DISEÑO DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE MEKO

DISEÑO DE UNA PLANTA DE

PRODUCCIÓN DE MEKO Diseño Final

Diseñar una planta industrial que sea capaz de producir 30000 ton/mes de

MEKO, SAM y Agua. La conversión del proceso es del 70%.

Álvarez Franco R., Chico Marín S., Flórez

Fonseca C., Jiménez Julio E. & Muñoz Carbal J.

Junio 12 de 2012

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

El proceso de producción de Metil Etil Cetoxima (MEKO) se produce

principalmente a partir de una reacción de condensación entre Metil Etil

Cetona (MEK) con hidróxido de amonio (agua amoniacal) y sulfato de

hidroxilamina (hyam). Los reactivos son bombeados desde sus respectivos

tanques de almacenamiento a temperatura ambiente de 25 °C y a presión

atmosférica, siendo el hyam en solución acuosa en 30 % p/p y el agua

amoniacal en solución acuosa al 50% p/p, estas corrientes se alimentan a

un reactor enchaquetado de flujo continuo cuya presión es de 1.3 atm.

Dentro del reactor se produce una reacción exotérica con una conversión

del 70% , de este reactor sale un flujo compuesto tanto como productos de

la reacción como reactivos sin reaccionar, la corriente después de salida del

reactor se compone por MEK, sulfato de amonio, agua y MEKO, esta

corriente cae por gravedad debido a que el reactor se encuentra a 8 m de

altura, a la que se le ingresa a un separador de fase de las que separa las

dos fases formadas por la naturaleza de los componentes, una fase es

acuosa compuesta por SAM y agua y la otra fase es de tipo orgánica

compuesta por MEK, MEKO y muy pequeñas cantidades de agua.

Después de la separación, la fase acuosa es bombeada hacia un tanque de

almacenamiento para su posterior tratamiento residual, la fase orgánica es

bombeada hacia un intercambiador de calor para preparar la mezcla para

una destilación azeotrópica para separar el MEK de la mezcla, siendo el

MEK con un pequeño porcentaje de agua el producto destilado bombeado

en forma de circulación al reactor llevándose un pequeño porcentaje de

agua, el producto de fondo de la columna a alta temperatura es bombeado

hacia una segunda torre de destilación para obtener MEKO prácticamente

libre de agua, donde el producto destilado a alta temperatura es utilizado

como fluido a calentar del intercambiador de calor ubicado antes de la

primera torre de destilación, y el producto de fondo (MEKO) es bombeado a

través de intercambiador de calor que enfría el producto debido a que sale a

una temperatura elevada, esta corriente se dirige hacia un tanque de

almacenamiento para su posterior estudio de calidad y disposición

comercial mayoritariamente sus ventas en el mercado de los fertilizantes.

Simulación de la planta de producción de MEKO en Hysys

Definición de las corrientes del balance de materia

BALANCE DE MATERIA (Composición, temperatura y presión en cada corriente)

Planta De Producción De Metil-Etil-Cetoxima

1 2 3 4 5

Comp

Flujo

(Kg/h)

%

(m/m)

Comp Flujo

(Kg/h)

%

(m/m)

Comp Flujo

(Kg/h)

%

(m/m)

Comp Flujo

(Kg/h) %

(m/m) Comp

Flujo

(Kg/h) %

(m/m)

MEK 49398 100 H20

183656 70 H2O

16807,

5 50 MEK 14820 4,5006 MEK 14820 4,501

HYAM 78710 30 NH4OH

16807,5 50 MEKO 41767 12,685 MEKO 41767 12,68

H2O 209323 63,571 H2O 209323 63,57

SAM 63365 19,244 SAM 63365 19,24

Total 49398 100 Total 262366 100 Total 33615 100 Total 329275 100 Total 329275 100

P 1 atm (14,7 PSI) P 1 atm (14,7 PSI) P 1 atm (14,7 PSI) P 1 atm (14,7 PSI) P 1 atm (14,7 PSI)

T 25°C (298,15

K) T 25°C (298,15 K) T 25°C (298,15 K) T 70°C (343,15K) T 40°C (313,15K)

6 7 8 9 10

Comp Flujo

(Kg/h) %

(m/m) Comp

Flujo

(Kg/h) %

(m/m) Comp

Flujo

(Kg/h) %

(m/m) Comp

Flujo

(Kg/h) %

(m/m) Comp

Flujo

(Kg/h) %

(m/m)

SAM 63365 37 MEK 14820 9,38 MEK 14820 9,286 MEK 14079 36,71 MEK 14079 36,71

H20 107947 63 MEKO 41767 26,4 MEKO 43386 27,19 H20 23403 61,02 H20 23403 61,02

H20 1E+05 64,2 H20 101376 63,53 MEKO 867,72 2,263 MEKO 867,72 2,263

Total 171312 100 Total 2E+05 100 Total 159582 100 Total 38349 100 Total 38349 100

P 1.3 Atm (19,1PSI) P 1,3 Atm (19,1PSI) P 1 atm (14,7 PSI) P 1 atm (14,7 PSI) P 1 atm (14,7 PSI)

T 40°C (303,15K) T 40°C (303,15K) T 90°C (363,15K) T 75°C (348,15K) T 75°C (348,15K)

BALANCE DE MATERIA (Composición, temperatura y presión en cada corriente)

Planta De Producción De Metil-Etil-Cetoxima

11 12 13 14 15

Comp Flujo

(Kg/h)

%

(m/m)

Comp Flujo

(Kg/h)

%

(m/m)

Comp Flujo

(Kg/h) %

(m/m) Comp

Flujo

(Kg/h) %

(m/m) Comp

Flujo

(Kg/h)

% (m/m)

MEK 14079 36,71 MEK 14079 36,71 MEKO 42518 35,07 MEKO 42518 35,07 MEKO 42518 35,072

H20 23403 61,02 H20 23403 61,02 H2O 77973 64,32 H2O 77973 64,32 H2O 77973 64,317

MEKO 867,72 2,263 MEKO 867,72 2,263 MEK 741 0,611 MEK 741 0,611 MEK 741 0,6112

Total 38349 100 Total 38349 100 Total 121233 99,39 Total 121233 100 Total

12123

2 100

P 1 atm (14,7

PSI) P 1,3 Atm (19,1PSI) P

1 atm (14,7 PSI) P

1,3 Atm (19,1PSI) P

1 atm (14,7 PSI)

T

75°C

(348,15K) T 75°C (348,15K) T

110°C

(383,15K) T

110°C

(383,15K) T 100°C(373,15K)

16 17 18

Comp. Flujo (Kg/h)

% (m/m)

Comp. Flujo (Kg/h)

% (m/m)

Comp. Flujo (Kg/h)

% (m/m)

H2O 76414 98,9 MEKO 41668 96,39 MEKO 41668 96,39

MEKO 850,36 1,101 H2O 1559,5 3,608 H20 1559,5 3,608

Total 77264 100 Total 43227 100 Total 43227 100

P 1,3 Atm (19,1PSI) P 1 atm (14,7 PSI) P 1,3 Atm (19,1PSI)

T 100°C (363,15K) T 145°C(418,15K) T 40°C (313,15K)

DISEÑO DE BOMBA P-101

DATASHEET P-101

SERVICIO: Bombeo De MEK Desde el tanque T-101 hacia el reactor

FLUIDO: MEK (100%) Fecha: 07-05-12

L. S. L. D

Temperatura De Bombeo 25°C Tuberías (m) 3.3 20

Densidad Fluido A

Temperatura De Bombeo

Válvula De

Globo 0 0

Viscosidad A Temperatura

De Bombeo 0.39215 cp

Válvula De

Compuerta 1 2

Flujo Másico De Bombeo

Codos 1 2

Flujo Volumétrico De

Bombeo

Cabeza de

Presión (atm) 1atm

1.3at

m

Velocidad De Bombeo

Carga Estática (m)

5 m 8m

Eficiencia 55% Potencia de La Bomba

3.49 HP RPM En Las Condiciones De Bombeo

60

GPM de Bombeo 1208.20 Potencia

Disponible 5 HP

Calculo Por Succión Cabeza De La

Bomba 44.06 ft

Bomba P-101

(Salida del tanque T-101 hacia el reactor)

Composición Corriente 1:

W (Kg/h) % (p/p) T (°C) - (K)

MEKO 49398 1 25°C – 298.15 K

Total 49398 100

Tabla 1

Propiedades de la mezcla (Hysys*):

0.39215

823.95

Tabla 2

Tabla 3

1. Determinación de caudal

2. Velocidad asumida (Variable de diseño)

√

√

(

)

( )

( )

( )

3. Se recalcula el parámetro de diseño:

Variable Succión Descarga

L 3.3 m 10.82664 ft 20 m 65.616 ft

Z 7 m 26.5744 ft 8100 cm 8 m 26.24 ft 8000 cm

V. Comp. 1 2

V. Globo 0 0

Codo 1 2

Tank in or out

1 1

Presión 1

atm

14,7 psi 1.03323kg/cm2

1,3 atm 19,1 psi 1.3432

kg/cm2

V Asumida 5 ft/s 5 ft/s

( )

4. Calculo de perdidas por fricción:

∑

Valores de k (Figura 4-14a y 4-14b)

Accesorio k

Inlet or outlet tank 0.6

Gate valve (screwed) 5

Codo (ong radius screwed 90°) 2.5

Tabla 4

Para obtener f, se lee en el Diagrama de Moody en función del factor de

nubosidad y el Reynolds, pero primero se escoge acero comercial

correspondiente al diámetro interno 4.016 in de la grafica sacada de

mecánica de fluido, Robert L. Mott.

Del diagrama de Moody se lee el valor de f a partir del factor de nubosidad

y el número de Reynolds. Se tiene que .

-Perdidas por fricción

( )

(

)

( ) (

)

( )

( )

5. Calculo de la cabeza total de la bomba.

Ecuación de Bernoulli:

( )

6. Calculo de potencia requerida:

7. Cabeza total de la bomba y caudal en función de agua.

Con una capacidad de 208.20 galones por minuto y una carga total de

44.06 ft, se busca en catálogos de fabricantes.

Compañía BERKELEY. TYPE “A” RATING CURVES. Motor Drive.

CURVE 4085 DATE 6-1-72

PAGE 11.01

SUPERSEDES

All Previously Issued

4085 Curves

Coordenadas:

208.20 GPM y 44.06 ft de H2O. Se lee de la curva de la bomba una

Potencia de 5 hp al 55% de eficiencia.

Potencia disponible:

Potencia requerida:

DATASHEET P-102

SERVICIO: Bombeo De MEKO Desde el tanque T-101 hacia el reactor

FLUIDO: H2O (70%) HAYM (30%)

Fecha: 07-05-12

L. S. L. D


Densidad Fluido A

Temperatura De Bombeo

Válvula De

Globo 0 0

Viscosidad A Temperatura De Bombeo

1.0117 cp Válvula De Compuerta

1 2


Codos 1 2


Bombeo

Cabeza de

Presión (atm)

1atm 1.3atm

Velocidad De Bombeo

Carga Estática (m)

12.8m 8m


HP RPM En Las Condiciones De Bombeo

60


Disponible 10 HP

Calculo Por Succión Cabeza De La Bomba

18.96 ft

Bomba P-102



W (Kg/h) % (p/p) T (°C) - (K)

H2O 183656 70 25°C – 298.15 K

HYAM 78709 30 25°C – 298.15 K

Total 262366 100

Tabla 1


1.0117

1740,42

Tabla 2

Tabla 3



√

√

(

)

( )

( )


L 3.74 m 12.270192 ft 16 m 52.4928 ft

Z 10 m 41.994 ft 1280cm 8 m 26.24 ft 8000 cm

V. Comp. 1 2

V. Globo 0 0

Codo 1 2

Inlet or outlet tank

1 1

Presión 1 atm

14,7 psi 1.03323kg/cm2 1,3 atm 19,1 psi 1.3432 kg/cm2


( )


( )


∑


Accesorio k




Tabla 4








( )

(

)

( ) (

)

( )

( )



( )



Con una capacidad de galones por minuto y una carga total de



CURVE 4085

DATE 6-1-72 PAGE 11.01

SUPERSEDES


4085 Curves

Coordenadas:




Potencia requerida:

DATASHEET P-103

SERVICIO: Bombeo De MEKO Desde el tanque T-101 hacia el reactor

FLUIDO: H2O (50%)

NH4OH (50%)

Fecha: 07-

05-12 L. S. L. D


Densidad Fluido A Temperatura De Bombeo

Válvula De

Globo 0 0

Viscosidad A Temperatura

De Bombeo 0.3481 cp

Válvula De

Compuerta 1 2


Codos 1 2

Flujo Volumétrico De Bombeo

Cabeza de Presión (atm)

1atm 1.3at

m

Velocidad De Bombeo

Carga Estática (m)

12.8m

8m



60


Disponible 5 HP


Bomba 29.23 ft

Bomba P-103



W (Kg/h) % (p/p) T (°C) - (K)

H2O 16808 50 25°C – 298.15 K

NH4OH 16808 50 25°C – 298.15 K

Total 33616 100

Tabla 1


0.34812

949.05

Tabla 2

Tabla 3

1 Determinación de caudal


√

√

(

)

( )

( )


L 3.74 m 12.270192 ft 20 m 65.616 ft

Z 6 m 41.994 ft 1280cm 8 m 26.24 ft 8000 cm

V. Comp. 1 2

V. Globo 0 0

Codo 1 2

Inlet or outlet tank

1 1

Presión 1 atm

14,7 psi 1.03323kg/cm2 1,3 atm 19,1 psi 1.3432 kg/cm2


( )


( )


∑


Accesorio k




Tabla 4








( )

( )

( ) (

)

( )

( )



( )






CURVE 4085

DATE 6-1-72 PAGE 11.01

SUPERSEDES


4085 Curves

Coordenadas:




Potencia requerida:

DATASHEET P-104

SERVICIO: Bombeo De la Mezcla

SAM-H2O Desde el separador hasta la 1° torre de dest.

FLUIDO: H2O (63.01%)-SAM (36.99%) Fecha: 07-05-12

L. S. L. D

Temperatura De Bombeo 86°F Tuberías (ft) 13.12 164.04

Densidad Fluido A Temperatura De Bombeo

65.101

⁄ Válvula De

Globo 0 0


⁄ Válvula De Compuerta

1 0

Flujo Másico De Bombeo 348250 ⁄ Codos 0 2


Cabeza de Presión (Psi)

17.63 Psi

20.57 Psi

Velocidad De Bombeo

Carga

Estática (ft) 20.34 0

Eficiencia 75% Potencia de

La Bomba HP RPM En Las Condiciones

De Bombeo 1760

GPM de Bombeo Potencia

Disponible HP


Bomba ft

Bomba P-104


W (Kg/h) % (p/p) T (°C)

SAM 63365 36.99 30

AGUA 107950 63.01 30

Total 171312 100

Tabla 1


Tabla 2

Tabla 3


(

)

2. Velocidad asumida: (Variable de diseño)

( ) 0.6613x

( ) 1281.73


L 4 m 13.12 ft 50 m 164.04 ft

Z 0 m 0 ft 0 m 0 ft

V. Comp. 1 0

V. Globo 0 0

Codo 0 2

Presión 1.2 atm 121600 Pa 1 atm 101325 Pa

V Asumida 16 ft/s 4.8768 m/s 16 ft/s 4.8768 m/s

√

√

( )


( )


∑

-Perdidas por fricción en tubería:


nubosidad y el Reynolds.

Del diagrama de Moody se lee el valor de f a partir del factor de

nubosidad y el número de Reynolds. Se tiene que .

( )

(

)

-Perdidas en accesorios:


Accesorio k Total

2 Entradas y salidas del tanque 0.6 1.2

1 Válvula de compuerta 3 3

Tabla 4

( ) ( )(

)

( )

-Pérdida total del sistema:

( ) ( )



( )

( ) (

)

(

)

( )

( )


(

) (

) ( ) (

)

4.2


( )( )

(

) ( ) (

)

Con una capacidad de galones por minuto y una carga total

de 81.0686 ft, se busca en catálogos de fabricantes.


CURVE 4085

DATE 6-1-72

PAGE 11.01

SUPERSEDES


4085 Curves

Coordenadas:

GPM y ft de H2O. Se lee de la curva de la bomba una



Potencia requerida:

Como la bomba mostrada en la figura es adecuada para esta parte

del proceso.

DATASHEET P-105

SERVICIO: Bombeo De la Mezcla MEKO-H2O-MEK Desde el

separador hasta T-100

FLUIDO: H2O (64.18%)-MEKO (26.44%)-MEK(9.38)

Fecha: 07-05-12

L. S. L. D

Temperatura De Bombeo 86°F Tuberías

(ft)

53.02

1 34.68

Densidad Fluido A

Temperatura De Bombeo 65.822 ⁄

Válvula

De Globo 0 0


⁄

Válvula

De Compuert

a

1 2

Flujo Másico De Bombeo 377674.4 ⁄ Codos 2 2


Cabeza de Presión

(Psi)

17.63 Psi

14.7 Psi

Velocidad De Bombeo

Carga Estática

(ft)

36.614

0

Eficiencia 82% Potencia

de La Bomba

HP RPM En Las Condiciones De

Bombeo 1400

GPM de Bombeo 695.83 Potencia Disponibl

e

15 HP

Calculo Por Succión Cabeza De La Bomba

ft

Bomba P-105


W (Kg/h) % (p/p) T (°C)

MEKO 41767 26.44 30

MEK 14820 9.38 30

AGUA 101380 64.18 30

Total 157963 100

Tabla 1


Tabla 2

Tabla 3


(

)

8. Velocidad asumida: (Variable de diseño)

√

√

( )

( ) 0.617x

( ) 958.84


L 16.16 m 53.021 ft 10.57 m 34.68 ft

Z 11,16 m 36.61 ft 3.57 m 11.71 ft

V. Comp. 1 2

V. Globo 0 0

Codo 2 2

Presión 1.2 atm 121600 Pa 1,4 atm 141866 Pa



( )


∑


Para hallar las perdidas por fricción en tuberías hay que considerar dos

sistemas por separado, al tramo de tubería antes del intercambiador de

calor y el posterior al mismo equipo, debido al cambio en algunas

propiedades del fluido, al momento de pasar por este, como lo son la

viscosidad y la densidad.

Para obtener f1, se lee en el Diagrama de Moody en función del factor de




( )

(

)

Para obtener f2, seguimos el procedimiento anterior, al igual que para

hallar las pedidas del tramo dos de tubería

( )

(

)

Por último sumamos las perdidas en cada tramo para calcular las perdidas

en todo el sistema de tubería

( ) ( ) ( )



Accesorio k Total



4 Codo 2 8

Tabla 4

( ) ( )(

)

( )

-Perdidas en Intercambiador de calor:

Para este cálculo aplicamos Bernoulli en el intercambiador

( )

( ) ( ) ( )

( ) (

)

(

)

(

)

( )

19.4

( )


( ) ( ) ( )



( )

( ) (

)

(

)

( )

( )


(

) (

) ( ) (

)


( )( )

(

) ( ) (

)


, se busca en catálogos de fabricantes.



PAGE 11.01

SUPERSEDES


4085 Curves

Coordenadas:

695.83 GPM y ft de H2O. Se lee de la curva de la bomba una Potencia

de 15 hp al 82% de eficiencia.


Potencia requerida:


del proceso.

DATASHEET P-106

SERVICIO: Bombeo De la Mezcla MEKO-H2O A La 2ª Columna

FLUIDO: H2O (0.2%)-MEKO (99.8%) Fecha: 07-

05-12 L. S. L. D

Temperatura De

Bombeo 167°F

Tuberías

(ft) 31.594 123.128

Densidad Fluido A

Temperatura De

Bombeo

56.289 ⁄

Válvula De

Globo 0 0

Viscosidad A

Temperatura De

Bombeo

1.1346 ⁄

Válvula De

Compuerta 1 1

Flujo Másico De

Bombeo

⁄ Codos 2 4


Bombeo

Cabeza de

Presión

(Psi)

14,7

Psi

14,7

Psi

Velocidad De Bombeo

Carga

Estática

(ft)

0 26.2464

ft


de La

Bomba

HP RPM En Las

Condiciones De Bombeo 60


Disponible HP

Calculo Por Succión Cabeza De

La Bomba 11,79 ft

Bomba P-106


Tabla 1


Tabla 2

Tabla 3


(

)


√

√

( )

W (Kg/h) % (p/p) T (°C)

MEK 14079 36.712 75

AGUA 23403 61.025 75

MEKO 867.72 2.2627 75

Total 38349.72 100

( ) 0.55911x

( ) 901.72


L 9.64m 31.594 ft 37.53m 123.128 ft

Z 0m 0 ft 8 m 26.2464 ft

V. Comp. 1 1

V. Globo 0 0

Codo 2 4

Presión 1 atm 101325 Pa 1 atm 101325 Pa



( )


∑






( ) ( )

( ) (

)

( )



Accesorio k Total



6 Codo 2.5 15

Tabla 4

( ) ( )(

)

( )


( ) ( )



Podemos eliminar los términos de presión y velocidad ya que son

constantes a lo largo de la tubería

( )


(

) (

) ( ) (

)


( )( )

(

) ( )


, se busca en catálogos de fabricantes.


CURVE 4085 DATE 6-1-72 PAGE 11.01

SUPERSEDES


4085 Curves

Coordenadas:


Potencia de 5 hp al 775% de eficiencia. Potencia disponible:

Potencia requerida: Como la bomba mostrada en

la figura es adecuada para esta parte del proceso.

DATASHEET P-107

SERVICIO: Bombeo De la Mezcla MEKO-H2O Desde La 2ª Columna Hasta

El Intercambiador

FLUIDO: H2O (0.2%)-MEKO (99.8%) Fecha: 07-

05-12 L. S. L. D

Temperatura De Bombeo 230°F Tuberías

(ft) 9.8424 192.3861

Densidad Fluido A

Temperatura De Bombeo 62.45

⁄ Válvula De

Globo 0 0

Viscosidad A


⁄ Válvula De

Compuerta 1 1

Flujo Másico De Bombeo ⁄ Codos 0 2


Bombeo

Cabeza de

Presión

(Psi)

14,7

Psi

14,7

Psi

Velocidad De Bombeo

Carga

Estática

(ft)

0 1.31 ft


de La

Bomba

HP RPM En Las Condiciones

De Bombeo 1760


Disponible HP

Calculo Por Succión Cabeza De

La Bomba ft

Bomba P-107


W (Kg/h) % (p/p) T (°C)

MEKO 42518 35.072 110

AGUA 77973 64.317 110

MEK 741 0.6112 110

Total 121232 100

Tabla 1


Tabla 2

Tabla 3


(

)

( ) 0.2174x

( ) 998.3


L 3m 9.8424 ft 7.3 m 23.94984 ft

Z 0m 0 ft 3.3 m 10.82664 ft

V. Comp. 1 1

V. Globo 0 0

Codo 0 2

Presión 1 atm 101325 Pa 1 atm 101325 Pa

V Asumida 12 ft/s m/s 12 ft/s m/s


√

√

( )


( )


∑




( ) (

) ( )

Del diagrama de Moody se lee el valor de f a partir del factor de

nubosidad y el número de Reynolds. Se tiene que .

( ) ( )( )

( ) (

)

( )



Accesorio K Total



2 Codo 2.5 5

Tabla 4

( ) (

)

( )


( ) ( )



Podemos eliminar los términos de presión y velocidad ya que son

constantes a lo largo de la tubería

( )


(

) (

) ( ) (

)

16.2


( )( )

(

) ( )


ft, se busca en catálogos de fabricantes.


CURVE 4085

DATE 6-1-72

PAGE 11.01

SUPERSEDES


4085 Curves

Coordenadas:




Potencia requerida:


del proceso.

DATASHEET P-108

Figura 1. Dimensionamiento.

SERVICIO: Bombeo De la Mezcla MEKO-H2O Desde La 2ª Columna Hasta

El Intercambiador

FLUIDO: H2O (3%)-MEKO (97%) Fecha: 07-05-12

L. S. L. D

Temperatura De Bombeo 293°F Tuberías (ft) 6.56 18.05

Densidad Fluido A


⁄ Válvula De

Globo 0 1


11.115

⁄ Válvula De Compuerta

1 1

Flujo Másico De Bombeo 92044.09

⁄

Codos 1 2


Bombeo

Cabeza de

Presión (Psi)

14,7

Psi

19,1

Psi

Velocidad De Bombeo

Carga Estática (ft)

0 4.92

ft



60


Disponible 1 HP


Bomba 11,9 ft

Bomba P-108

(Salida de la segunda columna de destilación)


W (Kg/h) % (p/p) T (°C) - (K)

MEKO 41668 97 145-418,15

AGUA 1559,5 3 145-418,15

Total 43227,1 100

Tabla 1


0.445

86,343

1105,9

69,039

Tabla 2

Tabla 3


L 2m 6,56 ft 5.5m 18,05 ft

Z 0m 0 ft 0cm 1.5 m 4,92 ft 150 cm

V. Comp. 1 1

V. Globo 0 1

Codo 1 2

Presión 1 atm 14,7 psi 1.03323kg/cm2 1,3 atm 19,1 psi 1.3432 kg/cm2


Figura 1


(

)


√

√

( )

( )

( )


(

)


∑

Valores de k (Figura 4-14a y 4-14b Ludwig)

Accesorio k

Válvula de globo 6

Válvula de compuerta 1.5

Codo 3

Tabla 4



( )


y el número de Reynolds. Se tiene que

-Perdidas por fricción en la succión:

( )

(

)

( ) (

)

(

)

-Perdidas por fricción en la descarga:

( )

(

)

( ) (

)

(

)

(

)

( ( ) ( )) ( ( ) ( ))



( )

( )



Con una capacidad de 184.06 galones por minuto y una carga total de

11,9 ft, se busca en catálogos de fabricantes.



PAGE 11.01

SUPERSEDES


4085 Curves

Coordenadas:

184.06 GPM y 11.9 ft de H2O. Se lee de la curva de la bomba una Potencia

de 1 hp al 60% de eficiencia. Potencia disponible:

Potencia requerida:


del proceso.

DATASHEET P-109

SERVICIO: Bombeo De la Mezcla de H20-MEKO Desde La Columna Hasta

El Intercambiador

FLUIDO: H2O (99.9%)-MEKO(0.1%) Fecha:07/05/12 L. S. L. D

Temperatura De

Bombeo 212°F Tuberías (ft) 83,66 32,81

Densidad Fluido A Temperatura De

Bombeo

59,185 ⁄ Válvula De

Globo 1 1

Viscosidad A Temperatura De

Bombeo

0,67488 ⁄

Válvula De

Compuerta 2 1

Flujo Másico De

Bombeo 219077.499

⁄ Codos 3 1


Cabeza de Presión (Psi)

14,7 Psi

19,1 Psi

Velocidad De Bombeo

Carga Estática (Psi)

49,21 ft

0 ft

Eficiencia 70%

Potencia de La Bomba

2,961 HP RPM En Las

Condiciones De Bombeo

60

GPM de Bombeo 437,528 Potencia

Disponible 5 HP


Bomba 25,39 ft

Bomba P-109

La función de esta bomba el llevar el fluido desde la cabeza de la segunda

torre de destilación hasta el intercambiador.

MEZCLA: H2O(99.89%)-MEKO(0.11%)

PROPIEDADES:

T P P. M.

W K Cp

10

0 °C

1,3 atm

948,06

⁄ 18,029

0,27898 cP

⁄

0,616

⁄

1,008

⁄

212 °F

19,1

Psi

59,185

⁄

0,67488

⁄

219077.49

9 ⁄

0,022044

⁄

0.213021

⁄

Tabla 1. Propiedades

CÁLCULOS:

Calculamos el flujo volumétrico:

Ahora de la tabla 4-12 del Ludwig selecciono la para el fluido (que se

comporta como si fuera prácticamente solo agua):

Con

y el flujo volumétrico hallo el valor de D

√

Selecciono un Sh=40, de donde tenemos que:

OD 4,5 in 0,375 ft

ID 4,026 in 0,336 ft

Ahora recalculamos nuestro parámetro de diseño, la velocidad:

(

)

( )

Calculamos el Reynolds:

( )(

)(

⁄ )

⁄

El factor de nubosidad seleccionado es de ⁄ porque los

materiales a utilizar son nuevos; y según el diagrama de moddy de la

Mott para este Re y ⁄ corresponde el factor de fricción es f =0,022381.

Calculo de perdidas:

( ) ⁄

( ) ∑

Perdidas por fricción:

Ahora

Lado De La Succión Lado De La Descarga

L 20,1 m

11,9m

D 0,102m 0,3355ft 0,102m 0,3355ft

8,7438 ft/s

g 32 ft/s2

1,5 (2) 1,5 (2)

6 (1) 6(1)

3 (3) 3(1)

P 1 atm 14,7 Psi 1,3 atm 19,1 Psi

Z 15 m 49,21 ft 0m 0 ft

Tabla 2. Datos Para Los Cálculos.

Resolviendo los cálculos para perdidas, tenemos:

Lado De La Succión

Perdidas por tuberías:

⁄

( )(

)(

)

(

)

Perdidas por accesorios:

∑

(

)

(

)

[( ) ( ) ( )] ( )

Lado De La Descarga

Perdidas por tuberías:

⁄

( )(

)(

)

(

)

Perdidas por accesorios:

∑

(

)

( )

[( ) ( ) ( )] ( )

Totales Perdidas Succión y Descarga:

( ) ( )

Para un

Ahora calculamos las perdidas por fricción:

, aquí las velocidades 1 y 2 son iguales

por lo que se cancela y es cero. La anterior ecuación nos quedaría:

Reemplazando tenemos:

Se calcula entonces la potencia de la bomba:

⁄ ⁄

⁄

Ahora pasamos y Q a metros de H2O:

( )

(

)

Procedemos a seleccionar la bomba comercial con los anteriores datos:

Figura 2. Curvas De Bombas Comerciales.

De lo anterior tenemos que la bomba comercial será:

la potencia disponible comercialmente es 5 HP y la potencia teórica o

requerida es de 3 HP entonces es adecuada, tendría una eficiencia del

70%.

DATASHEET INTERCAMBIADOR E-101


Por: Grupo Ing. Química Fecha: 07-05-12

Equipo: E-101 Planta: 1

Numero de unidades operando: 1

Datos de diseño por: Unidad

Datos de la unidad Coraza Tubos

Fluido MEKO+MEK+SAM+H2O Agua sin tratar

Flujo (lb/h) 725926.54 611510.78

Temperatura Entrada °F 158 68

Temperatura Salida °F 104 95

Presión de Operación (psi) 14.7 19,1

Densidad (lb/ft3) 54,6 62.297

Calor especifico (Btu/lb°F) 0.402 0.9545

Calor latente (Btu/lb) ___ ___

Cond. Termica (Btu/h ft °F) 0,16135 0.3372

Viscosidad (cp) 0.93825 1

Peso molecular 68.977 18

Número de pasos 1 2

Calor Transferido (Btu/h): 15759550.13

MLTD: 42.46 °F U calculado: 54.32 U limpio:328.65

Construcción

Presión de operación: 19,1 psi Temperatura de operación: 131°F

Tipo de unidad: Tubos y coraza Pich: 15/16 Triangular

Material tubos: Acero comercial N° aprox.:1088 DO:3/4 BWG:14 Longitud:32ft

Material coraza: Acero Diámetro: 35 in

Espaciado de bafle: 25% rd=0.01

Observaciones:

Intercambiador E-100

(Salida del reactor)

En este intercambiador se busca enfriar con agua la corriente que sale del

reactor formada por MEKO, SAM, H2O y MEK, a 70°C hasta 40°C para su

posterior separación.

Composición corriente 4:

W (Kg/h) % (p/p) T (°C) - (K)

MEKO 41767 12.68 70-343.15

MEK 14819.5 4.501 70-343.15

SAM 63365 19.24 70-343.15

H2O 209323 63.57 70-343.15

Total 329274.76 100

Tabla 1

Propiedades (Hysys*):

Coraza Tubos

Fluido Caliente (mezcla) Fluido Frio (agua)

Tabla 2

Figura 1

Observaciones: La temperatura final del agua, se asume 10 o 15 grados

por encima de la de entrada. El flujo de agua necesario se calcula a

continuación.

1. Calculo del calor requerido:

( )

( )

( )

2. Calculo de MLDT

Tabla 3

( ) ( )

( )

3. Determinar Fc

( )

( )

( )

( )

Con la figura 10-34ª (Configuración 1-2) se halla el valor del factor de

corrección de MLDT, Fc en función de P y T.

Se tiene que

4. MLDTCorregida ( )

5. Asumir UD, a partir de la tabla 10-15. Agua por los tubos, no cambio

de fase dentro del intercambiador.

6. Determinación del área a partir del UD asumido.

Por tratarse de un área grande, se asume:

( )

( )

7. Cálculo del número de tubos:

De la tabla 10-9 Ludwig, se corrige el número de tubos, en función del

arreglo, diámetro externo, el pich y el número de pasos.

( )

8. Corrección del área:

9. Corrección del UD:

10. Coeficiente de película por los tubos:

( )

(

)

(

)

En la Figura 10-46 Ludwig se busca el valor de jH en función del número

de Reynolds. Se lee un valor de .

(

)

( )

(

)

Se corrige:

11. Coeficiente de película por la coraza:

[( )( ) (

)]

[( )( ) ( )

(

)]

( )

( ) ( )

(

)

( )

De la Figura 10-54 Ludwig, se lee el valor de jH para un Reynolds de

32690.76 y un espaciado del 25%, en arreglo triangular.

Se lee .

(

)

( )

(

)

12. Calculo de ULimpio

13. Calculo de rd:

DATASHEET INTERCAMBIADOR E-102


Por: Fecha: 07-05-12

Equipo: E-101 Planta: 1

Numero de unidades operando: 1



Fluido MEKO, H2O y MEK H2O y MEKO

Flujo (lb/h) 120373


Temperatura Salida °F 194 187,7

Presión de Operación (psi) 19,1 19,1

Densidad (lb/ft3)

Calor especifico (Btu/lb°F) 1,875

Calor latente (Btu/lb) ___ ___

Cond. Termica (Btu/h ft °F)

Viscosidad (cp)

Peso molecular 18,029


Calor Transferido (Btu/h): 20946530,96

MLTD: 43,98 °F U calculado: 160,238 U limpio:1906,613

Construcción

Presión de operación: 19,1 psi Temperatura de operación: 199.85°F

Tipo de unidad: Tubos y coraza Pich: 1in cuadrado

Material tubos: Acero comercial N° aprox.:946 DO:3/4 BWG:13 Longitud:16ft


Espaciado de bafle: 25%

Observaciones :

Intercambiador E-102

En este intercambiador se busca calentar con la mezcla proveniente de la

cabeza de la torre de destilación(H2O(99.89%)-MEKO(0.11%)), la corriente

que a calentar es bombeada desde el separado hasta el intercambiador,

dicha corriente está formada por MEKO, H2O y MEK, a 30°Cy se va a llevar

hasta 90°C para su posterior separación.

Composición corriente 7:

W (Kg/h) % (p/p) T (°C) - (K)

MEK 14820 9,382 30-303,15

MEKO 41767 26,44 30-303,15

H2O 101376 64,18 30-303,15

Total 120373 100

Tabla 1

Propiedades (Hysys*):

Coraza Tubos

Fluido Frio (MEK-MEKO-H20) Fluido Caliente (H2O-MEKO)

1,875

Tabla 2

14. Calculo del calor requerido:

( )

( )

( )

15. Calculo de MLDT

Tabla 3

( ) ( )

( )

16. Determinar Fc

( )

( )

( )

( )

Con la figura 10-34ª (Configuración 1-2) se halla el valor del factor de

corrección de MLDT, Fc en función de P y T.

Se tiene que

17. MLDTCorregida

( )

18. Asumir UD, a partir de la tabla 10-15. H2O-MEKO por los

tubos, no cambio de fase dentro del intercambiador.

19. Determinación del área a partir del UD asumido.

Entonces se asume:

( ) ( )

20. Cálculo del número de tubos:

( )

De la tabla 10-9 Ludwig, se corrige el número de tubos, en función del

arreglo, diámetro externo, el pich y el número de pasos.

( )

21. Corrección del área:

( ) ( )

22. Corrección del UD:

23. Coeficiente de película por los tubos:

( )

(

)

(

)

En la Figura 10-46 Ludwig se busca el valor de jH en función del número

de Reynolds. Se lee un valor de (con un BAFFLE 25%).

(

)

( )

(

)

( )

Se corrige:

24. Coeficiente de película por la coraza:

[ (

)]

[( ) (( )

)]

( )

( ) ( )

( )

( )

De la Figura 10-54 Ludwig, se lee el valor de jH para un Reynolds de y un espaciado

del 25%, en arreglo cuadrado.

Se lee .

(

)

(

)

(

)

(

)

1. Calculo de ULimpio

2. Calculo de rd:

DISEÑO DEL REACTOR R-101

Corrientes de entrada:

N Composición (

) (

)

Mezcla

Tabla 1

El reactor debe estar lleno hasta el 80%, se usa para el cálculo del

volumen un factor de seguridad:

La reacción es inmediata, tomas unos pocos segundos, pero para

aumentar la conversión se toma el tiempo de residencia en el reactor de 1

minuto ( ).

Con el factor de seguridad:

Calculo del diámetro del reactor (suposición de diseño: altura igual a dos

veces el diámetro ):

(

) ( )

√

√

√

Presión de operación:

[ ]

Cálculo del espesor del reactor, óptimo para las condiciones específicas de

este cálculo:

con un factor de seguridad de 2.

Material para el reactor: Acero comercial,

El área que ocupa ele reactor es:

DISEÑO DEL AGITADOR

Agitador de turbina de disco con aspas: para corrientes radiales y axiales,

el disco posee un efecto estabilizante, cubren entre el 30 y el 50% del

diámetro del tanque.

Propiedades y parámetros de diseño relevantes:

Viscosidad ( )

Densidad ( )

Parámetros físicos importantes:

Diámetro del impulsor ( )

Número de revoluciones ( )

Altura del líquido ( )

N° de bafles (4 es lo estándar)

Diámetro del reactor ( )

Espesor de los bafles ( )

Offset lateral (OL) e inferior (OL)

del bafle

Posición del impulsor

Ancho de la hoja del impulsor

Bafles:

Configuración estándar: Espesor

( )

Largo: El bafle va desde

desde la sección recta del fondo del reactor hasta

cerca del nivel del líquido.

Distancia entre la pared del reactor y el bafle:

Largo del bafle: Desde Da/2 hasta casi el nivel del liquido.

Para regímenes turbulentos se cumple que: (

)

Asumimos

Velocidad de fluido:

Parámetros de diseño:

( )

( )

( )

Volumen del reactor (gal): (

)

(

)

Area transversal: (

)

(

)

Suponemos régimen turbulento: para ese número de Reynolds y

con la relación

se busca en la figura 1 (Diagrama de Hick) para

usar la relación del número de bombeo (NQ) para calcular N (RPM). (El

número de bombeo es la cantidad de material dispersado por la rotación

del impulsor y relaciona el flujo de bombeo del impulsor, Q, con la

velocidad y tamaño del impulsor). NQ=0.68

Fig. 1

Primer calculo:

Con NQ se calcula el N:

( )

Se recalcula el número de Reynolds:

( ) ( )

Con este Reynolds

buscamos en la figura 1 con la relación de 0.4.

El NQ no varia, permanece constante, así que el valor de 28.82 RPM para N

(Velocidad angular) es correcto. Se calcula la potencia requerida:

( [ ]

[ ])

[ ] [ ]

[ ]

( )

( ) ( )

Se necesita un agitador de 1.32 hp, que gire a 28.82 RPM para lograr una

velocidad del fluido de 1.22 ft/min y una relación Da/Dr de 0,4.

DISEÑO DEL SEPARADOR

Este será un separador vertical:

De acuerdo con el algoritmo consultado:

1. Se define la fase dispersa y fase continua, donde:

- Fase continua: mayor volumen

- Fase dispersa: menor volumen

Componentes Densidad (Kg/m3)

Flujo másico (Kg/h)

Fracción molar

SAM 1769 63365 0,3699

H2O 995,68 107947 0,6301

Total 1281,73107 171312 1,0000

Propiedades de la fase Acuosa

Componentes Densidad (Kg/m3)

Flujo másico (Kg/h)

Fracción molar

MEK 805 14319,5 0,093817

MEKO 924 41767 0,26441

H2O 995,68 101376 0,64177

Total 958,835079 157962,5 1,000

Propiedades de la fase Orgánica

Volumen de fase acuosa: suponiendo una capacidad del separador, para

una alimentación de flujo constante durante una hora.

( ⁄

⁄)

Volumen de fase orgánica: suponiendo una capacidad del separador,

para una alimentación de flujo constante durante una hora.

( ⁄

⁄)

-

-

2. Especificar tamaño de las gotas

Estimación de velocidad de sedimentación

( ) ( )

( )

( )

( )

( )

( )

Según la bibliografía citada, el diámetro de gotas recomendado es 150 µm

( ) ( )( )

( )

3. Estimación del área interfacial

( )

(

)

( )

(

) (

)

4. Estimación del diámetro del separador

√

√ ( )

5. longitud del tanque

( )

6. Ancho de la banda de la zona dispersa: equivale al 10% de la longitud

del tanque

( )( )

7. Tiempo de residencia

8. Entrada y salidas de fluidos del separador

( )( )

( )( )

Diseño De La Columna De Destilación 1

Compuestos Caudal (Kg/h) Fracción (P/P)

MEK 14820 0.09286

MEKO 43386 0.2719

AGUA 101376 0.6353

Tabla 1 Corrientes de alimentación

P 1 atm 760 mmHg

T 90°C 363.15 K

Tabla 2 Condiciones de operación de la alimentación

( )

Suposiciones:

Alimentación: líquido saturado.

No se alimenta vapor.

Componente A en el destilado: 0.95 ( )

Componente C en el fondo: 0.98 ( )

Relación de escalado

⁄

⁄

⁄

⁄

Calculo de las presiones de vapor:

Por Antoine: (

)

A, B, C: Constantes de Antoine tabuladas para cada sustancia.

Constante MEK (A) AGUA (B) MEKO (C)

A 7.06356 7.96681 6.67272

B 1261.339 1668.21 1168.408

C 221.969 228 191.944

Tabla 3 Constantes de la ecuación de Antoine

(

) MEK

(

) AGUA

(

) MEKO

Componente clave: Agua

Componente ligero: MEK (Sale por el tope)

Componente pesado: MEKO (Sale por el fondo)

Usando la Ecuación de Fenske para calcular el número mínimo de etapas

de equilibrio:

[

]

[

( )( ]

( )

Para calcular la fracción de agua en el destilado usamos la ecuación de

Fenske en función del MEKO y el agua, y despejamos:

[

( ) ( )

]

Haciendo un balance de masa para obtener el destilado tenemos:

( )( )

( )( )

( )( )

( )( ) ( )( ) ( )( )

( )( ) ( )( ) ( )(

)

(

)

Por balance global:

Para calcular la relación (

)

usamos la ecuación de Underwood en

función de flujos molares:

(

)

(

)

(

)

(

)

Usando la correlación de Gilliland para el número de etapas reales:

Rangos de abscisa para Gilliland

[ ]

Tabla 4 Parámetros de La correlación de Gilliland

( ) (

)

( )

( )

[ ]

([ ]

)

([ ]

)

Flujo de vapor:

[(

)] [( )]

( )(

)

(

)( )

( )(

)

(

)( )

( )(

)

(

)( )

De la ecuación (8-219) del volumen 2 del Ludwig

[ ( )]

Donde W= El flujo másico máximo que se puede a través de la columna

C= Factor de la figura 8.82 de Ludwig vol 2

= Densidad del liquido (lbs/ft3)

= Densidad del vapor (lbs/ft3)

Para hallar C, se necesita hallar la tensión superficial debido a que se

grafica en función de esta, la tensión superficial de la mezcla se halla por

Hysys.

Tensión superficial =

Graficando da un factor de 690

Se remplaza en la ecuación:

[ ( )]

[

(

)]

Se halla el diámetro de la columna

[

(

)]

La altura de la torre es igual a:

Consideraciones Para Selección Del Tipo De Plato Y Bajante.

Los tipos de platos industriales y más viables a nivel comercial, utilizados

para el proceso de separación en torres de destilación son los platos

perforados, los de válvula, y los de barboteo; económicamente los platos de

válvula son 20% más costosos que los perforados y a su vez cuatro veces

más baratos que uno de barboteo.

En las columnas comerciales el diseño más frecuente es el bajante vertical

segmentado puesto que son poco costoso en su construcción, fácil de

instalar y se puede diseñar para una gran variedad de flujo de líquidos,

como no se dificulta la separación líquido vapor no se empleara los diseños

segmentados con pendiente. Por las anteriores razones seleccionaremos

platos perforados y bajante vertical.

Distribución Y Consideraciones Hidráulicas Para Platos Perforados.

El área activa de los agujeros se considera entre dos y tres pulgadas de

distancia de los agujeres de la periferia, entonces, el área hasta la

envolvente de la columna es activa. La fracción de la columna ocupada por

los agujeros depende del tamaño del agujero, su paso, la distancia entre

agujero, los espacios libres, y el tamaño de los bajantes.

Diagramas Utilizados

Diagrama plato Perforado:

Diagrama De Bajante Vertical:

Esquema Generalizado Del plato:

Arreglo Utilizado: El arreglo utilizado para el

diseño de los dos platos fue el arreglo

triangular.

Esquema Detallado del plato:

T: diámetro del plato.

W: longuitud del derramadero.

Weff: longitud efectiva del derramadero

Diseño De Plato T101

1. Especificaciones de condiciones de operación del plato:

a. Flujo Del Vapor:

b. Flujo Del Líquido:

( )

c. Composición del vapor: 0.24

d. Composición del liquido: 0.76

e. Temperatura: 90°C

f. Presión: 1 atm

2. Especificación de tamaño y distribución del equipo:

a. Tamaño: según la literatura del libro métodos y algoritmos de

diseño en ingeniería química el tamaño de los orificios oscila

entre 3 y 12 mm pero recomienda un rango entre 4,5 y 6 mm,

razón por la cual do será de 5mm.

b. Distribución: será triangular con separación entre centros de

4do (la literatura recomienda entre 2.5 do y 5 do.), entonces:

3. Porcentaje de inundación: la literatura recomienda que para líquidos

que no forman espumas sea de 80 a 85 %, entonces tomaremos 80%.

4. Espaciamiento: de la tabla 6.1 del Treybal y con el diámetro que

tenemos, el espaciamiento adecuado es: 0,m.

5. Calculo de la relación

:

(

)

(

)

6. constante de inundación: fue obtenido de la de la figura 8.82 de

Ludwig vol. 2 para el diseño de la torre y este fue de 690.

7. Diámetro de la Torre: es de 2,8m que equivalen a 9,2 ft.

8. Longitud del derramadero:

Asumiendo un Fw=0,7 y el diámetro de 2,8m, tenemos:

( )

9. Área seccional de la torre:

( )

10. Área seccional del vertedero:

(

)

La relación (

), tomada de la tabla 6.1 del Treybal es de 0,0881; por lo

que el área seccional del vertedero será:

( )

( )

11. Área activa:

( )

12. Área neta:

13. Relación del flujo y el derramadero:

La relación si cumple la condiciones de que q/W ≤0,032.

14. Cresta del líquido sobre el derramadero:

Para relación W/Dt de 0.7, se puede utilizar Weff =W, ahora calculamos hl,

entonces: (

) ⁄

( ) ⁄

15. Altura del derramadero

(1)

(2)

Tomamos la ecuación número (1) para calcular la altura del derramadero

16. Caída de presión en seco:

[ (

)

(

) ]

[ (

)

(

) ]

[ (

)

(

)

]( )

(

)

(

)

( )

17. Caída de presión generada por el liquido sobre el plato:

( )( )

18. Caída de presión residual

( )

( )

19. Perdida de presión en la entrada del liquido:

(

)

(

)

20. Retroceso del líquido en el vertedero:

21. Nivel del líquido en el vertedero

22. Velocidad mínima a través de los orificios

(

)

(

)

(

√ )

(

)

[ (

)

(

)

(

√ )

(

)

]

[

(( ) ( )

( )( ) ( ) )

(

)

( ( )( )

√ ( ) )

(

( ))

] ( )( )

23. Numero de orificios en cada plato:

Se va a diseñar un plato perforado, con arreglo de forma triangular. Al circunscribir los orificios en

el triangulo, cada triangulo toma la mitad del diámetro de un orificio:

( )

⁄

( ) ( ) ( )( √ )

( ) ⁄ ( )

Diseño De La Columna De Destilación 2

Compuestos Caudal (Kg/h) Fracción (P/P)

MEKO (A) 42518 0.35683

AGUA (B) 77973 0.64317

Tabla 5 Corrientes de alimentación

P 1 atm 760 mmHg

T 110°C 363.15 K

Tabla 6 Condiciones de operación de la alimentación

( )( )

Suposiciones:

Componente A en el destilado: 0.95 ( )

Componente B en el fondo: 0.98 ( )

Relación de reflujo recomendada

[1]

Componente de A en el fondo: 0.05 ( )

Componente de B en el destilado: 0.02 ( )

Flujo del rehervidor recomendado: 17.685 [1]

⁄

⁄

⁄

⁄

Calculo de las presiones de vapor:

Por Antoine: (

)

A, B, C: Constantes de Antoine tabuladas para cada sustancia.

Constante AGUA (A) MEKO (B)

A 7.96681 6.67272

B 1668.21 1168.408

C 228 191.944

Tabla 7 Constantes de la ecuación de Antoine

(

) AGUA

(

) MEKO

Componente ligero: AGUA (Sale por el tope)

Componente pesado: MEKO (Sale por el fondo)

Balance de masa del compuesto ligero: AGUA

Combinando:

(

)

(

)

(

)

McCabe-Thiele (Línea de equilibrio)

( )

X 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

y 1 0.94 0.87 0.79 0.72 0.63 0.53 0.42 0.29 0.16 0.0

Tabla 8 Datos de equilibrio

Zona de rectificación

Línea de operación de la zona de rectificación:

Como R=L/D reorganizando:

Remplazando:

X 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

y 1 0.99 0.91 0.83 0.75 0.67 0.59 0.51 0.43 0.27 0.19

Tabla 9 Datos de rectificación

Zona de despojo

Línea de operación en la zona de despojo en función del flujo de vapor del

rehervidor:

Remplazando:

X 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

y 1 0.99 0.91 0.83 0.75 0.67 0.59 0.51 0.43 0.27 0.19

Tabla 10 Datos de despojo

Se grafican las líneas de operación de la zona de rectificación y de la zona

de despojo, la composición del componente ligero en el destilado, en el

fondo y la composición de la alimentación.

Se trazan el número de pasos:

Número de etapas: 14.

Flujo de vapor:

[(

)]

( )(

)

(

)( )

( )(

)

(

)( )

De la ecuación (8-219) del volumen 2 del Ludwig

[ ( )]

Donde W= El flujo másico máximo que se puede a través de la columna

C= Factor de la figura 8.82 de Ludwig vol 2

= Densidad del liquido (lbs/ft3)

= Densidad del vapor (lbs/ft3)

Para hallar C, se necesita hallar la tensión superficial debido a que se

grafica en función de esta, la tensión superficial de la mezcla se halla por

Hysys.

Tensión superficial =

. Graficando da un factor de 660

Se remplaza en la ecuación:

[ ( )]

[

(

)]

Se halla el diámetro de la columna

[

(

)]

La altura de la torre es igual a:

Diseño De Plato T102

1. Especificaciones de condiciones de operación del plato:

a. Flujo Del Vapor:

b. Flujo Del Líquido:

c. Temperatura: 110°C

d. Presión: 1 atm

e. Especificación de tamaño y distribución del equipo:

2. Tamaño: según la literatura del libro métodos y algoritmos de

diseño en ingeniería química el tamaño de los orificios oscila

entre 3 y 12 mm pero recomienda un rango entre 4,5 y 6 mm,

razón por la cual do será de 5mm.

3. Distribución: será triangular con separación entre centros de

4do (la literatura recomienda entre 2.5 do y 5 do.), entonces:

a. Porcentaje de inundación: la literatura recomienda que

para líquidos que no forman espumas sea de 80 a 85 %,

entonces tomaremos 80%.

4. Espaciamiento: se tomo de la tabla 6.1 del Treybal y con el

diámetro.

5. Calculo de la relación

:

(

)

(

)

6. constante de inundación: fue obtenido de la de la figura 8.82 de

Ludwig vol. 2 para el diseño de la torre y este fue de 660.

7. Diámetro de la Torre: es de 3,6m que equivalen a 11,81 ft.

8. Longitud del derramadero:

Asumiendo un Fw=0,7 y el diámetro de 3,6m, tenemos:

( )

9. Área seccional de la torre:

( )

10. Área seccional del vertedero:

(

)

La relación (

), tomada de la tabla 6.1 del Treybal es de 0,0881; por

lo que el área seccional del vertedero será:

( )

( )

11. Área activa:

( )

12. Área neta:

13. Relación del flujo y el derramadero:

La relación si cumple la condiciones de que q/W ≤0,032.

14. Cresta del líquido sobre el derramadero:

Para relación W/Dt de 0.7, se puede utilizar Weff =W, ahora

calculamos hl, entonces:

(

) ⁄

( ) ⁄

15. Altura del derramadero

(1)

(2)

Tomamos la ecuación número (1) para calcular la altura del derramadero

16. Caída de presión en seco:

[ (

)

(

) ]

[ (

)

(

)

]

[ (

)

(

)

] ( )

(

)

(

)

( )

17. Caída de presión generada por el liquido sobre el plato:

( )( ) ( )

Caída de presión residual

( )

( )

18. Perdida de presión en la entrada del liquido:

(

)

(

)

19. Retroceso del líquido en el vertedero:

20. Nivel del líquido en el vertedero

21. Velocidad mínima a través de los orificios

(

)

(

)

(

√ )

(

)

[ (

)

(

)

(

√ )

(

)

]

[ (( ) ( )

( )( ) ( ) )

(

)

( ( )( )

√ ( ) )

(

( ))

] ( )( )

22. Numero de orificios en cada plato:

Se va a diseñar un plato perforado, con arreglo de forma triangular. Al

circunscribir los orificios en el triangulo, cada triangulo toma la mitad del

diámetro de un orificio:

( )

⁄

( ) ( ) ( )( √ )

( ) ⁄ ( )

DATASHEET CONDENSADOR T-100

SERVICIO: condensador de T-100


Equipo: Planta: 1

Número de unidades operando: 1



Fluido MEKO+MEK+H2O Agua

Flujo (lb/h) 84545,1 903320,74



Presión de Operación (psi) 14.7 19.1

Densidad (lb/ft3) 72.125 60.46

Calor especifico (Btu/lb°F) 0.27752 1

Calor latente (Btu/lb) 288.48 ___

Cond. Termica (Btu/h ft °F) 0.169 0.3372

Viscosidad (cP) 0.4689 1



Calor Transferido (Btu/h): 2438966

MLTD: 75.69 °F UD: 67.79 UC: 95.901 rd: 0.0043236

Construcción


Material tubos: Acero comercial N° aprox.: 94 O.D: 3/4 BWG:16 Longitud:80ft



Observaciones:

DATASHEET CONDENSADOR T-101

SERVICIO: condensador de T-101


Equipo: Planta: 1




Fluido MEKO+H2O Agua

Flujo (lb/h) 165178.857 593014.16




Densidad (lb/ft3) 58.185 60.46

Calor especifico (Btu/lb°F) 1.0023 1

Calor latente (Btu/lb) 969,34 ___

Cond. Termica (Btu/h ft °F) 0.3933 0.3372





MLTD: 120.99 °F UD: 40.01 UC: 48.52 rd: 0.00438433

Construcción


Material tubos: Acero comercial N° aprox.: 124 O.D: 1 BWG: 8 Long: 32ft

Material coraza: Acero Diámetro: 13 1/4 in


Observaciones:

DATASHEET REHERVIDOR T-100

SERVICIO: rehervidor de T-100


Equipo: Planta: 1




Fluido MEKO+MEK+H2O Agua

Flujo (lb/h) 267268.15 155101.39




Densidad (lb/ft3) 61.826 62.297


Calor latente (Btu/lb) 694.72 1197.13






MLTD: 39.5 °F Área del rehervidor: 588.01 ft2

Construcción


Material tubos: Acero comercial N° aprox.: 94 O.D: ¾ BWG:16 Longitud: 32ft



Observaciones:

DATASHEET REHERVIDOR T-101

SERVICIO: rehervidor de T-101


Equipo: Planta: 1




Fluido MEKO+H2O Agua

Flujo (lb/h) 99354.78 15531.92




Densidad (lb/ft3) 69.039 62.297


Calor latente (Btu/lb) 185.78 1188.4






MLTD: 39.5 °F Área del rehervidor: 194.81 ft2

Construcción


Material tubos: Acero comercial N° aprox.: 32 O.D: 3/4 BWG:16 Longitud: 32ft



Observaciones:

DISEÑO DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

TANQUE MEK V-101

Especificamos datos iniciales

Densidad = ; Flujo másico = ; Factor de seguridad = 1.2

( )

El volumen que se manejara en el tanque será de V1.5

( )( ) Calculamos el diámetro del tanque teniendo que:

( )

Despejando el diámetro del tanque:

√

√ ( )

En el diseño de tanque se toma normalmente el criterio de altura recomendada de 0.5D

( ) (

)

Se halla la presión máxima de operación:

(

) (

)( )

El área que ocupa el tanque es:

Se procede ha calcular del espesor de la lámina por el método de un pie,

dado por las siguientes ecuaciones:

( )

( )

Donde: Td= Espesores por condiciones de diseño (pulgadas)

Tt= Espesor por prueba hidrostática (pulgadas) D= Diámetro nominal del tanque (pies)

H= Altura de diseño de nivel de liquido (pies) G= Densidad relativa del liquido a almacenar

CA= Corrosión permisible (lb/pulg2) Sd= Esfuerzo permisible por condiciones de diseño (lb/pulg2) St = Esfuerzo permisible por condiciones de prueba hidrostática

(lb/pulg2)

El esfuerzo máximo permisible de diseño (Sd) y de prueba hidrostática (St) se muestra en la tabla 2.3 (Materiales mas comunes y esfuerzos

permisible) del Diseño y calculo de tanques de almacenamiento Inglesa.

Se escoge el acero A-131, grado A en donde y y la corrosión permisible del acero dada por la norma ASME es 0.063 in o 1.6 mm

(

) [(

) ]

( )( ) ( )

De acuerdo a la siguiente tabla cumple las especificaciones de la norma ASME

(

) [(

) ] ( )

( )( ) ( )

DATA SHEET V-101

SERVICIO: Almacenamiento de MEK

Liquido : MEK 100% Medidas

Temperatura de

almacenamiento

25 °C Diámetro del

tanque

19.742 m 64.769 ft

Densidad del

liquido almacenado

823.95

kg/m3

Radio del

tanque

9.871 m 32.3847 ft

Volumen del

tanque

12086.45 m3 Altura del

tanque

9.871 m 32.3847 ft

Área del tanque 6043.149 m2 Presión máxima de

operación

57838.35 Pa

Espesor de la lamina por

condiciones de

diseño

6.7818 mm Espesor por prueba

hidrostática

4.77 mm

Corrosión permisible

0.063 lb/pulg2

Esfuerzo permisible

2390 kg/cm2

Material del

cuerpo del tanque

Acero A-131 grado A

TANQUE SULFATO DE HIDROXILAMINA (ACUOSO) V-102


Densidad = ; flujo másico = ; Factor de seguridad = 1.2

( )



( )


√

√ ( )

En el diseño de tanque se toma normalmente el criterio de altura recomendada de (1/3)D:

(

) (

)


( )(

)( )



Se escoge el acero A-131, grado A en donde Sd=2390 kg/cm2 y St=1750

kg/cm2 y la corrosión permisible del acero dada por la norma ASME es

0.063 in o 1.6 mm

( )

(

) [(

) ]

( ) ( ) ( )

( )

(

) [(

) ] ( )

( ) ( ) ( )

DATA SHEET V-102

SERVICIO: Almacenamiento de HYAM (Acuoso)

Liquido : Hyam 70% Agua 30%

Medidas

Temperatura de

almacenamiento


tanque 113.118 ft

Densidad del liquido

almacenado

Radio del tanque

56.59 ft

Volumen del tanque

Altura del tanque

11.5 m 37.72 ft

Área del tanque Presión máxima de

operación

Pa


condiciones de diseño

Espesor por prueba

hidrostática


0.063 lb/pulg2

Esfuerzo permisible

2390 kg/cm2

Material del

cuerpo del tanque

Acero A-131 grado A

TANQUE HIDROXIDO DE AMONIO (ACUOSO) V-103


Densidad = ; flujo másico= ; Factor de seguridad = 1.2



( )


√

√ ( )

En el diseño de tanque se toma normalmente el criterio de altura

recomendada de 0.5D

(

) (

)


( )(

)( )




Se escoge el acero A-131, grado A en donde Sd=2390 kg/cm2 y St=1750

kg/cm2 y la corrosión permisible del acero dada por la norma ASME es

0.063 in o 1.6 mm

( )

(

) (( ) )

( ) ( ) ( )

( )

( ) ( ) ( )

(

) [(

) ] ( )

DATA SHEET V-103

SERVICIO: Almacenamiento de NAOH (Acuoso)

Liquido : NAOH 50% Agua 50%

Medidas

Temperatura de

almacenamiento


tanque 54.13 ft


almacenado

Radio del tanque

27.16 ft

Volumen del tanque

Altura del tanque

27.16 ft

Área del tanque Presión máxima de

operación



Espesor por prueba

hidrostática


0.063 lb/pulg2

Esfuerzo permisible

2390 kg/cm2

Material del

cuerpo del tanque

Acero A-131 grado A

TANQUE MEKO V-105

Especificamos datos iniciales:

Densidad =1105.9 kg/m3; flujo másico=33616 kg/h; Factor de seguridad = 1.2


( )( )

Calculamos el diámetro del tanque teniendo que:

( )


√

√

En el diseño de tanque se toma normalmente el criterio de altura recomendada de

0.5D

(

) (

)


(

) (

) ( )


Se procede ha calcular del espesor de la lámina por el método de un pie, dado por

las siguientes ecuaciones:

Se escoge el acero A-131, grado A en donde Sd=2390 kg/cm2 y St=1750 kg/cm2

y la corrosión permisible del acero dada por la norma ASME es 0.063 in o 1.6 mm

(

) [(

) ]

( ) ( ) ( )

(

) [(

) ] ( )

( ) ( ) ( )

DATASHEET V-104

SERVICIO: Almacenamiento de MEKO

Liquido : MEKO 100% Medidas

Temperatura de

almacenamiento


tanque 𝑚 56.39 ft


almacenado

𝑘𝑔 𝑚 Radio del tanque

𝑚 27.88 ft

Volumen del tanque

𝑚 Altura del tanque

𝑚 27.88 ft

Área del tanque 𝑚 Presión máxima de

operación

𝑃𝑎



𝑚𝑚 Espesor por prueba

hidrostática

𝑚𝑚


0.063 lb/pulg2

Esfuerzo permisible

2390 kg/cm2

Material del

cuerpo del tanque

Acero A-131 grado A

Documents

DISEÑO DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE MEKO