Proyecto de Aula.1corte (1)

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%



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



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



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:

⁄

⁄

⁄









Para el tanque que almacena SAM y AGUA en el proceso, tenemos:

La densidad promedio de esta corriente, está dada por:

⁄









Para el tanque que almacena el MEKO al final del proceso, tenemos:

⁄




Debido a la relación entre el diámetro y la altura, tenemos que la altura será:






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:



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:



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



Cantidad de agua que debe entrar al enchaquetado



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:



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



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



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








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







En la descarga L= 2,104m






Para obtener el valor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por la




Se sabe que del tanque esta saliendo 30% HYAM y 70% agua, el cual tiene una

densidad de y presenta un caudal



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


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



PERDIDAS POR TUBERIA RECTAEn la Succión L=0,5m


El factor de rugosidad

y el factor de fricción f =0,0151





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



diferencia de altura hace que sea poca la energía que se le necesite imprimir al

fluido.


Realizando el mismo procedimiento de cálculo el caudal es, para una densidad de

832,8Kg/m3




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


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)

( )










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







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



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


En la Succión

Perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=6,3

En la descarga


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





Para calcular f y

necesitamos conocer Reynolds










832,8Kg/m3






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



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


( )











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







832,8Kg/m3










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


( )











En el intercambiador se esta presentando una caída de presión de 10 psi, por lo

tanto procedemos a calcular las perdidas







936Kg/m3










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











Para obtener el calor de la altura total en metros de agua lo multiplicamos por lagravedad específica


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



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




En la Succión

∑

, y perdidas por válvula de globo flanged cuyo K=6,3



En la descarga


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


En la Succión L=1m






En el intercambiador se esta presentando una caída de presión de 10 psi, por lotanto procedemos a calcular las perdidas







PROYECTO DE AULA

PLANTA DE PRODUCCION DE MEKO



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

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