Diseño de equipos industriales Queroseno 42 API-Destilado 35 API ESIQIE

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL DISEÑO DE EQUIPOS INDUSTRIALES PROYECTO “QUEROSENO-DESTILADO” DISEÑO TERMODINAMICO PRIMER DEPTAL ALUMNO: OJEDA GARCIA MIGUEL ANGEL PROFESOR: ING. INOCENCIO CASTILLO TERAN 3IM!

PROBLEMA: Realice el diseño de un intercambiador de calor que resulte efciente y económ económico ico,, emple emple  los los me!or me!ores es criter criterios ios aplic aplicabl ables es a estos estos equipo equipo"" #e perm permit ite e una una ca$d ca$da a de pres presió ión n de %& ln'p ln'pul ul() () para para amba ambas s cor corrien riente tes" s"  *ustifcar las composiciones composiciones que se +a(an" ueroseno -). AP/ con un (asto 01&&&& lb'+, temperatura de entrada de -&&.2 y a la salida de ))1.2" El en3riamiento se e3ect4a con un destilado 51. AP/ de 6&.2" a %6&.2

2A78ORE# ;M Pop 7orrosión  8emperatu  8emperatu ra /ncrustaci ón >iscosidad  8o?icidad  8o?icidad

89BO#
7ORAA 9ERO#E =O 9ERO#E =O
De acuerdo al   análisis efectuado se recomienda que el destil stila ado circ circul ule e dent dentro ro de los tubos

7AL79LO#:

Q =Gmqueroseno Cp ( T 1−T 2 ) Q =( 750000 ) ( 0.605 ) ( 400 −225 )= 79406250

Gmdestilado =

Gmdestilado =

Q Cp ( t 1−t 2)   79406250

( 0.52 )( 190−90 )

=1527043.26

2lu!o en paralelo

∆ T 1=T 1 −t 1= 400− 90=310 ∆ T 2=T 2−t 2 =225−190 =35

∆ T mlv=

 BTU  hr

∆ T 1− ∆ T 2 ln

 ∆ T 1 ∆ T 2

lb hr

∆ T mlv=

310 −35 ln

 310

=126.076

35

2lu!o en contracorriente

∆ T 1= T 1 −t 2 =400 − 190=210 ∆ T 2= T 2−t 1 =225−90 = 135

∆ T mlv=

∆ T 1− ∆ T 2 ln

T 1−T 2

 R=

S=

t 2−t 1

 t 2− t 1 T 1−t 1

∆ T mlv=

 ∆ T 1

ln

∆ T 2

=

400 −225 190− 90

190− 90

=

210 −135

400 −90

 210

=169.74

135

=1.75

=0.3225   Figura Figura Ft = 0.895

∆ T mlv= ∆ T mlv Ft =( 169.74 ) ( 0.895 )= 151.917 3

Tabla 9 De =  Pt =1 Ds=33 n = 6 N TT =676 rreglo rreglo en !uadro !uadro 4

Tabla 10 B"G= 16 a # l = 0.1963 a# $ = 0.302 Di =0.620 Tabla 8 U ¿=10 −40 U ¿ =

  =

10 + 40 2

=25

Q   79406250 = =20907.8 U ¿∗∆ T mlv 25∗151.917

 N T =

   20907.8 = =6656.84 a # l ∗ % 0.1963 ∗16

 N&!=

N T   N TT 

=

6656.84 676

=9.8474

   R= N TT ∗a# l ∗ %=676∗0.1963∗16= 2123.1808 Q 79406250  N&! 10 U  DR= !umple !onel !on el rango rango estable! estable!ido ido = =24.6185 ∴ !umple   R∗∆ T mlv 2123.1808∗151.917 a $ =

 N TT ∗a # $  144∗n

=

Gmdest' G T =

 N&! = a$ 

676∗0.302 144∗6

= 0.2363

1527043.26 10 0.2363

=1228792.869 ∴ !umple !umple !onlos requerimie equerimientos ntos

 N  Ret =

GT ∗ D i

∗ = 1228792.869 0.620 =28798.5395  (∗2.42∗12 0.911∗ 2.42∗12

Tabla 24 )* =130 Tabla 26 $ =0.00018 2

∆ PTT =

$ ∗GT ∗n∗ %∗12 10

5.22 + 10

Tabla 27

∆ PTR =

(

∗ D i∗S∗,

=

0.00018∗1228792.869

2

∗6∗16∗12 =9.6743 ∗0.620∗1∗1

10

5.22 + 10

)

2

 v ∗62.4 =0.19 144∗2 g

4∗n

s

(

)

2

4∗6  v ∗62.4 = ∗0.19= 4.56 144∗2 g 1

∆ PT =∆ PTT + ∆ PTR = 9.6743 + 4.56= & 14.2343 ∴ no!um no !umple!on ple!on las indi!a indi!a!io !ione ness porlo que se sugier sugieree !am !am

((

Cp∗ (∗2.42 hio= )*  - 

) ( ) ) (( 1 3

 - ∗12 , =130  Di

)( 1

1∗ 0.911∗2.42

3

0.378

0.378∗12 0.620

) )= 1

1712.01

 Por el lado de la !ora.a C = Pt − De =1−0.75 =0.25

a s=

B=

 Ds 5

=

33 5

= 6.6

B∗C ∗ Ds 6.6∗0.25∗33 = = 0.378125 144 Pt  144∗1 Gm queroseno

Gs=

 N&! as

750000

=

3 0.378125

=634710.7438

Gs∗ Deq 634710.7438∗ 0.95 = =41527.2189  N  R/S =  (∗2.42∗12 0.5∗2.42∗12 Tabla 28 )* =120 Tabla 29 $ = 0.00015

((

Cp∗ (∗2.42 ho =)*  - 

U! =

) ( ) ) (( 1 3

- ∗12 ,  Deq

= 120

0.53∗0.5∗2.42

ho∗hio   281.617∗1712.01 = =241.835 ho + hio 281.617 + 17212.01

0.1

)( 1 3

0.1∗12 0.95

))

1 =281.617

 Rd =

U! − U  DR U!∗U  DR

−89.7811 =0.007003 ∴ no !umple !umple !onlas !on las indi!a!io indi!a!iones nes 241.835∗89.7811

= 241.835

∗ ∗ ( N + 1 )= % 12 = 16 12 =29.0909 B

6.6

$ ∗G s∗( N   N + 1 )∗ Ds 2

∆ Ps =

10

5.22  + 10

∗ Deq∗S∗,

=

0.00015 ∗634710.7438

2

∗29.0909 ∗33 =1.5153 ∗0.95∗0.8∗1

10

5.22 + 10

C"#$%"&'( )* &+#),( ') $(/ " 011 2(& &" *(&%' ') !4 $(/ ($)&)#(/ *(/ /%%)&)/ '"(/: 3

Tabla 9 De =  Pt =1 Ds=35 n = 6 N TT =766 rr  rregloen egloen !uadro !uadro% % =12 4

Tabla 10 B"G= 16 a # l = 0.1963 a# $ = 0.302 Di =0.620 Tabla 8 U ¿=10 −40 U ¿ =

  =

10 + 40 2

=25

Q   79406250 = =20907.8 U ¿∗∆ T mlv 25∗151.917

 N T =

   20907.8 = =6656.84 a # l ∗ % 0.1963 ∗16

 N&!=

N T   N TT 

= 6656.84 =9.8474 676

Q 40068000  N&! 3 = =3525 esta dentrodel U  DR= dentrodel rango rango deseado deseado   R∗∆ T mlv 1804.396 ∗70.057 a $ =

 N TT ∗a # $ 

∗ = 766 0.302 =0.2677 144∗n 144∗6

Gmagua G T =

 N  Ret =

 N&! a$ 

871043.4783

=

GT ∗ D i

3 0.2677

=1084417.73 !umpl !umplee !onel el rangode rangode 1 a 2 millones

∗ = 1084417.73 0.620 =25414.0166  (∗2.42∗12 0.911∗2.42∗12

Tabla 24 )* =80 Tabla 26 $ =0.00021 2

∆ PTT =

$ ∗GT ∗n∗ %∗12 10

5.22 + 10

Tabla 27

∆ PTR =

(

∗ D i∗S∗,

=

0.00021∗1084417.73∗6∗12∗12 5.22 + 10

10

∗0.620∗1∗1

=6.5927

)

2

 v ∗62.4 =0.14 144∗2 g

4∗n

s

(

2

)

 v ∗62.4 4∗6 = ∗0.14 =3.36 144∗2 g 1

∆ P T =∆ PTT + ∆ P TR =6.5927 + 3.36 =9.9527 !umpl !umplee !onlasindi! !onlasindi!a!i a!ione oness deno ma ma0ora 0ora 10

((

Cp∗ (∗2.42 hio= )*  - 

) ( ) ) (( 1 3

 - ∗12 ,  Di

= 80

0.52∗1.4∗2.42 0.76

)( 1 3

0.76∗12 0.620

 Por el lado de la !ora.a C = Pt − De = 1−0.75 = 0.25

B=

 Ds 5

=

35 5

=7

))

1 =1053.54233

a s=

B∗C ∗ Ds 7∗0.25∗35 = = 0.425347 144 Pt  144∗1 Gm gasolina  N&! as

Gs=

720000 10

=

0.425347

=534244.898

Gs∗ Deq 534244.898∗0.95 = = 36916.85  N  R/S =  (∗2.42∗12 0.5∗2.42 ∗12 Tabla 28 )* =110 Tabla 29 $  =0.00016

((

Cp∗ (∗2.42 ho =)*  - 

U! =

 Rd =

) ( ) ) (( 1 3

- ∗12 ,  Deq

= 110

0.605∗0.23∗2.42 0.75

)( 1

3

0.75∗12 0.95

))

1 = 258.149

ho∗hio 258.149 ∗1053.54233 = =207.34 ho + hio 258.149 + 1053.54233 U! − U  DR U!∗U  DR

=

207.34 − 105.6549 207.34 ∗105.6549

=0.004642 esta esta dentr dentro o del rangode rangode 0.001−0.005

∗ ∗ ( N + 1 )= % 12 = 12 12 =20.571 B

7

$ ∗G s∗( N   N + 1 )∗ Ds 2

∆ Ps =

10

5.22 + 10

∗ Deq∗S∗,

=

0.00016 ∗564244.898

2

∗ 20.571∗35 =0.958023 ∗0.95∗0.772∗1

10

5.22 + 10

DISEÑO MECANICO Material de construcción  89BO# 7ORAA  8APA#  8APA# E#PE*O# MAMPARA# PLA=7DA
A#@%&.B A#@%&.B A#@%&.B #b@%0A#@%&.B Acero ino?idable 5&A#@%&.B A#@%&.B Especifcaciones L =88
%) 0 &"01 &") &"61 0

#%C%1&

#%)1&&


51 6& 01& -&& ))1

7alculo del espesor de la coraa

 P T = P op+ P atm =690 + 11.312=701.312  psi  P D =1.3 PT  1 0a queel quer querose oseno no esun $luido $luido medio medio !orr !orrosi osivo vo 2 no abras abrasivo ivo 0tiene 0tiene una una presi presionmedia onmedia  P D =1.3 P T = 1.3 ( 701.312 )= 911.706 psi 1

C =  / =0.75 8

t =

P D∗ D s 2 S/−1.2 P D

+C =

( 911.706 ) ( 35 ) 1 + =1.2211 3 1.25 2 ( 18150 ) ( 0.75 ) − 1.2 ( 911.706 ) 8

7alculo del n4mero y diFmetro de las mamparas o placas de soporte

 N =

 %∗12 12∗12 −1 = −1 =19.5714 3 20 B 7  / 4 = 0.25 1Tabla 5

7alculo del n4mero m$nimo y diFmetro de los tirantes

 D tirante=0.5 N T4 =8 1Tabla 6 7alculo del espesor de los espe!os

 DS5 = D s + 2 t ! =35 + ( 2 ) ( 1.25 )=37.5

 D ee= D S5 

Anc+o del empaque:

√

6 − P D m 6 − P D ( m+ 1) ee =

 D ee− Ds −2∗t ! 2

7onsideraciones de material de asbesto a di3erentes medidas: Material Asbesto %'C Asbesto %'% Asbesto de %'5) Asbesto con ferro

G HPsiI %&& 50&& 1&& 0&&

m ) )"01 5"1 5"01


ee

1-"56-% -)")6&5 -%")%%0

C"--0& )"561) %"C11C

Por Je?ión

G = D S + 2∗t ! + ee =35 + ( 2 ) ( 1.25 ) + 1.8558 =39.3558  F =1 paraespe7os  para espe7os $i7os n = 1− Arre(lo en cuadro:

0.785

= 1−

  0.785

( ) ( )  P T   D /

2

2

1

0.75

¿ 0.5584

√

√

( 1 )( 39.3558)   911.706  F ∗G  P D  + 2 C = +2 T = nS 3 3 ( 0.5584 )( 12500)

( )= 1 8

4.9911 1 T ! = 5

Por es3uero cortante

 D % = D S−1.5 D / =35 −1.5 ( 0.75 ) =33.875 T =

0.31∗ D %

 D / 1−  PT 

( )  P D S

+ 2 C =

( 0.31 ) ( 33.875 ) 1−

0.75

(

 ) ( )=

911.706 12500

+2

1 8

3.3137 3  4

1

7alculo del n4mero de tornillos

 D / =0.75 d B =0.625 1un liger ligero o mas peque peque8o 8o que D  /  DeT  De Tabla 8  R= 0.9375

B min=1.5

/= 0.75 B ma+= 2 Bmin=2 ( 1.5 )=3

B ma+Cal =2 d B +

6 T C 

m + 0.5

=2 ( 0.625 ) +

6 (6 ) 3.75 + 0.5

qued eda a lama0o lama0orr =9.7206 1 se qu

Per$metro de centro de barreno

 D CB= DS + 2 t ! + 2 ee + 2 R =35 + 2 ( 1.25 ) + 2 ( 1.8558 )+ 2 ( 0.9375 ) =43.0866  PCB =9 D CB= 9 ( 43.0866 ) =135.361 =umero de tubos m$nimo

 N Tmin=

 P CB B ma+

= 135.361 =13.9252 ≅16 9.7206

 N Tma+ =

 N Treal=

 P CB B min

= 135.361= 90.2407 3 92 1.5

 N Tma+ + N Tmin

B real=

2

P CB

=

 N real

=

92 + 16 2

135.361 56

=54 3 56

=2.4171

7alculo del diFmetro de las boquillas Entrada por los tubos K 6&.2

¿=

:1  :agua agua ; 90 &F 

∴ :1

=0.8 + 62.116= 49.6928

Gm=1527043.26  : =49.6928 N < C = 10 = =7

√

Gm  N < C  ∗12=  D b= 0.785∗= ∗ :∗3600

√

 

1527043.26 10

0.785 (3 ) ( 49.6928 ) 3600

∗12 =4.7296 1 Db! =6

#alida

¿=

:1  :agua agua ; 190 &F 

∴ : 1

= 0.8 + 60.343 = 48.2744

Gm=1527043.26  : =48.2744 N < C =10 = =7 b 1 ! =¿ 6

√

Gm  N < C  ∗12=  Db 1= 0.785∗= ∗ :∗3600

√

 

1527043.26 10

0.785 ( 7 ) ( 48.2744 ) 3600

∗12= 4.7985 1 D¿

7oraa Entrada

¿=

:1  : agua; agua; 400 &F 

∴ : 1

=0.7 + 53.648 =37.5536

Gm=750000 : =37.5536 N < C =10 = =7

b 2 ! =¿ 4

√

Gm  N < C  ∗12=  D b= 0.785∗= ∗ :∗3600

√

 

750000 10

0.785 (7 ) ( 37.5536 ) 3600

∗12 =3.8128 1 D¿

#alida

¿=

:1  : agua agua ; 225 &F 

∴ :1

= 0.7 + 59.403 = 41.5821

Gm=750000 : =41.5821 N < C =10 = =7

 D b 1=

√

b 3 ! =¿ 4 Gm  N < C  ∗12= 0.785∗= ∗ :∗3600

√

 

750000 10

0.785 ( 7 ) ( 41.5821 ) 3600

∗12=3.6236 1 D¿

7alculo del espesor de las tapas

 %=

t T =

P D∗ % 2 S/ −0.2 P D

+ C =

 D s 2

=

35 2

=17.5

( 911.706 ) ( 17.5 ) + 1 = 0.7149 3 0.75 2 ( 18150 ) ( 0.75 )− 0.2( 911.706 ) 8

7alculo de la placa de c+oque 2

2

 :∗=  = 37.5536∗7 =1840.13 ∴ si se requie requiere re  Dp!h=1.25 Db! ∴ Dp!h=1.25 + 4 =5  D b 2! 4  *p!h= ∴ *p!h = = 0.8 5

5

 b =0.785 + 4 =3.14  p!h =9 + Dp!h Dp!h + *p!h *p!h ∴ p!h= 9 + 6 + 0.8 =15.079 aI 7alculo del cabeal Jotante 7alculo del diFmetro e?terior del espe!o

 D e/ = D S −2 C > =35−2 ( 0.25 ) =34.5 bI 7alculo del diFmetro mac+o del espe!o

 Dm/= D e/− 2 ee −2 ? =34.5−2 ( 1.8558 ) −2

( )= 1

16

30.6634

cI 7alculo del diFmetro l$mite de los tubos reales

 D otl = Dm/− 2 ? m =30.6634 −2

( ) 1

=30.5384

16

dI 7alculo del diFmetro interior de la brida del cabeal Jotante

 D ib= Dm/ + 2 ? =30.6634 + 2

( )= 1

16

30.7884

eI 7alculo del diFmetro +embra de la brida del cabeal Jotante

 D hb= De/ + 2 ? =34.5 + 2

( )= 1

16

34.625

3I
 D B =d B +toleran!ia =0.625 +

 D CB = D hb + 2 ? m+ D B= 34.625 + 2

1 16

( )+ 1

16

=0.6875 0.6875 = 35.4375

(I
 D /B = DCB + 2 / =35.4375 + 2 ( 0.75 )= 36.9375 +I
 D 5C = D /B+ 2 C =36.9375 + 2 ( 0.25 )=37.4375