SOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INTERCAMBIADORES DE

CONTRAFLUJO, PARALELO Y ENCHAQUETADO

García Fabián Claudia Yessenia Méndez Hernández Pamela Mendivil Ruiz José Carlos

SE PLANEA ENFRIAR UNA CORRIENTE CONTINUA DE SÓLIDOS CALIENTES DESDE 820°C HASTA 220°C CON GAS FRIO A 20°C EN LECHOS FLUIDIZADOS POR ETAPAS CON FLUJO EN CONTRA CORRIENTE (A) Determine el numero de etapas

necesarias para bajar la temperatura

(B) Encuéntrese la temperatura de las corrientes que circulan por el intercambio

(A) DETERMINE EL NUMERO DE ETAPAS NECESARIAS PARA BAJAR LA TEMPERATURA VÉASE EN EL ESQUEMA ADJUNTO

En este problema se ajustaron los caudales de gas y de sólidos calientes de modo que se obtenga la misma utilización térmica para las dos corrientes

Donde y son los caudales de sólidos calientes y de gases formula de caudal de sólidos calientes y de gases Por lo tantosn gn

2312

max

2312

max

TTTT

TgTgn

TTTT

TsTsn

g

s

gs nn

A PARTIR DE LA INFORMACIÓN DADA DE LA CORRIENTE DE SÓLIDOS CALIENTES.SE DETERMINARA EL NUMERO DE ETAPAS NECESARIAS PARA BAJAR O ENFRIAR SÓLIDOS CALIENTES

Sabiendo que la formula del caudal Por lo tanto

75.0

75.082020820220

max

s

s

s

n

n

TTn gs nn

75.075.0

g

s

nn

PARA IGUAL UTILIZACIÓN TÉRMICA DE CAUDALES SE UTILIZA LA ECUACIÓN (14.7) LIBRO( LENSPIEND PAG 295 )

Donde se efectúa un despeje del caudal de sólidos calientes ya que lo que se busca es como planear enfriar una corriente caliente de 820°c hasta una temperatura de 220°c donde N es el numero de etapas que se necesita para enfriar.

Despeje

1NNns

3

325.0

75.0075.075.0

75.075.0)1(75.0

N

N

NNNNN

POR LO TANTO EL NUMERO DE COLUMNAS PARA ENFRIAR LOS SÓLIDOS CALENTADOS ES DE 3

(B) ENCUENTRE LA TEMPERATURA DE LAS CORRIENTES QUE CIRCULAN POR EL INTERCAMBIADOR

Sabiendo que por lo tanto

gs nn

max

75.0

g

gg

g

sg

TT

n

n

nn

cT

Tcc

cTc

CTc

cccT

TTTT

nETPFs

ETPfg

620

20600

20)800(75.0

20))(20820(75.0

)20820()20(75.0

)(

1

1

1

1

1

1

PARA ENCONTRAR LAS SIGUIENTES TEMPERATURAS SE UTILIZÓ LA SIGUIENTE ECUACIÓN PARA LECHOS (LEVENSPIED PAG.295)

Lecho 1 : T1-Ts=Ǿ(T2-T1) Lecho 2 : T2-T1=Ǿ(T3-T2)

Sustitución del lecho 1

cT

Tcc

cTc

Tc

420

620200

620200

)620(1))(820620(

2

2

2

2

SUSTITUCIÓN DE LECHO 2

cT

Tcc

cTc

Tc

220

420200

420200

)4203(1))(620420(

3

3

3

Se enfría aceite con un calor especifico de 2.0 KJ/KgK, de 110°a 75°C mediante un flujo de agua en un intercambiador de flujo-paralelo. El agua fluye a la tasa de 70 Kg/min y se calienta de 35 a 70 °C. Se estima que el coeficiente de transferencia calorífica total es de 0.32 KW/m²K. Se requiere encontrar el efecto sobre las temperaturas de salida del aceite y del agua si la tasa de flujo del agua desciende a 50 Kg/min a la misma tasa de flujo del aceite.

𝐸𝑝=𝑇𝑊 2−𝑇𝑊 1

𝑇 01−𝑇𝑊 1

𝐸𝑝=1−exp (−𝑁𝑈𝑇 (1+𝐶 ))

1+𝐶

NUT=numero de unidades de transferenciaC= Capacidad caloríficaU=Coeficiente de transferencia caloríficamc=Tasa de capacidadQ= Tasa de transf. de calor

𝑁𝑇𝑈=𝑈𝐴

(�̇�𝑐)𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎

𝐶=(�̇�𝑐)𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎

(�̇�𝑐)𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎

𝐶=(�̇�𝑐)𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎

(�̇�𝑐)𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎�̇�=

𝑄❑

𝐶∆𝑇 𝑄=�̇�𝐶∆𝑇

Datos

min/50./32.0

703575110min/70/0.2

2

kgmKmKWU

CaTCaTkgmKkgkJC

WA

A

𝑄=�̇�𝑊𝐶𝑤∆𝑇𝑤

=171

�̇�𝐴=𝑄❑

𝐶𝐴∆𝑇 𝐴

�̇�𝐴=171 𝑘𝐽𝑠

(2.0 𝑘𝐽𝑘𝑔𝐾 ) (35℃ )

=2.44 𝑘𝑔𝑠

𝑄=�̇�𝑊𝐶𝑤∆𝑇𝑤

=121.91

𝑚𝑊=𝑄❑

𝐶𝑊 ∆𝑇𝑊

�̇�𝑤=121.91 𝑘𝐽𝑠

(4.18 𝑘𝐽𝑘𝑔𝐾 ) (35℃ )

=.8332 𝑘𝑔𝑠

�̇�𝐴=2.44 𝑘𝑔𝑠

�̇�𝑤=.8332 𝑘𝑔𝑠

Ahora podemos determinar

=0.713

𝑁𝑇𝑈=𝑈𝐴

(𝑚𝐶)𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎𝑄=𝑈 .𝐴 .∆𝑇𝑀 ∆ 𝑇𝑀=

∆𝑇2−∆𝑇1

ln (∆𝑇2/∆𝑇1)

=25.9𝐴=𝑄

𝑈 .∆𝑇𝑀

=20.6

=1.89

𝐸𝑝=1−exp (−𝑁𝑈𝑇 (1+𝐶 ))

1+𝐶

==0.561

𝐸𝑝=𝑇𝑊 2−𝑇𝑊 1

𝑇 01−𝑇𝑊 10.5610.561

0.561 77

La nueva tasa de flujo calorífico es

𝑄=�̇�𝑊𝐶𝑤∆𝑇𝑤

=146

Y la temperatura del aceite es

�̇�𝐴=𝑄❑

𝐶𝐴∆𝑇 𝐴∆ 𝑇 𝐴=

𝑄❑

𝐶𝐴�̇�𝐴∆ 𝑇 𝐴1−∆𝑇 𝐴2=

𝑄❑

𝐶𝐴�̇�𝐴

110110 80.08

Intercambiadores de tubo y coraza

Arreglo en cuadro

Problema:

43,800 lb/hr de un queroseno de 42 grados API salen del fondo de la columna de destilación a 390 grados F y deben enfriarse a 200 grados F, mediante 149,000 lb/hr de un aceite crudo de 34 grados API que viene del tanque de almacenamiento a 100 grados F y se calienta a 170 grados F.

El haz de tubos esta arreglado para 4 pasos y los deflectores están espaciados 5plg.Sera adecuado el intercambiador?Cual es el factor de obstrucción?