Aplicacin de la Norma UNE EN ISO 9001:2008 al proceso de Destilacin Criognica del Aire para obtencin

de Oxgeno del 99,5% de riqueza.

PG02: PRODUCCION

INDICE

1. Objeto .................................................................................................................................. 2
2. Alcance................................................................................................................................ 2
3. Descripcin del proceso de fabricacin................................................................................ 2
3.1. Efecto joule-thompson................................................................................................... 2
3.1.a) Expansin isentlpica............................................................................................. 3
3.1.b) Expansin isentrpica. ........................................................................................... 3
3.2. Descripcin de las distintas etapas que componen el proceso de obtencin de oxigeno
gas del 99,5% de riqueza, de la planta (huelva 2)................................................................ 5
3.2.a) 1 Etapa: Filtracin ................................................................................................. 6
3.2.b) 2 Etapa: Compresin ............................................................................................ 6
3.2.c) 3 Etapa: Enfriamiento y depuracin. ..................................................................... 6
3.2.d) 4 Etapa: Intercambio de calor. .............................................................................. 7
3.2.e) 5 Etapa: Destilacin (Produccin de fro por expansin). ...................................... 7
3.2.f) 6 Etapa: Acondicionamiento del producto. ............................................................. 8
4. Planificacin del proceso de produccin .............................................................................. 9
5. Indicadores de produccin ................................................................................................... 9
6. Programa de puntos de inspeccin (PPI) ........................................................................... 10
7. Anlisis de los costes de la planta ..................................................................................... 11
8. Conformidad del producto.................................................................................................. 12

Sara Mguez Travs

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1. OBJETO.
El objeto de este procedimiento es describir todas las actividades relacionadas directamente
con los procesos de produccin de oxgeno gas para un mejor control, seguimiento y registro
de las mismas.
2. ALCANCE.
Este procedimiento afecta a los departamentos de Produccin y Calidad.
3. DESCRIPCIN DEL PROCESO DE FABRICACIN.
El proceso de fabricacin de oxgeno consta de las siguientes etapas:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Filtrado.
Compresin.
Depuracin.
Intercambio de calor.
Destilacin. (Produccin de fro por expansin).
Acondicionamiento del producto.

Para poder llevar a cabo este proceso, se debe licuar el aire en primer lugar (T de
licuefaccin del aire: 194,35C.). Para poder conseguir esta temperatura deberemos basarnos
en el efecto Joule - Thompson.
3.1. EFECTO JOULE-THOMPSON.
La ausencia de azetropos en las mezclas de los componentes del aire posibilita la
separacin de sus tres componentes ms abundantes, N2, O2 y Ar, mediante destilacin
fraccionada.
Para licuar hay que enfriar pero, para poder obtener la temperatura de trabajo que
necesitamos, se ha de conjugar cambios de presin y expansiones.
Como se puede observar en el Diagrama T S simplificado (Ver figura 1, Pg. 3), la curva en
forma de campana es la curva de saturacin y contiene en su parte ms alta al Punto Crtico.
La rama de la izquierda del Punto Crtico representa lquido, mientras que la rama de la
derecha representa vapor. En la zona por debajo de la curva coexiste lquido-vapor.
Para obtener aire lquido ser necesario, si el aire normal est representado por el punto A,
situarlo debajo de la curva de la campana. Esto es posible sometindolo a una compresin
isotrmica desde un punto A (aire a p1) a uno B. Alcanzado este punto, el enfriamiento se
produce al dejar expansionar el aire. Esto puede llevarse a cabo de dos formas, ambas
utilizadas industrialmente, mediante expansin Isentlpica o expansin Isentrpica.

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3.1.A) EXPANSIN ISENTLPICA.

Es la que se produce al dejar expansionar el gas a travs de una estrangulacin, de una llave
poco abierta por ejemplo, sin producir trabajo exterior. El enfriamiento se produce a costa de
la energa interna de las molculas gaseosas, de acuerdo con el Primer Principio de la
Termodinmica.
El punto B se desplaza a lo largo de BC (lnea Isentlpica) hasta alcanzar el punto C, presin
ordinaria, p1. El enfriamiento de la masa del aire, (T)H = T1 - T2 , vendra dado por la
diferencia de ordenadas de los puntos A y C. (Ver figura 1, abajo indicada).
Industrialmente este mtodo fue utilizado por primera vez por LINDE (1895) para licuar el
aire. Este tipo de expansin se utiliza en el proceso llevado a cabo en la planta de Air Liquide.
3.1.B) EXPANSIN ISENTRPICA.
El aire comprimido se deja expandir en el interior de un sistema mbolo-cilindro, con
produccin de trabajo externo. El enfriamiento tericamente sigue la lnea BD hasta llegar a la
presin final P1. En realidad, el punto final no ser D, sino D porque la expansin resulta
pseudoisentrpica. El enfriamiento que se consigue (T)S = T1 T3 , es mucho mayor que
(T)H y adems al poder recuperarse en parte el trabajo de expansin, se reduce el gasto de
compresin previa.

Figura 1: Diagrama T-S simplificado

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En la prctica, el fro necesario no se consigue de una sola vez, sino repitiendo la

compresin-expansin y aprovechando el fro de los productos resultantes para enfriar
previamente el aire comprimido antes de su expansin ya que, como puede observarse en la
Figura 2 (abajo indicada), a medida que el aire comprimido est ms fro, la pendiente de las
lneas isentlpicas es mayor que la correspondiente a las temperaturas ordinarias, con lo que
el enfriamiento conseguido es mayor.

Figura 2: Diagrama T-S del aire (Hausen).

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PROCEDIMIENTO GENERAL 2: PRODUCCION

3.2. DESCRIPCIN DE LAS DISTINTAS ETAPAS QUE COMPONEN EL PROCESO DE OBTENCIN DE OXIGENO GAS DEL
99,5% DE RIQUEZA, DE LA PLANTA (HUELVA 2).

Figura 3: Diagrama de flujo del proceso de produccin

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3.2.A) 1 ETAPA: FILTRACIN.

El aire nuevo (50.000 m3/h) se succiona mediante bombas directamente desde la atmsfera y
se hace pasar por un sistema de prefiltros y filtros de sacos, de una luz adecuada, para
eliminar las impurezas slidas mayores.
3.2.B) 2 ETAPA: COMPRESIN.
Al comienzo del proceso, el aire nuevo a 1 atmsfera de presin y una temperatura de 300
Kelvin de media proveniente directamente de la atmsfera, debe comprimirse hasta una
presin de 6,5 atmsferas. Para ello se utiliza un turbocompresor (C-701).
La compresin se lleva a cabo en tres etapas, al final de cada una de ellas se elimina el calor
generado en la compresin. Existe en la instalacin dos compresores montados en paralelo,
mientras uno se encuentra a pleno rendimiento, el otro se destina a cubrir necesidades de
repuesto o aumento del caudal de aire.
3.2.C) 3 ETAPA: ENFRIAMIENTO Y DEPURACIN.
El calor de la compresin se elimina en una torre de lavado y refrigeracin del aire (E-707)
donde se pone en contracorriente el aire procedente de los compresores con agua.
El agua utilizada en el intercambio de calor se enfra en un circuito cerrado donde pasa por
una torre de refrigeracin (E-761). De ah se bombea a una torre de enfriamiento (E-760)
donde el enfriamiento se consigue al ponerlo en contracorriente con nitrgeno procedente de
la columna BP (K-702).
El aire saliente de la columna (E-707) an contiene humedad y anhdrido carbnico que
durante el proceso, debido a la temperatura de trabajo, pueden provocar problemas de
congelacin en las lneas, lo que se denomina en este tipo de industrias, NUDOS, que no son
ms que bloques slidos que impiden la circulacin del fluido por las tuberas provocando
averas y posibles paradas. Ser por tanto necesaria la eliminacin de agua y CO2 para evitar
estos problemas.
Para ello, el aire entra en unas bateras de desecacin- descarbonatacin (R-701; R-702),
(regeneradores acumuladores de Frnkl) cuya funcin principal es eliminar el agua y el CO2
presente en el aire que las atraviesan y as evitar los posibles problemas en las tuberas de la
planta.
Esto se logra mediante un proceso de solidificacin de la humedad del aire; introducindolo
en un primer lecho de almina donde se retendr la humedad, un segundo lecho formado por
un tamiz molecular que retendr el anhdrido carbnico y finalmente, el aire pasa por una
capa de gel de slice donde debern quedar retenidos los hidrocarburos que pueda contener.
Las bateras de desecacin-descarbonatacin, trabajan en pareja de forma que mientras que
la primera est a pleno rendimiento, (Tiempo de trabajo aproximado: media hora) la segunda
se encuentra sometida a un proceso de regeneracin por inversin del flujo, eliminando as el
agua y el CO2 presente en los lechos. Para este proceso se le inyecta en contracorriente,
nitrgeno residual de la columna de destilacin BP(K-702) expulsando a la atmsfera los
elementos contaminantes.
El aire sufre una pequea prdida de carga al pasar a travs de estos equipos.
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3.2.D) 4 ETAPA: INTERCAMBIO DE CALOR.

El aire, totalmente seco, debe enfriarse an ms y esto se logra en los intercambiadores (E701; E-704).
Los intercambiadores se encuentran agrupados en lnea en el interior de la denominada: caja
fra. Estos intercambiadores son de placas y estn formados por un conjunto de hojas de
aluminio onduladas y de placas planas de aluminio. Ofrecen una gran superficie de
intercambio en un volumen mnimo.
A la salida de los intercambiadores, parte del aire va a parar a una turbina de expansin (D701), donde disminuye su presin hasta 1-2 atm, debido a esta expansin su temperatura
baja hasta 90-100 K. En estas nuevas condiciones de presin y temperatura, se enva el aire
como alimentacin a la columna de baja presin (BP- 702).
La otra parte del aire procedente de la lnea de intercambio, va hasta un enfriador (E- 703)
donde su temperatura alcanza aproximadamente 150 K.
3.2.E) 5 ETAPA: DESTILACIN (PRODUCCIN DE FRO POR EXPANSIN).
Esta etapa se desarrolla en la doble columna de destilacin de LINDE. Las partes de esta
columna a destacar son:

La columna de media presin (MP). (K-701)

La columna de baja presin (BP). (K-702)

Como en toda destilacin, hay que calentar en la parte inferior y enfriar en la parte superior de
cada una de las dos columnas presentes.
Con el enfriamiento en la cabeza de la columna de MP se calienta el pie de la columna de BP,
todo ello por medio de un condensador (caldern) situado entre ambas columnas.
Para favorecer el proceso de Destilacin se disponen en el interior de la columna de
superficies de contacto adecuadas que pueden ser platos o relleno especial. Su cometido es
favorecer el contacto entre el gas que sube por la columna y el lquido que baja por la misma.
Un plato est formado por una chapa ondulada perforada. Al atravesarla el gas se distribuye
por los agujeros con cierta velocidad y facilidad formando burbujas con el lquido que
multiplicarn los contactos liquido-gas hasta que se alcance el equilibrio.
Esta operacin genera una importante prdida de carga que se traduce en un gran consumo
energtico elevando los costes de fabricacin. Para disminuir este consumo se ha
desarrollado un relleno especial estructurado diseado de tal forma que el contacto lquidogas se produce en la zona ondulada, de esta manera el gas ascendente va lamiendo el
lquido descendente. Estos rellenos son de aluminio y de forma ondulada, se colocan
verticalmente unos contra otros constituyendo progresivamente una estructura con la que se
llena completamente la columna.

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Con este nuevo relleno hay mayor superficie de contacto debido a la ondulacin de las
bandas y al nmero importante de las mismas dentro de la columna, consiguindose una
menor prdida de carga, y por tanto, un considerable ahorro en el consumo de energa.
La alimentacin de la columna BP (K-702), se hace con el aire procedente de la turbina de
expansin (D-701). La columna MP (K-701), se alimenta mediante dos entradas, una
procedente directamente de la lnea de intercambio y otra a menor temperatura al haber
habido una desviacin y pasar por (E-703), donde se enfra.
El principio de destilacin se basa en la diferente volatilidad de los componentes del aire. As,
al llegar la alimentacin a la columna de MP (K-701) cuya presin de trabajo es
aproximadamente 4 atm., el nitrgeno ms voltil asciende en forma gaseosa por la columna,
mientras que el oxgeno se concentra en el lquido del fondo de la cubeta de la columna MP.
Este se denomina lquido rico, por ser el contenido en oxgeno aproximadamente un 40%,
mayor que el contenido de oxgeno en aire.
El lquido rico se manda como alimentacin a la columna BP (K-702). Dado que esta columna
opera aproximadamente a 0.25 atm., sufre una expansin y por tanto un enfriamiento. Debido
a ello, la separacin de los componentes es inmediata, subiendo el N2 gas hacia la parte
superior de la columna. A media que sube, se va encontrado con el reflujo de N2 liquido que
baja desde la cspide de la columna BP (K-702) y que proviene de la parte superior de la
columna MP (k-701) donde se ha licuado debido a la aportacin de fro de la base de la
columna BP (K-702) donde est el O2 lquido. La rectificacin del proceso es bastante buena,
consiguindose un Oxigeno hirviente de 99,5% de riqueza.
El nitrgeno gas que sale por la parte alta de la columna BP (K-702) es de gran pureza y se
enva a los intercambiadores (E-701; E-704) para enfriar el aire procedente de las bateras.
Finalmente se utiliza el nitrgeno saliente de la caja fra para enfriar el agua de lavado en la
torre de enfriamiento (E-760) antes de tirarlo directamente a la atmsfera.
3.2.F) 6 ETAPA: ACONDICIONAMIENTO DEL PRODUCTO.
El oxgeno del 99,5% se enva desde la base del condensador de la columna de destilacin
BP (K-702), en estado lquido, hasta un filtro de hidrocarburos (filtros LOX) donde se terminan
de eliminar las impurezas de esta naturaleza presentes en la materia prima, por tratarse de
una zona de alta actividad industrial.
Seguidamente se bombea al enfriador (E-703) donde la corriente de Oxgeno lquido se
aprovecha para enfriar la corriente de aire procedente de la caja fra (E-701; E-704). Esto
provoca la gasificacin de una parte del oxgeno lquido convirtindose en nuestro producto
final: Oxgeno gas del 99,5% de riqueza.
El oxgeno lquido sobrante se recircula a la parte baja de la columna de BP (K-702).
El oxgeno gas no debe almacenarse puesto que supone un alto coste y se entrega conforme
demanda del cliente.
En caso de parada, avera o falta de disponibilidad se libera directamente a la atmsfera toda
la produccin disponible. Si existe demanda por parte del cliente y nuestra planta no est en
funcionamiento, la empresa tiene almacenado Oxgeno lquido, con lo que slo habra que
gasificar y enviar, as el cliente estara siempre abastecido.

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4. PLANIFICACION DEL PROCESO DE PRODUCCION.

Se trata de producir oxgeno gas con una pureza final mayor o igual a 99,5% mediante un
proceso en continuo de destilacin criognica del aire.
Para cumplir las expectativas del cliente debemos someter a control continuo a los
indicadores de produccin definidos. De esta manera se define el Programa de Puntos de
Inspeccin (PPI):
1. Se realizar un anlisis en continuo de la pureza del O2 (%) al comienzo de la lnea
del cliente. Los resultados se vigilarn desde el panel en todo momento de forma
instantnea, saltando la alarma si el porcentaje de pureza baja de 99,5%.
2. Se controlar el % de humedad y el nivel de CO2 a la salida de los absorbedores para
evitar la formacin de NUDOS DE HIELO en tramos de lnea posteriores.
3. Se realizarn controles de presin y temperatura a la entrada de las lneas que llegan
a la columna de destilacin.
Una vez verificados los PPI, evaluaremos la satisfaccin del cliente con nuestro servicio:
1. Se realizar peridicamente una encuesta al cliente nico para evaluar el grado de
satisfaccin del mismo. Las preguntas de la encuesta las propondr la direccin y la
puntuacin deber ser mayor de 7 para ser dada por buena.
Junto a los PPI se establece el PLAN DE CALIDAD.
PLAN DE CALIDAD:
Es un conjunto de documentos que nos permite verificar el resultado del proceso de
fabricacin y viene dado por los siguientes documentos:

Requisitos legales y del cliente, formalizados en la hoja de encargo.

Anlisis de disponibilidad y/o PPI.
Visto bueno del cliente.
Anlisis y Control de costes.

5. INDICADORES DE PRODUCCION.
Junto a los objetivos, deben establecerse una serie de parmetros numricos, asociados a
cada uno de los procesos o bloques indicados en el mapa de procesos que nos sirvan de
referencia para detectar una variacin del comportamiento de la planta. stos son los
denominados indicadores del proceso.
Los indicadores deben definirse siempre junto a un valor numrico aceptado como patrn, a
partir del cual estableceremos la mejora o empeoramiento del rendimiento de la planta.

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En el caso que nos ocupa los indicadores son los siguientes:

1.
2.
3.
4.

NUMERO DE VISITAS DE SEGURIDAD EN LA PLANTA > 12

NUMERO DE FORMACIONES IMPARTIDAS A LA PLANTILLA > 1
NUMERO DE INCIDENTES EN MATERIA DE S&S < 15
NUMERO DE JORNADAS DE SENSIBILIZACION EN MATERIA DE ORDEN Y
LIMPIEZA >= 1
5. DISPONIBILIDAD EN EL SUMINISTRO DE LA CANALIZACION DE OXIGENO GAS>
99,5%
6. NUMERO DE AVERIAS < 5
7. CONSUMO DE ENERGIA/AGUA < 0,627 Kwh / < 0,962 m3 agua.

6. PROGRAMA DE PUNTOS DE INSPECCION (PPI).

Cada pedido vendr sometido a una serie de controles resumido en estas fichas debidamente
cumplimentadas. El responsable de cumplimentar y archivar estos controles es el responsable
de produccin. Cualquier anomala deber ser comunicada al responsable de calidad.

Figura 4: Modelo de Ficha de control de los Puntos de Inspeccin.

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7. ANALISIS DE LOS COSTES DE LA PLANTA.

A ttulo orientativo puede darse la siguiente estructura del coste de obtencin de oxgeno gas
del 95% en una planta con una capacidad de produccin de 500 Tm/da.
PARTIDA DE COSTES

% SOBRE EL COSTE TOTAL

Energa elctrica

44

Agua de refrigeracin

Mano de obra directa

Personal indirecto

Mantenimiento y varios

Amortizacin

12

Financiacin, gastos comerciales

Beneficio

25
Total

100

Tabla 1: Resumen de costes de obtencin del producto final

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8. CONFORMIDAD DEL PRODUCTO.

Una vez filtrado el producto final y antes de entregar el gas, se realiza un anlisis para
comprobar la disponibilidad o riqueza final resultante del oxgeno, comprobando que se
cumplen las especificaciones del cliente establecidas en 99,5 % de pureza.
Los encargados de realizar las muestras para los anlisis sern los operarios de produccin
que recogern los datos resultantes en formato informtico, comunicando cualquier no
conformidad al jefe de produccin.
Una vez comprobada la pureza del gas y recibir la aprobacin del responsable de produccin,
el gas se entrega al cliente mediante conduccin directa a travs de una lnea privada que
suministra Atlantic Copper. Tras la recepcin del gas, el cliente deber cumplimentar el
albarn de entrega dando el visto bueno al producto entregado.
El albarn de entrega a rellenar por el cliente tiene el formato siguiente:
NMERO DE PEDIDO:

AC/H/ 320/2010

CLIENTE:

Atlantic Copper

FECHA DE ENTREGA:

16/06/2010

PRODUCTO ENTREGADO:

Oxgeno gas del 99,5 %

FIRMA DEL CLIENTE

Tabla 2: Modelo de albarn de entrega del producto final

El albarn ser devuelto, firmado y entregado al RC que lo archivar durante un periodo no

superior a dos aos.
En caso de no haber sido firmado por el cliente por algn problema de la entrega, se abrir un
informe de incidencias que nos llevar a su correspondiente accin correctiva (AACC) para
investigar y evitar errores en futuras entregas tal y como se indica en el apartado del PG01:
Acciones correctivas y preventivas. (Ver Anexo I: PG01; Gestin de Objetivos y Organizacin).

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