Intercambiadores De Calor

Diseño de red de intercambiadores de calor |
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A continuación se muestra el problema a resolver:
Problema 10.4
Los siguientes datos se aplican a una planta de aromáticos (Linnhoff y Ahmad, Computers Chem. Engng, 14, 7, 729-150, 1990), a partir de los cuales se quiere diseñar una red de intercambiadores de calor.
Corriente | Te°C | Tsal°C | WCp kW/K | h kW/m2*K |
h1 | 327 | 40 | 100| 0.5 |
h2 | 220 | 160 | 160 | 0.4 |
h3 | 220 | 60 | 60 | 0.14 |
h4 | 160 | 45 | 400 | 0.3 |
c1 | 100 | 300 | 100 | 0.35 |
c2 | 35 | 164 | 70 | 0.7 |
c3 | 85 | 138 | 350 | 0.5 |
c4 | 60 | 170 | 60 | 0.14 |
c5 | 140 | 300 | 200 | 0.6 |
Aceite | 330 | 250 |   | 0.5 |
Agua | 15 | 30 |   | 0.5 |

Costo de intercambiadores ($) = 10,000 + 350 A, con A en m2
Vida de la planta = 5años
Costo del aceite = 60 $/kW año
Costo de agua = 6 $/kW año
Diseñe una red de intercambiadores a un valor selecto de dTmin y compare con la solución reportada de Linnhoff y Ahmad, que tiene un costo de 2.96*106 $/año. Compare las predicciones obtenidas con los resultados del diseño de la red.
Diseño de red de intercambiadores
Primer paso
Elegir una dTmin y usarla para obtener lastemperaturas ajustadas de las corrientes calientes o frías. En este caso se hará el ajuste para las corrientes calientes.
dTmin = 10 °C
Con la dTmin = 10 °C obtenemos las temperaturas ajustadas en la tabla siguiente:
| T originales | Temperaturas ajustadas con dTmin |
corriente | Te°C | Tsal°C | Te°C | orden | Tsal°C | orden |
h1 | 327 | 40 | 317 | t1 | 30 | t14 |
h2 | 220 | 160 | 210 | t3 |150 | t6 |
h3 | 220 | 60 | 210 | t3 | 50 | t11 |
h4 | 160 | 45 | 150 | t6 | 35 | t12 |
c1 | 100 | 300 | 100 | t8 | 300 | t2 |
c2 | 35 | 164 | 35 | t12 | 164 | t5 |
c3 | 85 | 138 | 85 | t9 | 138 | t7 |
c4 | 60 | 170 | 60 | t10 | 170 | t4 |
c5 | 140 | 300 | 140 | t6 | 300 | t2 |

Ahora ordenamos las temperaturas ajustadas. Se obtuvieron 14 temperaturas.
Orden | T°C |
T1 | 317 |T2 | 300 |
T3 | 210 |
T4 | 170 |
T5 | 164 |
T6 | 150 |
T7 | 140 |
T8 | 138 |
T9 | 100 |
T10 | 85 |
T11 | 60 |
T12 | 50 |
T13 | 35 |
T14 | 30 |

Segundo Paso
Usando las temperaturas ajustadas, obtenemos el balance de Entalpía. Con este Balance obtenemos la cascada de temperaturas con la sumatoria de calores correspondientes. Por último modificamos los calores para queno se viole la segunda ley de la termodinámica y obtenemos calores positivos, el punto de pliegue y el calor min de servicios de calentamiento y enfriamiento.
A continuación se muestra el Balance de entalpía:
Balance de entalpía |
número | dH (kW) |
dh1 | 1700 |
dh2 | -18000 |
dh3 | 800 |
dh4 | -240 |
dh5 | -1540 |
dh6 | 1300 |
dh7 | 660 |
dh8 | -760 |
dh9 | 1200 |
dh10 |10750 |
dh11 | 4900 |
dh12 | 6450 |
dh13 | 500 |

A continuación se muestra la cascada de calor y su modificación correspondiente:
Cascada de Calor | |
Orden | T°C | Q (kW) | Qmod (kW) | |
T1 | 317 | 0 | 17280 | Qh |
T2 | 300 | 1700 | 18980 | |
T3 | 210 | -16300 | 980 | |
T4 | 170 | -15500 | 1780 | |
T5 | 164 | -15740 | 1540 | |
T6 | 150 | -17280 | 0 | P.Pliegue |T7 | 140 | -15980 | 1300 | |
T8 | 138 | -15320 | 1960 | |
T9 | 100 | -16080 | 1200 | |
T10 | 85 | -14880 | 2400 | |
T11 | 60 | -4130 | 13150 | |
T12 | 50 | 770 | 18050 | |
T13 | 35 | 7220 | 24500 | |
T14 | 30 | 7720 | 25000 | Qc |

La Cantidad mínima de calentamiento por parte de servicios externos es Qh = 17280 kW
La Cantidad mínima de enfriamiento por parte de serviciosexternos es Qc = 25000 kW
El Punto de Pliegue de las corrientes frías es a 150 °C y el punto de pliegue de las corrientes calientes es a 160 °C.
Tercer Paso
Ahora formamos las curvas compuestas de las corrientes calientes y frías con las entalpias y temperaturas obtenidas anteriormente para hacer una comparación gráfica que nos ayudará a analizar el calor de servicios. También podremos ver...