 
3. ¿Se deben recuperar y reciclar todos los reactantes?, 
4. ¿Se debe usar un reciclo de gas con purga? 
 
Douglas da heurísticas para responder a estas preguntas, por ejemplo: 
 
1. Si la alimentación tiene impurezas no inertes y/o en cantidades significativas, 
removerlas antes de que entren al reactor. 
2. Si una impureza en la alimentación es un producto alimentarlo a la planta a través del 
sistema de separadores. 
3. Si la impureza en la alimentación esta en alta proporción con respecto a los reactantes, 
eliminarla antes que entre al proceso, etcétera. 
4. Si la impureza está presente como un azeótropo con el reactante, es mejor procesarla. 
5. Si la impureza puede desactivar el catalizador, extraerla. 
 
 Estas heurísticas deben tomarse como guía pero no es la única forma de orientar la toma de 
decisiones durante el diseño del proceso. Al final de este capitulo se incluye una sección de heurísticas 
más empleadas. Para orientar la toma de decisiones en el nivel 2 se cuenta con algunas reglas heurísticas, 
como en el siguiente ejemplo que usa la Regla Heurística: 
 
Use un exceso de algún reactante para consumir completamente a otro reactante que 
 sea valioso, tóxico o peligroso. 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
______________________________________________________________________________________________ 
 
19
Ejemplo 2.2 En la producción del alcohol etílico se tiene la reacción principal: 
 
 CH2 = CH2 + H2O CH3CH2OH 
 
En otra reacción secundaria menos del 5% del alcohol se convierte a éter di etílico. 
 
 2 CH3CH2OH C2H5 � O � C2H5 + H2O 
 
 La alimentación consta principalmente de etileno y muy poco propileno y metano. 
 
 De acuerdo a la regla heurística se recomienda usar una alimentación al reactor con un exceso de 4 
a 1 de agua a etileno. Esto además de agotar al etileno, promueve la desaparición del éter di etílico en la 
reacciónreversible secundaria. Datos del proceso indican que se lleva a cabo a altas temperaturas por lo 
que el exceso de agua evitaría el fenómeno de cocking. El propileno también reacciona para formar 
alcohol isopropílico. 
 
 Se tienen dos alternativas para la salida de productos, una en la que sale exclusivamente el alcohol 
y nada del éter y otra en la que salen los dos productos. La elección de una de las alternativas dependerá 
del costo de los productos. Si se opta por reciclar al éter, se promueve su desaparición por ser una reacción 
reversible, aunque aumentan los costos al tener que sobre dimensionara todos los equipos en el reciclo. Si 
en cambio se decide por la remoción de un subproducto reversible se tendrá un mayor requerimiento de 
materias primas y un aumento de los costros variables. La decisión es económica. Se puede hacer el 
diseño para operar con una u otra opción dependiendo del valor de los subproductos en el mercado, esto 
de flexibilidad al proceso. La siguiente regla heurística se orienta en este sentido. 
 Reciclar un subproducto de reacciones reversibles si es de poco valor y usa como 
 reactivo al producto principal. 
 
 La figura 2.1 muestra el flujo de materiales a la entrada y salida del proceso de fabricación de 
etanol a partir de etileno. 
 
 
 
Figura 2.1 Estructura de entrada y salida del proceso de etanol. 
 
2.3 Consideraciones del diseño en el Nivel 3 
 
En el Nivel 3, se establece la estructura de reciclo. 
 
En este nivel se da particularmente importancia a los reactores. Principalmente a la determinación 
de las condiciones de operación que afectan considerablemente al resto del proceso, por ejemplo, el uso de 
diluyentes y la elección de la temperatura y la presión. Douglas [1] recomienda la siguiente regla 
heurística para el número de reactores. 
Proceso 
Etileno + impurezas 
Agua
Etanol
Eter etilico 
Efluentes desechables 
Alimentación Productos 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
______________________________________________________________________________________________ 
 
20
 
Si algunas de las reacciones del proceso se efectúan a diferentes temperaturas y 
 presiones o si usan diferentes catalizadores, especificar diferentes reactores para cada 
 reacción. 
 
Para reacciones con elevadas conversiones evaluar la posibilidad de no recuperar ni reciclar los 
reactantes no convertidos. Igualmente, considerar la remoción de uno de los productos en el reactor, para 
desplazar el equilibrio hacia la generación de productos. El esquema general de la estructura de reciclo se 
muestra en la Figura 2.2, a la salida del reactor se pueden tener posiblemente dos fases, ya sea líquido, 
vapor o las dos fases, así como los reciclos de reactantes al reactor según sea su fase. Para cado caso se 
prevén las siguientes situaciones. 
 
a) Si se tiene una fase líquida, separar los componentes con destilación o extracción líquida. 
b) Si sólo se tiene una fase vapor, enfriar para formar dos fases. 
c) Si se tienen dos fases a la salida del reactor, separar las fases, ya sea por condensación, flash o 
cualquier otro medio y procesar por separado cada fase. 
 
 Los vapores se tratan en un sistema de recuperación de vapores. Diseñar primero el sistema de 
recuperación de vapores antes del sistema de recuperación de líquidos. 
 
 Para la recuperación de vapores usar condensación, absorción, adsorción, ciclones, membranas o 
posiblemente reactores. Los líquidos separarlos en un tren de separadores, que pueden ser destiladores, 
absorbedores, etc. Cuando la fase líquida este constituida, principalmente, por reactantes, reciclarlos 
directamente al reactor. 
 
Las principales razones por las que se incluyen corrientes de reciclo alrededor del reactor son: Primero, 
por limitaciones de conversión en el reactor y/o la presencia de reactantes en exceso que puedan usarse 
para favorecer el equilibrio en las reacciones o evitar la extensión de reacciones indeseables, y segundo 
por la presencia de compuestos diluyentes que se usan para atenuar efectos térmicos y deban re-usarse en 
el reactor, como ya se menciono antes. Cuando existan inertes en el reciclo, debe incluirse una corriente 
de purga y evitar la acumulación de los inertes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.2 Configuración de la estructura de reciclo. 
Reactor
Separador 
de fases 
Separador 
de líquidos 
Recuperación 
de vapores 
Alimentacion
Vapor
Líquido
Líquido
Reciclo
VaporReciclo Purga
Productos
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
______________________________________________________________________________________________ 
 
21
 
 Si la concentración de inertes en el reciclo es grande, el volumen del reactor aumenta lo mismo 
que el costo de energía en bombeo y compresión. Por otro lado, si el flujo de la purga es grande, la 
extracción de reactantes valiosos puede causar pérdidas económicas en la producción. Por esto se 
considera una especificación de diseño importante la definición de la relación de flujos entre la purga y el 
reciclo. 
 
El efluente del reactor contiene los componentes de la alimentación más los componentes 
formados en las reacciones. Se clasifican y tratan cada componente a la salida del reactor según se indica 
en la Tabla 2.1. Se propone que solo se reciclen hasta su extinción los reactantes y los intermediarios que 
no se desea extraerlos del proceso. Pero es imperativo extraer del proceso los productos, los subproductos 
valiosos y los inertes. Debido a que los materiales tales como el agua y el aire valen menos que los 
reactivos orgánicos, normalmente las cantidades no convertidas de estos no se recuperan ni se recicla. 
 
Tabla 2.1 Heurísticas para el destino de las corrientes. 
 
Tipo de compuesto Acción 
Reactante Reciclar 
Impurezas en reactantes Eliminar antes del reactor o 
reciclar y purgar 
Intermediario en reacciones reversibles Reciclar o extraer 
Producto principal Extraer del proceso 
Subproducto valioso Extraer del proceso 
Subproducto combustible Extraer del proceso 
Subproducto contaminante Enviar a tratamiento de 
efluente 
Subproducto reversible Reciclar (a veces) 
Inerte Extraer en purgas 
 
 
 En el proceso de etanol, del ejemplo 2.2, el destino que debe darse a los componentes efluentes 
del reactor se indica a continuación: 
 
 
Componente Tipo Acción 
Etileno Reactante Reciclar 
Propileno Reactante Purgar 
Metano Inerte Purgar 
Agua Reactante No reciclar, es barato 
Etanol Producto principal Extraer 
Éter Producto y reactante Reciclar o extraer 
Isopropanól Subproducto Extraer 
 
 
Para orientar la toma de decisiones en el destino de los componentes a la salida del reactor se 
necesitan datos de las propiedades fisicoquímicas de los componentes, en el caso del ejemplo 2.2, se 
cuenta con los siguientes datos. 
 
 
 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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 Agua Etanol Etileno Éter 
Di etílico 
Metano Propileno Alcohol 
Isopropílico
Grav. esp. 1.0 0.789 0.56 0.708 - 0.609 0.785 
Teb, C 100.0 78.4 -103.7 34.6 -161.5 -47.7 82.4 
Tc, C 374.1 243.5 9.6 193.8 -82.1 91.4 235.2 
Hf, kal/mol -57.79 -52.23 12.496 -65.2 -17.879 4.879 -64.41 
A 7.701 2.153 0.909 5.117 1.773 0.886 7.745 
B*10-2 0.05595 5.113 3.74 8.022 4.724 3.602 4.502 
C*10-5 0.2521 -2.0 -1.994 -2.473 2.80 -2.771 1.53 
A, B y C son las constantes de la capacidad calorífica en Cp = A + B*T + C*T2 
 
Dos direcciones de Internet con información de propiedades físicas y químicas son: 
http://www.chemfinder.com/ y http://webbook.nist.gov/chemistry/. 
 
De acuerdo a las temperaturas de ebullición se puede enfriar la mezcla efluente del reactor y en un 
separador de fases, formar una fase líquida que contenga, principalmente, el agua, etanol, éter y alcohol 
isopropílico. En la fase gas se tendrá etileno, metano y propileno. Para recuperar los líquidos que puedanarrastrarse en el gas se puede poner un absorbedor con agua como absorbente. Del gas que sale del 
absorbedor una fracción se purga y el resto se recicla al reactor. Un diagrama simplificado de la estructura 
de reciclo del proceso del etanol se da en la Figura 2.3. Nótese que la recuperación de vapores se hace con 
agua en un absorbedor. 
 
En procesos con reactores que operan adiabáticamente se tendrá un aumento de temperatura si la 
reacción es exotérmica. Se deberá tener cuidado de que las temperaturas de entrada y salida del reactor se 
mantengan dentro de los limites específicos de operación. Normalmente se requiere un valor de 
temperatura, limite inferior, para que la reacción tenga lugar y un valor de temperatura máximo que no 
debe rebasarse, por razones de seguridad, o para evitar la descomposición de productos o la desactivación 
del catalizador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.3 Diagrama de la estructura de reciclo del ejemplo 2.2. 
 
Reactor Flash 
Absorbedor 
Agua 
Etileno 
Metano 
Propileno 
Purga 
Agua
Agua 
Etanol 
Isopropanól 
Éter 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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Hasta este nivel se vuelve a calcular el potencial económico del proceso tomando en cuenta los 
costos de reciclo y posibles perdidas de reactivos en las purgas o si se usa como combustible los gases 
purgados, también tomar en cuenta su costo como ahorro de combustibles. 
 
Con los valores de temperatura de ebullición de los componentes, en una lista ordenada de menor 
a mayor, se forman grupos con valores cercanos y se designan a un mismo destino. El número de grupos 
de todas las corrientes excepto la de reciclo, es el número de corrientes de producto. En el proceso de 
producción de etanol, ejemplo 2.2 la lista ordenada de componentes según su temperatura de ebullición es: 
 
Componente Metano Etileno Propileno Éter Etanol Isopropanól Agua 
Teb, ºC -161.5 -103.7 -47.7 34.6 78.4 82.4 100.0 
 
Exceptuando a los gases de reciclo, el metano, etileno y propileno, se tendrán tres corrientes de 
productos, el éter, el etanol y una corriente con la mezcla de agua e isopropanól. 
 
2.4 Consideraciones del diseño en el Nivel 4 
 
El Nivel 4 Trata con la determinación del sistema de separadores. Se toma como regla heurística para este 
nivel la siguiente: tratar de recuperar más del 99 % de cada uno de los materiales valiosos. Para el diseño 
del tren de separadores se usan reglas heurísticas, en la Tabla 2.2 se presentan unas de las principales. 
 
Tabla 2.2 Reglas heurísticas para la definición de secuencias de separadores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Al aplicar estas reglas pueden ocurrir casos en que se tienen propuestas contradictorias y se debe 
usar algún criterio extra, como el costo de la separación, para decidir cual es la más adecuada. 
 
 Para el proceso del etanol del ejemplo 2.2 se usan las reglas heurísticas para definir la secuencia 
de separadores del proceso del etanol. Se propone separar primero al éter de los demás líquidos, en una 
columna de destilación. El siguiente corte corresponde al etanol que se obtendrá por el domo de una 
columna y en el fondo el alcohol isopropílico más el agua. Al diagrama de la figura 2.3 se agregan los 
separadores, normalmente columnas de destilación, como se indica en la figura 2.4. Se vuelve a calcular 
el valor del potencial económico del proceso tomando en cuenta los costos de los separadores, equipos y 
servicios. Si el P.E. sigue siendo atractivo, continuar al siguiente nivel del diseño. 
 
2.5 Consideraciones del diseño en el Nivel 5 
 
El objetivo de este nivel es inventar una red de intercambiadores de calor que combinen a las corrientes 
calientes del proceso con las corrientes frías del proceso, es decir hacer una integración térmica de las 
demandas de enfriamiento y calentamiento del proceso, tratando de hacer el uso mínimo de servicios 
externos. 
 
1. Remover primero los componentes corrosivos y peligrosos. 
2. Remover el componente más abundante primero. 
3. Realizar las separaciones difíciles al último. 
4. Si no hay separaciones difíciles, los componentes deben ser removidos de 
la mezcla en orden decreciente de la propiedad que facilita su separación. 
5. Favorecer las separaciones que balanceen los flujos de los productos. 
6. Si dos o más componentes con temperaturas de ebullición adyacentes, se 
han de reciclar o extraer del proceso juntos, no deben separarse. 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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Figura 2.4 Diagrama del proceso de fabricación del etanol. 
 
 Se debe definir el arreglo de los cambiadores de calor. En las corrientes del proceso se tendrán 
corrientes que requieran calentarse y otras que requieran enfriarse. Estos servicios de calentamiento y de 
enfriamiento se pueden proveer con vapor, para el calentamiento y con agua fría para el enfriamiento. Si 
se busca una combinación entre las corrientes de proceso para que intercambien entre ellas sus flujos de 
calor, se puede optimizar el uso de los servicios de vapor y de agua fría. Una regla heurística para definir 
las posibles combinaciones entre corrientes de proceso es que el acercamiento máximo entre sus 
temperaturas no sea menor a un valor que va de 10°C a 30 °C. Lo que resulta es una integración térmica 
en una red de intercambiadores de calor. Económicamente se obtiene un ahorro al disminuir los costos de 
calentamiento con vapor y de enfriamiento con agua fría. 
 
Probablemente cuando se llegue a la etapa de diseño de la red de intercambiadores de calor deban 
modificarse algunas decisiones tomadas en etapas anteriores, lo cual implica el ya anticipado proceso 
iterativo de propuestas y correcciones en el diseño, hasta lograr un diseño final. 
 
Resumen de reglas heuristicas 
 
1. Seleccionar las materias primas y reacciones que permitan evitar, el manejo o almacenamiento de 
sustancias tóxicas y peligrosas.
 
2. Use el exceso de uno de los reactantes para inducir el consumo total de reactantes valiosos, 
tóxicos o peligrosos en las reacciones químicas.
3. Cuando se requieran productos casi puros, eliminar las especies inertes antes de los reactores, si la 
separación se puede efectuar facilmente o cuando afecta adversamente al catalizador. Si hay que 
remover una gran cantidad de calor por reacciones altamente exotermicas no remover los inertes. 
Etanol 
Agua + isopropanól 
Éter etílico 
Reactor Flash 
Absorbedor 
Agua 
Etileno 
Metano 
Propileno 
Purga 
Agua
D 
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Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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4. Defina corrientes de purga de líquidos o vapores para especies que entren al proceso como 
impurezas o que sean producidas en reacciones laterales irreversibles. Siempre que las especies a 
purgar esten presentes en pequeñas cantidades o que sean dificiles de separar de las otras especies 
químicas. 
5. No purge especies químicas valiosas o que sean tóxicas o peligrosas, aunque esten en pequeñas 
concentraciones. Agrege separadores para emover las especies valiosas o agrege reactores para 
eliminar a las especies tóxicas o peligrosas. 
 
6. Los subproductos que se obtienen en reacciones reversibles, en pequeñas cantidades, usualmente 
no se remueven en separadores ni se deben purgar. Mejor reciclarlos para su extinción. 
 
7. Para reacciones en paralelo o en serie, ajustar la temperatura, la presión o el catalizador para 
obtener altos rendimientos de los productos deseados. 
 
8. Para la separación de líquidos preferir el uso de columnas de destilación, de agotamiento o 
extracción líquido-líquido ante otras opciones de separación.9. Trate de condensar vapores usando agua de enfriamiento. 
 
10. Para remover el calor de reacciones altamente exotermicas considere el uso del exceso de uno de 
los reactantes, un inerte como diluyente o la alimentación fría escalonada a lo largo del reactor. 
 
11. Para remover el calor de reacciones poco exotermicas, use un lazo de circulación del fluido del 
reactor a un enfriador externo o use una camisa o serpentin de enfriamiento. Posiblemente puedan 
usarse interenfriadores. 
 
12. Para aumentar la presión de una corriente es preferible bombear un líquido a comprimir un gas. 
Condensar el vapor siempre que no se necesite refrigeración antes de bombear. 
 
El empleo de heuristicas, como propuestas de acción, sirven de guía para la toma de decisiones requeridas 
en cada nivel del diseño. Avanzando por niveles el diagrama del proceso crece por refinamientos. Cada 
nueva propuesta de diseño se acerca más al óptimo, en el diagrama que mejor debe satisfacer los 
requerimientos y las especificaciones de diseño por sucesivos intentos aproximatorios. 
 
2. 6 Diagramas de Procesos 
 
Un diagrama cualquiera es un arreglo de figuras y líneas que muestran la interacción entre los elementos 
de un sistema. En el caso de los procesos químicos este es un gráfico en el que se muestran las principales 
etapas del proceso. Los diagramas más empleados son de tres tipos: 
 
1. Los diagramas de bloques, 
2. Los diagramas de flujo de proceso. 
3. Los diagramas de tuberías e instrumentos. 
 
 Saber hacer e interpretar diagramas de proceso es una de las actividades importantes de los 
ingenieros químicos. 
 
 Los diagramas de bloques son bosquejos a la manera en que un pintor planea su obra. En los 
diagramas se esquematizan secciones genéricas del proceso de manera cualitativa. Las secciones pueden 
Highlight
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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tener detalles de las principales etapas del proceso que por lo general se representan en rectángulos. Los 
nombres de las etapas u operaciones unitarias se indican dentro de los rectángulos y por medio de flechas 
se indica cual es la dirección del flujo de materiales. Los diagramas de bloques son equivalentes a la 
descripción del proceso. La descripción del proceso es un texto que menciona el propósito del proceso, las 
principales etapas, las materias primas necesarias, los principales equipos que se usan y los servicios 
requeridos. En algunos casos, en la descripción de los procesos, se incluyen las reacciones y condiciones 
de operación de los equipos. 
 
 Los diagramas de flujo de proceso son la representación gráfica de los equipos por iconos que los 
representan. Son útiles para representar los rasgos característicos de los equipos del proceso en los iconos. 
En la Figura 2.5 se muestran algunos iconos empleados en la construcción de los diagramas de flujo de 
proceso. Las diferentes empresas de la industria química emplean diferentes iconos y símbolos. 
 
 Los diagramas de tuberías e instrumentos incluyen el diagrama de flujo de procesos más los 
detalles de instrumentos y lazos de control. Los símbolos que se emplean indican la ubicación y función 
de los accesorios e instrumentos. 
 
 Con los diagramas se suele agregar tablas de balances de materiales, tablas de simbología y las 
hojas de las especificaciones de los equipos. La tabla de balances de materiales es un resumen de la 
información que caracteriza a las corrientes del proceso, en ellas se incluye el nombre de la corriente, su 
número, la fase en que se encuentra, su temperatura, presión, flujo másico, flujo molar, la composición, la 
entalpía y otras propiedades. Las tablas de simbología, llamadas algunas veces clave, contienen la 
descripción de los símbolos empleados en los diagramas, en la Tabla 2.3 se representan algunos de los 
símbolos más empleados. 
 
 
Figura 2.5 Principales iconos de los equipos de proceso. 
 
 
 
Tanques Bombas Válvulas 
Varios cambiadores de calor Calentador a 
fuego directo 
Reactor 
Compresor 
Columnas de destilación 
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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Tabla 2.3. Símbolos de los diagramas de flujo e identificación de corrientes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Recomendaciones para la construcción de diagramas de flujo de proceso. 
 
1. Emplear rectángulos o iconos representativos de las operaciones del proceso (para los reactores, 
separadores, cambiadores de calor, etc.) 
2. Unir los iconos que representan las operaciones del proceso con flechas. En los separadores las 
salidas se indican con flechas verticales, la fase gas saliendo por arriba y la fase líquida por abajo. 
3. La orientación de las flechas indica la dirección del flujo de materiales en el diagrama y debe ser 
de izquierda a derecha. Las materias primas entran al proceso a la izquierda y los productos salen 
a la derecha. En los límites de batería la entrada de reactivos se denomina carga fresca y a la salida 
de productos se les conoce como efluentes. 
4. Tratar de evitar el cruce de flechas. 
5. Representar todos los equipos mayores del proceso. Asignar a cada equipo un número único de 
identificación y un nombre descriptivo. Dibujarlos de acuerdo a su tamaño relativo, por ejemplo, 
las torres más grandes que los reactores, los cambiadores de calor más grandes que las bombas. 
6. Numerar todas las corrientes del proceso secuencialmente, estos números deben indicar el punto 
de balance de materia que se reporta en la tabla de balances. Incluir las corrientes de servicios. 
 
Ejemplo 2.3 
 
Construcción del diagrama de flujo del proceso de hidrotratamiento de naftas. 
 
El proceso catalítico de reformación de nafta tiene entre sus especificaciones de la carga, que no contenga 
más de 10 ppm de compuestos de azufre, ya que éstos envenenan al catalizador de reformación. Para 
cumplir esta especificación la nafta se somete a un proceso de hidrotratamiento. 
 
Descripción del proceso. 
 
Las corrientes del proceso se numeran para su identificación. La nafta (corriente 2) se mezcla con una 
corriente de hidrógeno (corriente 1) para después precalentarse con el efluente del reactor (corriente 6) y 
vaporizarse en un calentador a fuego directo (corriente 4). La mezcla vaporizada (corriente 5) pasa al 
reactor que contiene catalizadores con base a óxidos de cobalto, níquel y molibdeno sobre alúmina. La 
temperatura de operación del proceso va de 300 a 450ºC y presiones de 25 a 60 kg/cm2. Los compuestos 
de azufre como los mercaptanos, sulfuros, tiofenos y amínas, reaccionan con el hidrógeno para dar ácido 
Entrada de materia 
prima (se identifica la 
corriente por su 
nombre) 
Salida de producto 
(se identifica la 
corriente por su 
nombre) 
Número de corriente 
Temperatura 
Presión 
Flujo másico 
Highlight
Capitulo 2. Etapas del Diseño Básico de los Procesos 
 
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sulfhídrico (H2S). El efluente del reactor (corriente 6) después de intercambiar calor con la alimentación 
pasa por enfriadores de agua (corriente 7) y se envía a un separador de fases. 
 
El gas separado (corriente10), rico en hidrógeno, se comprime y una parte de este gas se recicla a la carga 
(corriente 11) y la otra parte se purga (corriente 12). Se adiciona hidrógeno de reposición (corriente 1) al 
gas de reciclo. La purga se incluye para evitar concentraciones altas de H2S en la corriente de reciclo. 
 
El producto líquido del separador de fases (corriente 8) se envía a una torre desbutanizadora donde se 
elimina, por el domo (corriente 14), gas LPG amargo (amargo por contener algo del sulfhídrico formado) 
y el producto de fondo (corriente 13) pasa a una torre de fraccionamiento de donde se obtiene gasolina 
ligera, por el domo (corriente 16) y