Diseño de Separador Flash

Función: Separar el efluente del reactor en una corriente líquida rica en nitrato de amonio y

otra corriente de vapor la cual es rica en agua.

Datos:

Alimentación (Kg/h) : 5006.4

Temperatura de entrada (°C) : 140

Temperatura de operación (°C) : 110

Presión de entrada (atm) : 1.5

Presión de operación (atm) : 0.3

Fracción de vapor : 0.28

Velocidad del gas dentro del Separador

V g=K∗√ ρL− ρGρL

Dónde:

Vg: Velocidad del gas dentro del separador [ft/s]

K: Constante de separación, 0.2

ρL: Densidad del líquido [lb/ft3]

ρG: Densidad del gas [lb/ft3]

V g=(0.2)∗√ 83.015−0.01262290.0126229

V g=16.2 ft / s

Flujo volumétrico del gas a condiciones de operación

Q g=MG

ρG

Dónde:

Qg: Flujo volumétrico del gas [ft3/s]

ρG: Densidad del gas [lb/ft3]

MG: Flujo másico del gas [lb/s]

Q g=1.0790.2022

=85.5 ft3/ s

Área de sección transversal del separador (A)

A=Q g

V g

A=85.516.2

=5.28 ft2

Diámetro interno del recipiente (Di)

Di=√ 4∗Aπ

Di=√ 4∗(5.28 ft2)π

=2.6 ft

Flujo volumétrico del líquido a condiciones de operación

Ql=M L

ρL

Dónde:

Ql: Flujo volumétrico del líquido [ft3/s]

ΡL: Densidad del líquido [lb/ft3]

ML: Flujo másico del líquido [lb/s]

Ql=1.987

85.015=0.0234 ft3/ s

Volumen de retención de líquidos (Vl)

V l=60∗Ql∗T r

Dónde:

Vl: Volumen del líquido [ft3]

Tr: Tiempo de residencia [min]

V l=60smin

∗(0.0234ft3

s )∗(5min)

V l=9.8 ft3

Altura del líquido en el separador (hl)

hl=V lA

hl=9.8 ft3

2.6 ft2=3.8 ft

Altura total del separador (H)

H=h1+h2+h3+h4

Dónde:

h1: Altura del nivel de líquido [ft]

h2: Espacio libre entre el nivel de líquido y la boquilla de entrada [ft]

h3: Diámetro de la boquilla de alimentación [ft]

h4: Altura libre sobre la boquilla de alimentación [ft]

h2=0.3∗D i

h2=0.3∗2.6=0.78 ft

h3=0.5 ft

h4=0.7∗Di

h2=0.7∗(2.6 )=1.82 ft

Por lo tanto la altura total es:

H=0.78+0.5+1.82+3.8

H=6.9≈7 ft

Cálculo de relación de H/D

Este valor debe estar en el rango de 2.5 y 5

2.5< HD

<5

2.5< 72.6

<5

HD

=2.7

Por lo tanto se acepta los valores determinados.

Diseño de Evaporador

Función: Concentrar la solución proveniente del tanque de neutralización de 90% a 97%.

Datos:

Alimentación (Kg/h)

Temperatura de entrada (°C)

Temperatura de salida (°C)

Presión de operación (atm)

Vapor saturado

Tipo: Evaporador de película descendente

Diseño del intercambiador de calor de tubos y coraza

Calculo del área de transferencia de calor

A= QU ∆T LMTD

Dónde:

A: Área de calefacción requerida (m2)

U: Coeficiente global de transferencia de calor (W/m2.°C)

ΔTLMTD: Temperatura media logarítmica (°C)

Calculo de temperatura media logarítmica

150°C

190°C 190°C

130°C

∆T LMTD=∆T1−∆T2

ln∆T1

∆T2

ΔT1= 190°C-130°C = 60

ΔT2= 190°C-150°C = 40

∆T LMTD=60−40

ln6040

=49.3

Datos obtenidos de simulador Chemcad

Q= 230 KJ/s

U= 0.568 KJ/s.m2.°C

A= 230(0.568)(49.3)

=8.2m2

Calculo del número de tubos

N t=AA lat

Donde:

Nt: numero de tubos

Alat: área lateral de cada tubo

Asumiendo tubos de longitud estándar de 8 pies de longitud y 1.5 pulgadas

de diámetro.

N t=8.2

π∗(0.0381 )∗(2.4384)=30 tubos

De chemcad se obtiene que la carcasa tendrá 12 pulgadas.

Diseño del separador

Para estos datos se utilizó el simulador chemcad obteniendo una altura de 4.5

metros y un diámetro de 1.5 metros.