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7/29/2019 Proyecto de Aula.1corte (1)
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PROYECTO DE AULA
Diseñar una planta industrial que sea capaz de producir 30000 TM/mes de metil-
etil-cetoxina (MEKO) se usaran como materias primas: metil-etil-cetona (MEK),
sulfato de hidroxilamina (HYAM) y agua amoniacal. El proceso se describe a
continuación:
Se alimentan las materias primas a un reactor enchaquetado en relación
estequiometria de acuerdo a la siguiente ecuación:
Se debe considerar que hay dos fases: orgánica (MEK, MEKO) Y acuosa (SAM,
H2O)
La conversión es del 70%
Fracción de agua en reactivos:
MEK: Entra puro.
HYAM: Entra al 30 %.
AGUA AMONIACAL: Entra al 50%
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PROPIEDADES:
MEKpropiedadesPeso molecular 72,11
Densidad (Kg/m ) 810Punto de ebullición (°C) 80Punto de fusión (°C) -87
SULFATO DE HIDROXILAMINA (HYAM)propiedadesPeso molecular 164,1Densidad (Kg/m ) 1880Punto de ebullición (°C) NO REGISTRAPunto de fusión (°C) 120
AGUA AMONIACALpropiedades
Peso molecular 35,05Densidad (Kg/m ) 900Punto de ebullición (°C) 36Punto de fusión (°C) -72
MEKOpropiedadesPeso molecular 87,12Densidad (Kg/m ) 920Punto de ebullición (°C) 152Punto de fusión (°C) NO REGISTRA
SULFATO DE AMONIOpropiedadesPeso molecular 132,14Densidad (Kg/m ) 1200Punto de ebullición (°C) 105Punto de fusión (°C) 235
AGUApropiedadesPeso molecular 18,0Densidad (Kg/m3) 1000
Punto de ebullición (°C) 100Punto de fusión (°C) 0
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DIMENSIONES DE EQUIPOS:
TANQUES
Para conocer las medidas aproximadas de los tanques de alimentación del iniciodel proceso hacemos uso de los balances de materia realizados a la entrada del
reactor para cada componente:
Para el tanque que almacena el MEK puro, tenemos:
El volumen de un cilindro esta dado por:
Como sabemos que la relación entre el diámetro y la altura es 3:1, transformamos
la ecuación en función del diámetro.
Despejando el valor de :
√
Reemplazando el valor de , tenemos:
Por tanto el valor de
del líquido será:
Debido a que sabemos que los tanques hay que sobredimensionarlos un poco
usaremos unas alturas más elevadas
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Para el tanque que almacena la solución de agua amoniacal con agua,tenemos:
⁄
⁄
De acuerdo a la formula de volumen de un cilindro y a la relación 3:1 entre el
diámetro y la altura, tenemos para el diámetro:
Reemplazando el volumen:
Por tanto el valor de h del líquido será:
Debido a que sabemos que los tanques hay que sobredimensionarlos un pocousaremos unas alturas más elevadas
Para el tanque que almacena la solución de HYAM con agua, tenemos:
La densidad promedio está dada por:
⁄
⁄
⁄
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De acuerdo a la formula de volumen de un cilindro y a la relación 3:1 entre el
diámetro y la altura, tenemos para el diámetro:
Reemplazando el volumen:
Por tanto el valor de h del líquido será:
Debido a que sabemos que los tanques hay que sobredimensionarlos un poco
usaremos unas alturas más elevadas
Para el tanque que almacena SAM y AGUA en el proceso, tenemos:
La densidad promedio de esta corriente, está dada por:
⁄
De acuerdo a la formula de volumen de un cilindro y a la relación 3:1 entre el
diámetro y la altura, tenemos para el diámetro:
Reemplazando el volumen:
Por tanto el valor de h del líquido será:
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Debido a que sabemos que los tanques hay que sobredimensionarlos un poco
usaremos unas alturas más elevadas
Para el tanque que almacena el MEKO al final del proceso, tenemos:
⁄
De acuerdo a la formula de volumen de un cilindro y a la relación 3:1 entre el
diámetro y la altura, tenemos para el diámetro:
Reemplazando el volumen:
Debido a la relación entre el diámetro y la altura, tenemos que la altura será:
Por tanto el valor de h del líquido será:
Debido a que sabemos que los tanques hay que sobredimensionarlos un poco
usaremos unas alturas más elevadas
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BALANCES DE MATERIA:
Se toma como base de cálculo la cantidad de MEKO que se desea producir, por
tanto:
⁄ ⁄ ⁄ “CONSIDERAMOS QUE LOS EQUIPOS TRABAJAN CON UNA EFICIENCIA
DEL 100%”
REACTOR ENCHAQUETADO:
A la entrada del reactor:
Al hacer el balance se sabe que no hay MEKO ni Sulfato de amonio a la entrada
del reactor por tanto los flujos másicos y molares de ambas sustancias serán cero.
Para el MEK, los kilogramos totales que entran al reactor serán:
Como se supone una conversión de MEK a MEKO de 70%, se calcula la cantidad
de MEK que se alimentan en exceso:
Los cuales se dividen en Kg de meko que entra por alimentación (linea1) mas los
Kg de meko que van por recirculación (línea 9).
Los kilogramos de Hyam que entran al reactor suponiendo que este entra puro
será:
Para calcular la cantidad de agua que esta entrando al reactor se tiene encuentaque solo el 30% de lo que entra es HYAM, mientras que el 70% será agua,
por tanto:
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Por lo tanto los Kg de agua que entran con el Hyam, será:
Para el agua amoniacal, considerando que este entra puro, será:
Para calcular la cantidad de agua se toma que el 50% de lo que entra es agua amoniacal
y el otro 50% será agua, por lo cual:
Teniendo este valor se tiene que los Kg de agua que están con el Hyam son:
Para la salida del reactor
Considerando que sale puro tenemos para el sulfato de amonio por estequiometriaque:
Para el agua que se produce se tiene por estequiometria:
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BALANCE DE ENERGÍA
REACTOR ENCHAQUETADO
Ocurre una reacción
Cabe destacar que la entrada los reactivos y los productos del reactor salen a la
misma temperatura (es igual a la temperatura de referencia de la entalpia) por lo
que podemos decir
Sabiendo que
Componente ()MEKO
HYAM AGUA
AGUA AMONIACAL
MEK SAM
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Cantidad de agua que debe entrar al enchaquetado
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TORRE DE DESTILACIÓN
Teniendo en cuenta las consideraciones dadas del balance de materia de la torre
procedemos a determinar el balance de energía por medio de HYSYS
Se tomaron las siguientes consideraciones:
Numero de platos: 10
Presión del condensador:
PCond=1 atm
Presión del rehervidor:
PReherv=1 atm
Por medio de la herramienta de HYSYS, se obtuvieron los siguientes valores:
Calor agregado por el rehervidor Calor retirado por el condensador:
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Diseño de la Bomba B-101
Se sabe que del tanque esta saliendo 100% mek, el cual tiene una densidad de y presenta un caudal
Asumimos una velocidad para esta corriente de 6 ft/s = 1,8288 m/s, conociendo
esto podemos calcular un diámetro para la tubería
Ubicamos en la tabla de “diámetro nominal de la tubería” de la pagina 139 del
Ludwig el diámetro nominal de la tubería la cual seria 4” para el cual el
diámetro interno es 4,026 pulg con Schedule 40. Recalculamos la velocidad con
este nuevo diámetro
PERDIDAS POR ACCESORIOS
En la Succión
∑
Perdidas por tubería recta en la cual se asumió Square Edged Inlet que tiene un
K=0,5, y perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=6,3
En la descarga
Perdida por codo regular flanged (K=0,32) y perdidas por válvula de globo flanged
después de la bomba cuyo K=6,3
PERDIDAS POR TUBERIA RECTA
En la Succión L=0,5m
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Para calcular f y necesitamos conocer Reynolds
El factor de rugosidad y el factor de fricción f =0,0165
En la descarga L= 31,309 m
Perdidas totales por tubería y accesorios son
PERDIDAS POR EQUIPOS
Asumimos que en el reactor se esta presentando una caída de presión de 10 psi,
por lo tanto procedemos a calcular las perdidas
Hallando la cabeza total de la bomba
Para obtener el calor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por la
gravedad específica
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La potencia de la bomba es
Diseño de la Bomba B-102Sabemos que del tanque esta saliendo 50% agua amoniacal y 50% agua, por lo
cual su densidad será la densidad de cada componente de la mezcla multiplicado
por su fracción molar, la densidad de esta corriente es 950 y presenta un
caudal
Asumimos una velocidad para esta corriente de 6 ft/s = 1,8288 m/s, conociendo
esto podemos calcular un diámetro para la tubería
Ubicamos en la tabla de “diámetro nominal de la tubería” de la pagina 139 del
Ludwig el diámetro nominal de la tubería la cual seria 4” para el cual el
diámetro interno es 4,026 pulg con Schedule 40. Recalculamos la velocidad con
este nuevo diámetro
PERDIDAS POR ACCESORIOS
En la Succión
∑
Perdidas por tubería recta en la cual se asumió Square Edged Inlet que tiene un
K=0,5 y perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=6,3
En la descarga
Perdida por codo regular flanged (K=0,32) y perdidas por válvula de globo flanged
después de la bomba cuyo K=6,3
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PERDIDAS POR TUBERIA RECTA
En la Succión L=0,5m
Para calcular f y necesitamos conocer Reynolds
El factor de rugosidad y el factor de fricción f =0,0165
En la descarga L= 2,104m
Perdidas totales por tubería y accesorios son
PERDIDAS POR EQUIPOS
Hallando la cabeza total de la bomba
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Para obtener el valor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por la
gravedad específica
La potencia de la bomba es
Diseño de la Bomba B-103
Se sabe que del tanque esta saliendo 30% HYAM y 70% agua, el cual tiene una
densidad de y presenta un caudal
Asumimos una velocidad para esta corriente de 6 ft/s = 1,8288 m/s, conociendo
esto podemos calcular un diámetro para la tubería
Ubicamos en la tabla de “diámetro nominal de la tubería” en apéndice A -14 del
Volumen 2 de Ludwig el diámetro nominal de la tubería la cual seria 6” para
el cual el diámetro interno es 6,065 pulg con Schedule 40. Recalculamos la
velocidad con este nuevo diámetro
PERDIDAS POR ACCESORIOS
En la Succión
erdidas por tubería recta en la cual se asumió Square Edged Inlet que tiene un
K=0,5, y perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=5,9
En la descarga
Perdida por codo regular flanged (K=0,28), perdidas por válvula de globo flanged
después de la bomba cuyo K=5,9 y perdidas por tubería recta, entrada al tanque,
en la cual se asumió Square Edged Inlet que tiene un K=0,5
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PERDIDAS POR TUBERIA RECTAEn la Succión L=0,5m
Para calcular f y necesitamos conocer Reynolds
El factor de rugosidad
y el factor de fricción f =0,0151
En la descarga L= 36,4965 m
Perdidas totales por tubería y accesorios son
PERDIDAS POR EQUIPOS
Hallando la cabeza total de la bomba
Podemos ver que la bomba requiere de poca potencia para llevar el fluido hasta la
cima del reactor y esto se debe en gran manera a la altura en la cual se encuentra
el liquido en el tanque en comparación a la altura a la cual se quiere llevar, esta
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diferencia de altura hace que sea poca la energía que se le necesite imprimir al
fluido.
Diseño de la Bomba B-104
Realizando el mismo procedimiento de cálculo el caudal es, para una densidad de
832,8Kg/m3
Asumimos una velocidad para esta corriente de 6 ft/s = 1,8288 m/s, conociendo
esto podemos calcular un diámetro para la tubería
Ubicamos en la tabla de “diámetro nominal de la tubería” de la pagina 139 del
Ludwig el diámetro nominal de la tubería la cual seria 10”
para el cual el
diámetro interno es 10,02 pulg con Schedule 40. Recalculamos la velocidad coneste nuevo diámetro
PERDIDAS POR ACCESORIOS
En la Succión
Perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=5,8
En la descarga
Perdidas por válvula de globo flanged después de la bomba cuyo K=5,8 y Perdida
por codo regular flanged (K=0,25)
( )
PERDIDAS POR TUBERIA RECTA
En la Succión L=0,5m
Para calcular f y necesitamos conocer Reynolds
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El factor de rugosidad y el factor de fricción f =0,0137
En la descarga L= 2,5m
Perdidas totales por tubería y accesorios son
PERDIDAS POR EQUIPOS
En el intercambiador se esta asumiendo una caída de presión de 10 psi, debido alos grandes flujos que estamos trabajando como un factor de seguridad para sobre
dimensionar las bombas, por lo tanto procedemos a calcular las perdidas
En el secador se esta asumiendo una caída de presión de 10 psi, debido a los
grandes flujos que estamos trabajando como un factor de seguridad para sobredimensionar las bombas, por lo tanto procedemos a calcular las perdidas
Hallando la cabeza total de la bomba
Para obtener el calor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por la
gravedad específica
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La potencia de la bomba es
Diseño de la Bomba del SAM B-105
A través de los balances presentados anteriormente sabemos que la corriente que
sale del separador contiene SAM y agua cuyo corriente tiene una densidad de
1043,071 Kg/m3
Asumimos una velocidad para esta corriente de 6 ft/s = 1,8288 m/s, conociendo
esto podemos calcular un diámetro para la tubería
Ubicamos en la tabla de “diámetro nominal de la tubería” en apéndice A -14 del
Volumen 2 de Ludwig el diámetro nominal de la tubería la cual seria 8” para
el cual el diámetro interno es 7,981 pulg con Schedule 40. Recalculamos la
velocidad con este nuevo diámetro
PERDIDAS POR ACCESORIOS
En la Succión
Perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=6,3
En la descarga
Perdida por codo regular flanged (K=0,32), perdidas por válvula de globo flanged
después de la bomba cuyo K=6,3 y perdidas por tubería recta, entrada al tanque,
en la cual se asumió Square Edged Inlet que tiene un K=0,5
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PERDIDAS POR TUBERIA RECTA
En la Succión L=1,5m
Para calcular f y
necesitamos conocer Reynolds
El factor de rugosidad y el factor de fricción f =0,0143
En la descarga L= 15,45 m
Perdidas totales por tubería y accesorios son
Hallando la cabeza total de la bomba
Para obtener el calor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por la
gravedad específica
La potencia de la bomba es
Diseño de la Bomba B-106
Realizando el mismo procedimiento de cálculo el caudal es, para una densidad de
832,8Kg/m3
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Asumimos una velocidad para esta corriente de 6 ft/s = 1,8288 m/s, conociendo
esto podemos calcular un diámetro para la tubería
Ubicamos en la tabla de “diámetro nominal de la tubería” de la pagina 139 del
Ludwig el diámetro nominal de la tubería la cual seria 10” para el cual eldiámetro interno es 10,02 pulg con Schedule 40. Recalculamos la velocidad con
este nuevo diámetro
PERDIDAS POR ACCESORIOS
En la Succión
Perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=6
En la descarga
Perdidas por válvula de globo flanged después de la bomba cuyo K=5,8 y Perdida
por codo regular flanged (K=0,6)
( )
PERDIDAS POR TUBERIA RECTA
En la Succión L=1,5m
Para calcular f y necesitamos conocer Reynolds
El factor de rugosidad
y el factor de fricción f =0,0137
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En la descarga L= 2,5m
Perdidas totales por tubería y accesorios son
PERDIDAS POR EQUIPOS
En el intercambiador se esta asumiendo una caída de presión de 10 psi, debido a
los grandes flujos que estamos trabajando como un factor de seguridad para sobre
dimensionar las bombas, por lo tanto procedemos a calcular las perdidas
Hallando la cabeza total de la bomba
Para obtener el calor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por la
gravedad específica
La potencia de la bomba es
Diseño de la Bomba B-107
Realizando el mismo procedimiento de cálculo el caudal es, para una densidad de
832,8Kg/m3
Asumimos una velocidad para esta corriente de 6 ft/s = 1,8288 m/s, conociendo
esto podemos calcular un diámetro para la tubería
Ubicamos en la tabla de “diámetro nominal de la tubería” de la pagina 139 del
Ludwig el diámetro nominal de la tubería la cual seria 3” para el cual el
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diámetro interno es 3,026 pulg con Schedule 40. Recalculamos la velocidad con
este nuevo diámetro
PERDIDAS POR ACCESORIOS
En la Succión
Perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=7 y Perdida por codo regular
flanged (K=0,35)
En la descarga
Perdidas por válvula de globo flanged después de la bomba cuyo K=7 y Perdida
por codo regular flanged (K=0,35)
( )
PERDIDAS POR TUBERIA RECTA
En la Succión L=2,5m
Para calcular f y necesitamos conocer Reynolds
El factor de rugosidad
y el factor de fricción f =0,0175
En la descarga L= 35,26m
7/29/2019 Proyecto de Aula.1corte (1)
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Perdidas totales por tubería y accesorios son
PERDIDAS POR EQUIPOS
En el intercambiador se esta presentando una caída de presión de 10 psi, por lo
tanto procedemos a calcular las perdidas
Hallando la cabeza total de la bomba
Para obtener el calor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por la
gravedad específica
La potencia de la bomba es
Diseño de la Bomba B-108
Realizando el mismo procedimiento de cálculo el caudal es, para una densidad de
936Kg/m3
Asumimos una velocidad para esta corriente de 6 ft/s = 1,8288 m/s, conociendo
esto podemos calcular un diámetro para la tubería
Ubicamos en la tabla de “diámetro nominal de la tubería” de la pagina 139 del
Ludwig el diámetro nominal de la tubería la cual seria 5” para el cual el
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diámetro interno es 5,047 pulg con Schedule 40. Recalculamos la velocidad con
este nuevo diámetro
PERDIDAS POR ACCESORIOS
En la Succión
Perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=6
En la descarga
Perdidas por válvula de globo flanged después de la bomba cuyo K=6 y Perdida
por codo regular flanged (K=0,3)
PERDIDAS POR TUBERIA RECTA
En la Succión L=0,5m
Para calcular f y necesitamos conocer Reynolds
El factor de rugosidad y el factor de fricción f =0,0157
En la descarga L= 1,6m
Perdidas totales por tubería y accesorios son
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Hallando la cabeza total de la bomba
Para obtener el calor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por lagravedad específica
La potencia de la bomba es
Diseño de la Bomba del Meko B-109
Se sabe que de segunda torre esta saliendo 100% meko, el cual tiene una
densidad de y presenta un caudal
Asumimos una velocidad para esta corriente de 6 ft/s = 1,8288 m/s, conociendo
esto podemos calcular un diámetro para la tubería
Ubicamos en la tabla de “diámetro nominal de la tubería” de la pagina 139 delLudwig el diámetro nominal de la tubería la cual seria 4” para el cual el
diámetro interno es 4,026 pulg con Schedule 40. Recalculamos la velocidad con
este nuevo diámetro
PERDIDAS POR ACCESORIOS
En la Succión
∑
, y perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=6,3
7/29/2019 Proyecto de Aula.1corte (1)
http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-de-aula1corte-1 28/30
En la descarga
Perdida por codo regular flanged (K=0,32), perdidas por válvula de globo flanged
después de la bomba cuyo K=6,3 y Perdidas por tubería recta en la cual se
asumió Square Edged Inlet que tiene un K=0,5
PERDIDAS POR TUBERIA RECTA
En la Succión L=1m
Para calcular f y necesitamos conocer Reynolds
El factor de rugosidad y el factor de fricción f =0,0164
En la descarga L= 11,4 m
Perdidas totales por tubería y accesorios son
PERDIDAS POR EQUIPOS
En el intercambiador se esta presentando una caída de presión de 10 psi, por lotanto procedemos a calcular las perdidas
7/29/2019 Proyecto de Aula.1corte (1)
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Hallando la cabeza total de la bomba
Para obtener el calor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por la
gravedad específica
La potencia de la bomba es
PROYECTO DE AULA
PLANTA DE PRODUCCION DE MEKO
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INTEGRANTES
José Luis Garzón Muñoz
Wilmer LiconaBuelvas
Jorge Mendez
Daniel Montes Carvajalino
Karen Cecilia Pajaro de Avila
DOCENTE
Ing. José Ángel Colina
Universidad de Cartagena
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Química
VIII Semestre
MARZO DEL 2012