Diseño de recipente de reacción para la producción de melamina

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DISEÑO DE RECIPENTE DE REACCIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE MELAMINA
Catalina Suárez R, Catalina Jaramillo V, Jaime Arango L, Natalia Rincon G.
Departamento de Ingeniería Química- Facultad de Ingeniería
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Universidad de Antioquia - Medellín, Colombia – 10 de Abril de 2010
Resumen:
En el presente trabajo se presentan los lineamientos para llevara cabo el diseño de un reactor sometido a presión interna bajo requerimientos del código ASME. El equipo de proceso será usado para la producción de melamina a partir de amoniaco y urea, sometido a una presión y temperatura de operación de 7 Mpa y 370 °C, respectivamente. Para la elaboración de diseño se especifican condiciones de operación, tuberías implementadas, instrumentos, materiales dediseño, sistema de agitación y calentamiento, accesorios y costo, lo que permite evaluar la viabilidad del diseño. El procedimiento matemático elaborado se fundamenta en los algoritmos presentados por el código ASME, apoyado de otras fuentes alusivas al tema. El diseño se realizo para dos tipos de materiales: acero inoxidable tipo 410 y hastelloy C/C-276 para cada uno de los cuales se estudiaronlas variables antes mencionadas.

Palabras claves: Diseño, Melamina, Código ASME, Acero inoxidable tipo 410, hastelloy C/C-276

Abstract:
This paper presents the lineaments for carrying out the design of a internal vessel pressure under requirements of ASME code. The process equipment will be used for the production of melamine from ammonia and urea, under operating pressure and temperatureof 7 MPa and 370 ° C, respectively. The operating conditions, pipelines implemented tools, materials design, agitation and heating system accessories and cost were specified for the development of design. These parameters allow to evaluating the feasibility of the design. The mathematical procedure developed is based on algorithms presented by the ASME code, supported from other sourcesreferring to the topic. The design was done for two types of materials: stainless steel 410 and hastelloy c/c-276 for each of which studied the above variables.

Key words: Design, Melamine, ASME code, stainless steel 410, hastelloy C/C-276

INTRODUCCIÓN

La melanina es un compuesto rico en nitrógeno, usado tradicionalmente en la producción de plásticos, se obtiene a partir de urea y amoniaco, apartir de una reacción endotérmica. A continuación se aluden cada uno de los pasos a seguir de manera resumida y concisa para el diseño de un reactor sometido a presión interna, con sistema de agitación y calentamiento.

1. CONDICIONES DE OPERACIÓN Y DISEÑO DEL REACTOR.

El diseño llevado a cabo consiste en un reactor CSTR (sin variación espacial, en estado estacionario) para la producciónde melanina, reacción en la cual están involucradas principalmente las siguientes sustancias:

* Melamina
* Urea
* Amoniaco

Se eligió un CSTR porque es de flujo continuo, la fase de reacción es liquida además el tiempo de residencia es corto, lo que lo hace adecuado para nuestras condiciones de proceso.
Para el diseño de la unidad de reacción a presión, se hará en base a dosalternativas de materiales. En una se implementará Acero Inoxidable (SA-240) y en la otra se usará Hastelloy (SB-575).

Tabla 1. Condiciones de operación.(1)
Presión | 7 Mpa | 1015 psia |
Temperatura | 370 °C | 698 °F |
Volumen | 32.68217m3 | 599.71 ft3 |

1.1 Temperatura de diseño (2) (UG-20)
La temperatura es una variable que afecta diferentes propiedades de los materiales, tal como,el esfuerzo máximo permisible utilizado en el diseño del recipiente. Para el cálculo de la temperatura de diseño se procede así:
TDiseño=TOperación+50℉=698+50℉=748℉

TDiseño=TOperación*1.1=6981.1℉=767.8 ℉

La mayor de las temperaturas calculadas es la temperatura elegida (2). Por lo tanto de acuerdo a los resultados obtenidos, la temperatura de diseño es 767.8 °F.

1.2 Presión de diseño...
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