Presentacin de PowerPoint

Universidad TecnolgicaDe Altamira

Diseo de intercambiadorDe calor tipo termosifn verticalIntegrantes:

Martnez Loredo JorgeNava Nava LuceroRios Maldonado GerardoRios Sanchz DanielSaucedo Jernimo Rosa*REBOILERS*Intercambiador de calor tubular.Su fin es efectuar una vaporizacin parcial de los productos de fondo de una columna , con el objeto de producir una fase gaseosa que asegure el fraccionamiento en la seccin de agotamiento de la torre.Termosifn verticalTermosifn horizontalDe circulacin forzadaDe fuego directo*Tipos de reboilers:

2*Clasificacin de reboilers de termosifn:*Segn su orientacin:Termosifn verticalTermosifn horizontal

*Segn el flujo:Circulacin naturalCirculacin forzada

*Reboiler de termosifn vertical:El ms usado en la industria qumica.Tienen una alta tasa de transferencia de calor y una baja tendencia de ensuciamiento.La corriente liquida tiene un tiempo de residencia bajo, esto disminuye el riesgo de degradacin trmica. Costos de operacin menor que otros tipos de reboilers.Fcil de instalar y tiene dimensiones compactas.

*Configuracin y funcionamiento:El reboiler de termosifn vertical est conectado a la columna por una lnea de alimentacin lquida.El lquido entra en el intercambiador en la parte inferior, se calienta y se evapora parcialmente en el interior de los tubos.Una mezcla de vapor-liquido sale del reboiler a travs de la lnea de salida.

dibujoLa circulacin del liquido es impulsado por la diferencia de presin esttica entre el lquido en la lnea de entrada y el lquido que se evapora parcialmente en el reboiler.En el diseo de los reboilers de termosifn tiene que tener un cuidado especial para obtener una baja cada de presin.

*Ventajas:Bajo costo de instalacin. Lado del proceso fcil de limpiar.Bajo tiempo de residencia.Tendencia a ser menos sucio.Excelente rendimiento trmico.*Desventajas: La columna debe de elevarse ms que proporcione la carga requerida para la circulacin El haz de tubos debe ser de un solo paso y los tubos cortos, ambos factores tienden aumentar el costo El problema principal se debe al ensuciamiento se presenta del lado caliente (vapor) la limpieza del cambiador resulta un poco dificil

7*Coeficiente de transferencia de calor:

La aproximacin total del coeficiente de transferencia de calor U puede ser determinado por la siguiente ecuacin

*Consideraciones bsicas de diseo: FLUJO:

Para orgnicos en circulacin forzada, el mximo flujo recomendable es de 20,000 BTU/hr ft2 . Para orgncos en circulacin natural, el flujo mximo recomendable es de 12,000 BTU/hr ft2 . Para vaporizaciones de agua a soluciones acuosas de baja concentracin, el mximo flujo recomendado para circulacin natural y forzada es de 30,000 btu/hr ft2.

COEFICIENTE DE PELICULA:

Para orgnicos en circulacin forzada y natural el mximo coeficiente de transferencia de calor de pelicula es de 300 BTU/hr ft2 F . Para agua el mximo coeficiente de vaporizacion en circulacin natural y forzada es de 1,000 BTU/ hr ft2 F.

9La cada de presin de reboilers o vaporizadores es calculada para un intercambiador de calor de conveccin forzada, excepto qu el clculo de la gravedad especifica pueda ser usado. El clculo de la Gravedad especifica para ser usado en los clculos de la cada de presin, puede estar basado en las condiciones de entrada y salida.

Calculo de volumen especifico medio :

Donde:Vi=volumen especifico del liquido a laentrada del cambiador.Vo=volumen especifico del fluido desalida.

2. Calculo de la gravedad especifica media:

3. Use Smedia para los clculos de la cada de presin por circulacin deFluido.

*Reboilers de termosifn verticales:Relacin de recirculacinLa razn de recirculacin es obtenida cuando la resistencia total del circuito vaporizante es igual al manejo forzado en el lquido.Referido a la figura 5.1 las 5 resistencias son:

Cada de presin en la entrada del tubo.Cada de presin a travs del reboiler.Presin esttica de cabeza, una columna de mezcla liquida y valor (Zb) en el reboiler.Perdida de expansin debido a la vaporizacin del reboiler.5. Cada de presin en la salida del tubo.

La cada de presin a travs del reboiler y la presin esttica de cabeza de una columna de mezclado lquido y vapor en el reboiler sern la mayor resistencia.

Perdida de expansin debido a vaporizacin:

Esta perdida puede ser tomada a 2 velocidades de cabeza basada en la menor de las densidades de entrada o de salida.

Consideracin de una columna de mezcla liquida y vapor:

Donde:

Vi=volumen especifico del liquido a la entrada del cambiador.Vo=volumen especifico del fluido de salida.

*Ejemplo para el clculo de un reboiler de termosifn vertical:Un reboiler es necesitado para generar 475 lb/hde vapor orgnico a 800 mmHg el punto de ebullicin es de 380 F. El calor ser proporcionado por aceite caliente a 500 F.

Se asume que el calor del aceite se despide a 490F. Tambin se supone que el coeficiente de transferencia de calor para el lado del aceite caliente (lado coraza) es de 360 BTU/h*ft2*F.

Usara una relacin de recirculacion mayor que 4:1El cambiador estar hecho de tubos de de pulgada, BWG 16, con un arreglo triangular de 1 in. Referido a la figura 5.1 , Z1= 49.7 in

Solucin:

1. BALANCE DE CALOR:El calor de vaporizacin a 800 mmHg = 210.5 BTU/lb

Q= 210.5*475=100.000 BTU/h

2. CALCULE LA MEDIA LOGARTMICA DE TEMPERATURA:

3. TANTEO DE CLCULOS (1)

4. ESTIME EL REA REQUERIDA CON UN FLUJO DE 12,000 BTU/h*ft2 (flujo mximo recomendado paraOrgnicos).

5. SUPONGA UN CAMBIADOR CON TUBOS DE 2 ft DE LONGITUD:rea por tubo= (0.1963 ft)*(2ft)=0.39 ft2Nmero de tubos necesitados=8.33 ft2 /0.39 ft2=21.4

Sin embargo, para el arreglo de tubos (tabla 5.1) por un mnimo tamao laminado de coraza (8 in) Nosotros podemos obtener 33 tubos. Ya que el cambiador costara lo mismo que si usamos 33 a 21tubos, continuemos el clculo con 33 tubos.

rea= 33 tubos*0.39 ft2=12.9 ft2Coeficiente total= Q/(A*LMDT)= (100,000 BTU/h )/(12.9 ft2*115F=67.4 BTU/h*ft2 F

6. RELACIN DE CLCULO, ENSAYO 30:1 Circulacin de lquido=30*475 = 14250 lb/h

7. VOLUMEN ESPECIFICO DE VAPOR, (V vapor):

8. VOLUMEN ESPECIFICO DE MEZCLA Vo: Volumen total fuera del reboiler.

Condicin total del fluido fuera del reboiler.

9.PRESIN ESTTICA EN LA PIERNA DE DESCARGA DEL REBOILER:

10. CALCULE EL REA DE FLUJO EN EL CAMBIADOR:

11. CALCULE LA RELACIN DE FLUJO DE MASA:

G= W/at =14725/0.0692= 212789

12. CALCULE EL NMERO DE REYNOLDS:

Nec= DG/=0.5 cp*2.42=1.21 lb/ft*hD=0.62/12=0.0517 ftNRE=(0.0517)*(212789)*(1.21)=9086

13. LEA EL FACTOR DE FRICCIN:

f= 0.008

14. CALCULE LA GRAVEDAD ESPECIFICA DE LA PELCULA:

15. CALCULE LA CADA DE PRESIN EN EL INTERCAMBIADOR:

16. SUMA DE RESISTENCIAS:

Prdidas= 1.31 + 0.367= 1.677psi

17. CALCULO DEL MANEJO FORZADO (Z1 suponiendo a 48 ft)Z1pi/144=1.62 psi; si Z1=49.72 inZ1pi/144=1.68 psi

18.La variacin es marginal, como el manejo forzado es exactamente igual que la variacin de deltaP. Entonces no hay nada que despreciar por perdida en tubera. Para ser correcto los clculos deberan ser comenzados a partir del paso 6 con una nueve relacin de clculo.