TF2314 Problemas de Ingeniería Química · Capítulo 9 del Turton, Bailie y Shaeiwitz Tabla...
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TF2314 Problemas de Ingeniería Química
Condiciones de operación y heurísticas
Septiembre – Diciembre 2007Prof. Alexis Bouza
Vamos a identificar las condiciones de operación que son de especial interés para el análisis de un DFP
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.
Presión
Gases presentes
P>P atmosférica
Densidad del gas
Volumen del gas
PresiónMuchos equipos soportan presiones hasta 10 bar sin requerir costos de inversión adicionales.
P>10 bar
P de vacío
Presión
La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada.
Ejemplo:
Condición Justificación Penalidad
P>10 bar
ReactoresFavorecer 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.
Presión
La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada.
Ejemplo:
Condición Justificación Penalidad
P>10 barSeparadores
Obtener una fase líquida en un equilibrio vapor-líquido o líquido-líquido.
Se requiere mayores espesores en los equipos.
Presión
La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada.
Ejemplo:
Condición Justificación Penalidad
P<1 barReactores
Favorecer el equilibrio de conversión.Mantener una fase gas.
Se requiere equipos de mayores dimensiones.
Se requiere un diseño especial para operaciones al vacío.
Temperatura
Elevadastemperaturas
Resistencia a la tensión (bar)
T ambiente 400ºC 550ºC
Acero al carbono
1190 970 170
Acero inoxidable
1290 1290 430
Temperatura
La decisión de operar fuera del intervalo 40-260ºC debe estar justificada.
Ejemplo:
Condición Justificación Penalidad
T>260ºC
ReactoresFavorecer 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.
TemperaturaExisten temperaturas límites asociadas con la disponibilidad de los servicios para calentamiento o enfriamiento de las corrientes de proceso.
Servicio Disponibilidad Problemas¿?
VaporGeneralmente se dispone de vapor de
alta presión (40-50 bar) y temperaturas entre 250-265ºC.
Costos adicionales si se requiere T>265ºC.
Agua
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<30ºC.
Para refrigeración (p.e., -20ºC) los costos aumentan dramáticamente.
HeurísticasSon 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.
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.
Heurísticas. Ejemplos
Tipo de equipo Heurística
Tambores Tambores líquidos generalmente son horizontales.
Recipientes a presión
Permisividad a la corrosión de 8,9 mmpara condiciones corrosivas conocidad.
Tuberías Velocidad lineal a la salida de una bomba igual a (5+D/3) ft/s
IntercambiadoresAgua de enfriamiento a la entrada 30ºC y temperatura máxima a la salida 45ºC
Heurísticas. Capítulo 9 del Turton, Bailie y Shaeiwitz
Tabla Descripción
9.2a Propiedades físicas.
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.
9.10 Heurísticas para compresores, ventiladores, bombas de vacío.
Heurísticas. Capítulo 9 del Turton, Bailie y Shaeiwitz
Tabla Descripción
9.11 Heurísticas para intercambiadores.
9.13 Heurísticas para columnas.9.14 Heurísticas para torres de platos.9.15 Heurísticas para columnas empacadas.9.16 Heurísticas para extracción líquido-líquido.9.17 Heurísticas para reactores.