1. DESCRIPCIÓN DE LAS CARÁCTERÍSTICAS TÉRMICAS DEL PROCESO
La identificación de las corrientes calientes y frías del proceso se lleva a cabo partiendo del diagrama PFD, donde se puede identificar las temperaturas iniciales y finales de cada corriente.
13
Figura 1: Esquema del proceso de producción de TiO 2 por el proceso de cloruro. Se logra identificar que algunas corrientes no poseen cambio de temperatura en el proceso por lo cual no se pueden clasificar como corrientes frías o corrientes calientes. Tabla 1. Capacidad calorífica para los compuestos presentes en el proceso 1.
COMPUESTO
1
MASA MOLAR (kg/kmol)
CP (J/kg*K)
CP (J/kmol*K)
DIOXIDO DE TITANIO CLORO COQUE
79,87 35,45 12,01
688,65 956,48 719,40
55.000 33.910 8.640
OXIGENO TETRACLORURO DE TITANIO MONOXIDO DE CARBONO
15,99
1.835,52
29.350
189,68
765,50
145.200
28,00
1.041,43
29.160
Propiedades termodinámicas para diferentes sustancias. [En línea]. [Citado 5 de mayo del 2017]. Disponible en: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Tablasdepropiedadestermodinamicas_12182.pdf
DIOXIDO DE CARBONO
44,01
843,22
37.110
Partiendo de las capacidades caloríficas de cada compuesto se procede a calcular la capacidad calorífica de las corrientes. Según el balance de materia. Tabla 2. Balance de materia y energía para el proceso de obtención de dióxido de titanio a partir de rutilo 2. BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA PARA EL PROCESO DE OBTENCION DE DIOXIDO DE TITANIO A PARTIR DE RUTILO CORRENTE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 TEMPERATURA (K) 298 700 1273 1273 900 700 400 700 700 1500 2073 2073 298 PRESION (atm) 1 12 19,7 19 15 12 5 15 15 20 29,6 29,6 1 FLUJO MOLAR (kmol/dia) 17415 17415 9445 5843 5807 116 5691 3754 3754 3754 7588 3906 4378 FLUJO MOLAR DE LOS COMPONENTES (kmol/dia) RUTILO 3870 3870 116 116 CLORO 7740 7740 152 7588 152 COQUE 5805 5805 TETRACLORURO DE TITANIO 3754 3754 3754 3754 MONOXIDO DE CARBONO 3794 3794 3794 3794 DIOXIDO DE CARBONO 1897 1897 1897 1897 OXIGENO 4378 DIOXIDO DE TITANIO 3754 Tabla 3. Capacidad calorífica de las corrientes presentes en el proceso y cálculo del ΔH3.
CORRIENTES 1Y2 3 4 2
T INICIAL T FINAL FLUJO FCP (K) (K) ΔT (K) TIPO (kmol/dia) (kJ/kmol*K) ΔH=FCP*ΔT 298 700 402 FRIA 17415 30,17 12129,68 1273 1273 0 CONSTANTE 9445 76,88 0 1273 1273 0 CONSTANTE 5843 31,86 0
Diseño de una planta de producción de 90.000 Ton/año de dióxido de titanio. [En línea]. [Citado 25 de marzo del 2017]. Disponible en: https://uvadoc.uva.es/bitstream/10324/2947/1/PFC-P-57.pdf 3 Propiedades termodinámicas de diversas sustancias [En línea]. [Citado 5 de mayo del 2017]. Disponible en: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Tablasdepropiedadestermodinamicas_12182.pdf
5 6 7 8 9 Y 10 11 12 13
900 600 400 700 700 2073 2073 298
600 700 298 700 1500 700 1500 1500
300 100 102 0 800 1373 573 1202
CONSTANTE CALIENTE CONSTANTE CONSTANTE FRIA CALIENTE CALIENTE FRIA
5807 116 5691 3754 3754 7588 3906 4378
32,27 9681,97 55,00 5500 31,81 3244,62 145,20 0 145,20 116160 33,91 46558,43 54,18 31044,73512 29,35 35278,7
Después de identificar cada corriente se procede a analizarlas por el método Pinch gráfico. Tabla 4. Análisis corrientes frías por método Pinch 4. CORRIENTES FRIAS T (K) 298 700 1500
ΔT (K)
0 402 800
ƩFCp (kJ/kmol*K)
0 59,52 174,55
ΔH (kJ/kmol)
ƩΔH (kJ/kmol)
0 23928,38 139640
0 23928,38 163568,38
Tabla 5. Análisis corrientes calientes por método Pinch 5. CORRIENTES CALIENTES T (K) ΔT (K) ƩFCp (kJ/kmol*K) ΔH (kJ/kmol) ƩΔH (kJ/kmol) 298 0 0 0 0 400 102 31,81 3244,62 3244,62 600 200 31,81 6362 9606,62 700 100 55,00 5500 15106,62 900 200 66,18 13236,65 28343,27 1500 600 33,91 20346 48689,27 2073 573 88,09 50475,17 99164,43
Después se grafican las corrientes generando una curva compuesta.
4
Propiedades termodinámicas de diversas sustancias [En línea]. [Citado 5 de mayo del 2017]. Disponible en: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Tablasdepropiedadestermodinamicas_12182.pdf 5 Propiedades termodinámicas de diversas sustancias [En línea]. [Citado 5 de mayo del 2017]. Disponible en: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Tablasdepropiedadestermodinamicas_12182.pdf
CURVA COMPUESTA 2500
2000
) K ( A1500 R U T A R E P 1000 M E T
FRIAS
CALIENTES
500
0 0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
ΔH (kJ/kmol)
CALOR INTEGRADO AL PROCESO = − = − = , − , , = , − = ,
Q enf-min= 0 kW Q cal-min= 99164 Kw Corriente
T in (°C)
T out (°C)
ΔT
FCp
ΔT min (°C)
1 (C1)
900
600
300
32,27
10
2 (C3)
400
298
102
31,81
3(C4)
2073
700
1373
33,91
4(C5)
2073
1500
573
54,18
5 (F1)
298
700
402
30,17
6 (F2)
600
700
100
55
7 (F3)
700
1500
800
145,2
8 (F4)
298
1500
1202
29,35
T' in (°C)
T' out (°C)
1 (C1)
895
595
2 (C2)
395
293
3 (C3)
2068
695
4 (C4)
2068
1495
5(C5)
303
705
6 (F1)
605
705
7 (F2)
705
1505
8 (F3)
303
1505
CASCADA DE CALOR ΔT
4
3
Q´
0
82401,05
49594,67
131995,72
48730,07
131131,12
-35653,93
46747,12
-56244,23
26156,82
-56727,63
25673,42
-67034,43
15366,62
-67629,63
14771,42
-79533,63
2867,42
-82082,95
318,1
-82401,05
0
2068 563
ΔH1
49594,67
10
ΔH2
-864,6
600
ΔH3
-84384
190
ΔH4
-20590,3
10
ΔH5
-483,4
90
ΔH6
-10306,8
10
ΔH7
-595,2
200
ΔH8
-11904
92
ΔH9
-2549,32
ΔH10
-318,1
1505 1495 1
895 705
7
695 605
6
595 2
8
Q
ΔH
395 303
5
10
293
Corriente
T in (°C)
T out (°C)
ΔT
FCp
ΔT min (°C)
1 (C1)
900
600
300
32,27
20
2 (C3)
400
298
102
31,81
3(C4)
2073
700
1373
33,91
4(C5)
2073
1500
573
54,18
5 (F1)
298
700
402
30,17
6 (F2)
600
700
100
55
7 (F3)
700
1500
800
145,2
8 (F4)
298
1500
1202
29,35
T' in (°C)
T' out (°C)
890
590
1 (C1)
Q CALE.MINIMO
PUNTO PINCH
2 (C2)
390
288
3 (C3)
2063
690
4 (C4)
2063
1490
5(C5)
308
710
6 (F1)
610
710
7 (F2)
710
1510
8 (F3)
308
1510
CASCADA DE CALOR ΔT
4
3
ΔH
2063 553
ΔH1
48713,77
20
ΔH2
-1729,2
600
ΔH3
-84384
180
ΔH4
-19506,6
20
ΔH5
-966,8
80
ΔH6
-9161,6
20
ΔH7
-1190,4
200
ΔH8
-11904
82
ΔH9
-2272,22
ΔH10
-636,2
1510 1490 1
890 710
7
690 610
6
590 2
8
5
390 308 20 288
Q
Q´
0
83037,25
48713,77
131751,02
46984,57
130021,82
-37399,43
45637,82
-56906,03
26131,22
-57872,83
25164,42
-67034,43
16002,82
-68224,83
14812,42
-80128,83
2908,42
-82401,05
636,2
-83037,25
0
