UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TABASCODIVISIÓN QUÍMICA

ING. QUÍMICA EN PROCESOS INDUSTRIALES

PROBLEMAS DE INTERCAMBIADORES DE TUBO Y CORAZA

DOCENTE: RENÉ MÉNDEZ VILLEGAS

INTEGRANTES:SANTA DEL CARMEN JIMÉNEZ ALEJANDRO

ERICK ALFREDO DÍAZ REYESJAILER JAVIER LÓPEZ REYES

JUANA PALMA MARTÍNEZDIEGO EDUARDO GUZMÁN ARÉVALO

Equipo #4

VILLAHERMOSA, TAB. 24 DE SEPTIEMBRE DE 2015

ASIGNATURA: OPERACIONES UNITARIAS AVANZADAS

EJERCICIO

Seleccionar el tipo de intercambiador de coraza y tubos de flujo combinado más adecuado para calentar 40000 Kg/h de un aceite mineral de capacidad calorífica 2 KJ/KgK desde 303 K hasta 343 K, con 20000 Kg/h de agua que tiene una Cp de 4.18 KJ/KgK; esta agua entra a 363 K y circula por la coraza.

CALCULAR

a) El valor de la calor transmitida (q). b) El valor de ε y de Z. c) Encontrar el valor adecuado de NTU

y discutir qué equipo será el mas adecuado.

El valor de la calor transmitida (q).

Se tiene que plantear un balance térmico para el fluido 2 frío (aceite mineral):

q=W2*Cp2 (T20 – T2i)

q=40000Kg/h * 2KJ/KgK (343°K – 303°K)

q=40000Kg/h * 2KJ/KgK (40°K)q=40000Kg/h * 80KJ Kg

3.2*10^6 KJ/h

El valor de ε y de Z.

Primero se tiene que encontrar el valor de C1 y de C2, para saber cual es el valor de Cmin y de Cmax.

C1= W1 * Cp1

C1=20000Kg/h *4.18KJ/KgKC1=83600 KJ/h*K (Cmax)

C2= W2 * Cp2

C2=4000Kg/h * 2KJ/KgKC2=8000 KJ/h*K (Cmin)

Ahora ya se puede calcular ε

ε= q Cmin (T1i-T10)

3.2*10^6 KJ/h80000 KJ/h*K(Cmin) (363°k – 303°K)

3.2*10^6 KJ/h80000 KJ/h*K(Cmin) (60°K)

3.2*10^6 KJ/h4,800,000 KJ/h

ε= 0.66

Calcular el valor de Z

Z=Cmin

Cmax

Z=80000 KJ/h*K (Cmin) 83600 KJ/h*K (Cmax)

Z=0.96

Con los valores de ε y de Z encontramos, se tiene que ir a los gráficos de ε –NTU,

para encontrar los valores de NTU:

Como más pequeño sea el valor de NTU, el área de intercambiador de calor será más pequeña. Por lo tanto, escogeríamos el valor medio, es decir, un equipo de coraza y tubos de 3-6 porque no representa mucha diferencia con los otros dos.

Gráficos del método E-NTU para diferentes equipos

a) Intercambiador 1-1 (contracorriente).b) Intercambiador 1-1 (paralelo).c) Intercambiador multitubular de flujo cruzado 1-1. Fluido externo mezclado.d) Intercambiador multitubular de flujo cruzado 1-1. Ambos fluidos sin

mezclar.

Gráficos del método E-NTU para diferentes equipos

e) Intercambiador multitubular 1-2, 1-4, 1-6,...

f) Intercambiador multitubular 2-4, 2-8, 2-12,...

g) Intercambiador multitubular 3-6, 3-12, 3-18,...

h) Intercambiador multitubular 4-8, 4-16, 4-24,...

EJERCICIO

Un intercambiador de calor de coraza y tubos de 1-4 tiene 1024 tubos de 3.7 m de longitud, se quieren calentar 400000 Kg/h de una fracción ligera de petróleo desde 293 K hasta 331 K, que circularan por el interior de los tubos. Como fluido calefactor se utilizará una fracción más pesada que entra en la coraza del intercambiador a 403 K.

Encontrar todos los valores de los siguientes apartados:

a) El calor transmitido (q).

b) Calcular ε 

c) La temperatura de salida de la fracción pesada (T10) y el caudal (W1).

El calor transmitido (q).

Se tienen que plantear los balances térmicos:-Fracción pesada de petróleo (fluido 1 caliente):

q=W1*Cp1 (T1i-T10)q=w1*2.10*(403-T10)

-Fracción ligera de petróleo (fluido 2 frío):q=W2-Cp2 (T20-T2i)

q=400000*1.99 (331-293)R=3.10*10^7 KJ/h

Calcular ε 

Primero se tiene que calcular ε suponiendo que Cmin=C2:

ε= q/ Cmax = q/Cmin (T1i – T2i)

ε= 3.10*10^7 KJ/h400000 Kg/h * 1.99(403°K – 293°K)

ε= 3.10*10^7 KJ/h400000 Kg/h * 1.99 (110°K)

ε= 3.10*10^7 KJ/h400000 Kg/h * 1.99 (110°K)

ε= 3.10*10^7 KJ/h400000 Kg/h * 218.9°K

ε= 3.10*10^7 KJ/h400000 Kg/h * 218.9°K

ε= 3.10*10^7 KJ/h87,560,000 Kg/h °k

ε= 3.10*10^7 KJ/h87,560,000 Kg/h °k

ε= 0.354

La temperatura de salida de la fracción pesada (T10) y el caudal (W1).

Sabiendo que Z= Cmin/Cmax=1Entonces, Cp1=Cp2

W1 * Cp1= W2 * Cp2

Se calcula W1:W1=W2 * Cp2 / Cp1= 400000 Kg/h * 1.99

/2.10 = 379047 Kg/h

A partir del balance térmico de la fracción pesada del petróleo, se puede calcular la

temperatura de salida:

NO ME DIO EL RESULTADO ME DA: 38.06

BIBLIOGRAFÍA

* BELL, KENNETH J. Thermal and hydraulic design of heat exchangers. Washington ; New York ; London : Hemisphere Publishing Corporation, cop. 1983.

* BENETT, C.O. Transferencia de cantidad de movimiento, calor y materia. Editorial Reverté, 1979.

* COSTA NOVELLA, E. Ingeniería química. Volum IV. Madrid : Alhambra, 1983.* McCABE, W.L., SMITH, J.C. i HARRIOT, P. Operaciones unitarias en ingeniería

química. Sisena edició. Mèxic: McGraw-Hill, 2002.* OCON, J. i TOJO, G. Problemas de ingeniería química. Volum I. Madrid: Aguilar

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McGraw-Hill, 2001.   * ACE PROCESS EQUIPMENT. [Consulta: Septiembre 2015]. Disponible en:

http://www.indiamart.com/aceeqpt/* CHANGJIANG DRYING EQUIPMENT. [Consulta: Septiembre 2015]. Disponible

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