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• ezequiel uzcategui

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Producción de Estireno Diseño de Plantas II Parte 8 Reboliler E-304

Figura 8. 1. Diagrama del proceso

Descripción general del equipo El intercambiador E-304 es un rehervidor ubicado en el fondo de la columna C-302, que se encarga de calentar el líquido proveniente del ultimo plato, comprendiendo una etapa de equilibrio; provee un flujo de vapor que se recircula a la columna, la fase liquida que se obtiene es rico en tolueno. Dimensionamiento del equipo Para el dimensionamiento del intercambiador E-304, se utiliza el programa Aspen plus 11.1, donde se ingresan los parámetros de operación que corresponden a los flujos y las condiciones de proceso que se requieren. El fluido caliente representa el vapor de agua que se suministra a través de los tubos y cede su calor latente. La salida del fluido del proceso (fluido frio) se representa en el simulador del intercambiador de tubo y coraza como una corriente que contiene el líquido y el vapor que se descargan en el reboiler, se realiza con el propósito de conocer los requerimientos energéticos de área necesaria para llevar a cabo la transferencia de calor. Se lleva a cabo un análisis riguroso en el programa con distintas configuraciones de tubería y diámetros internos de carcasa, con el fin de optimizar un arreglo que cumpla con los parámetros de diseño y de operación del equipo. Lográndose obtener una configuración geométrica óptima para un diámetro interno de 12 pulgadas, y con 70 tubo de 10 pie de longitud, para un arreglo triangular y con tubos de o,75 plg y pitch de 1 plg. El

Producción de Estireno Diseño de Plantas II dimensionamiento del equipo se consigue en la corrida adjunta del programa y en la hoja tema siguiente. Hoja TEMA de Especificaciones del Reboiler E-304 Nombre del equipo: intercambiador de calor 1-2 Identificador de la unidad: E-304 Tipo: K TEMA: AKU (Hor/Vert): (hor) Conexión: Paralelo Serie 1 Área/unidad: 137,445 pie2 Corazas/unidad: Área/coraza: 120,685 pie2 Funcionamiento de una unidad Lado de la Coraza Lado de los Tubos Ubicación del Fluido Entrada Salida Entrada Salida Fluido multicomponente Vapor vivo Nombre del Fluido 18520,744 3072,076 Cantidad total de Fluido lb./h 18446,661 3072,076 Vapor lb./h 18520,744 74,083 3072,076 Líquido lb./h 3072,076 Vapor de agua lb./h Agua lb./h No Condensables lb./h 314,024 319,118 388,4 388,4 Temperatura ºF 0,0085 Gravedad Específica 0,167 0,0165 Viscosidad cp 91,246 18 Peso molecular lb./Lbmol 0,547 0,494 Calor Específico Btu/LbºR Conductividad Térmica 0,058 0,0192 Btu.pie/h.pie2ºF Calor Latente Btu/lb. 49,375 215,779 Presión de Entrada psi 11,7 5,87 Velocidad pie/s 5 / 4,63 10 / 0,27 Caída de Presión (perm/cal) psi Resistencia al Ensuciamiento 0,001 0,001 (h*ft2*°R)/Btu Calor Intercambiado: 2569821,14Btu/h LMTD (corregida): 76.3195 ºF Coeficiente de Transferencia: 279.005 Servicio 279,005 Limpio 727,54 Btu.h/pie2ºF Construcción de una Coraza Esquema de Orientación de las Boquillas Lado de la Lados de los Coraza Tubos 37 80 Presión de Diseño psi 1 2 Número de pasos Acero al Carbono Acero al Carbono Material 4 2 D.I. Boquilla Entrada plg 4 2 D.I. Boquilla Salida plg Tubos: Número: 70 Diam. Ext.: 3/4 plg BWG: 16 Longitud: 10 pie Pitch: 1 pulg Tubos: Tipo: BARE Arreglo 30 / 45 / 60 X / 90 Coraza: Diam. Ext. : plg Peso vacía: Lb Llena de Agua: lb. Espejo: lb. 25 % Número: 25 Deflectores: Tipo: Segmentados Porcentaje de Corte: Observaciones: El intercambiador de calor E-304 es un reboiler que sirve para calentar el líquido proveniente del ultimo plato de la torre C-302

Producción de Estireno Diseño de Plantas II Luego de realizar la simulación y determinar el diámetro para la coraza; y con la finalidad de obtener un intercambiador tipo Kettler, se determinará el diámetro del mismo por medio de la Figura 8. 2. Para ingresar a la Figura 8. 2 se usa la siguiente relación: 𝑉 𝐿ℎ𝑎𝑧 𝑡𝑢𝑏𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑉 𝐿ℎ𝑎𝑧 𝑡𝑢𝑏𝑢𝑙𝑎𝑟

=

18426,776

𝐿𝑏 ℎ

10 𝑝𝑖𝑒

= 1842,677

𝐿𝑏 ℎ ∗ 𝑝𝑖𝑒

Interceptando con la presion de operación, en este caso 50 psia, seguidamente se intercepta con el diametro del haz tubular. Para finalizar se lee el nuevo diametro de la coraza que considera un espacio para la cumulacion del vapor.

Figura 8. 2. Dimensionamiento del diámetro del reboiler en función de vapor y la presión

Al leer el grafico, se obtiene un diámetro de 27,5 pulgadas de diámetro para la coraza del reboiler, a partir de allí se puede conocer la altura de la cámara de vapor. 𝐻𝑐𝑎𝑚𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 27,5 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠 − 12 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠 𝐻𝑐𝑎𝑚𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 15,5 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

Producción de Estireno Diseño de Plantas II Reporte BLOCK: E-304 MODEL: HEATX -----------------------HOT SIDE: ---------------------INLET STREAM:

133

INLET STREAM:

34

OUTLET STREAM: PROPERTY OPTION SET: NRTL-RK RENON (NRTL) / REDLICH-KWONG ------------COLD SIDE: ---------OUTLET STREAM: PROPERTY OPTION SET: NRTL-RK RENON (NRTL) / REDLICH-KWONG *** MASS AND ENERGY BALANCE *** IN OUT

TOTAL BALANCE MOLE(LBMOL/HR) MASS (LB/HR) ENTHALPY (BTU/HR)

373.501 21592.8 -0.138167E+08

135

373.501 21592.8 -0.138167E+08

35

RELATIVE DIFF. 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00

*** INPUT DATA *** FLASH SPECS FOR HOT SIDE: TWO PHASE FLASH MAXIMUM NO. ITERATIONS CONVERGENCE TOLERANCE

30 0.000100000

FLASH SPECS FOR COLD SIDE: TWO PHASE FLASHES MAXIMUM NO. ITERATIONS CONVERGENCE TOLERANCE

30 0.000100000

FLOW DIRECTION AND SPECIFICATION COUNTERCURRENT HEAT EXCHANGER SPECIFIED COLD VAPOR FRACTION SPECIFIED VALUE 0.9961 MAXIMUM NO. ITERATIONS 20 PRESSURE SPECIFICATION: 1.0000 HOT SIDE MAX FRACTIONAL DP 1.0000 COLD SIDE MAX FRACTIONAL DP

HOT SIDE PRESSURE SCALE FACTOR COLD SIDE PRESSURE SCALE FACTOR HEAT TRANSFER COEFFICIENT SPECIFICATION:

0.4000 0.4000

HEAT TRANS. COEFF. SCALE FACTOR

COLD SIDE FILM COEFFICIENT SPECIFICATION: FILM COEFFICIENT SCALE FACTOR FOULING FACTOR

1.0000 HR-SQFT-R/BTU

0.1000E-02

HOT SIDE FILM COEFFICIENT SPECIFICATION: FILM COEFFICIENT SCALE FACTOR FOULING FACTOR

1.0000 HR-SQFT-R/BTU

0.1000E-02

1.0000

EQUIPMENT SPECIFICATIONS: NUMBER OF SHELL PASSES TEMA SHELL TYPE BAFFLE TYPE SHELL TO BUNDLE CLEARANCE

1 E SEGMENTAL FT 0.1339

NUMBER OF TUBE PASSES ORIENTATION SHELL INSIDE DIAMETER

2 HORIZONTAL FT 1.0000

SPECIFICATIONS FOR TUBES: TOTAL NUMBER OF TUBES TUBE PATTERN TUBE LENGTH TUBE BWG TUBE OUTSIDE DIAMETER

NUMBER OF BAFFLES TUBES IN WINDOW SHELL TO BAFFLE CLEARANCE CENTRAL BAFFLE SPACING OUTLET BAFFLE SPACING

70 TRIANGLE 10.0000 16 0.062

FT FT

FT FT FT

TUBE TYPE TUBE MATERIAL TUBE NOMINAL SIZE TUBE INSIDE DIAMETER TUBE PITCH

BARE CARBON-STEEL INCHES 3/4 FT 0.0517 FT 0.0833

SPECIFICATIONS FOR SEGMENTAL BAFFLE SHELL: 25 NUMBER OF SEALING STRIP PAIRS YES BAFFLE CUT 0.0104 TUBE TO BAFFLE CLEARANCE FT 0.3846 INLET BAFFLE SPACING FT 0.3846

0 0.2500 0.0013 0.3846

Producción de Estireno Diseño de Plantas II SPECIFICATIONS FOR NOZZLES: 0.3333 SHELL OUTLET NOZZLE DIAMETER FT 0.1667 TUBE OUTLET NOZZLE DIAMETER FT

SHELL INLET NOZZLE DIAMETER FT TUBE INLET NOZZLE DIAMETER FT

0.3333 0.1667

*** OVERALL RESULTS ***

T= P= V=

T= P= V=

CALCULATED HEAT DUTY ACTUAL EXCHANGER AREA

BTU/HR SQFT

STREAMS: -------------------------------------| | 133 ----->| HOT (TUBE) |-----> 135 3.8840D+02 | | T= 3.8830D+02 2.1578D+02 | | P= 2.1551D+02 1.0000D+00 | | V= 1.9389D-03 | | 35 388.4 | | 388.3 | | 35 | BOIL | 34