TF2314 Problemas de Ingeniería Química. Condiciones de operación y heurísticas. Septiembre Diciembre 2007 Prof. Alexis Bouza

Transcripción

1 TF2314 Problemas de Ingeniería Química Condiciones de operación y heurísticas Septiembre Diciembre 2007 Prof. Alexis Bouza

2 Vamos a identificar las condiciones de operación que son de especial interés para el análisis de un DFP

3 Condiciones de operación. Generalidades Es más fácil ajustar la temperatura y/o la presión de una corriente, que cambiar su composición. En general, presiones entre 1 y 10 bar, y temperaturas entre 40 y 250ºC no causan dificultades severas en el procesamiento.

4 Presión Gases presentes P>P atmosférica Densidad del gas Volumen del gas

5 Presión Muchos equipos soportan presiones hasta 10 bar sin requerir costos de inversión adicionales. P>10 bar P de vacío

6 Presión La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada. Ejemplo: Condición Justificación Penalidad P>10 bar Reactores Favorecer el equilibrio de conversión. Aumentar la velocidad de reacción para fase gas (mayor concentración). Mantener una fase líquida. Se requiere mayores espesores en los equipos. Se requieren compresores costosos.

7 Presión La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada. Ejemplo: Condición Justificación Penalidad P>10 bar Separadores Obtener una fase líquida en un equilibrio vapor-líquido o líquido-líquido. Se requiere mayores espesores en los equipos.

8 Presión La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada. Ejemplo: Condición Justificación Penalidad P<1 bar Reactores Favorecer el equilibrio de conversión. Mantener una fase gas. Se requiere equipos de mayores dimensiones. Se requiere un diseño especial para operaciones al vacío.

9 Temperatura Elevadas temperaturas Resistencia a la tensión (bar) Acero al carbono Acero inoxidable T ambiente 400ºC 550ºC

10 Temperatura La decisión de operar fuera del intervalo ºC debe estar justificada. Ejemplo: Condición Justificación Penalidad T>260ºC Reactores Favorecer el equilibrio de conversión. Aumentar la velocidad de reacción. Mejorar la selectividad. Mantener una fase gas. T>400ºC requiere materiales de construcción especiales. Se requiere manejo óptimo de la energía.

11 Temperatura Existen temperaturas límites asociadas con la disponibilidad de los servicios para calentamiento o enfriamiento de las corrientes de proceso. Servicio Disponibilidad Problemas? Vapor Agua Generalmente se dispone de vapor de alta presión (40-50 bar) y temperaturas entre ºC. Generalmente se dispone de vapor de agua proveniente de torres de enfriamiento a 30ºC (se devuelve a aproximadamente 40ºC). Costos adicionales si se requiere T>265ºC. Costos adicionales si se requiere T<30ºC. Para refrigeración (p.e., -20ºC) los costos aumentan dramáticamente.

12 Heurísticas Son guías y métodos para cálculos aproximados. Son útiles para: Verificar nuevos diseños de procesos. Hacer estimados de tamaño de equipos. Apoyar el análisis de problemas operacionales. Verificar validez/sentido de resultados de simulaciones. Suministrar valores iniciales para procesos de simulación. Obtener costo aproximado de unidades de proceso. Desarrollar diagramas preliminares de ubicación de equipos en planta ( layout ). Hacer estimaciones rápidas durante reuniones y conferencias.

13 Heurísticas Son afirmaciones relacionadas con dimensiones de equipos, condiciones de operación y desempeño de equipos, que reducen las necesidades de cálculos. Deben ser aplicadas entendiendo sus limitaciones. Los ingenieros desarrollamos guías específicas aplicables al área de trabajo en la cual nos desenvolvemos.

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17 Heurísticas. Ejemplos Tipo de equipo Tambores Recipientes a presión Tuberías Intercambiadores Heurística Tambores líquidos generalmente son horizontales. Permisividad a la corrosión de 8,9 mm para condiciones corrosivas conocidad. Velocidad lineal a la salida de una bomba igual a (5+D/3) ft/s Agua de enfriamiento a la entrada 30ºC y temperatura máxima a la salida 45ºC

18 Heurísticas. Capítulo 9 del Turton, Bailie y Shaeiwitz Tabla 9.2a Propiedades físicas. Descripción 9.2b Variación de las propiedades físicas con la temperatura y la presión. 9.3 Condiciones y capacidades de unidades de proceso. 9.6 Heurísticas para tambores. 9.7 Heurísticas para recipientes. 9.8 Heurísticas para tuberías. 9.9 Heurísticas para bombas Heurísticas para compresores, ventiladores, bombas de vacío.

19 Heurísticas. Capítulo 9 del Turton, Bailie y Shaeiwitz Tabla Descripción 9.11 Heurísticas para intercambiadores Heurísticas para columnas Heurísticas para torres de platos Heurísticas para columnas empacadas Heurísticas para extracción líquido-líquido Heurísticas para reactores.