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CAPTULO 1. MEMORIA DESCRIPTIVA...1

1.1. Objetivos del proyecto.........5 1.2. Alcance del proyecto........6 1.3. Consideraciones del clculo.........7

1.3.1. Aspectos contemplados en el clculo......7 1.3.1.1. Consideraciones previas......7 1.3.1.2. Intercambiador de calor E-0....7 1.3.1.3 Intercambiador de calor E-0B.....8 1.3.1.4 Intercambiador de calor E-1....9 1.3.1.5 Botelln acumulador de reflujo S-1....9 1.3.1.6 Torre de destilacin C-1......9

1.3.2. Aspectos no contemplados en clculo..10 1.3.3. Consideraciones sobre planos..10

1.4. Descripcin del proceso.....11

1.5. Fundamentos del proceso...13 1.5.1. Destilacin....13 1.5.2. Equilibrio lquido-vapor...16 1.5.3. Condensacin. .18 1.5.4. Vaporizacin19

1.6. Bases de diseo..21 1.6.1. Alimentacin21 1.6.2. Productos..23

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1.7. Balance de materia.24

1.8. Descripcin de los equipos.26 1.8.1. Consideraciones previas.......................26 1.8.2. Intercambiadores de calor....26

1.8.2.1. Descripcin general de las partes de un intercambiador de calor26

1.8.2.1.1. Haz tubular...27 1.8.2.1.2. Carcasa....31 1.8.2.1.3. Distribuidor.....31 1.8.2.1.4. Fondo de la carcasa.32 1.8.3. Descripcin detallada de los intercambiadores32 1.8.3.1. Caracterstica del intercambiador de calor E-0 .32 Tabla resumen del intercambiador de calor E-0 1.8.3.2. Caracterstica del intercambiador de calor E0B35

Tabla resumen del intercambiador de calor E-0B 1.8.3.3. Caracterstica del intercambiador de calor E-1.38 1.8.3.3.1. Descripcin del aero-refrigerante ..38 1.8.3.3.2. Tipos de equipos de condensacin.38 1.8.3.3.3. Eleccin del fluido refrigerante..39 1.8.3.3.4. Definiciones...40 1.8.3.3.5. Aero-refrigerante...40 1.8.3.3.6. Haz tubular41 1.8.3.3.7. Seccin...42

1.8.3.3.8. Unidad....42 1.8.3.3.9. Grupo.....42

1.8.3.3.10. Criterios de seleccin del tipo de aero-refrigerante...............................................................42

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1.8.3.3.11.Partes y dimensiones del aero.45 1.8.3.3.12. Haz tubular....46 1.8.3.3.13. Tubos....46 1.8.3.3.14. Cabezales..48 1.8.3.3.15. Bastidor ..49 1.8.3.3.16. Cmaras de aire ..........49 1.8.3.3.17. Ventiladores......49

1.8.3.3.18.Tipos de disposiciones de los ventiladores .................................................................................50

1.8.3.3.19. Datos de proceso del aerorefrigerante ....51

1.8.4. Torre de destilacin C-1...52 1.8.4.1. Descripcin de las torres de platos....52 1.8.4.2. Objetivos y problemas en las torres de platos...53 1.8.4.3 Tipos de platos...54 1.8.4.4 Tabla resumen de la torre de platos ..57

1.8.5 Botelln acumulador de reflujo S-1...58 1.8.5.1. Dispositivos internos......58 1.8.5.2. Conexiones.....59 1.8.5.3. Tabla resumen del botelln acumulador.60

1.9. Documento memoria de clculo..61

1.10. Documento pliego de condiciones61

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1.11. Documento presupuesto...63 1.11.1. Consideraciones al presupuesto.63 1.11.2. Valoracin final...65

1.12. Bibliografa...66

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1.1. Objetivos del proyecto.

En el presente proyecto, se llevar a cabo el diseo de los equipos de transferencia de calor, destilacin y botelln acumulador, con el objeto de separar la corriente de C8 (formada por componentes con 8 tomos de carbono) de una corriente de C6 y C7 (formada por componentes de 6 y 7 tomos de carbono respectivamente). Nombramos a las corrientes C6, C7 y C8 para simplificar debido al numero elevado de componentes que posee. Como productos de la unidad, se obtiene la corriente de C8 anteriormente citada y una corriente de C6 y C7 que sern mandadas a otra unidad para la posterior obtencin del disolvente heptano y hexano por ejemplo.

Las operaciones que se llevan a cabo en el presente proyecto pasan por la destilacin de la carga obteniendo por cabeza los vapores de C6 y C7, los cuales pasarn por un aero-refrigerante para su condensacin y posterior acumulacin en el botelln acumulador de reflujo. De dicho botelln, parte va como reflujo a la torre y parte va hacia otra unidad.

Mientras que el fondo de la torre esta formada, casi en su totalidad, por los componentes que denominamos C8, es decir , que poseen ocho tomos de carbono; dicha corriente tambin ser enviada a otra unidad.

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1.2. Alcance del proyecto.

En este proyecto se disean los equipos para la destilacin, transferencia de calor y botelln acumulador de reflujo para la obtencin de la corriente de C6, C7 (componentes de 6 y 7 tomos de carbono respectivamente) y la obtencin de la corriente C8. La corriente de C6 y C7 se puede utilizar posteriormente en otra unidad para la obtencin de disolventes.

La principal especificacin, que es la que se quiere conseguir en esta

unidad, es la de obtener el C8 por el fondo de la columna.

Los equipos que se describen en el presente proyecto, son los equipos de transferencia de calor E-0, E-0B, E-1, la torre de destilacin C-1 y el botelln acumulador de reflujo S-1.

En el siguiente diagrama de bloques se muestran los equipos que se describen en el proyecto, mostrando la interconexin de los equipos entre s.

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La carga a la torre de destilacin esta formada por C6, C7 y C8, obtenindose por fondos la corriente C8 con un nfimo porcentaje de C7, mientras que los vapores de cabeza, formados principalmente por C6 y C7, se condensan en el intercambiador E-1 y se acumulan posteriormente en el botelln.

Resaltar que en el presente proyecto se lleva a cabo la descripcin y el diseo, a nivel de ingeniera bsica, de los equipos de transferencia de calor anteriormente citados, de la torre de destilacin y del botelln de reflujo.

1.3. Consideraciones de clculo.

1.3.1. Aspectos contemplados en el clculo.

1.3.1.1. Consideraciones previas.

En el presente proyecto, como se ha mencionado anteriormente, se realizar el diseo a nivel de ingeniera bsica de los equipos de transferencia de calor E-0, E-0B, E-1, de la torre de destilacin C-1 y del botelln acumulador S-1.

1.3.1.2. Intercambiador de calor E-0.

Este intercambiador de calor concretamente es un vaporizador, del tipo de termosifn horizontal. Por el lado de los tubos como fluido calentador se va a utilizar vapor de agua. Mientras que por la carcasa, circula el producto obtenido por el fondo de la columna de destilacin, el cual, al ser calentado por el fluido que circula por tubos, se produce su vaporizacin para posteriormente volver a la torre permitiendo as seguir con la destilacin propiamente dicha.

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Como hemos mencionado ya, la corriente que circula por tubos tambin experimenta cambio de fase, ya que el vapor de agua condensa adems de subenfriarse; mientras que la que circula por carcasa concretamente pasa de lquido a vapor casi en su totalidad.

Adems del diseo trmico en ambos lados del intercambiador, se ha calculado tambin las dimensiones fsicas que este equipo ha de tener para que su funcionamiento en el proceso sea correcto, cumpliendo las necesidades energticas que se necesitan.

1.3.1.3. Intercambiador de calor E-0B.

El intercambiador de calor E-0B es un reserva del E-0, es decir, entrar en accin cuando el E-0 no este disponible.

Dicho intercambiador reserva, tendr la misma funcin que el explicado anteriormente E-0, ya que producira prcticamente la misma cantidad de vapor de la corriente que circula por carcasa, gracias tambin, al calor que le sera transmitido esta vez por el gasoil lquido que circula por tubos. La diferencia con el vaporizador que esta funcionando es que este utiliza como fluido calentador gasoil lquido, mientras que el E-0 utiliza vapor de agua. Dicho vapor producido en carcasa sera enviado a la columna de destilacin para continuar la marcha de la destilacin propiamente dicha.

El diseo trmico, as como las dimensiones fsicas del equipo para que se cumpla su funcin intercambiadora en las condiciones necesarias, son exactamente las mismas que para el intercambiador de calor E-0.

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1.3.1.4.Intercambiador de calor E-1.

El intercambiador de calor E-1 tiene la funcin de condensar totalmente los vapores de la cabeza de la torre de destilacin.

En este caso, el fluido que enfra es aire, mientras que el vapor que condensa circula por tubos. Dicho vapor est formado principalmente por C6 y C7.

Los clculos para este intercambiador se encaminan hacia el diseo trmico as como las dimensiones adecuadas para cumplir las exigencias de la transferencia de calor.

1.3.1.5. Botelln acumulador.

Se ha realizado el diseo del botelln separador, calculando sus dimensiones, tanto la longitud tangencial, como el dimetro.

Adems, como parte del diseo mecnico, se ha elegido el tipo de fondo ms conveniente para el equipo y el material , tanto de ste como del casco cilndrico, y se han calculado los espesores de los mismos para la presin interna.

1.3.1.6.Torre de destilacin

Del mismo modo que para el botelln acumulador, se ha realizado el diseo de esta torre de destilacin, calculando el nmero de platos y a su vez el dimetro y longitud tangencial.

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Tambin se ha entrado, a nivel superficial, en el diseo mecnico, especificando los tipos de fondo y de material ms convenientes para este tipo de torres, as como del cuerpo cilndrico, adems de los espesores de los mismos para la presin interna.

Tanto los datos obtenidos del diseo referente al proceso que tiene lugar, como el clculo de sus dimensiones fsicas, se entienden que son los adecuados para que el funcionamiento del equipo en el proceso sea el correcto, aprovechando de l, el mximo rendimiento.

1.3.2. Aspectos no contemplados en el clculo.

Debido a que este proyecto recoge nicamente la ingeniera bsica no se contempla en el clculo los siguiente aspectos:

Cimentaciones de los equipos.

Diseo mecnico profundo de dichos equipos.

Ingeniera de detalle de la unidad.

Clculos elctricos.

Control e instrumentacin.

1.3.3. Consideraciones sobre los planos.

An no siendo trabajo de la Ingeniera Bsica el realizar los planos de los equipos, debido a que seran demasiado simples para el fin que se persigue en la realizacin de los mismos, s se incluyen en el presente proyecto dichos planos, recogindose en ellos, nicamente, un esquema simple, sin escala, de los equipos diseados, indicando dimensiones fsicas

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calculadas y especificaciones recogidas de tabulaciones encontradas en la bibliografa.

1.4. Descripcin del proceso.

La alimentacin, la cual procede de tanques de otra unidad, llega a la unidad descrita en este proyecto con un caudal msico de 16811.8 Kg/h, lo que supone un caudal molar de 178.57 Kmol/h.

Dicha corriente llega en fase lquida a una temperatura de 91.2 C.

La alimentacin consta de una gran cantidad de componentes hidrocarburos con 6, 7 y 8 tomos de carbono en su composicin.

Como lo que se pretende es separar los componentes de 8 tomos de carbono de los de 6 y 7, dicha corriente se someter a un proceso de destilacin.

Por tanto, la corriente de alimentacin a nuestra unidad, se introduce en una torre de destilacin formada por treinta platos de vlvulas, donde se obtendr una corriente por cabeza y una corriente por fondos.

La corriente de fondos estar formada por un 98% de componentes con 8 tomos de carbono (C8) y solo un 2% de componentes con 7 tomos de carbono (C7). El caudal msico de dicha corriente es de 1005 Kg/h y la temperatura de la misma es de 161.22 C.

El calor necesario para que se produzca la destilacin en s, es aportado por un reboiler situado en el fondo de la columna, cuya misin es aportar el calor mencionado anteriormente a una corriente que sale del fondo de la columna, concretamente esa corriente llevar un caudal de 42810 Kg/h,

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provocando su vaporizacin casi total, para ser introducida de nuevo en la torre de destilacin permitiendo as el proceso de destilacin propiamente dicho. Dicho calor aportado por el reboilers es de 2771110 kcal/h.

Dicho reboilers (E-0) , debido a su importante papel en el proceso, poseer un equipo reserva que realice la misma misin que l cuando este no este disponible, este intercambiador reserva es el denominado E-0B.

La corriente obtenida por el fondo de la torre formada principalmente por C8 ser mandada a otra unidad. Hay que resear que dicha corriente est en fase lquida y evidentemente, est formada por los componentes ms pesados que entran en la corriente de alimentacin a la torre de destilacin C-1.

La salida de cabeza de la torre, estar formada principalmente por C6 y C7 aunque tambin llevar pequeas cantidades de C8. El caudal de dicha corriente es de 28020 Kg/h y la temperatura ser de 109.73 C.

Dicha corriente estar, evidentemente, en forma de vapor, por lo que ser necesario una condensacin de la misma para posteriormente introducirla de nuevo en la torre como reflujo, favoreciendo as la destilacin.

La condensacin de esta corriente en forma de vapor se produce en el aero-refrigerante E-1, cuyas caractersticas las veremos posteriormente. Aqu

se produce la condensacin total , adems del subenfriamiento del lquido formado hasta una temperatura de 33 C aproximadamente, gracias a un calor intercambiado con el aire, el cual es impulsado por 4 ventiladores, de 3251005 Kcal/h.

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Dicha corriente en fase lquida y a una temperatura de 33C aprox. pasan a un botelln acumulador de reflujo. De dicho botelln saldr una corriente de la cual, 1/3 de la misma ira de nuevo hacia la torre de destilacin como reflujo, y los 2/3 restantes, seran los que nuestra unidad

obtendra como productos, junto a lo obtenido por el fondo de la torre, corriente que ya comentamos anteriormente.

La fraccin molar de esta corriente salida del botelln hacia el exterior de nuestra unidad, ya como producto, sera de un 55% de C6, un 39% de C7 y solo un 6% de C8. Dicha corriente est en fase lquida y se mandar a otra unidad, por ejemplo a una destinada a la produccin de disolventes con esos componentes.

1.5. Fundamentos del proceso.

En este apartado se proceder a explicar la base sobre la que se fundamenta los procesos unitarios que se van a llevar a cabo en el presente proyecto, como son el intercambio de calor (condensacin -vaporizacin) y destilacin.

1.5.1. Destilacin.

Los procesos de separacin alcanzan sus objetivos mediante la creacin de dos o ms zonas que coexisten y que tienen diferencias de temperatura, presin, composicin o fase. Cada especie molecular de la mezcla que se vaya a separar reaccionar de modo nico ante los diversos ambientes presentes en esas zonas. En consecuencia, conforme el sistema se desplaza hacia el equilibrio, cada especie establecer una concentracin

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diferente en cada zona y esto da como resultado una separacin entre las especies.

El proceso de separacin denominado destilacin utiliza fases de vapor y lquido, esencialmente a la misma temperatura y la misma presin, para las zonas coexistentes. Se usan varios tipos de dispositivos denominados platos o bandejas(o tambin charolas) y tambin el denominado relleno para poner en contacto a ambas fases. Estos dispositivos se encierran en una cubierta cilndrica para formar una columna.

El material de alimentacin que se debe separar en fracciones se introduce a uno o ms puntos a lo largo de la coraza de la columna. Debido a la diferencia de gravedad entre la fase de vapor y la lquida, el lquido corre hacia debajo de la columna, mientras el vapor asciende por la columna, para entrar en contacto con el lquido en cada una de las bandejas.

El lquido que llega al fondo de la columna se vaporiza parcialmente, para provocar que dicho vapor ascienda por la columna. El resto del lquido se retira como producto de fondo. El vapor que llega a la parte superior de la columna se enfra y condensa como lquido en el condensador superior. Parte de este lquido regresa a la columna como reflujo, para proporcionar un derrame lquido. El resto de la corriente superior se retira como producto destilado o superior.

Este patrn de flujo en el domo de la columna de destilacin proporciona un contacto a contracorriente de las corrientes de vapor y lquido en cada bandeja de la columna. Las fases de vapor y lquido en cada bandeja dada se acercan a los equilibrios de temperatura, presin y composicin, hasta un punto que depende de la eficiencia de la bandeja de contacto.

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Los componentes ms ligeros (punto de ebullicin ms bajos) tienden a concentrarse en la fase de vapor, mientras que los ms pesados(punto de ebullicin ms altos) tienden a concentrarse en la fase lquida. El resultado es una fase de vapor que se hace ms rica en componentes ligeros al ir ascendiendo por la columna, y una fase lquida que se va haciendo cada vez ms rica en los componentes pesados, conforme desciende en cascada.

La separacin general que se logra entre el producto superior y el del fondo depende primordialmente de las volatilidades relativas de los componentes, el nmero de bandejas de contacto y de la relacin de reflujo de la fase lquida a la de vapor.

Si la alimentacin se introduce en un punto situado a lo largo de la coraza de la columna, la columna se dividir en una seccin superior, que se denomina con frecuencia seccin de rectificacin, y otra inferior, que suele recibir el nombre de seccin de agotamiento.

Concepto de etapa de equilibrio.

Los procesos de transferencia de energa y masa en una columna real de destilacin son demasiado complicados para poder modelarlos con facilidad en forma directa. Esta dificultad se supera mediante el modelo de etapa de equilibrio. Por definicin, la corriente de vapor y la de lquido que salen de una etapa en equilibrio estn en equilibrio completo entre s y se pueden utilizar relaciones termodinmicas para relacionar las concentraciones de las dos corrientes en equilibrio. Se disea una columna hipottica que se compone de etapas de equilibrio(en lugar de verdaderas bandejas de contacto), para realizar la separacin especificada para la columna real.

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A continuacin , el nmero de etapas hipotticas de equilibrio se debe convertir en un nmero dado de bandejas reales, por medio de eficiencias de bandejas que describen el punto hasta el cual el rendimiento de una bandeja real de contacto corresponde al rendimiento de una etapa de equilibrio.

El uso del concepto de la etapa de equilibrio separa el diseo de una columna de destilacin en tres partes principales. En primer lugar, los datos y los mtodos termodinmicos que se requieren para predecir las composiciones de la fase de equilibrio se tienen que determinar cuidadosamente. En segundo lugar, se debe calcular el nmero de etapas de equilibrio que se requieren para lograr una separacin especfica o la separacin que se obtendr dado un nmero de etapas de equilibrio. En tercer lugar, el nmero de etapas de equilibrio se debe convertir en el nmero equivalente de bandejas reales de contacto.

1.5.2. Equilibrio lquido-vapor.

El estudio de los equilibrios de esta mezcla se puede realizar aplicando ecuaciones generales, que permiten determinar el punto de ebullicin, el punto de roco o el punto de vaporizacin parcial segn sea el caso.

Estas ecuaciones son:

( ) .1== iii kxy

En este caso se escribe que la primera burbuja de vapor emitida por el lquido tiene una composicin molar igual a yi.

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Al conocer la composicin xi del lquido, esta ecuacin en funcin de ki no depende mas que de dos parmetros, P y T, de forma que si se fija uno de ellos, el otro queda totalmente determinado.

Se puede escribir que la primera gota de lquido condensado tendr una composicin xi,tal que:

1=

=

i

ii k

yx

De la misma forma se obtendr tambin una ecuacin ,en funcin de ki cuya resolucin se efecta por aproximaciones sucesivas de la presin o de la T, como en el caso anterior, por la que se llega a determinar la composicin de la fase lquida.

Por ltimo, sabiendo que V representa la fraccin de vapor y L ser la fraccin de lquido y que L=1-V,se puede escribir:

( )

+=

Vkz

x ii 11;

Luego para que se produzca equilibrio entre fases, se deben cumplir las siguientes ecuaciones de equilibrio:

( )

1

111

==

=

+=

i

ii

ii

ky

x

Vkz

x

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De donde:

zi: fraccin molar del componente i en la mezcla; L: tanto por uno de lquido; V: tanto por uno de vapor; xi: fraccin molar del componente i en el lquido; yi: fraccin molar del componente i en el vapor; ki: cte de equilibrio del componente i;

1.5.3. Condensacin

La condensacin se produce cuando una vapor satura entra en contacto con una superficie cuya temperatura est por debajo de la temperatura de saturacin de sta.

La condensacin se puede producir de dos formas diferentes, bien por formacin de gotas (condensacin por goteo), bien por la formacin de una pelcula de lquido (condensacin en pelcula)

La condensacin por goteo tiene lugar cuando la pared no est humedecida uniformemente por el condensado, si no que ste aparece formando pequeas gotitas en diversos puntos de la superficie con la que se pone en contacto.

A medida que se produce la condensacin del vapor saturado, se producir un incremento del tamao de las gotas individuales, de tal forma que se van reuniendo las gotas adyacentes hasta que finalmente se forma un pequeo chorro de lquido condensado. Las fuerzas de adhesin de la gota a la superficie es vencida por la fuerza de la gravedad y es por ello que el

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chorro de lquido fluye con rapidez, capturando y absorbiendo a su paso todas las gotas que va encontrando, dejando de esta forma una superficie seca detrs.

La condensacin tipo pelcula, es ms comn y ms segura, sta tiene lugar cuando se forma una pelcula de condensado sobre la superficie, y el espesor de sta por unidad extensin ir incrementndose al aumentar la extensin de la superficie.

En el caso que se trata en este proyecto, se ha supuesto que la

condensacin se lleva a cabo en forma de pelcula, ya que para que produzca por goteo ser necesario la introduccin de alguna impureza en la corriente de vapor.

1.5.4. Vaporizacin.

En cuanto a la vaporizacin, es importante tener en cuenta en los

vaporizadores el porcentaje de lquido vaporizado, de hecho, no es conveniente que dicho tanto por ciento sea de un 80%, siendo ste un porcentaje bastante ptimo, ya que porcentajes superiores obligaran a tener que instalar una purga debido al aumento considerable de los residuos depositados o bien a un sobredimensionamiento del intercambiador, lo que provocara vapor sobrecalentado necesitando, por tanto, un rea posterior de enfriamiento. Bien la purga, bien el sobredimensionamiento, encarecen el costo del equipo, luego tener vaporizaciones superiores al 80 % es un inconveniente.

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Adems existen restricciones que hay que tener en cuenta en los vaporizadores, tanto de flujo de calor como de coeficientes de pelcula, como se indica a continuacin:

I. Flujo:

El flujo mximo permitido para vaporizadores de circulacin forzada y calderetas para vaporizar sustancias orgnicas, es de 20000 Btu / hft2 y para circulacin natural de 12000 Btu / h ft2.

El flujo mximo permitido para la vaporizacin de soluciones acuosas de baja concentracin o de agua usando circulacin natural o forzada es de 30000 Btu / h ft2.

II. Coeficiente de pelcula:

El mximo coeficiente de pelcula permitido para la vaporizacin en la circulacin forzada o natural para vaporizar sustancias orgnicas, es 1000 Btu / h ft2 F

El coeficiente mximo de vaporizacin para circulacin forzada o natural en la vaporizacin de agua y soluciones acuosas de baja concentracin, es de 1000 Btu / h ft2 F.

El mtodo de clculo para intercambiadores vaporizadores, se realiza siguiendo un serie de pasos que indica la bibliografa para vaporizadores del tipo de termosifn horizontal , los cuales los comentaremos ms adelante.

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1.6. Bases de diseo.

A continuacin se citan las bases sobre las que se fundamenta este proyecto.

1.6.1 Alimentacin.

La alimentacin, la cual procede de tanques de otra unidad, llega a la unidad descrita en este proyecto con un caudal msico de 16812 Kg/h, lo que supone un caudal molar de 178.57 Kmol/h. Dicha corriente llega en fase lquida a una temperatura de 91.2 C

La alimentacin consta de una gran cantidad de componentes hidrocarburos, que podemos nombrarlos de forma simplificada como C6, C7 y C8, para referirnos al conjunto de componentes con 6, 7 y 8 tomos de carbono en su composicin respectivamente.

A continuacin vamos a detallar las cantidades de todos los componentes a la entrada de la unidad.

Posteriormente se hablar de C6, C7 y C8, por simplificacin y claridad en la realizacin del proyecto.

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Lista de componentes:

Componentes Kgmol/h

23-MButane (C6) 3.88 2-MPentane (C6) 31.06 3-MPentane (C6) 25.24 n-Hexane (C6) 29.12 Mcyclopentane(C6) 5.82 22-MPentane (C7) 1.94 24-MPentane (C7) 3.88 33-MPentane (C7) 1.94 2-MHexane (C7) 15.53 23-MPentane (C7) 5.82 3-MHexane (C7) 17.47 3-EPentane (C7) 1.94 1-tr2-MCC5 (C7) 1.94 n-Heptane (C7) 13.59 24-MHexane (C8) 1.94 23-MHexane (C8) 1.94 2-MHeptane (C8) 3.88 4-MHeptane (C8) 1.94 3-MHeptane (C8) 3.88 1c2tr3-MCC5 (C8) 1.94 n-Octane (C8) 3.88

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1.6.2 Productos.

El fundamento del proceso es la separacin de la corriente de C8 de la corriente de C6 y C7

Por tanto, a la salida de la unidad se obtiene una corriente de C8 la cual se manda a otra unidad. Esta corriente se ha obtenido gracias al proceso de destilacin ocurrido en la torre. Tambin se obtiene como producto del proceso, la corriente formada por componentes C7 y C8 obtenida por cabeza de la torre de destilacin. Esta corriente se condensa en el aero-refrigerante de cabeza y llega hasta el botelln acumulador, a partir del cual, se manda parte a reflujo y parte sale como destilado hacia otra unidad.

A continuacin se muestra la composicin del fondo de la torre y la composicin de la salida del botelln acumulador que sale como destilado hacia otra unidad.

Fondo de la torre:

Xi Kmol/h

C7 0.029 0.25

C8 0.971 8.57

1 8.82

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Salida del botelln:

Xi Kmol/h

C6 0.56 95.12

C7 0.377 64.05

C8 0.062 10.58

0.999 168.33

Ambas corrientes de productos son obtenidas en fase lquida. Teniendo la corriente que sale del fondo de la torre una temperatura de

161.22 C, y teniendo la corriente de salida del botelln una temperatura de 33 C.

1.7. Balance de materia.

Los equipos descritos en el presente proyecto, se agrupan en dos clases, los equipos de transferencia de materia y los equipos de transferencia de calor.

Si nos centramos en la transferencia de materia y se observa el proceso desde un punto de vista general, se puede entender como una caja negra, en la cual entra una corriente y salen dos corrientes diferentes, que son las comentadas en el apartado anterior.

En el siguiente diagrama se resume de un modo genrico la transferencia de materia:

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A continuacin en la siguiente tabla se muestra cual es el balance general de materia de las corrientes de entrada y salida de los procesos diagramados arriba:

Alimentacin LquidofondoLquidodestilado

Kg/h 16812 1005 15807

Kmol/h 178,57 8,82 169,7591,2 161,22 33

3,6 2,7 2,2

Flujo total

Temperatura (C)Presin (Kg/cm2)

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1.8. Descripcin de los equipos.

1.8.1 Consideraciones previas.

En este apartado se va a hacer una descripcin somera y suficiente de todos los equipos que pertenecen a la unidad que se describe en este proyecto.

Para tener una mejor visin de las descripciones de los equipos se recomienda hacer uso del documento Planos de este proyecto.

1.8.2.Intercambiador de calor.

Bajo este epgrafe situamos todos los intercambiadores de calor que se encuentran en dicha unidad;

1.8.2.1. Descripcin general de las partes de un intercambiador.

Las partes fundamentales de un intercambiador de calor de carcasa y tubo son:

Haz tubular

Carcasa

Distribuidor

Fondo de carcasa

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1.8.2.1.1 .Haz tubular.

Es un cierto nmero de tubos unidos por un mandrinado o soldadura a dos placas tubulares perpendiculares a ellos y colocados de una forma regular. El soporte inmediato de estos tubos se hace mediante unas chapas perpendiculares a los mismos, espaciadas regularmente denominadas diafragmas o pantallas. El haz tubular est formado por numerosos elementos, siendo stos:

Placas tubulares

Tubos

Diafragmas

Placas tubulares.

Las placas tubulares tiene como misin separar los dos fluidos y servir para fijacin de los tubos.

En todo intercambiador, a excepcin de los que tiene tubos n U, hay dos placas tubulares con el mismo espesor e idntica distribucin de los tubos. Las placas tubulares estn en contacto con los dos fluidos del intercambiador, por lo cual debern disearse para que soporten las condiciones de temperatura y presin y con un material adecuado a las caractersticas del fluido ms corrosivo.

Los orificios de los tubos pueden estar dispuestos en las placas tubulares segn cuatro arreglos:

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Triangular

Triangular rotado

Cuadrado

Cuadrado rotado

La disposicin triangular no permite la limpieza mecnica de la superficie exterior de los tubos, pero en cambio mejora el intercambio de calor y consigue que para una misma carcasa quepan el 15 % ms de tubos que la distribucin cuadrada; esta disposicin se suele emplear cuando los fluidos son limpios.

La ventaja de la distribucin cuadrada es que los tubos son accesibles para la limpieza exterior y tiene ms baja cada de presin.

Los orificios de los tubos no pueden colocarse muy cerca unos de otros, ya que una franja demasiada estrecha de metal entre los tubos adyacentes, debilita estrechamente la placa tubular.

La distancia menor, centro a centro, en tubos adyacentes se le denomina paso de tubos o pitch y su valor deber ser al menos 1.25 veces mayor que el dimetro exterior de los tubos. Estas distancias estn normalizadas.

Los valores ms normales de paso de tubos son los que se encuentran expresados en el cuadro siguiente, aunque no implica el uso de otras medidas:

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Disposicin de los tubos Dimetro exterio (pulg) Pitch (pulg)3/4 15/161 1 1/4

3/4 11 1 1/4

Tringular

Cuadrada

Tubos.

Los tubos para intercambiadores de calor tambin se los conoce como tubos para condensador y no debern de confundirse con tubos de acero u otro tipo de tubera obtenida por extrusin a tamaos normales a tuberas de hierro.

Los tubos utilizados en los intercambiadores de haz tubular son cilndricos. El dimetro exterior de dichos tubos es el dimetro real dentro de tolerancias muy estrictas. Se puede obtener diferentes gruesos de pared definidos por el calibrador Birmingham para alambre, que en la prctica se refiere como BWG del tubo.

El espesor de pared del tubo, debe ser suficiente para soportar las presiones, temperatura de diseo y tambin vara segn los dimetros y materiales. Para presiones medias, las dimensiones recomendadas, aparecen a continuacin:

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Material Dimetro (pulg) Espesor recomendado (BWG)Acero al carbono 3/4 14

Acero al carbono 1 12

Acero inoxidable 3/4 16

Acero inoxidable 1 14

La longitud del tubo puede ser cualquiera, pero normalmente para mantener una uniformidad dentro de la planta se suelen usar ms frecuentemente de 16, 20, 24 ft, as como sus mltiplos.

Unin tubos-placa tubular.

Esta unin suele realizarse mediante mandrinado o soldadura, o bien con ambas operaciones, es decir, mandrinado y sellado con soldadura, ero en todo caso debe satisfacer las dos condiciones siguientes:

Impedir el paso del fluido, evitando la contaminacin de un fluido a otro.

Ser lo suficiente fuerte para soportar las fuerzas debida al peso de los tubos y la dilatacin trmica.

Para la eleccin del tipo de unin se deber tener en cuenta el material de las placas y de los tubos, peligrosidad en caso de contaminacin de los dos fluidos y fuerzas por dilatacin trmica que debe soportar. Dicha eleccin la hace el ingeniero que realiza la ingeniera mecnica del intercambiador.

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Diafragmas o deflectores.

Son chapas circulares situadas perpendicularmente a la direccin de los flujos y atravesados por stos. La distancia entre el centro de los deflectores se llama paso o espaciado de deflectores. Este espaciado no es mayor que una distancia igual al dimetro interior de la carcasa, o menor que una distancia igual a un quinto del dimetro interior de la carcasa.

La misin de los diafragmas es:

Soportar los tubos, mantenindolos a la distancia fijada por el paso a lo largo de toda la longitud del intercambiador.

En algunas ocasiones, tiene como misin conducir el flujo que circula por el lado de la carcasa mediante recorridos transversales y longitudinales, a la vez que creando la mayor turbulencia de forma que se mejore el intercambio de calor.

1.8.2.1.2 Carcasa.

Es el cilindro exterior que envuelve el haz tubular. Los intercambiadores de calor tiene un nico dimetro nominal de carcasa, excepto el tipo Kettle que tiene dos dimetros, correspondientes al haz y a la envolvente respectivamente.

1.8.2.1.3 Distribuidor.

Es la parte por la que entra el fluido que debe pasar por el interior de los tubos, encaminndolo por los diferentes pasos de los mismos hasta que sale por el exterior. Hay que sealar tambin que en el distribuidor es donde se encuentran las chapas de particin.

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1.8.2.1.4 Fondo de la carcasa.

Es la tapa de la carcasa por el lado contrario al que ocupa el distribuidor. Hay algunos tipos de intercambiadores en los que no existe este elemento como tal.

1.8.3 Descripcin detallada de los intercambiadores.

1.8.3.1. Caractersticas del intercambiador de calor E-0.

Este equipo segn las normas T.E.M.A (Tubular Exchanger Manufacturers), es clasificado teniendo en cuenta tres partes fundamentales del mismo, como son:

El Distribuidor ser del tipo B (integral bombeado), ya que aunque presenta el inconveniente de que para tener acceso a las placas de tubos es necesario desmontarlo de dichas placas, y de las lneas que entran y salen del equipo, es el tipo ms econmico. Adems en este caso en particular no se requiere una limpieza muy frecuente por el

interior de los tubos.

La carcasa ser del tipo J, el cual se denomina de flujo dividido. Posee un desviador longitudinal que puede estar perforado o ser slido. Muy adecuado para situaciones que se produzca vaporizacin en la carcasa , como es nuestro caso.

Los fondos son del tipo U. Es decir, los tubos son de haz en U. Se permite la renovacin del haz. Adems permite la limpieza de los tubos mediante productos qumicos por dentro y por fuera.

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Por tanto a este intercambiador se le denomina BJU. Posee una superficie de intercambio de 927.0031 pie2 con un paso por la carcasa y dos por tubos. La carcasa posee un dimetro interior de 482 mm. El intercambiador posee 260 tubos de 18.163 ft de longitud y 0.75 pulg de dimetro exterior con un BWG de 14. El pitch ser de 1 pulg.

El material de fabricacin ser de acero al carbono. Este equipo tiene una serie de conexiones de entrada y salida para los fluidos. Estas estn diseadas para una presin primaria de servicio de 150 lb/in2.

En este equipo existe cambio de fase en la zona de la carcasa, mientras que el fluido que va por tubos tambin experimenta cambio de fase, concretamente una condensacin total, ya que entra en forma de vapor y sale completamente lquido. Concretamente este fluido que circula por tubos y que experimenta la condensacin, es vapor de agua a media presin.

La corriente que circula por tubos entra a 411.08C y sale a 165.9 F, y el fluido que circula por carcasa entra a 321.062C y sale a 322.2F.

El calor total transferido es de 10771474,35 Btu/h

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Tabla resumen del intercambiador E-0.

Fluido Vapor de agua Entrada 411,08

Caudal entrada (lb/h) 12274,88 Salida 365,9Vapor (lb/h) 12274,88 Admisible 10

Lquido (lb/h) Calculada 0,6340,0014

Fluido C7 y C8 Entrada 321,062

Caudal entrada (lb/h) 94380,38 Salida 322,2Vapor (lb/h) Admisible 0,25

Lquido (lb/h) 94380,38 Calculada 0,01980,0014

OD: 19,05mm BWG: 14 Long: 5,536m Pitch:1"

Deflectores Corte: 46%

Unidades:1

DISEO TRMICO: TUBOS

Nmero pasos por tubo 2Factor de

obstruccin(hft2F/Btu)

Temperatura (F)

Perdida de carga (psi)

DISEO TRMICO: CARCASA

Temperatura (F)

Perdida de carga (psi)

Factor de obstruccin(hft2F/Btu)

Deflector longitudinal / 9 transversales

Superficie intercambio: 927,0031 ft2 Posicin: Horizontal

Calor intercambiado (Btu/h): 10771474,35MLTD corregida (F): 64,37

DATOS CONSTRUCTIVOS

TubosMaterial: Acero al carbono N tubos: 260

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1.8.3.2. Caractersticas del intercambiador de calor E-0B.

Este equipo segn las normas T.E.M.A (Tubular Exchanger Manufacturers), es clasificado teniendo en cuenta tres partes fundamentales del mismo, como son:

El Distribuidor ser del tipo B (integral bombeado), ya que aunque presenta el inconveniente de que para tener acceso a las placas de tubos es necesario desmontarlo de dichas placas, y de las lneas que entran y salen del equipo, es el tipo ms econmico. Adems en este caso en particular no se requiere una limpieza muy frecuente por el

interior de los tubos.

La carcasa ser del tipo H, se utiliza para tubos largos que no sifonean bien. A esta carcasa se le denomina de flujo partido doble, ya que posee dos entradas a la vez que un desviador longitudinal. Dichos desviadores pueden ser slidos o estar perforados.

Los fondos son del tipo U. Es decir, los tubos son de haz en U. Se permite la renovacin del haz. Adems permite la limpieza de los tubos mediante productos qumicos por dentro y por fuera.

Por tanto a este intercambiador se le denomina BHU, con una superficie de intercambio de 1583.206 pie2, con un paso por carcasa y dos pasos por tubos.

Este intercambiador ser como ya hemos mencionado, el reserva del E-0, y solo entrar en funcionamiento cuando el intercambiador E-0 no este disponible.

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La carcasa posee un dimetro interior de 25 in. El intercambiador posee 403 tubos de 20 ft de longitud y 0.75 pulg de dimetro exterior. Posee un BWG de 14 y un pitch de 1 pulg.

El material de fabricacin del intercambiador ser de acero al carbono. Este equipo tiene una serie de conexiones de entrada y salida para los fluidos. Estas estn diseadas para una presin primaria de servicio de 150 lb/in2.

En este equipo existe cambio de fase en la zona de la carcasa, mientras que el fluido que va por tubos es lquido y no experimenta cambio de fase.

La corriente que circula por tubos entra a 554 F y sale a 362.48 F, y el fluido que circula por carcasa entra a 321.062 F y sale a 322.2 F.

El calor total transferido es de 10771474,35 Btu/h

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Tabla resumen del intercambiador E-0B.

Fluido Gasoil Entrada 554

Caudal entrada (lb/h) 85905,046 Salida 362,48Vapor (lb/h) Admisible 10

Lquido (lb/h) 85905,046 Calculada 0,35740,0037

Fluido C7 y C8 Entrada 321,062

Caudal entrada (lb/h) 94380,38 Salida 322,2Vapor (lb/h) Admisible 0,25

Lquido (lb/h) 94380,38 Calculada 0,00380,0037

OD: 3/4" BWG: 14 Long: 20ft Pitch:1"

Deflectores

Unidades:1

RESUMEN DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR E-0B

Servicio: reserva del intercambiador E-0 Nombre equipo: E-0B

DISEO TRMICO: TUBOS

Nmero pasos por tubo 2Factor de

obstruccin(hft2F/Btu)

Temperatura (F)

Perdida de carga (psi)

DISEO TRMICO: CARCASA

Temperatura (F)

Perdida de carga (psi)

Factor de obstruccin(hft2F/Btu)

Deflector longitudinal

Superficie intercambio: 1583,206 ft2 Posicin: Horizontal

Calor intercambiado (Btu/h): 10771474,35MLTD corregida (F): 109,78

DATOS CONSTRUCTIVOS

TubosMaterial: Acero al carbono N tubos: 403

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1.8.3.3. Caractersticas del intercambiador E-1.

1.8.3.3.1. Descripcin del aerorefrigerante

El aerorrefrigerante E-1 tiene como funcin la de condensar los vapores remanentes de la cabeza de la torre de destilacin , compuesta principalmente por compuestos de 6 y 7 tomos de carbono (C6 y C7).

1.8.3.3.2. Tipos de equipos de condensacin.

A continuacin se presentan las distintas alternativas para realizar la condensacin, as como la eleccin del equipo mas conveniente:

- Emplear otra corriente de proceso ms fra que a su vez interesa que se caliente.

- Emplear agua procedente de una torre de refrigeracin. - Emplear agua de mar. - Emplear aire como medio enfriador.

En ste caso, la condensacin del producto se realiza mediante aire aspirado o impulsado por ventiladores.

La gran ventaja del aire, est en que no hay ninguna posibilidad de contaminacin del medio ambiente y su coste de instalacin es inferior al de un intercambiador de carcasa y tubo.

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1.8.3.3.3. Eleccin del fluido refrigerante.

Con este proyecto se ha optado por el uso de aire para efectuar el proceso de condensacin de los vapores remanentes procedentes de la cabeza de la torre desoctanizadora.

sta decisin ha sido tomada por las siguientes consideraciones:

- Equipos necesarios: Si se requiere el agua para realizar la condensacin se debe contemplar el circuito completo que incluye bsicamente intercambiadores de calor, depsito del agua, bombas y tuberas del intercambiador y torre de refrigeracin. Por el contrario, para usar aire el material se resume al propio aero-refrigerante.

- Disponibilidad del fluido: En el caso del aire la cantidad es ilimitada y su localizacin es inmediata.

- Tratamiento del agua: Normalmente el agua, antes de introducirse en el circuito, deber ser tratada para evitar exceso de incrustaciones en el intercambiador, corrosin en la superficie metlicas en contacto con el agua, depsito de suciedad, crecimiento de algas y bacterias, etc. Estos tratamientos requieren grupos de inyeccin de inhibidores etc. que superan un coste de instalacin inicial y otros de operacin y mantenimiento.

- Coste de energa elctrica: La energa se requiere en el sistema de agua, para la reposicin e inyeccin de agua en el circuito, para las bombas de recirculacin y los ventiladores de la torre de refrigeracin. En el sistema de aire se requiere solamente para el accionamiento de los ventiladores de los aero-refrigerantes. El consumo de energa de un sistema de refrigeracin por

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aire es, generalmente, un 10-20 % inferior al consumo de energa en un sistema de refrigeracin por agua.

- Coste de mantenimiento: La comparacin de los costes de mantenimiento de los sistemas, da ventaja al que utiliza aire para realizar la condensacin, puesto que en este sistema se deber tener en cuenta las reparaciones de los equipos motrices, engranajes, cojinetes y ventiladores. En cambio, en el sistema de agua se deber considerar los costes de corrosin y ensuciamiento de todos los intercambiadores por el lado del agua, as como en tuberas, reparaciones de bombas, torre de refrigeracin y equipos motrices, engranajes, cojinetes y ventiladores. Como una aproximacin se puede decir que el coste de mantenimiento de una instalacin con sistema de aire es, aproximadamente, el 30% del coste de mantenimiento de una instalacin de enfriamiento por agua.

1.8.3.3.4. Definiciones.

Es necesario establecer algunas definiciones, necesarias para la compresin de todo lo que sigue.

1.8.3.3.5. Aero-refrigerante.

Con el trmino aero-refrigerante entenderemos todo equipo que se destina a enfriar condensar cualquier fludo que circula por el interior de tubos sobre los cuales incide el aire impulsado aspirado por ventiladores. El aero-refrigerante estar compuesto por haces tubulares colocados sobre ( bajo) las cmaras de aire, en las cuales estn dispuestos los ventiladores; estos ventiladores estarn accionados por un motor adecuado (elctrico, turbina, etc.).

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Si los haces tubulares estn colocados sobre los ventiladores, recibiendo el aire impulsado por ellos, el aero-refrigerante se denomina de tiro forzado, que es la disposicin ms frecuente; si, por el contrario, los haces estn colocados bajo los ventiladores, recibiendo el aire aspirado por ellos, el aero-refrigerante se denomina de tiro inducido.

En las siguientes ilustraciones, se pueden apreciar las disposiciones citadas.

1.8.3.3.6. Haz tubular.

Conjunto formado por cabezales, tubos y bastidor. Los tubos son realmente los elementos activos, sobre los que se verifica el intercambio de calor; los cabezales son distribuidores y colectores de flujo a los tubos; el bastidor no es ms que un elemento estructural, rigidizador y soporte del haz propiamente dicho.

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1.8.3.3.7. Seccin.

Conjunto de (uno o ms) haces tubulares, servidos por uno ms ventiladores, completo con estructuras, cmaras de aire y otros equipos pertinentes. Normalmente la seccin est compuesta por haces pertenecientes al mismo servicio, pero tambin puede estar formada por haces pertenecientes a diferentes servicios. En este ltimo caso se dice que son servicios acoplados.

1.8.3.3.8. Unidad.

Conjunto de (uno o ms) haces tubulares dispuestos en (una o ms) secciones para efectuar un servicio determinado (por ejemplo: Refrigerante de gas-oil).

1.8.3.3.9. Grupo.

Conjunto de (una o ms) secciones pertenecientes a (una o ms) unidades dispuestas en una estructura continua.

1.8.3.3.10. Criterios de seleccin del tipo de aerorrefigerante.

Para el diseo de aero-refrigerantes, se empezar por decidir en primer lugar el tipo de tiro requerido del equipo. A continuacin, se expondrn los diferentes motivos para la eleccin de un aero-refrigerante de tiro forzado o inducido.

La disposicin ms usada normalmente es la de tiro forzado y ello por diversas razones, entre las que destacamos:

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- A igualdad de los dems parmetros de diseo, la potencia requerida por los ventiladores es menor, en la disposicin de tiro forzado.

- En el tiro inducido, para proteger al motor, al ventilador y la transmisin, la temperatura de salida del aire debe mantenerse por debajo de ciertos lmites (aproximadamente 60 C); este problema no existe en el tiro forzado.

- El montaje y desmontaje de haces, ventiladores, motores y transmisiones ofrece ms complicacin en el tiro inducido.

- Igualmente, en el tiro inducido, es ms difcil el acceso para el mantenimiento a los haces, ventiladores, motores y transmisiones. Sin embargo, en la disposicin de tiro inducido, la recirculacin de aire caliente de la descarga hacia la succin es menor, dado que el aire es descargado directamente por los ventiladores de la atmsfera, a mayor velocidad, y por tanto a mayor altura.

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A continuacin se resumen en la tabla siguiente las diferencias citadas para una y otra disposicin.

Aero tipo tiro forzado

Aero tipo tiro inducido

- Menos recirculacin de aire desde la descarga a la succin.

- Menor potencia absorbida por ventiladores.

- Construccin y montaje ms simples

- Acceso ms directo y sencillo para mantenimiento

de haces, ventiladores y motores.

- No hay limitacin para la temperatura de descarga del aire (en tiro inducido est limitada a aproximadamente 60C)

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1.8.3.3.11. Partes y dimensiones del aerorrefrigerante.

Los refrigerantes de aire tienen la misin de enfriar a los productos que circulan por el interior de unos tubos.

Un aerorrefrigerante est compuesto de una parte esttica (haz tubular) y otra dinmica (ventilador) dispuesta de tal forma (ver figura siguiente) que el aire lanzado por ste, pasa a travs de los tubos, consiguindose as que el aire robe parte del calor del producto que circula por los tubos.

En resumen, las partes del aerorrefrigerante son las siguiente:

- Haz tubular - Cmaras de aire - Grupo ventilador-motor

A continuacin se muestran una serie de dibujos que nos ilustrarn de una forma mas clara las diferentes partes de una aerorrefrigerante.

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1.8.3.3.12. Haz tubular.

El haz tubular es un conjunto constituido por las siguientes partes:

- Tubos - Cabezales - Bastidor

1.8.3.3.13. Tubos.

Los tubos constituyen la parte fundamental de un aerorrefrigerante por ser los elementos activos de transmisin de calor, y representa aproximadamente el 50 % del coste del equipo.

Los tubos utilizados son aleteados y formados por un tubo base de acero al carbono, y por aletas transversales circulares de aluminio. El objeto de aletear los tubos es aumentar la superficie de intercambio para compensar el coeficiente de intercambio por el lado del aire que es bajo. Los requisitos fundamentales que deben de cumplir estos tubos aleteados son:

- Contacto ntimo entre aleta y tubo, estando libre su unin de aire u xido que dificulten la transferencia de calor.

- Indeformabilidad de las aletas, evitando que se doblen y junten unas con otras ya que imposibilitara la circulacin de aire a travs del haz.

Los tubos que se emplean son aleteados de 1" 12 BWG, cuyas tolerancias de fabricacin estn contempladas en las normas ASTM-A 450.

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Los tubos presentan las caractersticas siguientes:

- Material: acero al carbono - Longitud: 30 ft (9.144 m) - Dimetro exterior: 1" (0.0254 m) - Espesor: 12 BWG.

- Material de las aletas: aluminio tipo G - Dimetro de las aletas: 57.15 mm (2) - Espesor de las aletas: 0.011" (0.00028 m) - N aletas/pulgada: 11 aletas/pulgada - Paso de los tubos: triangular, 66.67 mm (2.6")

Se emplean aletas incrustadas tipo G, debido a su mayor temperatura de servicio en comparacin con los otros el tipo bimetlico y el tipo L, as como su moderado precio en comparacin con los tipos anteriores. Adems la adherencia tubo-aleta es alta.

Las aletas incrustadas o tipo G utilizadas son de aluminio. Estn enrolladas e incrustadas en una ranura de 0.4 mm de profundidad. La ranura es cerrada a ambos lados. El contacto entre tubo-aleta es bueno y no existen problemas de formacin de xidos entre ambas superficies que impida la correcta transferencia de calor. Este tipo de aletas es suficientemente resistente mecnicamente.

Estas caractersticas enumeradas hasta ahora acerca de los tubos aleteados, nos lleva a afirmar que el aerorrefrigerante utilizado debe tener las siguientes dimensiones, para poder condensar de forma correcta los vapores de la cabeza de la torre.

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Las dimensiones son:

- Superficie lisa de intercambio: Ab = 511.84 m2 - Nmero de tubos totales: Nt = 820 tubos - Nmero de filas: Nf = 5 filas - Nmero de tubos por fila y haz: Ntfh = 41 tubos por fila y haz.

1.8.3.3.14. Cabezales.

Los cabezales son los elementos por donde sale e ingresa el fluido al equipo, distribuyndolo por los diferentes pasos por tubo. Los diferentes tipos de cabezales son los siguientes:

- Cabezales con tapa desmontable. - Cabezales desmontables. - Cabezales soldados con tapones.

La ms frecuentemente usada es esta ltima, la cual ser utilizada en el diseo posterior.

Las dos primeras formas constructivas tienen un elemento embridado (una caja o una tapa) de tal manera que es posible su desmontaje para limpieza interior de los tubos. En el tercer caso, el cabezal es totalmente cerrado, disponindose tapones queda accesible para limpieza cada tubo individualmente.

El cabezal soldado con tapones son cajas en forma de paraleleppedo, con todas sus caras soldadas, y en los que la cara opuesta a la placa tubular est provista de agujeros con sus respectivos tapones, frente a cada tubo. Esta disposicin permite la limpieza mecnica tubo a tubo por medio de un

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rascador. Este tipo de cabezal es el de mayor utilizacin y de menor coste. es recomendable para servicios con presiones medias y bajas (< 30 Kg/cm2). No es aconsejable su uso con fluidos de fuerte tendencia al ensuciamiento (factor de ensuciamiento > 0.0008 hm2 C/Kcal), ya que con este tipo de cabezales existe cierta dificultad para la limpieza interior de los tubos.

1.8.3.3.15. Bastidor.

El bastidor no es ms que un elemento estructural, rigidizador y soporte del haz propiamente dicho.

Est constituido por marcos situados perpendicularmente a los tubos a los que soportan, a travs de unas pequeas chapas que, sirven como distanciadores de los tubos a lo largo del aerorrefrigerante. los marcos van soportados por dos vigas paralelas a los tubos, que cierran al bastidor.

1.8.3.3.16. Cmaras de aire.

Las cmaras de aire es la parte de los aerorrefrigerantes cuya misin es conducir el aire desde el ventilador hasta su choque con el haz tubular.

1.8.3.3.17. Ventiladores.

Los ventiladores usados son de flujo axial de cuatro palas. Las palas son de resinas polisteres, reforzadas con fibra de vidrio.

El aerorrefrigerante del proyecto usa ventiladores de regulacin automtica. Estos pueden variar el ngulo de ataque de las palas durante la marcha, por medio de una cabeza servomotora a la que le llega una seal en funcin de la temperatura de salida del fluido.

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El equipo cuenta con 4 ventiladores. El dimetro de cada uno de estos ventiladores es de 13 ft. Deben barrer un rea tal que no se formen reas muertas y dar un caudal requerido para el servicio con un rendimiento aceptable. Debern cumplir otros requisitos, tales como cumplir con ciertos lmites de nivel sonoro. Cada uno de estos ventiladores est accionado por un motor de 7.31 Kw/h de potencia.

1.8.3.3.18. Tipos de disposiciones de los ventiladores.

En los aerorrefrigerantes se debe definir el tipo de tiro a adoptar, siendo estos:

- Tiro forzado. - Tiro inducido.

El aerorrefrigerante de tiro inducido es aquel en el que el aire es aspirado por los ventiladores, circulando a travs del haz tubular, que est situado bajo el conjunto motor-ventilado.

Para la condensacin y enfriamiento del fluido de alimentacin se emplea un aerorrefrigerante de tiro forzado. El aerorrefrigerante de tiro forzado es aquel en el que el aire es impulsado sobre el haz tubular por los ventiladores, en este caso, el haz tubular est situado sobre el conjunto ventilador-motor. Esta instalacin es la ms frecuente.

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Se selecciona el tiro forzado por las siguientes razones:

- A igualdad de todos los parmetros de diseo, la potencia requerida por los ventiladores es menor en la disposicin de tiro forzado. - En el tiro forzado, no existe limitacin para la temperatura de salida del aire, en cambio, para el tiro inducido se limita (aproximadamente 60 C), para proteger al motor y al ventilador. - El montaje y reemplazamiento as como el mantenimiento de haces, ventiladores, motores ofrece ms complicacin en el tiro inducido.

1.8.3.3.19. Datos de proceso del aerorrefrigerante.

El aerorrefrigerante E-1 tiene como funcin la de condensar los vapores remanentes de la cabeza de la torre. El calor total intercambiado en este equipo es de 3251005.327 Kcal/hr.

Por los tubos del aerorrefrigerante se introducen la corriente mencionada. Este fluido entra a 109.2 C, y saldr a 33 C.

El caudal de aire que se emplea para producir la condensacin entra a una temperatura de 30 C, con una humedad relativa del 80 %, y sale a una temperatura de 50 C.

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1.8.4. Torre de destilacin C-1.

1.8.4.1 Descripcin de las torres de platos.

Las torres de platos son cilindros verticales en que el lquido y el gas se ponen en contacto en forma de pasos sobre platos, de ah que los platos constituyan las partes fundamentales de las torres de platos ya que en ellos se produce el equilibrio de la fase lquida con la fase vapor. El lquido entra en la parte superior y fluye en forma descendente por gravedad. El gas pasa hacia arriba, a travs de los orificios de uno u otro tipo de plato, burbujea a travs del lquido para formar una espuma, se separa de la espuma y pasa al plato superior.

El efecto global es un contacto mltiple a contracorriente entre el gas y el lquido, aunque cada plato se caracteriza por el flujo transversal de los dos.

Cada plato en la torre es una etapa, puesto que sobre el plato se ponen en contacto ntimo los fluidos, ocurre la difusin interfacial y los fluidos se separan.

La difusin interfacial consiste en el paso de un compuesto desde una fase a otra, bien sea de la fase vapor a la lquida o viceversa. Es evidente que el alejamiento de la posicin de equilibrio en que se encuentren ambas fases, es el que proporciona la fuerza motriz para la difusin.

El nmero de platos tericos o etapas en el equilibrio en una columna o torre slo depende de lo complicado de la separacin que se va a llevar a cabo y slo est determinado por el balance de materia y las consideraciones acerca del equilibrio. La eficiencia de la etapa o plato y por lo tanto, el nmero de platos reales se determina por el diseo mecnico utilizado y las condiciones de operacin.

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1.8.4.2 Objetivo y problemas en las torres de platos.

Con el fin de que la eficiencia de etapas o platos sea elevada, el tiempo de contacto debe ser largo y la superficie interfacial entra las fases debe ser grande, adems se requiere que la turbulencia sea de intensidad relativamente alta para obtener elevados coeficientes de transferencia de masa. Por lo tanto, para que los platos sean de eficiencia elevada, es necesario lagunas profundas de lquido, para que el gas tarde un tiempo largo en ascender por el lquido y el tiempo de contacto sea mayor y velocidades relativamente elevada del gas, de modo que el gas se disperse totalmente en el lquido hasta formar una espuma y no burbujas, donde la superficie de contacto entre el gas y el lquido es menor.

La bsqueda de las condiciones anteriores puede provocar varias dificultades:

Entrada mecnica de gotas de lquido en la corriente ascendente del gas debido a velocidades elevadas del gas reduce el cambio de concentracin que se realiza mediante la transferencia de masa afectando, por tanto, a la eficiencia del plato.

Cada elevada de presin del gas cuando ste fluye a travs del plato se debe tanto a profundidades elevadas del lquido como a velocidades elevadas del gas.

Dificultades mecnicas:

Inundaciones con una diferencia elevada de presin en el espacio entre platos, el nivel del lquido que abandona un plato a presin relativamente baja y entra a otro plato con presin alta, necesariamente debe ocupar una posicin elevada en las tuberas de descenso. Al aumentar la diferencia de presin debido al aumento en la rapidez de flujo de gas o de lquido, el nivel en la tubera de descenso aumentar ms an para permitir que el liquido entre en el plato inferior, finalmente, el nivel de lquido puede alcanzar el nivel del plato inferior

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incluso pudiendo llenar todo el espacio entre platos, entonces, la torre se inunda, disminuyendo a un valor muy bajo la eficiencia de los platos.

Arrastre por espuma este arrastre por espuma es provocado por velocidades elevadas del gas. En este caso, la espuma persiste en todo el espacio entre los platos y una gran cantidad de lquido es acarreado por el gas de un plato a otro superior. El lquido acarreado de esta forma recircula entre los platos, y la carga adicional de lquido aumenta de tal manera la cada de presin del gas que causa una inundacin.

Lloriqueo tiene lugar debido a un flujo muy bajo del gas, lo que provoca que parte del lquido caiga a travs de los orificios del plato.

Almacenamiento se debe tambin a un flujo de gas muy lento, de modo que nada del lquido alcanza las tuberas descendentes.

1.8.4.3. Tipos de platos.

El requisito principal de un plato es el de proporcionar una mezcla ntima entre las corrientes de lquido y vapor, ser capaz de tratar las cantidades adecuadas de vapor y de lquido sin un arrastre o inundacin excesivos, ser estable en el funcionamiento, y resultar razonablemente simple en cuanto a instalacin y mantenimiento.

Los tipos de platos ms utilizados son:

Patos de campana de barboteo: Ha sido el tipo de plato ms ampliamente utilizado, debido a su gama de funcionamiento, pero hoy en da se tiende a reemplazarlo por otros tipos. Las campanas individuales se instalan sobre conductos de subida y tienen unas ranuras rectangulares o triangulares alrededor de sus paredes laterales. Estas campanas se mantienen en posicin gracias a alguna forma de soporte, y las reas del conducto de subida y del espacio anular existentes

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alrededor de dicha campana deben ser aproximadamente iguales. En los platos pequeos, el reflujo pasa al plato inferior por dos o tres rebosaderos circulares, y en los grandes a travs de rebosaderos segmentarios.

Platos perforados: Su construccin es mucho ms sencilla, requiriendo la perforacin de pequeos agujeros en la bandeja. El lquido fluye, como en los platos de flujo cruzado, a travs del plato y hacia abajo por el rebosadero de bajada segmentario.

Platos de vlvulas: puede considerarse como un intermedio entre los platos de campanas de barboteo y los perforados. La construccin es parecida a las de las campanas, pero no hay conductos de subida ni ranuras. Es importante observar que con estas bandejas la amplitud de la abertura vara con el flujo de vapor, por lo que las mismas pueden utilizarse para una amplia gama de flujos. Debido a su flexibilidad y precio, tienden a sustituir a los platos de campanas de barboteo.

Plato sin vertedero: Son platos del tipo perforado, cuya construccin es poco costosa. El lquido y el vapor fluyen a contracorriente por los mismos orificios, de modo que el conjunto puede ser tratado como una torre de relleno. Este modelo tiene una buena eficacia, en tanto los caudales no se aparten demasiado de los previstos en el clculo.

Estos primeros tres tipos de platos presentan como caracterstica comn el tener conductos de bajada separados para el paso del lquido desde cada plato al inmediato inferior.

A continuacin se establece comparaciones entre los distintos tipos de platos, para posteriormente elegir uno.

Las diferencias observadas en el valor de la prdida de la carga, son en general despreciables (teniendo el tipo perforado un valor relativamente menor)

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si se trata de torres a presin atmosfrica o ms elevada. Por el contrario, en torres de vaco, se tendr preferencia por los platos perforados, para conseguir una cada de presin mnima.

Uno de los factores determinantes en la eleccin de un plato es su precio. A este respecto, el plato de campana queda perjudicado, pues es el ms caro, luego de l se encuentra el de vlvula, siendo el ms barato el perforado.

Para hacer un estudio correcto, no se debe limitarse a la comparacin de los precios de un plato y otro, sino tomar consideracin los rendimientos y elasticidad de los platos.

Bajo la condicin de colocarse en las circunstancias ptimas de funcionamiento para los que han sido calculados los platos, se observa, en general, bastante poca divergencia entre las diferentes eficacias.

Completamente distinto es si se apartan de estas condiciones aumentando o disminuyendo el caudal. La eficacia decrece ms o menos rpidamente segn la flexibilidad del plato. La ausencia de vertedero reduce considerablemente la elasticidad de caudal. Entre los platos con vertederos, los platos perforados son los que ofrecen menos elasticidad.

En relacin a la eficacia, los platos de vlvulas y perforado dan las mayores eficacias, seguido posteriormente por los de campana, para pasar al plato sin vertedero cuya eficiencia es menor.

Por las consideraciones anteriores, se opta por equipar a la torre con platos de vlvulas.

Las ventajas atribuidas a los platos de vlvulas son:

Funcionamiento con la misma capacidad y eficacia que los platos perforados.

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Prdida de carga baja y aproximadamente constante para una gran gama de condiciones de operacin.

Pueden funcionar a pequeas fracciones de la capacidad para la que han sido diseados.

Construccin relativamente sencilla que conduce q un coste tan slo de un 20% ms elevado que un plato perforado equiparable.

Su rendimiento es superior al de campana con un coste ms bajo.

1.8.4.4. Tabla resumen de la torre de destilacin.

Kg/h16811,841808,9

mm ft mm ftDimetro total 5 Espesor fondo sup. 12,97Altura total 23027 76 Espesor fondo inf 12,97Altura cuerpo cilnd. 22132 72,61 Espesor cuerpo 7,153N platos reales Altura fondos 447,77N pasos por plato Prdida carga rect 0,0807Kg/cm3N unidades Prdida carga agot 0,223 Kg/cm3Material cilindroMaterial fondos AlimentacinTipo fondos Descarga

TORRE DE DESTILACINDATOS DE PROCESO

Entrada vapor desde rehervidor

Caudales de entrada

DATOS DE DISEO

Alimentacinlb/h

37063,2992171,89

SA-285-CKorbbogen

Reboiler fondoltimo plato

fondo

1

321 y 2

SA-285-C

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1.8.5. Botelln acumulador de reflujo.

Los recipientes proporcionan capacidades, o sea volmenes, para una serie de fines del proceso: almacenamiento, estabilizar y facilitar el control del proceso. La misin del botelln de acumulacin S-1, es recibir el efluente del condensador y constituir una reserva de lquidos para asegurar un caudal regular de reflujo y de extraccin del destilado.

Para procesos que manejan fluidos, la forma ms practica de los mismos es cilndrica y su diseo geomtrico consiste en la determinacin de los volmenes y las secciones requeridas para el proceso, ajustndolas a las proporciones (longitud-dimetro) adecuadas.

El material que se va a utilizar para la construccin del botelln es un acero al carbono SA-515 Gr55. Este se ha elegido en base a la temperatura, presin y caractersticas corrosivas del fluido.

Los fondos del equipo son toriesfricos el tipo Korbbogen, tal como recomienda Pueyo.. El espesor del mismo es de 5/16 pulgadas, mientras que el espesor del cuerpo cilndrico es de 3/8 pulgadas

El recipiente S-1 va a ser montado en posicin horizontal. Se apoyar al suelo por cunas soportes, que es el tipo de sujecin utilizado para recipientes horizontales.

1.8.5.1.Dispositivos internos.

El equipo cuenta con un rompetorbellinos en la descarga del lquido, ya que la formacin de torbellinos puede producir vibraciones, cavitacin... Se disponen en el fondo del recipiente. El tamao del cuadrado de rejilla ptimo debe ser igual a la mitad del dimetro de la boca, con mximo igual a un tercio del dimetro del recipiente. La distancia del rompetorbellinos debe ser igual a

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la mitad del dimetro de la boca, con un mnimo de 3 in. Para rompetorbellinos en el fondo, se ponen tres rectngulos alternativamente girados 90 ya sin distancias entre ellos.

El mayor inconveniente de los rompetorbellinos es la erosin, y a menudo, la corrosin a que estn sometidos, por lo que sin inspeccin frecuente, puede incluso que no se sepa determinar si existen o no.

1.8.5.2.Conexiones.

Las conexiones que posee el equipo son dadas por Ruiz Pueyo. Estas estn en funcin del dimetro interior del recipiente. Vamos a nombrar las conexiones ms usuales sin entrar detalladamente en las mismas, simplemente ser a modo orientativo, ya que esto formara parte fundamentalmente de la ingeniera de detalle:

Las conexiones de los instrumentos de nivel, se situarn en la parte central del recipiente por ser la parte menos agitada.

Las bocas principales (entrada salida) deben de estar situadas a mnima distancia de los extremos del recipiente y en extremos opuestos. Las entradas sern superiormente , en tanto las salidas lo harn inferiormente.

Alimentacin

Descarga de vapor

Salida de lquido

Purga

Tomas de nivel

Boca de hombre

Venteo

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A continuacin se muestra un cuadro resumen con las caractersticas de botelln.

1.8.5.3.Resumen datos de diseo

Caudal (Kg/h) Dens(Kg/cm3)28020 665,87

0 0

Temperatura de diseo

DATOS MECNICOSMaterial del recipienteTipo de fondos

Acero al carbono SA - 515 Gr 55Korboggen

6,3220%

20 cm5/16"

Volumen de retencin (m3)Porcentaje de seguridad en diseo

Nivel mnimo por encima del fondoEspesor fondos (inch)

DIMENSIONES DEL BOTELLNDimetro interior (mm)Longitud cuerpo cilndrico (mm)Espesor cuerpo cilndrico (inch)

147353093/8"

Gas(incondensables)Presin de diseo

55C4,1 Kg/cm2

BOTELLN SEPARADOR D-1DATOS DEL PROCESO

Composicin fluido entradaLquido

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1.9. Documento memoria de clculo.

El documento Memoria de Clculo expone de manera detallada los clculos que han servido de base para desarrollar este proyecto.

En la Memoria de Clculo se explica la metodologa utilizada para realizar los clculos necesarios para disear los equipos.

Los equipos diseados son los siguientes:

Intercambiadores de calor

Botelln acumulador

Torre de destilacin

1.10. Documento pliego de condiciones.

El pliego de condiciones es el documento ms importante del proyecto desde el punto de vista contractual. Si los planos dicen lo que hay que hacer, el Pliego de Condiciones fija cmo hacerlo y su influencia en el coste final de los trabajos, en el presupuesto de la obra, es muy grande.

El carcter vinculante del Pliego de Condiciones est dirigido a dos puntos fundamentales. Por una parte el contratista debe hacer el proyecto como se indica en el Pliego de Condiciones y por otra parte est dirigido al cliente frente a la Administracin, ya que sta le concede la licencia para realizar lo que se indica en el Pliego de Condiciones, debiendo solicitar permiso a la Administracin para efectuar cualquier cambio.

Este aspecto vinculante, contractual, del pliego de Condiciones se olvida con relativa frecuencia y da lugar a numerosos problemas. Los proyectistas incluyen en ocasiones exigencias tcnicas muy altas y costosas, que por otro

lado pueden no ser imprescindibles; los contratistas suponen en ocasiones que el

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Pliego no va a ser exigido en toda su dureza y ofertan precios bajos en comparacin a los requisitos tcnicos, siendo las consecuencias nefastas para todos.

El Pliego de condiciones debe describir las condiciones generales del trabajo, la descripcin del mismo, los planos que los definen, as como la localizacin y emplazamiento.

El Pliego de Condiciones suele dividirse en las siguientes partes fundamentales:

Condiciones generales.

Recoge todos los aspectos generales del proyecto de acuerdo con la norma UNE 24042.

Condiciones materiales y equipos.

Incluye las especificaciones de todas las instalaciones, unidades paquete, equipos y materiales que lo configuran.

Hace referencia a las Normas y Reglamentos oficiales u oficiosos

espaoles y extranjeros como pueden ser UNE, API, ASME, DIN, etc.

Condiciones de ejecucin.

Sealan tanto la forma de ejecutar como la de medir y controlar la construccin de obras civiles y el montaje de instalaciones y equipos mecnicos, elctricos, etc.

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Condiciones econmicas.

Hace referencia directa a la forma de medir las obras ejecutadas, valorarlas y abonarlas.

En general se puede decir que existen ciertas normas prcticas a la hora de realizar un Pliego de Condiciones comunes a proyectos semejantes.

1.11. Documento presupuesto.

1.11.1 Consideraciones al presupuesto.

En este captulo se expone un resumen del documento Presupuesto, para de este modo, dar una idea, aunque muy somera, del contenido y objetivos del mismo.

El Presupuesto es un documento meramente orientativo y no compromete legalmente ni en cuanto a mediciones, ni a los precios, por lo que su valor contractual es mnimo.

En este documento de hace una estimacin de los costes totales de inversin de la planta. Para ello, se emplea el mtodo de Chilton, mtodo reconocido dentro del actual estado de estimacin de costes.

Teniendo en cuenta este mtodo, se ha dividido el documento en cinco captulos fundamentales:

1.Mediciones: En este captulo de indica pormenorizadamente cada partida o equipo principal que interviene en el proyecto, as como las caractersticas

principales de los mismos y el nmero de unidades necesarias.

2. Justificacin del coste de suministro de los equipos: en este captulo se presenta cmo han sido obtenidos los costes de cada equipo principal.

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3. Coste asociado de los equipos: En este captulo se determinan los costes del montaje de los equipos, de los materiales auxiliares, as como los gastos generales y beneficios industriales que van asociados a estos quipos. Para determinar estos costes se aplica una serie de factores sobre los precios de suministro de los equipos. Los factores se refieren a las partidas siguientes:

Tuberas

Instrumentos

Electricidad

Obra civil

Montaje mecnico Calorifugado

Pinturas

4.Cuadro de Precios: En este captulo se determina el precio de ejecucin por contrata de cada uno de los equipos principales.

Valoracin Final: En esta valoracin se recogen los siguientes apartados:

Precio de ejecucin material : es la suma de los costes totales de los equipos principales.

Beneficio industrial: beneficio de la contrata que realiza la obra.

Imprevistos: Porcentaje del P.E.M para imprevistos que puedan surgir. Honorario del proyecto.

El Presupuesto que resulta de la presente Ingeniera Bsica debe

considerar con una tolerancia del 25 %.

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1.11.2 Valoracin final.

El coste de cada uno de los equipos se refleja en la siguiente tabla:

EQUIPO COSTE TOTAL (euros)Torre C-1 202887,07

E-0 102500

E-0B 144512,65

E-1 294470,1

Botelln S-1 31397,73

TOTAL 775767,55

Teniendo en cuenta el precio de los equipos, tenemos las siguientes cantidades que nos llevan al presupuesto total del proyecto:

Imprevistos --------------------------------------------- 38788.37 Beneficio industrial.------------------------------------116365.13 Honorario del proyecto ------------------------------- 34909.54 I.V.A ---------------------------------------------------- 154532.89

---------------------------

PRESUPUESTO TOTAL --------------------- 1120362.48 euros

El costo total de la instalacin asciende a UN MILLON CIENTO VEINTE MIL TRESCIETOS SESENTA Y DOS EUROS, con un margen de error del 25 % tanto por exceso como por defecto.

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1.12. BIBLIOGRAFA.

1) Ballast tray Design Manual. Dallas, Texas. Glitsch; Inc. Bulletin no. 4900 Third Edition

2) El petrleo. Refino y tratamiento qumico. Wuithier, Pierre. 1971 Ediciones Cepsa

3) Elementos de Ingeniera Qumica Vian, Angel / Ocn, Joaqun. 1976 Editorial Aguilar

4) Ingeniera Qumica. Intercambiadores de calor. Costa Novella, E.1986. Editorial Alambra, S.A.

5) Ingeniera Qumica. Transferencia de materia. Costa Novella, E.1986. Editorial Alambra, S.A.

6) Seminario de intercambiadores de calor. Parte I y II. Ruiz Pueyo.

7) Manual del Ingeniero Qumico. Perry.

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8) Operaciones Bsicas de la Ingeniera Qumica. McCabe, W.L. / Smith, J.C. / Harriot, P.

9) Operaciones de Transferencia de Masas. Treybal, Robert E.

10) Procesos de Transferencia de Calor. Kern Donald Q.

11) Reglamentos de aparatos a presin. Ministerio de Industria y Energa

12) Cambiadores de calor. Tomo II. Romano Gregorio.

13) Aerorrefrigerantes. Ingeniera Qumica, Julio 1974, Octubre 1974, Diciembre 1974, Junio 1976. Sarmiento Garca, M.

14) Introduccin a la Qumica Industrial. Vian Ortuo, A.