Universidad de Buenos Aires

Diseo de una Planta de MTBE Diseo de Procesos 76.57

Departamento de Ingeniera Qumica

Diseo de una planta de MTBE Trabajo Prctico N3

Contenido

Comentarios sobre la segunda entrega3Integracin energtica3Introduccin3Anlisis4Intervalos de temperaturas5Cascada7Gran curva compuesta9Ahorro energtico11

Comentarios sobre la segunda entrega

Se modific la propuesta para la primera alimentacin, de modo de que el diseo coincida con la planta propuesta para la segunda alimentacin. As, las columnas adems de poseer la misma cantidad de platos y alimentarse en el mismo nmero de plato, operan a las mismas presiones y a temperaturas similares. Adems las conexiones entre equipos coinciden para ambas alimentaciones. Esta modificacin resulta conveniente ya que el anlisis trmico podr realizarse con una de las dos alimentaciones y ser aplicable a la otra, debido a que se manejan temperaturas y calores similares.Adems se agregaron dos intercambiadores de calor que no haban sido tenidos en cuenta anteriormente. El primero es un condensador con subenfriamiento para que la corriente de MTBE se obtenga como lquido a 40C. Adems se dispone de un intercambiador para enfriar la corriente de butenos hasta los 40C.

Integracin energtica

Introduccin

El objetivo de la integracin trmica es minimizar los costos energticos aprovechando al mximo todas las posibilidades de calentamiento y enfriamiento entre las propias corrientes, disminuyendo as la necesidad de utilizar fuentes externas. La tecnologa pinch consiste, en proponer una red de trasferencia de calor ptima entre las diferentes corrientes del proceso. Se define como corriente aquella que pasa a travs de un equipo de transferencia de calor (intercambiador, condensador o evaporador) donde cambia su valor energtico (temperatura o estado de agregacin), conservando su masa y composicin. Las corrientes energticas se clasifican en: Corrientes fras: aumentan su energa (la temperatura de salida es mayor que la temperatura de entrada o existe evaporacin). Corrientes calientes: disminuyen su energa (la temperatura de salida es menor que la temperatura de entrada o existe condensacin). Utilidades: Son todos los fluidos adicionales que se utilizan como medio de enfriamiento (utilidades fras) o de calentamiento (utilidades calientes). El valor energtico de cada corriente se determina como:

Si se trata de calor sensible o como

Si se trata de calor latente.

En las corrientes fras , lo que significa que debe suministrarse esa energa para lograr la temperatura de salida (el calor se absorbe). Por el contrario, en las corrientes calientes significa que debe eliminarse calor para alcanzar esa temperatura de salida (calor cedido).

El calor neto del sistema es la suma del calor de todas las corrientes:

Representa la cantidad de energa adicional que debe suministrarse o eliminarse del sistema mediante utilidades para lograr el balance energtico. Si , el sistema requiere utilidades calientes y si , el calor debe eliminarse mediante utilidades fras.

Anlisis

Cabe destacar que no es posible la integracin energtica sin considerar a los intercambiadores de las columnas. Esto se debe a que la planta solo posee dos enfriadores, uno para la corriente de producto (MTBE) y otro para la corriente de butenos como se mencion anteriormente.En la siguiente tabla se describe la funcin de cada intercambiador de calor presente en el sistema.NombreFuncin

C1Condensador de la primera columna

R1Reboiler de la primera columna

C2Condensador de la segunda columna

R2Reboiler de la segunda columna

C3Condensador de la tercera columna

R3Reboiler de la tercera columna

C4Condensador con subenfriamiento de MTBE

IC 1

IC 2Enfriador de butenos

Adems se muestran los valores del producto , las temperaturas de entrada y de salida, la diferencia de temperatura (T) y el calor intercambiado. Se presenta el calor calculado como el producto de y el valor de calor dado por el HYSYS.

NombreCondicinF Cp (kW/C)Te (C)Ts (C)T (C)F Cp T (kW)Q (kW)

C1Caliente1097131120111228412431

R1Fra133621931941-13362-13362

C2Caliente2879585441145711725

R2Fra102851121131-10285-10272

C3Caliente2318781613101351

R3Fra12781001011-1278-1277

C4Caliente1521,59089115211428

IC 1Caliente11,5894049560565

IC 2Caliente19544014270271

Q neto (kW)24772860

Se observa una leve diferencia entre ambos valores de calor debido a que en el clculo analtico se toman valores de promedio, mientras que el simulador realiza un clculo mucho ms riguroso. El calor neto es mayor que cero, por lo que se requerir de una utilidad fra para extraer el calor del sistema. La temperatura de aproximacin mnima representa la menor diferencia de temperaturas que puede existir entre una corriente fra y una caliente a lo largo de un intercambiador de calor, para que la transferencia sea efectiva. Como se recomienda en la bibliografa, se fija .

Intervalos de temperaturas

Este diagrama es un grficotabla donde se indican todos los niveles de temperatura del proceso. Cada corriente se representa con una flecha vertical que parte desde la temperatura de entrada hasta la temperatura de salida. Las corrientes calientes se colocan a la izquierda y las fras a la derecha.El diagrama se completa con el balance energtico para cada intervalo de temperaturas. El calor de cada intervalo se calcula como la diferencia de calor entre las corrientes calientes y fras en dicho intervalo:

Donde y son las temperaturas extremas del intervalo para el lado caliente y y son las mismas temperaturas para el lado fro.

Se definen los intervalos de temperaturas, el calor intercambiado en cada uno de ellos y el calor total:

T (C)CalientesFrasT (C)Q (kW)Intervalo

204R1194-13362A

203193

Pinch

131C11218776B

123R2113-9188C

122112

Pinch

122C11122194D

120110

111R3101-1278E

110100

90C4801521F

897923G

IC1

87C3771455H

8171

265I

58C248

11562J

54IC244

426K

4030

Q neto (kW)2394

IntervaloTemperaturas calientes (C)Q intervalo (kW)

A203-204-13362

B123-1318776

C122-123-9188

D120-1222194

E110-111-1278

F89-901521

G87-8923

H81-871455

I58-81265

J54-5811562

K40-54426

Cascada

A partir de este diagrama se puede determinar la cantidad ptima de energa que se debe suministrar y/o extraer del proceso mediante utilidades. Tambin es posible conocer la temperatura a la que se produce el pinch o pliegue energtico.En el centro del grfico, se muestran en bloques el calor intercambiado en cada intervalo (desde el A hasta el J).A la izquierda se ubican las utilidades calientes y a la derecha las utilidades fras.El flujo de calor se representa mediante flechas.Como se muestra debajo, el calor neto del sistema es la diferencia de calor entre las utilidades fras y calientes:

Debe resaltarse que el reboiler R1 queda excluido del anlisis de integracin trmica ya que no se dispone de ninguna fuente caliente que posea mayor temperatura que el mismo. Por lo tanto, requerir de una utilidad caliente indefectiblemente.

Gran curva compuesta

Es un grfico de entalpa acumulada en funcin de la temperatura. Se exhiben las curvas para las corrientes calientes y las fras en un mismo diagrama.

Temperatura superior del intervalo (C)Entalpa del intervalo de temperatura (kW)Entalpa acumulada (kW)

-4000

K54431431

J581150311934

I8126512198

H87145513653

G892313676

F90152115198

E111015198

D122219417391

C123109718488

B131877427262

A204027262

Debe destacarse que a las entalpas de las corrientes fras se suma la utilidad fra para que dicha curva quede a la derecha de las entalpas de las corrientes calientes.

Temperatura superior del intervalo (C)Entalpa del intervalo de temperatura (kW)Entalpa acumulada (kW)Entalpa acumulada + utilidad fra (kW)

-300016168

K440016168

J480016168

I710016168

H770016168

G790016168

F800016168

E1011278127817446

D1120127817446

C113102851156327731

B12101156327731

A194133622492541093

Se calcula el calor total intercambiado:

Con la informacin anterior determinamos que la temperatura de pinch se encuentra entre los 112C y los 122C.2