ingeniero quimico
Páginas: 10 (2472 palabras)
Publicado: 14 de febrero de 2014
Intercambiador de calor
Una vez hemos captado la corriente de gases y separado las partículas que contenia la corriente gaseosa hemos de enfriar la corriente de gas hasta la temperatura óptima a la que tendrá lugar el proceso de adsorción.
El proceso de adsorción tendrá lugar a una temperatura de 20 ◦c, y la temperatura de entrada de la corriente gaseosa al intercambiador de calor será de 70◦c.
El tipo de intercambiador escogido es de carcasa y tubos, este tipo de intercambiador son los más utilizados en la industria química y con las consideraciones de diseño mejor definidas.
Consisten en una estructura de tubos pequeños colocados en el interior de un casco de mayor diámetro. Las consideraciones de diseño están estandarizadas por the tubular exchanger manufacturers association(tema)
Para el problema que nos ocupa, el intercambiador mas adecuado es el del tipo aes que tiene la siguiente configuración.
Las configuraciones de diseño también estas recogidas por la tema y quedan registradas en la figura ()
Figura () tipo de canal,coraza y cabezal del intercambiador que se va a montar.
Diseño del intercambiador
Fases a seguir
Las fases que hemos seguido en eldiseño del intercambiador de calor (para un tipo de intercambiador de casco y tubo) son:
1.- Realizar el balance de energía, atribuyendo caudales y temperaturas a las corrientes frias y calientes
2.- asignar las corrientes al tubo y casco.
3.- obtener el diagramas térmicos (Temperaturas vs Longitud).
4.- determinar el número de intercambiadores en serie.
5.- calcular los valorescorregidos de la diferencia media de temperaturas (mtd).
6.- seleccionar el diámetro, espesor, material, longitud y configuración de los tubos.
7.- estimar los coeficientes de película y de suciedad. Calcular los coeficientes globales de transmisión de calor
8.- calcular la superficie de intercambio estimada.
9.- seleccionar el tamaño del casco (utilizando dos pasos en tubo).
10.-calcular las perdidas de presión en el lado del tubo y casco
11.- recalcular los coeficientes de película en el lado del tubo
12.- recalcular los coeficientes globales de transmisión de calor y comprobar si tenemos suficiente superficie de intercambio.
Balance de energía
El balance que vamos a aplicar es el siguiente:
Aporte de calor al fluido frío - aporte de calor al fluido caliente +perdidas de calor = 0
Siendo:
m y m’: caudal másico de la corriente caliente y la corriente fría respectivamente
Cp y Cp’: Calor específico de la corriente caliente y la corriente fría respectivamente.
Te: temperatura de entrada de la corriente caliente
Ts: temperatura de salida de la corriente fría
te: temperatura de entrada de la corriente fría
ts: temperatura de salida de la corrientefría
q: energía intercambiada en el proceso
La corriente gaseosa que pretendemos enfriar la recogemos a 70 ˚C y el proceso de adsorción lo queremos llevar a 20 ˚C. por el contrario, la corriente fría que vamos a usar para enfriar, será agua de red con temperatura de 15 ˚C.
El flujo másico de la corriente gaseosa lo hemos hallado haciendo uso de la densidad media del aire a lo largo delintercambiador
Para cerrar el balance nos hace falta estimar o la temperatura de salida del agua de red, o el flujo que usamos de esta corriente. Para un proceso de intercambio aire agua hemos estimado que la corriente fría salga de 10 a 15 ˚C por encima del valor de entrada, por lo que la estimación que hemos hecho es que la temperatura de salida del fuljo frio sea de 33 ˚ C.
Con todo esto, losvalores de temperaturas, calores específicos y flujos masicos utilizados para el balance de energía es el recogido en la tabla ()
Cp (kJ/kg ˚C)
Te (˚C)
Ts (˚C)
m (kg/s)
agua
4,1813
15
33
5,20
aire
1,012
70
20
7,74
El flujo masico de agua mostrado en la tabla, corresponde al hallado con el balance de energía mostrado anteriormente.
Asignación de flujos.
De forma general, para...
Una vez hemos captado la corriente de gases y separado las partículas que contenia la corriente gaseosa hemos de enfriar la corriente de gas hasta la temperatura óptima a la que tendrá lugar el proceso de adsorción.
El proceso de adsorción tendrá lugar a una temperatura de 20 ◦c, y la temperatura de entrada de la corriente gaseosa al intercambiador de calor será de 70◦c.
El tipo de intercambiador escogido es de carcasa y tubos, este tipo de intercambiador son los más utilizados en la industria química y con las consideraciones de diseño mejor definidas.
Consisten en una estructura de tubos pequeños colocados en el interior de un casco de mayor diámetro. Las consideraciones de diseño están estandarizadas por the tubular exchanger manufacturers association(tema)
Para el problema que nos ocupa, el intercambiador mas adecuado es el del tipo aes que tiene la siguiente configuración.
Las configuraciones de diseño también estas recogidas por la tema y quedan registradas en la figura ()
Figura () tipo de canal,coraza y cabezal del intercambiador que se va a montar.
Diseño del intercambiador
Fases a seguir
Las fases que hemos seguido en eldiseño del intercambiador de calor (para un tipo de intercambiador de casco y tubo) son:
1.- Realizar el balance de energía, atribuyendo caudales y temperaturas a las corrientes frias y calientes
2.- asignar las corrientes al tubo y casco.
3.- obtener el diagramas térmicos (Temperaturas vs Longitud).
4.- determinar el número de intercambiadores en serie.
5.- calcular los valorescorregidos de la diferencia media de temperaturas (mtd).
6.- seleccionar el diámetro, espesor, material, longitud y configuración de los tubos.
7.- estimar los coeficientes de película y de suciedad. Calcular los coeficientes globales de transmisión de calor
8.- calcular la superficie de intercambio estimada.
9.- seleccionar el tamaño del casco (utilizando dos pasos en tubo).
10.-calcular las perdidas de presión en el lado del tubo y casco
11.- recalcular los coeficientes de película en el lado del tubo
12.- recalcular los coeficientes globales de transmisión de calor y comprobar si tenemos suficiente superficie de intercambio.
Balance de energía
El balance que vamos a aplicar es el siguiente:
Aporte de calor al fluido frío - aporte de calor al fluido caliente +perdidas de calor = 0
Siendo:
m y m’: caudal másico de la corriente caliente y la corriente fría respectivamente
Cp y Cp’: Calor específico de la corriente caliente y la corriente fría respectivamente.
Te: temperatura de entrada de la corriente caliente
Ts: temperatura de salida de la corriente fría
te: temperatura de entrada de la corriente fría
ts: temperatura de salida de la corrientefría
q: energía intercambiada en el proceso
La corriente gaseosa que pretendemos enfriar la recogemos a 70 ˚C y el proceso de adsorción lo queremos llevar a 20 ˚C. por el contrario, la corriente fría que vamos a usar para enfriar, será agua de red con temperatura de 15 ˚C.
El flujo másico de la corriente gaseosa lo hemos hallado haciendo uso de la densidad media del aire a lo largo delintercambiador
Para cerrar el balance nos hace falta estimar o la temperatura de salida del agua de red, o el flujo que usamos de esta corriente. Para un proceso de intercambio aire agua hemos estimado que la corriente fría salga de 10 a 15 ˚C por encima del valor de entrada, por lo que la estimación que hemos hecho es que la temperatura de salida del fuljo frio sea de 33 ˚ C.
Con todo esto, losvalores de temperaturas, calores específicos y flujos masicos utilizados para el balance de energía es el recogido en la tabla ()
Cp (kJ/kg ˚C)
Te (˚C)
Ts (˚C)
m (kg/s)
agua
4,1813
15
33
5,20
aire
1,012
70
20
7,74
El flujo masico de agua mostrado en la tabla, corresponde al hallado con el balance de energía mostrado anteriormente.
Asignación de flujos.
De forma general, para...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.