trabajo final meko

8/13/2019 Trabajo Final Meko

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PROYECTO DE AULAPRODUCCION DEL MEKO

INTEGRANTES

JULIO ANTONIO ESTRADA ROMEROREYNALDO FIGUEROA GUERRERO

KEREN SUSANA MARQUEZ CORTECEROERWIN VILORIA OSPINO

DOCENTE

JOSE COLINA MARQUEZ

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UNIVERSIDAD DE CARTAGENAFACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA DE INGENIERA QUMICA
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DISEO IVIII SEMESTRE

JUNIODESCRIPCIN DEL PROCESO

Se desea producir 30 000 TM/mes de metil etil cetoxima (MEKO), para la cualse tienen como materias primas metil etil cetona (MEK), una disolucin desulfato de hidroxilamina (HYAM) al 30% y agua amoniacal (NH4OH) al 50 %.Las materias primas se alimentan a un reactor enchaquetado en relacinestequiomtrica de acuerdo a la siguiente ecuacin

Para la cual se pretende obtener una conversin del 70%.

En los productos se tienen dos fases; una fase orgnica compuesta por MEKO,MEK sin reaccionar y pequeas trazas de agua; y una fase acuosa formada porSAM y agua. La reaccin es exotrmica y se da con un pH de 4.5

Despus del reactor, la corriente de producto se enfra hasta 30C para luegoser alimentada a un tanque de separacin, en donde se separa la fase acuosade la fase orgnica; la fase acuosa se enva a un tanque de almacenamientomientras que la fase orgnica pasa a un intercambiador de calor paraprecalentarla hasta 90C y posteriormente someterla a una doble destilacin;por la parte superior de la primera torre se obtiene una corriente que contieneMEK y agua, esta se recircula directamente al reactor para un mayoraprovechamiento de la materia prima; por el fondo de la misma torre se obtieneMEKO y agua que pasan a la segunda torre en la cual se obtiene por el fondoMEKO al 100% con una temperatura de 145C, este debe ser enfriado hasta40C para su posterior almacenamiento; por la cspide de la segunda torre auna temperatura de 100C se obtiene una corriente de agua con pequeas

trazas de MEKO que se recircula al intercambiador de calor para un mayoraprovechamiento energtico.


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DISEO DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

COMPONENTE M Tb (C) /20C(Kg/m)

MEK 72,11 80 810HYAM 164,14 - 1264Agua amoniacal 35,1 36 950MEKO 87,12 152 920SAM 132,1 105 1200Agua 18 100 1000

Tabla 1. Tabla de propiedades

NOTA: las propiedades de los componentes en mezcla resultan de laponderacin de las propiedades puras con sus respectivas fracciones enla corriente

Calculo del dimetro y la alturaSe asumi un tiempo de residencia de una semana para el diseo de lostanques de almacenamiento y una relacin aproximada H/D=1/2, para todoslos tanques a excepcin del T-104 (tanque de almacenamiento del SAM) que setom H/D=1/3.

El flujo msico del tanqueT-101 (tanque de alimentacin del MEK) es

La densidad del MEK es 810 Kg/m3 por tanto el flujo volumtrico ser

El volumen de lquido retenido est dado por


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Donde Q es el flujo volumtrico y el tiempo de residencia, luego

Puesto que el lquido adopta la forma del recipiente, para el caso de un cilindrose tiene que

Donde hL es la altura del lquido y D el dimetro del tanque, asumiendo que laaltura de lquido es el 90% la altura total del tanque se tiene

Luego

A partir de las relaciones H/D antes mencionadas y la ecuacin anterior se tieneque para el T-101

De igual forma se procede para los dems tanques, la siguiente tabla resumelos clculos

T-101(MEK)

T-102(HYAM)

T-103(NH4OH)

T-104(SAM YAGUA)

T-105(MEKO YAGUA)

Q(m/h) 42,5776 121,2361 34,4353 144,7488 45,7030

(h) 168 168 168 168 168V (m) 7153,0399 20367,6731 5785,1240 12158,9022 7678,1060hL /H 0,9 0,9 0,9 0,95 0,9D (m) 27,2518 38,6260 25,3904 36,5651 27,9030H (m) 13,6259 19,3130 12,6952 12,1884 13,9515


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Tabla 2. Dimetro y altura de los tanques de almacenamiento

Diseo y clculo del cuerpo

Para iniciar con el diseo del cuerpo, se debe tener en cuenta que el espesorrequerido no puede ser menor al mostrado en la siguiente tabla

Tabla 3. Relacin entre dimetro del tanque y espesores mnimos delminas

Se debe tener en cuenta dos tipos de espesores; el espesor de diseo y elespesor de prueba hidrosttica.

El espesor de la pared por condicin de diseo, se calcula con base al nivel dellquido, tomando la densidad relativa del fluido a almacenar. El espesor porcondiciones de prueba hidrosttica se obtiene considerando el mismo nivel dediseo, pero ahora utilizando la densidad relativa del agua.

Por el mtodo de un pie, aplicable para dimetros menores o iguales a 200 ft(60.96 m) se tiene que

Donde


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El esfuerzo mximo permisible de diseo (Sd) y de prueba hidrosttica (St), semuestra en la siguiente tabla, recomendado por el estndar API 650 en eldiseo de tanques de almacenamiento.

ESPECIFICACION GRADO ESFUERZO EN PUNTO DE CEDENCIA ESFUERZO A LA TENSION ESFUERZO DE DISEO ESFUERZO DE PRUEBA

ASTM

A-283 C 2110 3870 1410 1580

A-285 C 2110 3870 1410 1580

A-131 A,B,CS 2390 4080 1600 1750

A-36 2530 4080 1630 1750

A-131 EH36 2580 4990 1200 2140

A-442 55 2110 3870 1410 1580

A-442 60 2250 4220 1500 1690

ESPECIFICACION GRADO ESFUERZO EN PUNTO DE CEDENCIA ESFUERZO A LA TENSION ESFUERZO DE DISEO ESFUERZO DE PRUEBA

ASTM

A-573 58 2250 4080 1500 1690

A-573 65 2460 4570 1640 1850

A-573 70 2950 4920 1970 2110

A-516 55 2110 3870 1410 1580

A-516 60 2250 4220 1500 1690

A-516 65 2460 4570 1640 1850

A-516 70 2670 4920 1780 2000

A-662 B 2810 4570 1830 1960

A-662 C 3020 4920 1970 2110

A-537 1 3510 4920 1970 2110

A-537 2 4220 5620 2250 2410

A-633 C.D 3510 4920 1970 2110

A-678 A 3510 4920 1970 2110

A-678 B 4220 5620 2250 2410

A-737 B 3510 4920 1970 2110

Tabla 4. Materiales y ms comunes y esfuerzos permisibles (Kg/cm 2)


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Para el diseo se tom como material, acero estructural A-36 que se empleapara espesores menores a 38 mm.

De acuerdo a los datos de la tabla 2 y 3 se tiene para el T-101

Es pes or d e d is eo

[] *

Notacin 1: la corrosin permisible del acero segn la norma ASME es 1.6 mm(0,063 in) como mximoNotacin 2: los factores 0.3048; 2.2 y (2.54)2, son factores de conversin a lasunidades requeridas

Espeso r d e p rueba hidr ost tica

[] * En efecto

Puede observarse que tanto como estn por encima de los mostrados enla tabla 3, lo que quiere decir que los resultados son congruentes.

De igual forma se procede para los dems tanques, la siguiente tabla resumelos resultados obtenidos


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T-101 T-102 T-103 T-104 T-105

D E D I S E

O

D nominal (ft) 89,4089065 126,725604 83,3018775 119,964314 91,5451347H (ft) 40,2340079 57,0265221 37,4858449 35,9892943 41,1953106

G0,81 1,264 0,95 1,043647425 0,9208

Sd (Kg/cm) 2530 2530 2530 2530 2530Sd (lb/in2) 35909,605 35909,6056 35909,6056 35909,6056 35909,6056

CA 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063td (in) 0,2687269 0,7127822 0,27205738 0,38017852 0,30832323

td (mm) 6,8256645 18,104668 6,91025760 9,65653461 7,83141013

D E P R U E B A H I D R O S T A

T I C A

D nominal (ft) 89,4089065 126,725604 83,3018775 119,964314 91,5451347H (ft) 40,2340079 57,0265221 37,4858449 35,9892943 41,1953106

G agua 1 1 1 1 1St (Kg/cm) 1750 1750 1750 1750 1750St (lb/in2) 24838,66 24838,66 24838,66 24838,66 24838,66

tt (in) 0,36718814 0,74319575 0,31814447 0,43937207 0,38517300tt (mm) 9,3265787 18,877172 8,0808696 11,1600505 9,783394344

Tabla 5. Espesores de las paredes del tanque por condicin de diseo y por condicin de pruebahidrosttica

DISEO DE TECHOS TIPO DOMO AUTOSOPORTADOS

Para este tipo de techos se tienen en cuenta los siguientes requerimientos

Donde

tt = Espesor mnimo requerido (cm.) no menor de 4.76 mm. (3/16 pulg.), nomayor de 12.7 mm. (1/2 pulg.).D = Dimetro nominal del cuerpo del tanque (cm.).r r = Radio de abombado del techo (cm.) radio mnimo r r = 0.8D (a menos que elusuario especifique otro radio), radio mximo r r = 1.2D; Para nuestro diseo setom r r = 1.2D.


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Luego para el T-101 se tiene

*

En efecto

Se procede de igual forma para el resto de tanques

DISEO DEL TECHO

T-101(MEK) T-102(HYAM) T-103(NH4OH)

T-104( SAM YAGUA)

T-105(MEKO YAGUA)

D(cm) 2725,1835 3862,5964 2539,0412 3656,5123 2790,2957

r (cm) 3270,2201 4635,11571 3046,849475 4387,814767 3348,354848

tt (cm) 1,3626 1,9313 1,2695 1,8283 1,3951

Tabla 6. Espesores de las lminas del techo tipo domo

DISEO DEL FONDO

El fondo escogido para nuestro diseo, es un fondo plano dado a que estosencuentran mayor apoyo del suelo para contrarrestar el peso del lquido aalmacenar y del mismo tanque. La resistencia permisible del suelo deber serpor lo menos de 1,465 Kg /cm2 (3,000 lb/pie2).

El ancho radial (cm) de las placas anulares est dado por la expresin

Donde


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DISEO DEL AGITADOR

La capacidad se determina con la siguiente ecuacin

* DondeC = la capacidad en m 3

Q = flujo volumtrico del lquido m3/h

tr = tiempo de residencia h

Al agitador entran 213629,6885 Kg/h de MEK, HYAM, NaOH y agua, cuyascomposiciones son

COMPOSICIONDENSIDAD

(Kg/m3)MEK 0,17339146 810

HYAM 0,19734069 1246NaOH 0,0843994 950

AGUA 0,54486845 1000

La densidad ponderada es

= 1010,9898 Kg/m3

Luego

Asumiendo un tiempo de residencia de un minuto

*


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El dimetro se determina por medio de la relacin L/D y la geometra

DondeD = dimetro del agitador m

L = altura del fluido m

Para L/D = 2

Se tiene que

La altura del tanque se obtiene la siguiente manera

Asumamos hd = 0,4 La presin de operacin se obtiene del reporte del simulador. Si no existe esevalor en el reporte, la presin ms grande de las corrientes de entrada se eligecomo la presin de operacin en nuestro caso, todos los reactivos entran a 1atm de presin, por tanto esta es nuestra presin de operacin.


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DISEO DEL SEPARADOR

Dimensionamiento

Para un separador horizontal se inicia el dimensionamiento determinando lavelocidad de sedimentacin Donde

En nuestro se toma el valor mnimo de gotas por

separar En efecto

El rea interfacial est dado por

Donde el flujo volumtrico de la fase continua est dado por


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Luego

Se tiene que el rea de seccin transversal del tanque es

Dado a que ya conocemos el rea, despejamos el radio

En efecto

Dada la relacin L/D = 3, entonces L = 3D, en efecto

Para el ancho de la banda se asume una fraccin del 25% de la altura deltanque obtenemos

Alturas de salidas


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Donde

En efecto


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DISEO DE BOMBAS

Bomba de alimentacin de MEK (P-101)

El MEK se alimenta puro con una densidad de por tanto el flujovolumtrico ser

Asumiendo una velocidad sugerida de 5 ft/s (1,524 m/s), por tanto una primeraaproximacin para el dimetro de la tubera ser

* Dado a que se trabajar a presiones menores a 250 psi y a partir de la tabla A.14 para un dimetro nominal de 4 y Schedule 40 se tiene que el dimetrointerno es 4,026 in (0,1022604 m). La velocidad corregida estar dada por

* Para el clculo de prdidas se tienen las siguientes consideraciones

El MEK se alimenta a un reactor elevado a 20,3 m y cuya altura es 3 m, conel fin de aislarlo de los alrededores y evitar la transferencia de calor desde ohacia este y aprovechar el efecto de la gravedad en otras partes del proceso.


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La bomba se encuentra ubicada a 1,8 m del pie del tanque de alimentacin.

A continuacin se resumen las consideraciones de los tramos de tuberas yaccesorios.

L (m) 2,3 L (m) 56,1000Accesorios K Accesorios K

Vlvula de globo 6,5 Vlvula de globo

Vlvula decompuerta Vlvula decompuerta 0,16Salida recta 0,5 Entrada recta 0,5Codo largo Codo largoCodo corto 2 x 0,3 Codo corto 4 x 0,3

Los valores de k se obtuvieron de la figura 4.14 del Ludwing


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Perdidas Por Accesorios

Se hace uso de la siguiente ecuacin

Succin

Descarga

Perd id as Po r Tu ber a Rect a

En la Succ in

Antes debemos conocer Reynolds

NOTA: la viscosidad se determin por la ecuacin


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Donde es una viscosidad conocida a una temperatura T k (K) tambinconocida, en este trabajo las viscosidades se calcularon en base a la conocidaa 20C.

* Asumiendo que el flujo se encuentra totalmente desarrollado y asumiendo acerocomercial como material de tuberas, a partir de la siguiente grafica sedetermina el factor de friccin


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Se tiene

Luego

Descarga

Prd id as To ta les

Succin

Descarga

Apl icando Bernoul l i

Se aplica Bernoulli desde la superficie del lquido hasta la bomba paradeterminar la carga de succin


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La altura del tanque es 14 m, se asume una altura de lquido del 50% de laaltura total del tanque

Succin

* Descarga

Nuevamente Bernoulli desde la bomba hasta el reactor para determinar lapresin de descarga

Asumiendo que se quiere llevar el fluido hasta la cima del reactor con unapresin de 1.2 atm, por tanto

* Luego la cabeza de la bomba

En metros de agua se obtiene a travs de la gravedad especfica

La potencia est dada por

*


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A partir del caudal del fluido

Y

Se busca la bomba la potencia de la bomba comercial ms cercana, la cualcorresponde a una de 5 HP

Por otro lado el NPSH disponible se determina mediante la siguiente expresin:

Dnde:


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Esta dada por

Entonces la NPSH disponible es: De igual forma se procede con el resto de las bombas

Bomba de alimentacin de HYAM (P-102)

Se alimenta una solucin de HYAM al 30% con una densidad de por tanto el flujo volumtrico ser


*


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Luego con un dimetro nominal 6 y Schedule 40 se tiene que el dimetrointerno es 6,065 in (0,154051 m). La velocidad corregida estar dada por

*

Se tienen las mismas consideraciones de la bomba anterior, altura del reactor 3m, se encuentra elevado a 20,3 m y la distancia de la bomba al pie del tanquede alimentacin es de 1,8 m, ahora


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Vlvula de globo 6 Vlvula de globoVlvula decompuerta

Vlvula decompuerta 0,11

Salida recta 0,5 Entrada recta 0,5Codo largo Codo largoCodo corto 2 x 0,28 Codo corto 90 3 x 0,28


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Succin

Descarga



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Succin

*

Asumiendo un rgimen completamente desarrollado y tubera de acerocomercial

Luego

Descarga


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Prd id as To ta les

Succin

Descarga Apl icando Bernoul l i

De igual forma se asume la altura de lquido el 50% de la altura del tanque

Succin

* Descarga

Asumiendo que se quiere llevar el fluido hasta la cima del reactor con unapresin de 1,2 atm, por tanto


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o

Potencia requerida

* Dado

Y

De las curvas de operacin de la bomba se tiene un bomba comercial de7 HP

Luego


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Entonces la NPSH disponible es:

Bomba de alimentacin de NH 4OH (P-103)

Se alimenta una solucin de NH4OH al 50% con una densidad de por tanto el flujo volumtrico ser


* Para un dimetro nominal de 4 y Schedule 40 se tiene 4,026 in (0,1022604 m).

La velocidad corregida ser

*


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Se tiene


Vlvula de globo 6,5 Vlvula de globoVlvula decompuerta

Vlvula decompuerta 0,16

Salida recta 0,5 Entrada recta 0,5Codo largo Codo largoCodo corto 2 x 0,3 Codo corto 4 x 0,3


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Succin

Descarga


Antes debemos conocer Reynolds

*

Asumiendo que el flujo se encuentra totalmente desarrollado y asumiendo acerocomercial como material de tuberas, a partir de la grfica se tiene que

Luego


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Descarga

Prd id as To ta les

Succin Descarga

Apl icando Bernoul l i

El tanque es de 12,69 m, asumiremos una altura de lquido de 6,345 m

Succin

* Descarga

Asumiendo que se quiere llevar el fluido hasta la cima del reactor con unapresin de 2 atm, por tanto


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O

La potencia requerida

* Dado


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Est por debajo de la curvo de una bomba de 5 HP, lo que indica que esta serala bomba seleccionada para impulsar este fluido.

Por otro lado el NPSH disponible se determina mediante la siguiente expresin:


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Entonces la NPSH disponible es: NOTACION: El clculo de la dems bombas se encuentra en el mediomagntico adjunto a este trabajo.

El diagrama isomtrico para las bombas P-104, P-105 y P-106 se muestra en lasiguiente pgina.


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DISEO DE INTERCAMBIADORES

Diseo del intercambiador E.101

Ese intercambiador se encuentra despus del reactor, aqu lo que se quiere esenfriar la mezcla de; MEK, MEKO, SAM y AGUA que sale del rector a 70 Cpara entrar a un separador con una temperatura de30C.

La corriente que va a entra a este intercambiador de calor est compuesta de lasiguiente forma:

FLUJO 7 (salida del reactor)COMPONENTE FLUJO MASICO

(Kg/h)

FRACCION

MASICAMEK 14780,5162 0,0692HYAM 0 0,0000NH4OH 0 0,0000A MEKO 41666,6667 0,1950SAM 31589,5699 0,1479AGUA 125591,4575 0,5879Total 213628,2103 1,0000

Para calcular las propiedades de la mezcla, se tuvieron en cuenta las siguientescorrelaciones:

Para capacidad calorfica (Cp):

Esta propiedad es calculada por la siguiente correlacin obtenida del libro dePrausnitz,

( )( )( )( )


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Partiendo de la contribucin de grupos de Joback para cada compuesto de estacorriente:

Todos los calcules estn desarrollado completamente en el medio magnticoadjunto a este documento.

En efecto, se obtuvo lo siguiente:

COMPUESTO Cp(J/mol.K)MEKO 90,33594907MEK 113,1569964

Para conductividad trmica (K):Para esta propiedad de igual manera se parten de correlaciones y porcontribucin de grupos obtenido en el libro de Prausnitz:

} {} Los valores estn dados por la siguiente tabla:


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Realizando los clculos de las correlaciones se obtuvo:

COMPUESTO k(W/m.K)MEKO 0,16367807MEK 0,12432354

Para la viscosidad ()

Se utiliz la siguiente correlacin

Se obtuvo los siguientes datos /20C

(Cp)

/60C

(Cp)

/60C

(Kg/m s)

MEK 0,43 0,298 2,9763E-04MEKO 4,6 2,368 2,3681E-03Agua 1,003 0,636 6,3604E-04

Ahora se tienen las condiciones de entrada y de salida del fluido que pasa porla coraza y de la mezcla que pasa por los tubos


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Coraza: fluido frio (Agua) Tubos: fluido caliente (mezcla SAM,MEK, MEKO, AGUA)

T. entrada (C) 20 T. entrada (C) 70T. salida (C) 25 T. salida (C) 30

T. entrada (F) 68 T. entrada (F) 158T. salida (F) 77 T. salida (F) 86T. promedio (C) 22,5 T. promedio (C) 50T. promedio (F) 72,5 T. promedio (F) 122Densidad (lb/ft ) 6,28 Densidad 62,3438

Viscosidad (lb/ft s) 2,28875 Viscosidad lb/ft s 3,558301946Conductividad trmica

(Btu/h ft F)0,34825 Conductividad

trmica (Btu/h ft F)0,504405531

Capacidad calorfica(lb/ft F)

0,999 Capacidad calorfica(lb/ft F)

0,661550596

Flujo msico (Kg/h) 215643,7352Flujo msico (lb/h) 475412,4915

En efecto:

1. Se calcula el calor transferido del intercambiador

2. Se calcula la carga msica para el agua

3. Se calcula el MLDT


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4. Se calcula el factor de correccin; para esto se asume que la configuracines 1-2. Y se calcula lo siguiente:

De acuerdo con la figura 10.34 del libro Ludwing se tiene que el Fc = 0,95

5. Se calcula el MLDT corregida

6. Se asume el Coeficiente global de transferencia de calor U D , buscando en latabla 10.15 del libro Ludwing el valor de UD promediadoUD = 150 Btu/ft2 h F

7. Se calcula el rea de transferencia


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8. Ahora se asumen varias especificaciones para los tubos, utilizndola tabla10.9 del libro Ludwing

Longitud de los tubos: 16 Ft Dimetro externo OD: 1 in Pitch: 1 in

Arreglo: triangular

A partir de la tabla 10.8a del Ludwing se obtiene el Nuevo dimetro externoDo =0,01 in

9. Se calcula rea por Ft lineal, la cual se calcula mediante al siguienteecuacin:

* 10. Se calcula el numero de tubos


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11. Ahora se corrige el numero de tubos a travs de la tabla 10.9 del Ludwing yse lee el dimetro interno de la coraza, teniendo en cuenta los valores que seasumieron anteriormente

12. Luego con el numero de tubos corregidos se recalcula el rea detransferencia

( )

13. Se recalcula el

( )

14. Ahora se calcula el coeficiente de pelcula por el lado de los tubos y por ellado de la coraza

Lado de los tubos

Primero se asume un valor de BWG (gage), en nuestro caso es 18, de acuerdocon la tabla 10.3 del Ludwing esto corresponde a un dimetro interno de lostubos de 0,902 in


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Se calcula el flujo msico superficial en el lado de los tubos por medio de lasiguiente ecuacin

Se calcula el Reynolds por medio de la siguiente ecuacin

Se usa el valor del Reynolds para obtener el valor de JH partiendo de lafigura 10.46 del Ludwing. La lectura arrojo un valor de JH = 26

Ahora se calcula el coeficiente de transferencia de calor hi por medio de lasiguiente ecuacin

* Considerando que entonces


46/73

*

Ahora se calcula la resistencia de la pared por el lado de los tubos (hio)

Lado de la Coraza


Donde

Y

El porcentaje del bafle (B) es asumido y vara entre 0,25 1, multiplicado por eldimetro de la coraza. En nuestro caso ser

, donde P es el pitch

Se calcula a partir de estos datos


47/73

En efecto

Para un intercambiador de arreglo triangular el dimetro equivalente viene dadopor: En efecto

Ya teniendo todos estos datos se procede a calcular el Re correspondiente alfluido que se encuentre del lado de la coraza.


48/73

De acuerdo con la figura 10.54 se usa el valor del Re para determinar JH; lalectura de este arrojo un valor de JH = 350

Ahora se calcula la resistencia de la pelcula por el lado de la coraza (ho) pormedio de la siguiente ecuacin


*

15. Ahora se calcula el coeficiente global de transferencia de calor


49/73

16. Se calcula el factor de ensuciamiento por medio de la siguiente expresin

Dado que el da mayor a lo establecido se uede decir que el equipo esta biendimensionado.

17. Por ltimo se calcula la cada de presin

Para los tubosPara La cada de presin por el lado de los tubos se tiene un factor de Fanningel cual est dado por la grfica 26 del libro Kern

La ecuacin dada es


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Diseo del intercambiador E-102

La corriente que va a entra a este intercambiador de calor esta compuesta de lasiguiente forma:

FLUJO 11 (salida superior del separador)COMPONENTE FLUJO MASICO

(Kg/h)FRACCION MASICA

MEK 14780,5162 0,2146HYAM 0 0,0000

NH4OH 0 0,0000

MEKO 41666,6667 0,6049SAM 0 0,0000AGUA 12432,1916 0,1805Total 68879,3745 1,0000

Esta corriente proviene del separador de fase el cual se asume que no altera latemperatura con que sale la mezcla del primer intercambiador que es de 30 C,el objetivo de este intercambiador es elevar esta temperatura con que viene lacorriente hasta 90

C, por promedio se tiene:

T (K)(entrada) T(K)(salida) T(K)(promedio)303,15 363,15 333,15T (F)(entrada) T(F)(salida) T(F)(promedio)86 194 140

Las propiedades de los compuestos de la mezcla se calculan a partir de estatemperatura promedio:

Para capacidad calorfica (Cp):

Esta propiedad es calculada por la siguiente correlacin obtenida de Prausnith,partiendo de la contribucin de grupos para cada compuesto de esta corriente:


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Todos los calcules estn desarrollado completamente en el medio magnticoadjunto a este documento.

Se obtuvo lo siguiente:

COMPUESTO Cp(J/mol.K)

MEKO 91,5025026MEK 115,7071548

Para conductividad trmica (K):

Para esta propiedad de igual manera se parten de correlaciones y porcontribucin de grupos obtenido en el libro de Prausnith:


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De lo anterior se obtuvo:

COMPUESTO k(W/m.K)MEKO 0,16367807

MEK 0,12432354

Para la viscosidad ()

Para este caso se interpolan entre valores ya tabulados de viscosidad con el finde determinar los valores a nuestra temperatura promedio:

/20C(Cp)

/60C(Cp)

/60C(Kg/m s)

MEK 0,43 0,265 2,6529E-04MEKO 4,6 1,944 1,9435E-03Agua 1,003 0,553 5,5276E-04

Las propiedades del agua en esta seccin son tomadas de la literatura para latemperatura promedio calculada anteriormente de lo cual se obtiene losiguiente:

k(BTU/ft.F) Cp(BTU/Lb.F) /60C(Kg/m s)

AGUA 0,378 0,999 5,5276E-04

Para las propiedades de la solucin se aplica ponderacin para cadacomponente por tanto se tiene:


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Propiedades de la solucionk(W/m.K) Cp(J/mol.K) /60C (Cp) FLUJO MASICO

(Kg/h)0,22842833 93,76890269 2,237148519 68879,37447

k(BTU/ft.F) Cp(BTU/Lb.F) /60C (Lb/Ft h) FLUJO MASICO (lb/h)0,131963218 0,414316826 5,413899416 151852,8465

Ahora procedemos a realizar la secuencia de pasos:

Pasos:

Se calcula el calor transferido del intercambiador

Se calcula la carga msica para el lquido de la coraza:

Para este caso se toma un aceite comercial que nos brinda la siguienteinformacin:


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INTERPOLACIONEST cp K240 0,81 0,441 0,0713253,4 0,639133333 0,458086667 0,068892333300 0,59 0,463 0,0682

Se calcula el MLDT

Se calcula el factor de correccin; para esto se asume que la configuracin es1-2. Y se calcula lo siguiente:

De acuerdo con la figura 10.34 del libro Ludwing se tiene que el

Se calcula el MLDT corregida


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Se asume el Coeficiente global de transferencia de calor U D , buscando en latabla 10.15 del libro Ludwing, se asume que tanto en la coraza como en lostubos esta fluyendo aceite (Oil) por tanto promediando de la tabla 10,15 setiene:

Se calcula el rea de transferencia

Ahora se asumen varias especificaciones para los tubos, utilizndola tabla 10.9del libro Ludwing

Longitud de los tubos: 16 FtDimetro externo OD: 1 inPitch: 1 in

Arreglo: triangular

A partir de la tabla 10.89 del Ludwing se obtiene el Nuevo dimetro externo Do =1,01 in

Se calcula rea por Ft lineal, la cual se calcula mediante a la siguienteecuacin:


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Se calcula el nmero de tubos

Ahora se corrige el nmero de tubos a travs de la tabla 10.9 del Ludwing y selee el dimetro interno de la coraza

Luego con el numero de tubos corregidos se recalcula el rea de transferencia

( ) Se recalcula el


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( )

Ahora se calcula el coeficiente de pelcula por el lado de los tubos y por el ladode la coraza

Lado de los tubos

Primero se asume un valor de BWG (gage), en nuestro caso es 18, de acuerdocon la tabla 10.3 del Ludwing esto corresponde a un dimetro interno de lostubos de 0,902 in

Se calcula el flujo msico superficial en el lado de los tubos por medio de la

siguiente ecuacin



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Se usa el valor del Reynolds para obtener el valor de JH partiendo de la figura10.46 del Ludwing. La lectura arrojo un valor de

Ahora se calcula el coeficiente de transferencia de calor hi por medio de lasiguiente ecuacin

*

Considerando que entonces

Ahora se calcula la resistencia de la pared por el lado de los tubos (hio)

Lado de la Coraza



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Donde

Y

El porcentaje del bafle (B) es asumido y varia entre 0,25 1, multiplicado por eldimetro de la coraza. En nuestro caso ser

, donde P es el pitch

Para un intercambiador de arreglo triangular el dimetro equivalente viene dadopor:

Ya teniendo todos estos datos se procede a calcular el Re correspondiente alfluido que se encuentre del lado de la coraza.


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De acuerdo con la figura 10.54 se usa el valor del Re para determinar JH; lalectura de este arrojo un valor de

Ahora se calcula la resistencia de la pelcula por el lado de la coraza (ho) pormedio de la siguiente ecuacin


Ahora se calcula el coeficiente global de transferencia de calor

Se calcula el factor de ensuciamiento por medio de la siguiente expresin


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Por ltimo se calcula la cada de presin

Para los tubos

Para La cada de presin por el lado de los tubos se tiene un factor de Fanning

el cual est dado por la grfica 3.11 del libro Kern

La ecuacin dada es


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DISEO DE TORRES DE DESTILACION

CALCULO DENSIDAD DE VAPOR POR ECUACION DE GAS IDEAL

MEKO MEKT (C) 90 110 90 110T (K) 363,15 383,15 363,15 383,15

P (1 atm) 1 1 1 1,M (g/mol) 87,12 87,12 72,11 72,11

R (atm L/mol K) 0,0820 0,0820 0,0820 0,0820

(g/L) 2,9256 2,7729 2,4216 2,2952 (lb/ft) 0,1817 0,1722 0,1504 0,1425

La densidad del lquido la tomamos de las hojas de seguridad de MonmerosS.A, en la siguiente tabla se resumen las densidades del lquido y del vapor delos componentes.

MEK AGUA MEKO

L v L v L v

(Lb/ft) a 90 50,46 0,1504 60,26 0,0265 57,31 0,1817

(Lb/ft) a 110 50,46 0,1425 59,36 0,0516 57,31 0,1722


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DIMENSIONAMIENTO DE LA PRIMERA TORRE

Calcu lo del dim etro

Se tiene para una torre de bandejas bu bble-cap

*

Donde

Y asumiendo

Entonces

En efecto

* *


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Ahora

Donde las densidades del vapor y el lquido se obtienen ponderando lasdensidades de los componentes puros, teniendo en cuenta la fraccin molar dealimentacin.

El factor C se obtiene de la figura 8.82 del LudwingPara ello se pondera la tensin superficial de los componentes puros, puestoque se desconoce la del MEKO, la fraccin correspondiente a este, se lasumamos al MEK el cual est en mayor proporcin que el agua.

Asumiendo un espaciado entre platos de 24 , de la figura 8.82 se tiene


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En efecto

Por tanto el dimetro de la primera torre (bandejas bu bble-cap )

Calculo Del Num ero De Etapas Tericas

Se tiene que


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Donde

Se tiene

Dado que no conocemos la volatilidad relativa media, se necesita calcular lavolatilidad binaria a travs de la expresin obtenida por la ley de Raoult

Donde son las presiones de vapor del componente A y BrespectivamentePara el clculo de las presiones de vapor se emplea la ecuacin de Antoine


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Donde

A B CMEK 4,1386 1232,63 218,69

AGUA 5,11564 1687,537 230,17Tabla 8. Tomado De Propiedades De Gases Y LquidosDe Prausnitz Apndice A

MEK

AGUA

MEKO

Para la presin de vapor del MEKO se utiliza los datos simulados por Hysis

La volatilidad relativa media del componente clave ser


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* Por tanto

| *| Calculo d el nmero de platos reales y altura

El nmero de platos reales est dado por

Asumiendo una eficiencia

Por tanto la altura de la torre ser

Por tanto

DIMENSIONAMIENTO DE LA SEGUNDA TORRE


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Se procede de igual forma para la torre 2 asumiendo que sta, tambin es debandejas bub ble-cap .

Calcu lo del dim etro

Dado

Entonces

* * En este caso se tiene que

Puesto que no se conoce la tensin superficial del MEKO, entonces se tomarla del agua


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Asumiendo un espaciado de 20 , de la figura 8.82 se tiene

En efecto

Por tanto el dimetro de la segunda torre ( bandejas bu bble-cap )


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Calculo Del Num ero De Etapas Tericas

Como se indic en el diseo de la primera torre se necesitan las presiones devapor de los componentes para el clculo de la volatilidad relativa.

Agua

MEKO

Recordando que

Entonces

Del libro Ocon tojo, captulo 5, se tiene para una destilacin binaria

+

Por tanto

+


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Calculo Del Num ero De Etapas Reales

Asumiendo una eficiencia

Se tiene

Calculo de la Altura

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

J. PRAUSNITZ, B. POLING, J. OCONNELL, THE PROPERTIES OFGASES AND LIQUIDS, FITH EDITION. MC GRAW GILL

KERN, PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR, CECSA

LUDWING, APPLIED PROCESS DESIGN FOR CHEMICAL AND

PETROCHEMICAL PLANTS, III EDICIN


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trabajo final meko

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