Universidad de Concepcin Facultad de ingeniera Departamento de Ingeniera Qumica Tarea Personal: Diseo aproximado de intercambiador de calor C-416 Alumno: Jernimo Ferrer Durn Fecha: 30/11/2011 Profesor: Carlos TippmannAyudante: Fabiola Bustos ndice 1Enfriador C-416 ........................................................................................................................... 3 1.1Descripcin del equipo ........................................................................................................ 3 2Ubicacin del equipo en el proceso ............................................................................................ 4 3Bases de diseo del recipiente .................................................................................................... 5 3.1Generalidades ..................................................................................................................... 5 3.2Criterios de diseo .............................................................................................................. 5 3.3Resultados de dimensionamiento enfriador C-416 ............................................................ 6 4Hoja de especificacin enfriador C-416 ...................................................................................... 7 5Memoria de clculo diseo de enfriador C-416 .......................................................................... 8 6Referencias ................................................................................................................................ 12 1Enfriador C-416 1.1Descripcin del equipo La unidad C-416 es un intercambiador de calor que cumple la funcin de enfriador, es decir, sebajalatemperaturadeunfluidocaliente,eneste caso elbencenoquesalecondensadodela columnadedestilacinE-403conun98%depurezaparaseralmacenado,apartirdeaguade refrigeracin.Sedebedisminuirlatemperaturadelbencenohastalarecomendadaparasu almacenamiento,manteniendounatemperaturadesalidadeaguadeacuerdoalasnormativas ambientales. A continuacin se muestran las caractersticas de las corrientes involucradas con el equipo. temBenceno EntradaBenceno SalidaAgua EntradaAgua Salida Temperatura [C]105332035 Presin [kPa]202,6190101,325101,325 Flujo msico [kg/h]36866368667083670836 Flujo volumtrico [m3/h]47,1842,7470,0670,85 Densidad [kg/m3]781,4862,51011999,8 Peso Molar [g/mol]78,3978,391818 Tabla 1.1: Propiedades Corrientes involucradas en equipo C-416. 2Ubicacin del equipo en el proceso A continuacin se muestra en forma esquemtica la ubicacin del equipo F-400 en el proceso: Figura 2.1: Diagrama de flujo del proceso y ubicacin del equipo. 3Bases de diseo del recipiente 3.1Generalidades Recipiente: C-416 Descripcin: El recipiente tiene la funcin de ser un enfriador para flujo lquido (condensado) de benceno de 98% de pureza que sale de la columna E-403, a partir de agua de refrigeracin disponible a 20C. Funcin en el proceso: Enfriador. 3.2Criterios de diseo -Seconsideraunintercambiadordetubos ycarcasa,condospasadasporlostubosyuna por la carcasa. -Intercambiadordecanalycubiertadesmontable,corazadeunpasoycabezalflotante: TEMA A,E,S. -El fluido que pasa por los tubos es el agua de refrigeracin (Criterio Kern) y por la carcasa el benceno. -Se considera que el agua de refrigeracin es desmineralizada y viene a 20 C y sale a 35C. -El largo de los tubos es de 16 pies, con un dimetro de in, BWG 14. -Distribucin triangular de tubos de 2 pulgadas -Se consideran 4 boquillas, todas para fluidos lquidos. -Para obtener el coeficiente global de trasferencia de calorse tiene el valor entregado por la correlacin utilizada por simulador HYSYS -Seconsideraun5%extradeltotaldetubosparatenerderespaldoanteposiblefallao taponamiento de algn tubo. -El clculo de los parmetros se realiza con el mtodo presentado por el profesor Pares [1]. -El material de construccin de la carcasa, tubos, bafles y cabezales es de acero al carbono. 3.3Resultados de dimensionamiento enfriador C-416 Enlatabla3.3.1semuestranlosresultadosdelosparmetrosobtenidosparael intercambiador C-416. ParmetroValor Tml (F)53,02 Ft 0,87 U (Btu/h F pie2)181,4 Q (Btu/h)4,34*106 A (pie2)5747 Largo tubos (pie)16 Numero de tubos158 Dimetro de la carcasa (in)31,35 t (in)0,25 Peso manto (kg)943 Peso casquete (kg)111,45 Peso tubos (kg)539 Peso placas (kg)914 Peso bafles (kg)155 Peso haz (kg)1246 Tabla 3.3.1: Parmetros equipo C-416. 4Hoja de especificacin enfriador C-416 Proyecto:Planta de Hidrodesalquilacin de Tolueno Trabajo No. :Hoja : 1 de 1 Diseado por: Jernimo Ferrer DurnReferencia No. Intercambiador de calor C-416 Direccin : No especificadaPropuesta No. Localizacin de la Planta :No especificadaFecha : 03/11/2006Rev. Servicio de la Unidad : Intercambiador de Calor(Enfriador) Item No. Tipo: tubo y carcasa, arreglo 2-1( Hor./Vert. )horizontalConectado en :Superficie/Unidad :Carcasas/Unidad : 1Superficie/Carcasa :1484,402529pie2 DESEMPEO DE UNA UNIDAD Localizacin del Fluido : Lado CarcasaLado Tubos Nombre del Fluido: Agua refrigeracinBenceno lquidoFlujo Fluido Total (kg/h): 3686670836 EntraSaleEntraSale Gas(Kg/h)0005,02 Lquido (Kg/h)36866368667083670836 Temperatura (C)105332035 Peso Molecular Vapor78,3978,3918,0118,01 Densidad msica (kg/m3)781,41011 Presin entradakg/cm22,061,03 Velocidad (m/s)33 Cada de Presin (kg/cm2)1,030 Resistencia de Ensuciamiento ( min.) Calor Intercambiado: 4,34*106BTU/hLMTD ( corregido ):53,02F CONSTRUCCIN DE UNA CARCASAEsquema ( Orient. Empaq./Boquilla) Lado CarcasaLado Tubos Presin Diseo / Test2 kg/cm21 kg/cm2 Temperatura de Diseo100 C100 C No. de pasadas por Carcasa12 Tolerancia a la corrosin Boquillas EntradaB13 pulg.B34 pulg. SalidaB2 3 pulg.B44 pulg. N de Tubos: 158Dim. Nom.: Espesor : 0.25Largo : 16 piePitch : triangular Tipo Tubos : tubos de , con distribucin triangular de 1Material : Acero al carbono Carcasa:Dim int.: 31,35Cubierta Carcasa :Acero al carbono Peso / Carcasa: 5350 lb Peso / Tubos:1188 lb 16 pies 31,35 in B3 B1 B2 B4 5Memoria de clculo diseo de enfriador C-416 Coeficiente global de transferencia El valor del coeficiente global de transferencia entregado por el simulador HYSYS es 181,4 [BTU/hFft2], si se consideran iguales las resistencias al interior y exterior del tubo, se tiene que: ((

=+=2Fpie hBtu4 , 18100275 . 0 00275 . 01USalto de temperaturaSe tiene la temperatura media logartmica segn:

(

) (

) (

)

Con T1=105C=221F, T2=33C=91,4F, t1=20C=68F, t2=35C=95F Se debe calcular el factor de correccin Ft a partir de la fig. 18 del Kern: Donde

Obteniendo un valor de Ft=0,87 Por lo tanto, el valor de temperatura media logartmica corregida es: Clculo del calor transferido Elcalortotaltransferidosepuededeterminarporelbalancedecalor,yaqueelcalor cedido por el agua es igual al ganado por el benceno:

(

)

(

)

Con capacidades calorficas Cp=4,314 kJ/kgC para el agua y Cp=1,556 kJ/kgC para la mezcla de benceno 98% puro, obtenida como dato de HYSYS. Adems, la ecuacin de diseo de un intercambiador es

() Clculo del rea de transferencia de calor A partir de lo anterior, se puede calcular el rea de transferencia de calor, segn:

()

Clculo del nmero de tubos Para la determinacin del nmero de tubos se fijan las siguientes caractersticas: - Distribucin triangular de 2. - Largos de16 pies para los tubos. - Dimetro de 3/4 pulgada BWG 14 (rea exterior de 0,1963 pie2/pie de longitud). Entonces:

Clculo de dimetro de carcasaCon el nmero total de tubos, se obtiene el dimetro dela norma TEMA.

EspesorEl espesor del intercambiador, considerando como material acero carbono, est dado por: ( )

Se escoge 0,25 de espesor debido a que el espesor calculado es menor al espesor mnimo. Peso del equipo

(

)Peso del manto =943 kg

Peso de casquetes = 111,45 kg

Peso de los tubos = 539 kg

Peso de las placas = 914 kg

Peso de Bafles = 155 kg (

)

Peso de haz de tubos = 1246 kg Clculo de dimetro de boquillas Para determinar el dimetro de las boquillas, se determina el rea (A) de estas a partir del flujo volumtrico de la corriente (F) y la velocidad de flujo recomendada (v)

Para lquidos la velocidad recomendada es 3 m/s, por lo que, con un flujo volumtrico de 0,0131 m3/s para el benceno, se tiene

Para un flujo de 0,0196 m3/s de agua de refrigeracin, se tiene que

6Referencias - Kern, D Procesos de transferencia de calor, 31 Edicin, 1999- Pars, Estimacin preliminar de plantas de proceso, Abril 1977.