INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL ACADEMIA De INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERIAS DE APOYO
“PROYECTO DE DISEÑO TERMODINÁMICO DE UN INTERCAMBIADOR DE
CALOR”
DESTILADO 35º API – AGUA AGUA DE POZO
ING. INOCENCIO CASTILLO TERAN CRUZ FIGUEROA DIEGO 3IM82 12/ SEPTIEMBRE/ 2017.
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En cierto proceso industrial se requiere diseñar un intercambiador de calor de tubos y coraza para calentar Agua de pozo en Tula de Allende Hidalgo, con una temperatura de 75 ºF considerando su salida de 115 ºF debido a la temperatura de salida del Destilado de 35 º API, el calentamiento se efectura con 600,000 lb/h de un Destilado de 35 º API proveniente de un equipo Flash ubicado en la Refinería Miguel Hidalgo, que entra a una temperatura de 240 ºF y sale a 120 ºF. Se permite una P= 10 PSI +-10%. Diseñe un equipo eficiente con los parámetros correspondiente y justifíquelos.
Δ
PROPIEDADES
UNIDADES
FLUIDO FRÍO (FF)
FLUIDO CALIENTE (FC)
CP
BTU/ lb ªF
1
0.49
K
BTU/h ft 2 (ªF/ft) 0.358
0.076
Cpoise
0.82
2.3
S
Adimensional
1
0.82
Rd
h ft2 ªF / BTU
0.004
0.003
t1FF/T1FC
ºF
75
240
t2FF/T2FC
ªF
115
120
QFC=CpGm ΔT =(0.49)(600,000)(240-120) =35,280,000 BTU/h
= 35,280,000 = 1115−75 =882,000 lb/h
FACTORES
LADO POR TUBOS
LADO POR CORAZA
JUSTIFICACIÓN
Gm Pop T Corrosión Rd
Agua de pozo Agua de pozo Destilado 35 ºAPI Agua de pozo Agua de pozo Destilado 35 º API No aplica Destilado 35 º API
Destilado 35 º API Destilado 35 º API Agua de pozo Destilado 35 º API Destilado 35 º API Agua de pozo No aplica Agua de pozo
F > Gm Pop > Gm T mayor Corrosión mayor Incrustación mayor. Viscosidad mayor. No aplica. Toxicidad mayor.
ΔP
Toxicidad
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∴∴ Por el lado de los tubos: Agua de pozo. Por el lado de la coraza: Destilado 35 º API. PARALELO 1=1−1 2=2−2 = 1−2 1 2 165−5 = 165 5 = (240-75) ºF =165 ºF
=(120-115) ºF =5 ºF
=45.75 ºF
CONTRACORRIENTE
1=1−2 2=2−1 = 125−45 125 45 el diseño del intercambiador de calor con flujo en contracorriente. ∴ Se prefiere = 1−2 2−1 240−120 º = 115−75º 2−1 = 1−1 º = 115−75 240−75º ∴ft=0.78 Figura 18 KERN = = (240-115) ºF =125 ºF =(120-75) ºF =45 ºF
=78.3046 ºF
=3
=0. 2424
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=(78.3046)(0.78) =61.0775 ºF
L= 16 plg. DE= 1 1/4 plg. BWG= 16. (Los comerciales son de 12,14 16.) DI= 1.12 plg. 2. 2.
a’a’fl== 0.0.9385271plgpies
Rango UD ENFRIAMIENTO Sustancia orgánica pesada por tener una viscosidad mayor a 1 Cpoise el Destilado 35 ºAPI 5 Agua de pozo es Agua 75 UD= (5-75) BTU / h pie 2 ºF +- 10%
∴
∴ = 2 5+75 = 2 =40 = 35,280,000 = 4061. 0775 = 440.67 = 0.14,327116 = 144′ n= 1 paso para este primer cálculo. ∴ Considerando 22310.985 = 2759.1441 = 882,000 = 144 18.8730 debe encontrarse en un rango de (1,000,000 a 2,000,000) lb/ h ft 2 con un +- 10% ∴∴ GT Considerando un NTT de 766 para comenzar la iteración para encontrar GT BTU / h pie 2 ºF
=14,440.67 pies 2
=2759.2231 tubos
=18.8730 plg
=46,731.448 lb/ h pie 2
∴
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º= = 2759.7762231 ∴ NºC= 2,3 y 4 . =3.5555 =4
L= 14 plg. DE= ¾ plg. BWG= 14. DI= 0.584 plg. f= 0.268 plg2.
a’a’l= 0.1963 pies . DS= 35 pulg. 2
n= 6 pasos. PT= 1 plg. NTT=766. NºC=4 Arreglo= Cuadrado.
∴ = 1 ′ ′= 144 0.268 = 7661446 = º 882,′4000 = 0.2376
=0.2376 plg.
= 928,023.3 lb/ h pie 2 ∴ Se cumple con el + - 10% que se tiene para GT Ar= NTT x a’l x L =(766)(0.1963)(14) =2105.1212 pie 2
= º
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=
35,280,000 4 2105.121261.077
=68.5977 BTU / h pie 2 ºF ∴ Cumple con el + -10 % del rango que se tiene para UD
= 2.42 12 023.070.584 = 928, 0.822.4212 =
22,759.418
∴Fig 26. f=0.00025 ∴Fig 24. JH=85
^2 12 = 5.2 21010 023.0714612 = 0.05.0025928, 2210^1010.5841
=7.1193 PSI
62.5 4 = 2 ∗144 . =0.12 ∗ = 41 6 0.12 ∴ FIG.27
=2.88 PSI
=+
=(7.1193+2.88) PSI
=9.999 PSI ∴ Se cumple con el parámetro de
= 10 ±10%
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12 2. 4 2 ℎ=( ) ( ) . 42) (0.35812)1. = (10.0.8322. 58 0.548
=1,106.5875 BTU/ h pie 2 ºF
B= Distancia entre mamparas. B= 2 plg hast DS.
= 5 = 355 =7
C=PT-DE =1-0.75 = 0.25 plg.
= 144 25 = 7350. 1441 =0.4253 plg
= º 000 600, = 4 0.4253
=352,653.061 lb/ h pie 2
∴FIG.28 DE=3/4 plg. PT=1 plg. ARREGLO= Cuadrado Deq=0.95 plg.
= FCx 2. 42 x 12 53.0610.95 = 352,2.362. 4212
=5,016.4332
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∴FIG. 28 JH’=38 ∴FIG29 f’=0.0025
12 2. 4 2 ℎ=′( ) ( ) . 0.07612 0. 4 92. 3 2. 4 2 = 38 ( 0.076 ) ( 0.95 ) 1. ℎ ℎ = hio+ho 32701,106.5875 = 120. 120.3270+1,106.5875
=120.3270 BTU/ h pie 2 ºF
=108.5261 BTU/ h pie 2 ºF
∴ Rd= (0.0010 a 0.005) h pie 2 ºF/ BTU +-10%
= − 5261−68. 5977 108. = 198.526168.5977 =0.0053 h pie 2 ºF/ BTU ∴ Esta dentro del + -10% pero corrigiendo. B=15
= 144 25 = 15350. 1441 = º 000 600, = 4 0.9114 =0.9114 plg
=164,571.96lb/ h pie 2
∴FIG.28 DE=3/4 plg. PT=1 plg. ARREGLO= Cuadrado Deq=0.95 plg.
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= FCx 2. 42 x 12 571.960.95 = 164, 2.32.4212
=2,340.7488
∴FIG. 28 JH’=25 ∴FIG29 f’ =0.0037
12 2. 4 2 ℎ=′( ) ( ) . 0.07612 0. 4 92. 3 2. 4 2 = 25 ( 0.076 ) ( 0.95 ) 1. ℎ ℎ = hio+ho 106.5875 = 79.120.16251, 3270+79.1625
=79.1625 BTU/ h pie 2 ºF
=73.8774 BTU/ h pie 2 ºF
∴ Rd= (0.0010 a 0.005) h pie 2 ºF/ BTU +-10%
= − 5977 73. 8 774−68. = 73.877468.5977 =0.0010 h pie 2 ºF/ BTU ∴ Esta dentro del + -10%
+1= 12 = 1412 15 ^2 +1 = 5. 2210 4 286^211. 2 35 = 0.0037164571. 5.22100.8210.95 =11.2 pie/plg.
=0.9666 PSI
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= 1+2 2 = 75+115º 2 = 1+2 2 º 240+120 = 2 ℎ − =+ ℎ+ℎ 1625 180−95 =95+ 1,106.579.875+79. 1625 . FC . = ( FCcor) . 2. 3 = (2.5) 12 2. 4 2 ℎ∗=′( ) ( ) . 32.42 0.076120.9883 = 25 0.492. 0.076 0.95 =95 ºF
=180 ºF
=100.6747 ºF
=0.9883
=78.2323 BTU/ h pie 2 ºF
ℎ ∗ ℎ ∗= ho∗+hio∗ 23621,106.5875 = 78. 78.2363+1,106.5875 ∗= ∗− ∗ 5977 73. 0 702−68. = 73.070268.5977 =73.0702 BTU/ h pie 2 ºF
=0.0009 h pie 2 ºF/ BTU
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FC = FCCOR = 2.2.35 ^2 +1 ∗= 5. 2′210 4 286^211. 2 35 = 0.05.037164571. 22100.820.920.95
=0.92
=1.0500 PSI
∗∗= 9.9.99 ∗∗= 0.9883
= 10.11 PSI
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