Diseño de intercambiador de calor

Introducción
Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera sólida o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.
Son diversos los usos que se le pueden acreditar a cada uno delos tipos de intercambiadores existentes, pero en general, los intercambiadores son usados para recuperar calor entre dos corrientes en un proceso. Algunos ejemplos de intercambiadores de calor en la vida diaria lo constituyen el radiador de un automóvil y el calentador de agua domestico. En industrias químicas y plantas de energía se utilizan ampliamente los intercambiadores de calor.
Eneste trabajo se diseñó un intercambiador de calor de tipo tubo y coraza, tomando en cuenta ciertas consideraciones para su construcción, las cuales se especifican mas adelante. Existen muchas variedades de este tipo de intercambiador; las diferencias dependen de la distribución de configuración de flujo y de los aspectos específicos de construcción.
A continuación se presenta de formadetallada los pasos que se siguieron para el diseño del intercambiador de tubo y coraza.

Planteamiento del Problema

Se tiene una mezcla gaseosa formada por: etileno, etanol, dietiléter, agua y acetileno, con un flujo másico de 20 ton/h. La mezcla debe ser enfriada desde 300ºC a 204ºC. Para ello, se dispone agua de enfriamiento a 30ºC, supóngase que la temperatura de salida del agua es de45ºC. Con los siguientes datos se debe diseñar un intercambiador de calor de tubo y coraza determinando:

1) Diámetro de la coraza.

2) Diámetro de cada uno de los tubos.

3) Distancia entre los tubos y la coraza.

4) Longitud del Intercambiador de calor.

5) Número de pasos tanto por la coraza como por los tubos.

6) Numero de tubos necesarios.

7) Si el fluidoesta en serie o paralelo.

8) Calor absorbido por el agua y el calor desprendido por la mezcla gaseosa.

9) Caída de presión de la coraza y de los tubos.

Es importante señalar que el rango de temperaturas de entrada y salida, tanto del agua como de la mezcla gaseosa, fueron escogidas de acuerdo al proceso aplicado y al tipo de intercambiador que vamos a utilizar. El diseño deesta unidad de intercambio de calor se realizó suponiendo que no existe pérdidas al ambiente de tal modo que los fluidos experimentan un paso por lado coraza y 4 pasos por los tubos, ya que son los más comunes en la industria petroquímica y petrolera. En la literatura el rango de operación del intercambiador de calor en cuanto a la temperatura es de (500-400) º C, y para el agua es de (80-70) ºC.

Esquema General y Memoria de Cálculos

T1 = 30ºC

Agua

Mezcla

T1 = 300ºC

[pic]= 20 ton/h T2 = 204ºC

T2 = 45ºC

➢ Propiedades de la mezcla (etileno, etanol, dietiléter, agua, acetileno) a la temperatura promedio:

[pic]

|Compuesto |Y (fracción molar)|PM(Kg/Kgmol) |
|Etileno |0.591 |28.05 |
|Etanol |0.031 |46.07 |
|Agua |0.317 |18.00 |
|Dietiléter |0.030 |74.10 |
|Acetileno|0.030 |26.04 |

Nota: Los datos que se tienen, son extraídos del Libro de Ingeniería de Gas (Branan) por cálculos previos.

➢ Propiedades de la mezcla

[pic](promedio) = ∑ yi. PMi= 26.715 Kg/Kgmol

[pic]

K (promedio) = 5.785 [pic]

Cp (mezcla) =∑ yi. Cpi

Para esto son necesarios los Cp en función de la temperatura:...