Instrumentacion t lazos de control Reactor Isotermico

1. Selección del proceso: Reactor isotérmico

Figura 1. Reactor isotermico

Una gran cantidad de reacciones químicas en fase liquida se llevan a cabo en la industria en tanques agitados. Estos operan en forma discontinua, continua o semicontinua. En un reactor isotérmico tanque agitado continuo, los reactivos ingresan continuamente al reactor, mientras que los productos egresan, lográndose una condición de estado estacionario en el mismo

Este tipo de reactores se basan comunmente en la hipotesis de mezclado perfecto, con ésta hipótesis se considera que el contenido del reactor está tan bien mezclado, que su composición es uniforme y, por lo tanto, no depende del lugar (coordenadas espaciales) en el reactor. La alimentación, que tiene una composición determinada, se mezcla instantáneamente, con el contenido del reactor alcanzando la composición del mismo. Así mismo cualquier corriente que salga del reactor tendrá la misma composición que dentro de él.

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2. Describir el proceso y elaborar el diagrama de proceso

El proceso de un reactor isotermico es muy sencillo. Generalmente se tiene la entrada de reactivos y la salida de productos. Pero el control de estos equipos y el diseño de los mismos son los que de verdad aumentan la dificulta de trabajar con estos equipos. Los reactores quimicos son considerados los equipos mas delicados en las plantas. Las reacciones que se producen en un reactor quimico son orientadas por las condiciones de presion y temperatura de este. Es por ello que las variables principales del reactor son muy bien estimadas a traves de la instrumentacion del equipo. El flujo de entrada debe ser el indicado por la reaccion para que se consuman completamente y se transforme en un 100% en productos que es el objetivo del reactor, pero estos podrian no convertirse en productos si la temperatura del reactor varia y cambia la velocidad de reaccion y las contantes de la reaccion, al igual, el nivel del reactor podria detener el mezclado y parar la reaccion si este llegase a ser muy alto. A continuacion se muestra el diagrama de proceso de un reactor isotermico.





3. Diagrama de instrumentación y 3 lazos de control

Figura 3. Diagrama de instrumentación de un reactor isotérmico





4. Identificar las variables que se controlan en los 3 lazos

Las variables que se controlan y manipulan en cada uno de los lazos son las siguientes:

Para el Lazo 1

Variable controlada: Flujo de reactivos. Variable manipulada: Abertura de la válvula de control por donde pasa el flujo de reactivos

Para el Lazo 2

Variable controlada: Temperatura del reactor isotérmico Variable manipulada: Abertura de la válvula de control por donde pasa el flujo de vapor

Para el Lazo 3

Variable controlada: Nivel de líquidos en el reactor Variable manipulada: Abertura de la válvula de control por donde pasa el flujo de productos en la salida del reactor





5. Identificar los instrumentos asociados a cada lazo de control Lazo 1 

Transmisor de Flujo



Controlador de flujo



Computador de flujo



Válvula de control

Lazo 2 

Transmisor de temperatura



Controlador de temperatura



Computador de temperatura



Válvula de control

Lazo 3 

Transmisor de nivel



Controlador de nivel



Computador de nivel





6. Indicar la acción o funcionamiento de las válvulas de control asociadas a los lazos

Para el lazo 1 El funcionamiento de la válvula es Falla Abierta (necesita aire para cerrar). Si la señal neumática presenta algún problema en el servicio de aire es preferible que la válvula quede abierta y no detenga el proceso, ya que los reactores son equipos muy delicados puede ocasionar grandes pérdidas en los productos si se pierde la especificación. El controlador es de acción directa, si el flujo de entrada de los reactivos aumenta, entonces la válvula debe aumentar su abertura y viceversa.

Para el lazo 2 La válvula Falla Cerrada (necesita aire para abrir), ante cualquier inconveniente que pueda presentarse en el suministro de aire de instrumento esta debe, preferiblemente, que quede cerrada y evite un sobrecalentamiento en los reactivos y ocasione daños en la reacción y formación de productos. La acción del controlador es Inversa, si aumenta la temperatura disminuye el flujo de vapor de entrada al sistema de calentamiento del reactor y viceversa.

Para el Lazo 3 La válvula Falla Abierta (aire para cerrar). Si la señal neumática presenta algún problema en el servicio de aire es preferible que la válvula quede abierta y drenen los líquidos del reactor, ya que la entrada de los reactivos seguirá llenando el reactor y podría ocasionar daños al equipo y sabemos que estos serian perjudicial para el proceso. La acción del controlador es Directa, si el nivel disminuye el flujo de salida también lo hace, y viceversa.







7. Descripción de la lógica de control de cada lazo

Lazo 1

El control de flujo es siempre una de las principales variables que se controlan en los procesos. Para el caso particular de los reactores isotérmicos es aun más importante y su control debe ser muy cuidadoso. Es por ello que para este lazo un transmisor de flujo mide y envía una señal eléctrica a un controlador de flujo el cual recibe la señal, la compara con el punto de ajuste y decide. La señal de salida va a una válvula de control, pero antes pasa por un computador de flujo el cual cambia la señal eléctrica por una señal neumática, para que de este modo la válvula pueda ejecutar la acción del controlador.





Lazo 2

En un reactor isotérmico la temperatura juega un papel muy importante en el proceso. De ella dependen muchas otras variables las cuales se están manteniendo controladas a través de ella, como son el caso del orden de reacción y la constante cinética. El calor suministrado al reactor isotérmico es dado por un flujo de vapor que calienta y mantiene constante la temperatura. Para el control de esta variable un transmisor de temperatura ubicado en el reactor está midiendo y enviando señales eléctricas al controlador de temperatura el cual recibe y compara la señal de entrada con el punto de ajuste, este decide y envía una señal eléctrica que pasa por un computador de temperatura el cual está encargado de transformar la señal en neumática para que pueda ser leída por la válvula de control que regula el paso de vapor al reactor isotérmico.





Lazo 3

El control del nivel de un reactor isotérmico al igual que cualquier tanque es de gran utilidad en el proceso. Mantener un nivel estable dentro del reactor permite mantener estable la conversión y la agitación del equipo, ya que si el nivel es muy alto el agitador no podría mezclar bien y los reactivos no alcanzarían la especificación deseada cuando se conviertan en productos. Para el control de este nivel, un transmisor de nivel ubicado en el tope del reactor envía una señal eléctrica a un controlador indicador de nivel, el cual recibe y campara la señal con el punto de ajuste, la decisión es enviada en forma de señal eléctrica hasta que llega a un computador de nivel el cual transforma la señal eléctrica en una señal neumática y de esta forma la válvula puede ejecutar la acción del controlador.

Instrumentacion t lazos de control Reactor Isotermico

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