transferencia de calor II

Intercambiador de doble tubo para tolueno-benceno

Fredys Jiménez

Jenniffer Rubio de La Hoz

Yuliza Canchila Jiménez

Universidad del AtlánticoBarranquilla, agosto de 2015Facultad de ingeniería química

EJEMPLO 6,1

Se desea calentar 9820lb /h de benceno frio de 80 a 120° F usando tolueno caliente que se enfría de 160 a 100 ° F . Las gravedades específicamente a 68 son 0,88 y 0,87 respectivamente. Las otras propiedades se encontraran en el apéndice. A cada corriente se le asignará un factor de obstrucción de 0,001 y la caída de presión permitida para cada corriente es de 10 lb /¿2 .

Se dispone de cierto número de horquillas de 20 ftde longitud de 2 por 1 ¼ in IPS. ¿Cuántas horquillas se requieren

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

CALCULO DE MDLT

T. Fluido caliente

T. Fluido Frio ∆T

Fluido caliente Fluido FrioTe: 160° F Te: 80° FTs: 100° F Ts: 120° FS: 0.87 S: 0.88K: 0.085 K: 0,091Cp: 0.44 Btu/ lbmf Cp: 0.425 Btu/ lbmf

Tprom:160+100

2=130 ° F Tprom:

120+802

=100 ° F

µ:0.41 cp=0,99lbh∗ft µ:0.50 cp=1,21

lbh∗ft

Flujo: ? W: 9820 lb /h

BAJA TEMPERATURA

100 80 20

ALTA TEMPERATURA

160 120 40

MDLT=∆T 2−∆T 1

ln(∆T 2

∆T 1

)

MDLT= 40−20

ln(4020

)=28.853 ° F

CALCULO DEL ÁREA DE FLUJO

2¿ 2.067 ¿ Di

114

¿ 1.66 ¿ De

114

¿ 1.38 ¿ Di

Los diámetros mencionados anteriormente son los diámetros equivalentes de cada una de las tuberías encontradas en la tabla A-11.

Ánulo

Ae= π4

(De¿¿2−Di2)¿

Ae= π4

(2.06712

¿¿2−1.6612

2

)=0.08826 ft2¿

Externo

Ap=π4Di2

Ap=π4

1.3812

2

=0.0104 ft2

CÁLCULO DE LOS FLUJOS MÁSICOS

Ánulo : hallamos la velocidad de masa que está dada por la siguiente formula:

Ga=w /ae

En este caso calculamos primeramente el calor con ayuda del flujo másico del benceno y luego

Q=W Cp( t1−t 2)

Q=9820lbhx 0.425 (120−80 )° F=167000 Btu /h

Despejamos el flujo másico con el calor encontrado:

W= 167000 Btu/h0.44 (167−100 )° F

=6330 lb /h

Finalmente hallamos la velocidad de masa en el anulo:

Ga= 6330lb /h0.08826 ft 2

=767000lb

h∗ft2

Tubo interior: En este caso ya conocemos el flujo másico del benceno es solo realizar la operación para conocer la velocidad de masa

Gp=w /a p

Gp=9820 lb /h0.0104 ft2

=¿ 943000lb

h∗ft2

CÁLCULO DE Nre y Pr

Nrea=DGaμ

=58791,88

Nrep=DGpμ

=89853.99

Pra=Cpμk

=0,44∗0,990,085

=¿5,125

Prp=Cpμk

=0,425∗1,21

0,091=¿5,651

CÁLCULOS DE LOS FLUJOS MÁSICOS

Ánulo: El valor deJH es de 167.

ho=JH∗( kDe )∗¿

ho=167∗( 0,0850,0762 )∗(1,725 )∗1

ho=323Btu

h∗ft2∗° F

Tubo exterior: El valor deJH es de 236.

hi=JH∗( kD )∗¿

hi=236∗( 0,0910,115 )∗(1,78 )∗1

hi=333Btu

h∗ft2∗° F

CORRECCIÓN DE hi A LA SUPERFICIE

hio=hi∗( DIDE )hio=333∗(1,38

1,66 )hio=276

Btu

h∗ft 2∗° F

CALCULO DEL COEFICIENTE TOTAL Uc

Uc= hiohohio+ho

Uc=276∗323276+323

Uc=149Btu

h∗ft 2∗° F

CÁLCULO DEL COEFICIENTE TOTAL DE DISEÑO U D

1UD

= 1U c

+Rd

El valor de Rd es 0,002 el cual es el requerido por el problema

1UD

= 1149

+0,002

U D=115Btu

h∗ft2∗° F

CÁLCULO DEL ÁREA REQUERIDA

Q=A∗U D∗MLDT

A= QU D∗MLDT

A= 167000 Btu/h

115Btu

h∗ft2∗° F∗28.853 ° F

A=50,5 ft2

CÁLCULO DE EL NÚMERO DE HORQUILLASPara el cálculo del número de horquillas se necesita la longitud requerida, de la tabla II para el tubo estándar de 1.1/4 de pulgada hay 0.435 ft de superficie externa

longitud requerida= area requeridaarea superf icial

longitud req= 50,5 ft2

0.435 ft2=116

Se requieren 116, donde se puede aproximar a 120 y así realizar el cálculo del número de horquillas teniendo 20 ft. Si dividimos los 120 de log entre los 20 ft, encontramos que el número de horquillas es 3.

CÁLCULO DE LA CAIDA DE PRESIÓN(En el anulo)

De '=(D ext−Di)

De '=(0.1725−0.138) ft

De '=0.0345 ft

Nre '=(D ' eGa)

μNre '=26800

f a'=0.0035+ 0.264

(Da)μ

0.42

fx=0.00569fa=0.0072

∆ P= f G2L2 g ρ2De

∆ Pa=9.37 lb / pul2

∆ Pp=3.2lb / pul2