Dise±o de Intercambiadores de Calor y separadores Liq-Liq

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Algoritmos necesarios para el diseño de dichos implementos. Son se uso industrial

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  • NITROBENCENO

    GRUPO # 2

    ASIGNACIN # 3

    ALBIN F. AGUIRRE CARVAJAL

    NATALIA GONZALEZ

    JONATHAN OSPINO P.

    SARA M. TABORDA

    Profesores:

    FELIPE BUSTAMANTE

    JUAN PABLO HERNANDEZ

    HEBERTO TAPAS

    UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA

    DEPARTAMENTO DE ING. QUIMICA DISEO I

  • 2 Grupo 2: Nitrobenceno

    CONTENIDO

    PARTE I: ALGORITMO DE CLCULO PARA EL DISEO TRMICO DE UN CONDENSADOR HORIZONTAL DE TUBOS Y CORAZA PARA VAPOR SATURADO MULTICOMPONENTE

    FLUIDO DE PROCESO FLUIDO DE SERVICIO APPROCH MNIMO ELECCIN DEL MATERIAL DE CONSTRUCCIN ALGORITMO DE CLCULO PARA EL DISEO DE UN CONDENSADOR HORIZONTAL DE TUBOS Y CORAZA PARA VAPOR SATURADO MULTICOMPONENTE

    Determinacin del rango de condensacin Definicin de temperaturas de entrada y de salida del refrigerante Clculo de la carga trmica del condensador Clculo del flujo de refrigerante Construccin de la curva de condensacin Clculo de UA Clculo de la temperatura balanceada Definicin de la configuracin del condensador Clculo del coeficiente de pelcula al lado de los tubos Clculo del coeficiente de pelcula al lado de la coraza Clculo del coeficiente total de transferencia de calor Clculo de la cada de presin en el lado de los tubos Clculo de la cada de presin en el lado de la coraza.

    PARTE II: ALGORITMO DE CLCULO PARA EL DISEO MECANICO DE UN INTERCAMBIADOR

    SELECCIN MATERIALES

    CONDICIONES DE DISEO Tipo de intercambiador de calor Clase de intercambiador de calor

  • 3 Grupo 2: Nitrobenceno

    CALCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL CASCO Espesor Bridas Boquillas

    Clculos boquilla 1: Entrada del vapor saturado a la coraza Clculos boquilla 2: Salida del lquido saturado a la coraza Especificacin de bridas y boquillas de la coraza Clculo de las distancias de penetracin de las boquillas en el casco Clculo de refuerzos para las boquillas de la coraza Localizacin de las boquillas de la coraza Proyeccin de las boquillas de la coraza

    CLCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL

    Espesor del cilindro del canal Bridas Boquillas

    Clculos boquilla 3: Entrada del lquido saturado al canal Clculos boquilla 4: Salida del vapor saturado del canal Especificacin bridas y boquillas del canal Clculo de las distancias de penetracin de las boquillas en el canal Clculo de refuerzos para las boquillas del canal Localizacin de las boquillas y longitud del canal Proyeccin de las boquillas del canal

    Placa de particin CLCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LA TAPA DEL CANAL

    CLCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LA TAPA DEL CASCO

    Longitud de la tapa del casco

    CLCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL HAZ DE TUBOS

    Placa de tubos estacionaria Deflectores Localizacin de los deflectores extremos Localizacin de los deflectores intermedios

    CLCULO DE LA LONGITUD TOTAL DEL INTERCAMBIADOR CLCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL CABEZAL FLOTANTE

    Espesor Clculo de presin externa Condiciones de operacin

    BIBLIOGRAFIA CONSULTADA HOJA DE ESPECIFICACIONES DEL INTERCAMBIADOR

  • 4 Grupo 2: Nitrobenceno

    PARTE III: ALGORITMO DE CLCULO PARA EL DISEO DE UN SEPARADOR LIQUIDO-LIQUIDO

    HOJA DE ESPECIFICACIONES EQUIPO DE SEPARACIN LIQUIDO-LIQUIDO IDENTIFICACION FUNCION SUSTANCIAS QUE SE MANIPULAN CONDICIONES DE OPERACIN CONDICIONES DE DISEO

    Temperatura de diseo Presin de diseo Presin hidrosttica Factor de seguridad Vida til del recipiente Seleccin del material para la construccin del recipiente

    Clculo de la velocidad de corrosin

    INFORMACIN DEL DISEO BSICO DEL EQUIPO Especificaciones del recipiente

    Tipo de recipiente Detalle de costuras con el grado de inspeccin recomendada Tipo de tapas Seleccin del tipo de tapas

    DIMENSIONES DE LA CAMISA O CASCO CILINDRICO Clculo de la longitud y el dimetro Algoritmo de diseo del separador liquido-liquido

    Separador vertical Definir fase dispersa y fase continua Especificar el tamao de las gotas Estimacin de la velocidad de sedimentacin Estimacin del rea interfacial Estimacin del radio del separador Longitud del tanque Ancho de la banda de la zona dispersa Tiempo de residencia de las gotas en la banda de dispersin

    Separador horizontal Definir fase dispersa y fase continua Especificar el tamao de las gotas Estimacin de la velocidad de sedimentacin Estimacin del rea interfacial Estimacin del radio del separador Longitud del tanque

  • 5 Grupo 2: Nitrobenceno

    Ancho de la banda de la zona dispersa Tiempo de residencia de las gotas en la banda de dispersin Velocidad de la fase dispersa Dimetro de las gotas de la fase continua arrastradas por la fase dispersa Disposicin de entradas y salidas del tanque

    Conclusin Posicin del recipiente

    ESPESOR DE LA CAMISA Y LAS TAPAS

    Espesor de la camisa Espesor de las tapas

    CLCULO DEL VOLUMEN TOTAL DEL SEPARADOR VERIFICACIN DE LA PRESIN EXTERNA QUE PUEDE SOPORTAR EL CASCO VERIFICACIN DE LA PRESIN EXTERNA QUE PUEDE SOPORTAR LAS TAPAS BOQUILLAS DE ALIMENTACIN Y DESCARGAS

    Clculo del dimetro ptimo Localizacin de las boquillas Registro de inspeccin

    Registros de inspeccin (Handholes) Especificaciones comerciales para la boquilla y registros de inspeccin Longitud saliente y distancia de penetracin de la boquilla en el recipiente Espesor de la pared Refuerzos en los registros

    SELECCIN DE BRIDAS SOLDADURA UBICACIN DE LOS REGISTROS SILLETAS

    Flexin longitudinal Esfuerzos cortantes tangenciales Circunferencial

    CLCULO DE OREJAS DE IZAJE DETALLES DE OTROS ACCESORIOS PRUEBAS Y ENSAYOS REQUERIDOS

    Prueba de junta o radiografiado Prueba de presin hidrosttica Prueba neumtica

    REFERENCIAS

  • 6 Grupo 2: Nitrobenceno

    PARTE I: ALGORITMO DE CLCULO PARA EL DISEO TRMICO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS Y CORAZA

  • 7 Grupo 2: Nitrobenceno

    DISEO TERMICO DE UN CONDENSADOR

    Fluido de proceso El fluido de proceso consta de una mezcla de agua, nitrobenceno, cido sulfrico, benceno y cido ntrico. Se requiere condensar esta corriente desde una temperatura de 190 C (374 F), donde se encuentra como vapor saturado, hasta lquido saturado a una temperatura de 84.13 C (183.44 F). Las condiciones del fluido de proceso se muestran en la tabla 1, mientras que el flujo msico de esta corriente se muestra en la tabla 2. Tabla 1. Condiciones del fluido de proceso

    Presin de operacin, P 14.7 Psi Temperatura de entrada o de roco (T1) 374 F Temperatura de salida o de burbuja (T2) 183.44 F

    Tabla 2. Flujo de la corriente de proceso

    Compuesto Flujo (Kg/h) Flujo (lbm/h) Fraccin msica (%)

    cido ntrico 21.7522 47.9418 0.0813 Benceno 79.777 175.828 0.2980

    cido sulfrico 341.7781 753.2789 1.2767 Agua 25934.6368 57159.94 96.883

    Nitrobenceno 391.1019 861.99 1.4610

    Total 26769.046 58999.53 100.00 Las propiedades termodinmicas de la mezcla y dems, fueron obtenidas empleando el programa PRO II 8.1 usando el modelo termodinmico NRTL, ya que este modelo se ajusta a las caractersticas de la mezcla [1]. Tabla 3. Propiedades de la corriente de proceso

    Propiedad Vapor saturado Lquido saturado

    Temperatura (F) 374 183.44 Entalpa (Btu/lb) 254.9964 32.3272

    Densidad (lb/ft^3) 0.2066 80.5273 Viscosidad (Cp) 0.0110 0.3630

    Fluido de servicio Como fluido refrigerante se usar diclorometano como lquido saturado a una temperatura de 39.66 C (103.4 F), este saldr del intercambiador de calor como vapor saturado a una temperatura de 39.66 C (103.4 F). Tabla 4. Propiedades del fluido de servicio a 14.7 Psi

    Propiedades Liquido saturado Vapor saturado

    Temperatura (F) 103.4 103.4 Entalpa (Btu/lb) 20.225 163.852

    Densidad (lb/ft^3) 84.93 0.2066 Viscosidad (Cp) 0.36298 0.0110

  • 8 Grupo 2: Nitrobenceno

    Approach mnimo En este caso no se cumple el approach mnimo puesto que no se encontr otro fluido con un calor de vaporizacin grande (cercano al del agua) y temperatura de ebullicin por debajo de 84.13 C (183.44 F); esto se debe cumplir para que las curvas de q vs. T para el fluido de proceso y el fluido de servicio no se corten. Eleccin del material de construccin Algunos de los materiales que sirven son los siguientes (Obtenido de KNOVEL)

    Material Mpy

    Alloy 20-38-3-3Cu (20Cb3/825)

  • 9 Grupo 2: Nitrobenceno

    ALGORITMO DE CLCULO PARA EL DISEO DE UN CONDENSADOR HORIZONTAL DE TUBOS Y CORAZA PARA VAPOR SATURADO MULTICOMPONENTE 1. Determinacin del rango de condensacin Mediante el programa Pro II se estiman las temperaturas de burbuja y de roco del fluido de proceso. Tabla 5. Condiciones del fluido de servicio

    Presin de operacin, P 14.7 Psi Temperatura de entrada o de roco (T1) 374 F Temperatura de salida o de burbuja (T2) 183.44 F

    2. Definicin de temperaturas de entrada y de salida del refrigerante El refrigerante entra al condensador a la temperatura de ebullicin como liquido saturado 39.66 C (103.4 F) y sale a la misma temperatura como vapor saturado. Lo anterior se defini con el fin de que el fluido de proceso se enfriara aprovechando el calor latente de vaporizacin del diclorometano, dado que el calor sensible de de este es mucho menor que el de vaporizacin y por ende su contribucin no es muy apreciable. 3. Calculo de la carga trmica del condensador La carga trmica que se requiere remover para llevar el fluido de proceso de vapor saturado a lquido saturado viene dado por la siguiente expresin:

    21 HHWQ W: Flujo msico del vapor por condensar, en lb/h H1: Entalpa de la mezcla como vapor saturado a T1, en BTU/lb H2: Entalpa de la mezcla como lquido saturado a T2, en BTU/lb Numricamente se tiene:

    hBTU160339294,