UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA 'c B z148.206.53.84/tesiuami/uam7622.pdf · Butadieno (NBR)....

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA

'c B z

/DISER0 DE UNA PLANTA INDUSTRIAL PARA LA PRODUCCION DE POLIBUTADIENO

ESTRAOA VILLAGRAN9ALMA \ DELIA

FITTA GUTIERREZ IGNACIO

MARTINEZ VERA ARACELI

lb ASESOR: RICHARD Sa RUlZ MARTINEZ

R ESP ON SAB L E: U R I E L AR E CH I G A VI RAM ON T ES

1 1993

- --XI_- ---

I I

brindado su apoyo ineondieieana

1 r

porque siempre Ifnos han

1 1 - 1

AGRADECIMIENTOS.

En primer lugar, quisieramos agradecer al Dr. Richard Ruíz, su apoyo, su entusiasmo y su paciencia.

Al ing. Uriel Aréchiga, sus conocimientos y experiencia.

Quisieramos agradecer también, al M.C. Ricardo Blanco por las ideas para el diseño de la planta.

I ND I C E

1. Resumen y conclusiones

2. El producto y sus característ*icas

3. El estudio de mercado

4. L o s trabajos de investigación

5. Resultados del diseño

6. Personal Necesario

7. Inversión Total

8. Bibliografía

Apéndice A. Cálculo para el diseño de torres de destilación

Apéndice B. Cálculos para el diseño de reactores

Apéndice C. Cálculos para el diseño de los coaguladores

Apéndice D . Cálculos para el diseño del secador

Apéndice E . Trabajos Experimentales

Apéndice F. Cálculo de tuberías

1

3

7

15

20

47

49

51

--

7 - R E S U M E N Y CONCLUSIONES

1 , RESUMEN Y CONCLUSIONES,

El mayor uso de polibutadieno (BR) se da en productos llanteros

y automotriz, y productos no llanteros. Dentro del sector llantero y

automotriz, es utilizado para la manufactura de llantas, cámaras,

moldes y partes automotrices etc. Para el sector no llantero se usa

en la manufactura de tubos, gomas, adhesivos, calzado, elásticos,

revestimiento, alambre y cable etc.

El volumen de producción de BR en México hasta 1991 fue de

24,253 toneladas que equivale a ganancias de N$124 millones de nuevos

pesos.

En lo qué respecta a el proceso, este está constituido por cuatro

secciones básicas, las materias primas que se utilizan son:

butadieno, tolueno como solvente, un catalizador de tipo catiónico y

el agente antioxidante.

Las reacciones importantes en este proceso es la polimerización

por adición catiónica con catalizadores de Friedel-Crafts. Este tipo

de polimerización para los dienos produce sólo oligómeros (que son

cadenas poliméricas cortas). Posteriormente se agrega otro

catalizador que produce el salto en el peso molecular. Se utiliza un

solvente como medio para la polimerización y como colchón térmico. c Se supone una capacidad de planta de 55 toneladas diarias de hule.

El monto de inversión es de N$ 180,012,243.9 anuales.

La inversión fija es de N$ 160,000,000 anuales.

E l capital de trabajo es de N$ 12 ,243 ,885 anuales.

Se requerirán 91 trabajadores incluyendo obreros, técnicos y

empleados.

El costo de producción es de N$ 4 3 , 0 9 9 , 4 0 0 anuales.

La estimación de las ganancias por año son de N$ 120,000,000.

2

2 - EL PRODUCTO Y SUS

CARACTERISTICAS

2 - EL PRODUCTO Y SUS

CARACTERISTICÁS,

Propiedades físicas y químicas.

Polibutadieno ( B R ) .

Peso molecular osmótico de 220,000 aproximadamente.

Fuerza f lexional, lo3 lb/in* Coeficiente de flexión lo6 lb/in2 Fuerza de compresión lo3 lb/in2 Coeficiente de compresión lo5 lb/in2

Resistencia a la tensión lo3 lb/in2 Coeficiente de tensión lo5 lb/in2 Dureza del material

Fuerza de impacto ft lb/in

Desviación de calor 264 lb/in2

Flamabilidad, ASTM O635

Gravedad específica

Encogimiento del moldeo, purificado a 350 O F , in/in

Conductividad térmica cal/s cm2 (*C/cm)

Expansión térmica in/in/'C

Fuerza dieléctrica V/mil

Constante dieléctrica 50 a lo5 Hz

Factor de disipación :

100 Hz

1000 Hz

11-14

1.3-1.4

25

5

7 . 5

7.

E70-E95

O. 25-0.5

> 500 No se quema

2.05

0.015

5.2

4

500-1,OOOt

3.7

O. 007

O. 004

3

10000 Hz

100000 Hz

Resi st iv i dad vol umétr ica 10 ohms-cm

Area de resistencia, s

0.003

0.002

1.7-7.1

252

Procesos de obtención.

La polimerización de butadieno es un ejemplo de polimerización

conocida como adición, en la cual se repiten estructuras unitarias de

peso molecular como el monómero. Debido a que el monómero tiene dos

dobles enlaces, la polimerización puede proceder para formar una

variedad de estructuras poliméricas; la estructura vinílica o tipo

1,2 y la tipo 1,4. En la estructura tipo 1,4 la polimerización ocurre

por la participación de los dos dobles enlaces para constituir una

adición 1,4.

Dentro de la estructura polimérica 1,4 se conoce la cis 1-4 y la

trans 1-4.

N CH 1 2-

n CH2=CH-CH=CH2 > -CH2 \ CH=CH

Cis-1,4 polibutadieno

4

n CH2=CH-CH=CH2 > - CH2 \ CH=CH

n \ CH2-

Trans-1,4 polibutadieno

El producto para el que realiza este reporte es el cis 1-4 que

esta constituido por una pequeña cantidad de trans 1-4 en 4% y cis 1-

4 en 96%.

Existen dos métodos o reacciones de polimerización. Uno es la

polimeriración en solución homogénea en donde se coloca unaexceso de

monómero utilizando la función del solvente. El segundo método es el

de emulsión en agua.

Prácticamente todas las polimerizaciones ocurren con tasas

apreciables que son iniciadas o catalizadas. Los mecanismos de

reacción son referidos a mecanismos aniónicos, catiónicos, de

radicales libres y de compuestos de coordinación, dependiendo de la

propagación de cadena polimérica ya sea aniónica, catióni-ca, radical

libre o complejo coordinado.

r En la polimerización por emulsión se utiliza emulsificantes

suifonados, iniciadores de polimerización por radical libre solubles

5

en agua, tales como peróxido de hidrogeno y persulfato de potasio. El

grado máximo de polimerización es mucho menok que en un proceso en

solución homogénea siendo por consiguiente menor la cantidad de

polímero formado. La ventaja de los sistemas de emulsión es la alta

tasa de transferencia de calor de polimerización a través de la fase

acuosa.

La polimerización iónica que procede por mecanismos iónicos

puede ocurrir en medio homogéneo o heterogéneo. Esto se da bajo

condiciones donde las cadenas son claramente un anión o un catión o

donde la naturaleza de los iones es aún dudosa. El procedimiento

experimental para polimerización iónica comienza con monómero o

solvente purificados y secos, estos son mezclados con el catalizador

o iniciador bajo estricta exclusión de aire y agua, y trazas de

impurezas, ya que una mínima cantidad de esto puede ser importante

para la disminución de la actividad catalítica y la estructura del

PO 1 ímero.

El sistema utilizado para este proyecto es un sistema de

polimerización iónica utilizando catalizador catiónico, debido a las

ventajgs con respecto al proceso en emulsión, tasa de conversión

menor, utilización de agentes emulsificantes, etc. que hacen que se

incremente el costo de producción.

Diagrama de flujo. f ig-l.

6

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1 . I aJ

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O -F u 3 B 3

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C a, > + - O

Q V?

3 - EL ESTUDIO DE MERCADO

3 - EL ESTUDIO DE MERCADO.

Antecedentes y proyecciones.

Los hules tanto sintéticos como naturales, al igual que los

hules químicos, son productos cuya importancia para el desarrollo del

país es grande, debido a que son materias primas de artículos como

llantas, cámaras, etc., los cuales son indispensables dentro del

proceso económico, productivo y social del país, ya que son de uso

común y generalizado.

La industria hulera engloba dos grandes grupos: el sector

productor de elastómeros y el sector manufacturero de hules.

Se entiende por industria de elastómeros el conjunto de empresas

y/o actividades que transforman productos petroquímicos y vegetales

en hule y 18tex, a partir de los productos petroquímicos, se elabora

una amplia gama de hules sintéticos, entre los que destacan el

polibutadieno-estireno (SBR) , el polibutadieno ( BR ) , el cloropropeno

y( el butilo.

El sector manufacturero comprende a todas las empresas dedicadas

a la fabricación de productos terminados de hule entre los que

destaca en un primer plano, la industria llantera y en un menor

grado, las industrias del calzado y partes industriales y automotriz.

7

En cuanto al polímero BR de elaboración mexicana se da a

continuación datos que- reflejan el estado actual y anterior del

mercado nacional e internacional .

Tone 1 adas 1986 1987 1988 1989 1990 1991

Producción 38,843 38,006 30,327 30,624 32,957 24,253

Importación 2,196 4,989 7,063 7,211 10,026 14,109

Exportación 18,430 17,800 11,436 11,523 11,348 9,342

C . Aparente 22,609 25,195 25,954 26,312 31,635 29,020

Cap. Instal. 44,000 44,000 44,000 44,000 44,000 44,000

Como se observa, la producción de BR en México, dfsminuye a

partir de 1986, dando un incremento pequeño en 1988 y 1989 cayendo la

producción en 1991.

En cuanto al consumo este tiene una tendencia creciente hasta

1990 en donde disminuye, siendo mayor el consumo que la producción

para 1991, teniendo que importar dicho material.

La balanza comercial en 1991 es :

PRODUCC I ON 24,253 TON.

IMPORTACION 14,109 TON.

EXPORTACION 9,342 TON

8

Uno de los objetivos al diseñar esta la planta de BR es el

producir un BR de buena calidad a fin de desplazar el hule de

procedencia internacional. Para esto se presenta a continuación una

proyección de mercado en base a la importación de BR. Gráfica-1,

Como se menciono anteriormente se propone producir BR a fin de

que se cubra con el mercado de importación del hule. Aplicando una

regresión a la gráfica anterior, para 1995 se importarán

aproximadamente 18,500 toneladas, siendo, la capacidad de la planta

de 20,000 toneladas con el fin de cubrir la importación.

Usos y Usuarios.

Dentro del sector manufacturero de hules sintéticos, esta el

sector de llantas y productos automotriz, y el sector manufacturero

no 1 lantero.

A continuación se da una lista de los principales usuarios de a

nivel nacional:

Sector llantero y automotriz.

- Cia. Hulera Goodyear Oxo S . A . de C . V .

- Cia. Hulera Tornell. - General Tire de México.

- Pirelli S . A

- Hulera Americana S . A .

r

- Firestone S.A.

- Bridgestone S.A. - Uniroyal S . A .

Bandas y Mangueras.

- Belta.

- Consorcio TYTSA.

- Bandas CBM.

- Selloplasticos ind

- Jorma.

S.A. de C

Empaques.

- Empaques de hule Anahuac. - industrias Hevia.

- SlHSA S . A .

- Plasticos y elastómeros S . A .

- Mastre S.A. - Manufacturera e inversionista. - CYMSA

c

industria del Calzado.

- Compañía Hulera Excelsior S.A. de C.V.

- Hulera industrial Leonesa S.A. de C.V.

- industrias Chamín de Orizaba.

- Profíl internacional

- Suelas Pirnpi.

- Viniul División Suelas.

Artículos de Hule.

- Aislamientos y Acoginarnientos S.A. - Artículos y Maquilas Carval S.A.

- Artefactos Técnicos S.A - Cia. Hulera Aguilar S.A. - Cia. Hulera Euzkadi S.A.

- Cia. Hulera Hércules S.A.

- Cia. Hulera La Corona S.A. - Cia. Hulera Neosuela S.A. - Elasto productos S.A. de C.V.

- Elastómeros de calidad. - Cia. Hulera Vulcano S.A de C.V.

- Moldeados y perfiles de hule S.A. de C.V

- Productos de hule industrial. - Hules Mexicanos S.A. - Crumex S.A. de C.V.

- Hulerama.

- Galgo.

11 --- . . . _ _ I _ . - . . ~ .

- Ind. Hulera Industrial.

Sustitutos y sucedáneos.

Existen variedad de hules sintéticos en los que cierta parte en

composición esta formada por butadieno, Copolímero Estireno-Butadieno

(SBR), Eiastómero Butadieno-Acrilonitrilo (Gomas de nitrilo),

Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno (ABS), Copolímero Acrilonitrilo-

Butadieno (NBR). Estos elastómeros tienen ciertas características que

dependen de la cantidad de butadieno polimerizado, la flexibilidad,

resistencia térmica y mecánica, alto impacto, etc. El polímero de

butadieno es indispensable para la fabricación de productos de hule

con diferente composición y características.

El BR es el sustituto de hule natural pero debido a la escasa

producción de este surgieron los hules sintéticos, por esto y 10

anteriormente señalado, el BR es un producto que no puede sustituirse

fácilmente.

Capacidad de la planta y ubicación.

Como se menciono anteriormente uno de los objetivos al diseñar

esta planta es cubrir las importaciones de BR a partir de 1995, ya

que como se vio en la parte de antecedentes la producción nacional

tiende a bajar mientras que el consumo tiene un comportamiento

creciente provocando la importación. La capacidad de la planta a

partir de 1995 sera el estimado por la proyección, es decir de 20,000

ton anuales, teniendo la facilidad de incrementar la producción de

acuerdo a la proyección dada.

Debido a que la materia prima, butadieno es de procedencia

extranjera es importante tener en cuenta el costo de traslado de

butadieno de América del Norte y Europa principalmente,asf que es

necesario tener la ubicación de la planta en la parte del Golfo de

México. Tampico, Tamaulipas es una opción ya que cuenta con gran

infraestructura, es decir, transporte terrestre, marítimo,

ferroviario, aéreo, etc. y todo lo que constituye una ciudad moderna,

servicios eléctricos, agua, etc. servicios médicos, bancarios,

telefónicos, etc. Una segunda opción es el puerto de Coatzacoalcos

Ver. pensando en que la producción de butadieno de Pémex en esa zona

pueda entrar como materia prima en nuestro proceso.

13

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z g O V U

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4 , LOS TRABAJOS DE INVESTIGACION

4 , TRABAJOS DE INVESTIGACION

OBJET I VOS

Los trabajos de investigación que se realizaron pueden dividirse en

los de investigación bibliográfica y los de investigación

experimental . La investigación bibliográfica tuvo como objetivo principal

encontrar un método de síntesis para el polímero.

Los trabajos de investigación experimental tuvieron como objetivo

conocer los efectos de la temperatura en el polibutadieno; encontrar

la temperatura óptima de secado; desarrollar una técnica que nos

permitiera estimar la cantidad de gel que presentaba el hule; conocer

cómo se encontraba ligada la humedad en el mismo; así como obtener

los datos que se requerían para el diseño del secador, esto es,

difusividades, curva de secado, etc.

RESULTADOS

Con respecto a la síntesis

patente de la Japan Synthet

de forma un poco detallada

del cis-polibutadieno, se encontró una

c Rubber Co. Ltd., de 1967, que describe

a obtención del hule y la caracterfstica

principal de estas investigaciones es que se obtiene un sistema de

reacción de baja viscosidad. ? Esto se logra utilizando un sistema catalítico de Friedel-Crafts

que mantiene la viscosidad baja hasta que se agrega un catalizador

que provoca un salto en el peso molecular.

El proceso consiste en disolver el butadieno en un solvente

orgánico y transformar en cis-polibutadieno con un sistema catalítico

que se prepara de a) un complejo orgánico de níquel, b) por lo meno

un compuesto selecciono de los haluros y oxihaluros de metales de los

grupos IVA y VA de la tabla periódica, haluros de boro, y los

compuestos complejos de estos, c) por lo menos un compuesto

seleccionado de los compuestos organometálicos de elementos de los

grupos I , I I y I l l de l a tabla periódica, hasta que la

polimerización ha alcanzado la conversión predeterminada, después,

por lo menos un compuesto d) que no contenga halógeno y sea elegido

de los compuestos organometálicos de los elementos de los grupos I ,

1 1 y I l l de la tabla periódica. Se mencionan a modo general los tipos

de compuestos que pueden ser catalizadores y se muestran ejemplos de

los sistemas catalíticos posibles. Como es de esperarse los

resultados de dichos ejemplos tienen muchos problemas, sin embargo,

dado que se carecía de otros datos que fuesen exactos, se eligió uno

de estos sistemas catalíticos comc base para el diseño. Se trata de

el ejemplo 40 de esta patente.

Se eligió este ejemplo como base para el diseño ya que posee una

conversión alta (de 96.6%) y como a la vez tiene una viscosidad de

Mooney alta, se puede trabajar el diseño eligiéndolo como un máximo

para el cis-polibutadieno; por otra parte, presenta una cantidad de

gel considerable ( I O % ) , lo que ob1 iga a considerar un método o una

sustancia tal como un antioxidante que evite la formación de dicho

gel en la etapa de polimerización.

Para conocer los efectos de l a temperatura en el cis-polibutadieno

se realizaron pruebas de secado en una estufa a 120'C a diferentes

tiempos, encontrándose que para un tiempo de 90 minutos de secado la

cantidad de gel que se formaba no excedía del 196, que es la norma

requerida.

Las pruebas de sensibilidad de gel se realizaron de acuerdo a D.E .

James, aunque se realizaron algunas modificaciones a esta técnica.

Los experimentos consistían en disolver muestras de hule que fueran

representativas ( 5 , 10, 15 9 ) en tolueno; siendo las de 59

seleccionadas para las pruebas ya que presentaban repetibilidad y se

emplea poco hule. Se procuraba no agitar en demasía para no romper

las partículas de gel, se filtraban en malla metálica, se pesaba el

gel y se calculaba el porcentaje del mismo en la muestra.

El comprender como está :igada la humedad conforme el hule se seca

tiene mucha importancia ya que nos puede decir si es posible secar

más y que mecanismo controla el secado en un momento dado. Para hacer

estas estimaciones se midió la actividad del agua en el hule que se

secaba en el lecho fluidizado. La actividad está relacionada con la

razón que hay entre la presión parcial de un componente en la mezcla

con respecto a la presión de vapor que tuviese el compuesto puro, por

lo cual si la actividad es igual a uno nos dice que el compuesto se

encuentra "libre" en la mezcla. Se encontró que la actividad sigue un

comportamiento lineal con respecto a la humedad, y al disminuir esta,

disminuye también la actividad. De la gráfica de actividades se puede

observar que al principio de el secado la humedad no esta

fuertemente ligada y que es hasta después de la humedad crítica

,

P cuando empieza a decrecer. Lo que nos indica que el periodo se secado

decreciente está controlado por. la difusión. La extrapolación nos

16

muestra que la humedad en el hule no está fuertemente ligada, ya que

siempre e< superior a 0.6.

Para el diseño del secador s e hicieron pruebas de secado en el

lecho fluidizado a 7 0 ° C y 105°C; a la primera temperatura el secado

es muy lento, en comparación a 105'C el hule se seca con rapidez y al

realizar las pruebas de gel nunca se alcanza el máximo fijado por la

norma.

Debido a las dificultades experimentales (revisar apéndi.ce

respectivo) las partículas que se utilizaron en el secado eran muy

grandes y por lo tanto el tiempo de secado se prolongaba. Para

alcanzar un tiempo de residencia menor en el secador se calculó la

difusividad para partículas más pequeñas y se calculó el tiempo de

residencia.

Para más detalles ver el apéndice de trabajo experimental.

BASES P A R A EL D I S E m O

REACTOR ES

Como se indicó en los resultados, la base para el diseño de los

reactores fue el ejemplo 40 de la patente japonesa. Sin embargo en

estos ejemplo se trabaja en un sistema batch de reactor lo cual es

muy inadecuado ya que la distribución en los.pesos moleculares es del

tipo de una campana Gaussiana pero muy cerrada; en cambio si se

tuviera una distribución de tiempos de residencia más amplia esta

campana se abriría. Todo esto se consigue a través de un proceso

continuo; debido a las viscosidades altas que se pueden encontrar, un

proceso en flujo pistón no es posible, además como los tiempos de

L

reacción que se trabajan son muy altos l a longitud del reactor sería

considerable. Es por esto que se eligió un sistema eri serie de

tanques isotérmicos continuos perfectamente agitados ( 4 reactores más

un quinto reactor donde se adiciona el agente de salto), que es

aproximado al flujo pistón. El rendimiento estimado es de 96.6%.

Ya que la descripción dada en la patente es poco específica y a

que no se realizaron experimentos para la reacción se hicieron

suposiciones para lograr e¡ diserio:

-Se considera que los resultados de las pruebas reportadas en la

patente mencionada son reproducibles.

-La conversión del butadieno sigue un comportamiento aproximadamente

exponencial a través de

-La viscosidad en todos

en el último reactor.

-Como se desconoce el

os reactores.

los reactores es la misma y es la alcanzada

comportamiento exacto de los catalizadores I

(tanto de los iniciadores como del agente de salto de peso

molecular), suponemos que éstos se adicionan a la cadena polimérica y

que no se separan de la misma cuando concluye la reacción.

Por otra parte se colocaron al final de los reactores tres tanques

buffers, se considera que uno está lleno y de ahí la solución del

hule parte a los coaguladores, otro se está llenando y el Último se

utiliza para almacenar al hule que no cumpla en los requerimientos de

viscosidad de Mooney hasta que exista otra producción que la ajuste.

P COAGULADORES

Para el diseño de este equipo se contó con la producción alcanzada en'

el reactor de agente de salto. Estos coaguladores trabajan con

arrastre de vapor de¡ solvente. Se introdujo una eficiencia en el

diseño. Como se podrá observar en el apéndice correspondiente a los

cálculos el rendimiento de los coaguladores es muy alto.

SECADO

De las pruebas de secado realizadas en la planta piloto, se encontró

que la humedad inicial de estas era de 7.349%.

Cuando los grumos de hule vienen de los coaguladores, contienen

30% de humedad, se pasan por una banda transportadora que retira el

exceso de humedad, hasta alcanzar un 13%. Como la humedad no es la

inicial para el lecho fluidizado, el hule pasa por una prensa

continua de tornillo, terminando con 7.349% de humedad. De ahí se

lleva al secador de lecho fluidizado; en

requerida por la norma (0.3% de humedad).

PURlFlCAClON

En esta sección se purifica tanto al

recirculación y al butadieno.

Para la polimerización el agua es un

donde se alcanza la humedad

tolueno fresco como al de

veneno, ya que hidroliza a

los catalizadores inhibiéndolos; es por esto que se debe purificar al

tolueno y al butadieno hasta alcanzar 3 ppm.

5 , RESULTADOS DEL DISEÑO

5, RESULTADOS DEL DISER0

5.1 DIAGRAMA DE FLUJO

Un diagrama general de la planta se puede encontrar en la página

siguiente. A continuación se presentan los diagramas de f l u j o de las

diferentes secciones que conforman el proceso.

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5 . 2 DISEfiO DE EQti lPOS

5.2.1 SECCION DE POLlMERlZAClON

Lista de equipo

a)Reactores: R-210, R-250.

Tanques cilíndricos con cuatro deflectores y un agitador de turbina

con seis aspas planas. Para la transferencia de calor cuentan con

chaqueta en las paredes laterales y serpentines.

Las características son:

Altura:

Altura de líquido:

Diámetro:

Diámetro del impulsor:

Distancia del agitador al fondo:

Ancho de la paleta:

Longitud de la paleta:

ancho de los deflectores:

Material del tanque:

Material del agitador:

Potencia del motor del agitador:

Velocidad del agitador:

Longitud de los serpentines:

Espacio entre circunferencias:

Diámetro de las circunferencias:

2.6 m

1.98 m

1.98 m

0.65 m

0.65 m

0.13 m

0.16 m

0.2 m

acero al carbón, vidriado,

resistente a la presión.

acero al carbón vidriado

O. 809 hp

102 rpm

270.35 m

0.015 m

1.38 m, 36 giros

1.04 m, 36 giros

21 I_ .

Distancia del fondo al serpentín: 1.26 rn

costo: N$ 427,403

b)Reactores: R-220, R-260.



chaqueta en la pared lateral y serpentines.


Altura:

Altura de líquido:

D i ámet r o :



Ancho de la paleta:










2.6 m

1.98 m

1.98 m

0.65 m

0.65 m

0.13 m

0.16 m

0.2 m



acero al carbón vidriado.

O. 809 hp

102 rpm

133.45 rn

0.02 m

1.38 m, 31 giros

Distancia del fondo al serpentín: 1.26 m

costo: N$ 427,403

22

c)Reactores R-230, 8-270.

Tanques cilíndricos con cuatko deflectores y un agitador de turbina


chaqueta en la pared lateral y serpentines.


Altura:

Altura de líquido:

Diámetro:



Ancho de la paleta:










2.6 m

1.98 m

1.98 m

0 . 6 5 m

0.65 m

0.13 m

0.16 m

0.2 m



acero ai carbón vidriado.

O . 809 hp

102 rpm

23.60 m

0.18 m

1.18 m, 9 giros


costo: N$ 427,403

23

d) Reactores R-240, R-280.



chaqueta en la pared lateral.


Altura: 2.6 m

Altura de líquido: 1.98 m

Diámetro: 1.98 m

Diámetro del impulsor: 0.65 m

Distancia del agitador al fondo: 0.65 rn

Ancho de la paleta: 0.13 m

Longitud de la paleta: 0.16 m

ancho de los deflectores: 0.2 m

Velocidad del agitador: 23.16 rprn

Material del tanque: acero al carbón, vidriado,


Material del agitador: acero al carbón, vidriado.

costo: N$ 427,403

I

e) Reactores para el agente de salto del peso molecular: M-290,

M-300.


con seis aspas planas.


Altura:

Altura de líquido:

D i ámet r o :



Ancho de la paleta:





Potencia del agitador:


costo:

3.43 rn

2.69 rn

2.69 rn

0.88 m

0 . 8 8 m

0.18 rn

0.22 m

0.27 m


resistente a l a presión.


0.6 hp

55.59 rpm

N$ 931,451

f) Tanques Buffers (amortiguadores).

Estos tanques tienen como función retener el hule que se esta

produciendo a fin de asegurar sil calidad. Antes de estos tanques se

encuentra un control que analiza la mezcla y la canaliza a los

tanques. Se trata de un proceso dinámico en el que uno de estos

tanques está lleno y contiene el hule que cumple las normas. Otro se

está llenando y existe un tercero que contiene al hule que no cumple

las especificaciones (en la viscosidad de Mooney), y se espera

optimizarlo con una producción que amortigüe sus propiedades.

Son tanques cilíndricos con cuatro deflectores y un agitador de

turbina con seis aspas planas.


Altura:

Altura de líquido:

D i ame t r o :



Ancho de la paleta:







costo:

5.18 .m

4.15 m

4.15 m

1.37 m

1.37 m

0.27 m

0.34 rn

0.42 m




0.96 hp

45 rpm

N$ 1,862,903

g ) Tanque mezclador de tolueno con catalizadores. M-130.

Se utilizara un tanque d e acero al carbón con deflectores y un

agitador d e turbina con seis aspas con las siguientes dimensiones

Altura: 2.38 m

Altura d e líquido: 1.90 m

D i amet ro : 1.90 m


Distancia del agitador al fondo: 0.63 rn

Ancho de la paleta: 0.13 m



Material del tanque: acero al carbón, vidriado,


Material del agitador: acero al carbón vidr?ado.

Potencia del agitador: 0 . 5 8 hp

Velocidad del agitador: 120 rpm

costo: N$130,403

27

h)Tanque mezclador de tolueno y el agente de salto.

Para este mezclador se construirá un tanque cilíndrico con cuatro

deflectores y un impulsor de turbina con seis aspas. Sus

características son:

Altura: 0.9 rn

Altura de líquido: 0.71 m

D i ame t r o : 0.71 m


Distancia del agitador al fondo: 0.24 m

Ancho de la paleta: 0.14 rn



Material del tanque: acero al carbón.

Material del agitador: acero al carbón.

Velocidad del agitador: 30 rpm

costo: N $ 49,677.5

. , I . - , , ._ . . '. .. . 28

-*-I__yI .-

5.2.2 SECCION DE PURiFiCAClON

a) Torre de destilación D-110.

En esta sección se destila el butadieno para retirar el agua que

contiene hasta alcanzar una pureza de 99.9997%. Para lograr esto se

diseño uno torre de platos perforados.

La torre y los platos están hechos de acero al carbón.

Las dimensiones de la torre y de los platos son:

6.47 m Altura de la columna:

Diámetro de la columna: 0.92 rn

Número de platos reales: 22

Plato de alimentación: 19

Espaciamiento entre platos: 0.10 m

Geometría del Plato

Plato:

Tipo:

Area total:

Area activa:

Area neta:

Area perforada:

Distancia Vertederos:

Espesor:

Vertedero:

Tipo:

Altura:

Longitud:

Orificios:

D i amet ro :

un paso

0.6692 m2

0.5354 m2

0.6023 m2

0.0535 m2

0.6364 m

0.01 m

segmentada

0.0450 m

0.6717 rn

0 . 0 0 5 m

29 --I . - I-"-

Pitch:

Patrón:

Bajante:

Tipo:

Area:

Mandi 1 :

Claro:

costo:

1.4 cm

cuadrado

segmentada

O. 0669

vertical

3.375 cm

N $ 894,000

B)Torre de destilación D-120.

Esta torre, de platos perforados, tiene como función retirar el agua

de el tolueno para alcanzar la pureza de 99.9997%.

La torre y los platos están hechos de acero a l carbón.

Las dimensiones de ¡a torre y de los piétos son:

Altura de la columna: 14.77 m

Diámetro de la columna: 3.00 m

Número de platos reales: 105

Plato de alimentación: 9

Espaciamiento entre platos: 10 cm

Geometría del Plato

Plato:

Tipo:

Area total:

Area activa:

Area neta:

Area perforada:

Distancia Vertederos:

Espesor:

Vertedero lateral

Tipo:

Altura:

Longitud:

O r i f i c i o s :

D i &metro :

Pitch:

Patrón:

doble paso

7.0684 m2

5.6071 m2

6.33i7 m2

0.4486 m2

1 .O787 m

1 cm

segmentada

5 cm

1.7946 m

0.5 cm

147g09 1.5662 cm

cuadrado

B a j a n t e :

T ipo :

Area :

Mandi 1 :

C l a r o :

V e r t e d e r o c e n t r a l :

t i p o :

A l t u r a :

l o n g i t u d :

costo:

I

segmentada

0.731 m2

v e r t i ca.1

3.75 cm

segmentada

5 .00 cm

2 . 9 1 m

N$ 1,685,129

c)Tanque de mezclado M-119.

En este tanque se mezcla al tolueno que viene de la recirculación y

al tolueno fresco que se necesita introducir para mantener la

cantidad necesaria del m i s m o en el proceso.

El tanque está construido de acero al carbón. Tiene cuatro

deflectores y un agitador de turbina

Las dimensiones del equipo son:

Altura:

Altura de líquido:

Diámetro:



Ancho de la paleta:


ancho de los defiectores:



costo:

con seis aspas.

2 . 5 rn

2.00 m

2.00 m

0.66 m

0.66 rn

0.13 m

0.165 rn

0.20 m

0.87 h p

60 rprn

N$ 117,097

. -- I_--

5.2.SECCiON DE COAGULACION

Tanques de Coagulación D-410 y D-420.

Tanque Vertical.

Material : Acero Inoxidable.

Volumen : V = 11.5 mc

Diámetro : D = 2.0 m

Altura : L = 5 m

Tiempo de Residencia: t = 0.5 h

Diámetro del Impulsor : di = 0.666 m

Impulsor tipo Hélice.

Diámetro del Burbujeador : do = 0.666 m

Diámetro de Orificio del Burbujeador : 6.5 mm

Diámetro de la Burbuja : dp = 4.335 mm

Velocidad de Ascensión : vt = 0.2172 m/s

Coeficiente de Transferencia de Masa global : K 1 = 625

Costo Aproximado : N$ 640,000.00

9 m/s

34

I

Condensador E-412.

Condensador un paso en la coraza, un paso por los tubos.

Horizontal.


Area Total : A = 129 m *

Coeficiente : U = 340.74 W / m * s K

No. de tubos : N = 514 tubos.

Longitud de tubo : L = 4 m

Arreglo de tubos : Cuadrado de 20x26

Costo Aproximado : N$ 300,000.00.

Tanque Decantador H-413.

Tanque Horizontal.


Volumen . V 4.8 mc

Tiempo de retención : t = 10 min

Diámetro : D = 1.15 m

Longitud : L = 4.6 m

Costo Aproximado : N$ 135,080.00.

5.2.3 SECCION DE SECADO

a)Secador de banda.

En este secador se elimina la humedad del hule de 30% hasta 13 % .

Debido a que este tipo de maquinaria se compra construido no se tiene

que realizar el diseño. El mater:al es acero al carbón.

E l costo es de: N$ 33,534

b)Secador continuo de prensa de tornillo.

Este secador tiene como función dejar al hule con una humedad

aproximada de 7.35%. No se hizo el diseño ya que es equipo que se

tiene que comprar hecho.

Costo: $480,000

c)Secador de lecho fluidizado de flujo pistón.

El último secador de esta serie es un secador de lecho fluidítado de

flujo pistón. El secador está formado de una banda que transporta al

hule al mismo tiempo que fluidizzi. Se diseñó un secador de un sólo

paso. Las características son:

Area de fluidización:

Largo:

Ancho:

Espesor de la lámina de construcción:

Material:

Espesor del aislante:

Calentador del aire

TiDo:

14.92 m2

7.465 m

2.00 m

0.005 m

acero dúctil.

0.1 m

intercambiador de flujo

Area :

Diámetro de los tubos:

Distancia entre placa y placa:

Costo de secador e intercambiador:

Capacidad del ventilador:

costo:

5.3 LISTA DE EQUIPO AUXILIAR.

cruzado, con mezcla del

aire y vapor

sobrecalentado sin

mezclar. El aire circula

por las :&minas y el

vapor en los tubos.

236.60 in2

0.02 m

0.02 m

N$ 2,927,435

41.85 m3/s

N$ 191,805

ALMACENAMIENTO

2 esferas de volumen 1750 m3 y diámetro 15 m para el butadieno a

5 atm y con sistema de refrigeración.

Costo de ambas esferas: N$ 7,500,000

1 tanque cilfndrico para el tolueno fresco, de 130.2 m3 de

capacidad; diámetro de 3.5 rn y altura de 14 m.

Costo: N$ 792,000

1 caldera de capacidad de 34.78 kg/s de vapor sobrecalentado a

150°C.

Costo: N$ 8,622,580

1 torre de enfriamient para enfriar agua de 40 a 25'C. Con

un f l u j o de 0.0332 m3/s.

Costo: N$ 372,580

1 planta de tratamiento de aguas reciduales formada con 10.6

m3/h de capacidad. Formada por cuatro piscinas decantadoras y

un filtro de sólidos.

costo: N$ 1,064,516

5.4 LISTA DE TUBERIAS, BOMBAS, VALVULAS E INSTRUMENTOS DE CONTROL

a)SECCION DE PURlFlCAClON

De el tanaue de almacenamiento F-107 a torre 0-110

Bombas :

L-108

tipo:centrífuga

Potencia: 0.16 hp

Costo: N$ 14,903

Tuber <.a:

longitud lineal: 214.9 m

longitud equivalente: 280 m

Diámetro: 3"

Accesorios: 3 codos de 90' y dos válvulas de globo.

De tanaue M-119 a torre D-120

Bombas:

L-118

tipo: centrífuga

Potencia: 0.57 hp

Costo: N$ 33,266

Tubería:


longitud equivalente: 273.1 rn

Accesorios: 3 codos de 90°C y dos válvulas de globo

b ) SECC I ON DE POL I MER I ZAC I ON

L-121

centrífuga

Potencia: 1 hp

Costo: N$ 40,919

longitud lineal: 407 m

longitud equivalente: 470.6 m

diámetro: 3"

Accesorios: 2 codos de 90" y dos válvulas de globo

L-201, L-202

centrífuga

Potencia: 0.5 h p

Costo: N$ 25,000


longitud equivalente: 91.1 rn

diámetro: 3"

Accesorios: 4 codos de 90e, una T y dos válvulas de globo

L-211, L-221, L-251, L-261

reciprocantes de desplazamiento positivo

Potencia: 0.315 hp

Costo: N $ 81,595


longitud equivalente: 103.3 m

diámetro: 4 "

Accesorios: 2 codos oblicuos, 2 válvulas de globo

L-231, L-271

reciprocantec de desplazamiento positivo

Potencia: 0.203 hp

Costo: N$ 66,532



diámetro: 4 i n

Accesorios: 3 codos oblicuos y 2 válvulas de globo

L-241, L-281


Potencia: 0.125 h p

Costo: N $ 66,532

longitud lineal: 11 rn


diámetro: 4"

accesorios: 2 codos oblicuos, 1 T . y dos válvulas de globo

L-309, L-319, L-329, L-311, L-321, L-331.


Potencia: 1.195 hp

Costo: N$ 119,758


longitud equivalente: 122.2 m 147909

diámetro: 4"

accesorios: 2 codos oblicuos, dos válvulas de glóbo y una de

chequeo

L-111

centr í f uga

Potencia: 0.250 hp

Costo: N$ 14,903

longitud lineal: 4 2 5 . 5 m

longitud equivalente: 5 2 3 . 6 m

diámetro: 2 . 5 "

accesorios: 6 codos de 9 0 ° , 4 válvulas de globo

De la torre de enfriamiento a los reactores

centr.ífuga

Potencia: 5 . 7 8 8 hp

Costo: N $ 214 , 738

longitud lineal: 2 1 4 . 6 m

longitud equivalente: 2 8 3 . 4 m

diámetro: 3 "

c) SECCION DE COAGULACION

Bomba L - 4 0 9 .

Bomba Reciprocante

Cabeza Diferencial = 32 m

Potencia = 2.5 hp

I

Costo N $ 74,516.

Bomba L-411.

Bomba Reciprocante

Cabeza Diferencial 17.14 m

Potencia = 2 hp

Costo N $ 104,322.

Bomba L - 4 1 4 .

Bomba Centrifuga

Cabeza Diferencial = 21.73 mi

Potencia = 1 hp

Costo N$ 29,808.

Bomba Hacia l a Planta de Tratamiento de Aguas Residuales.

Bomba Centrifuga

Cabeza Diferencial = 24.4 m

Potencia = 2 hp

Costo N$ 33,532.

Tuberías.

Linea de Tubería 220.

Di = 4 in

Longitud de la linea = 120 m

Longitud Equivalente = 130.54 m

Velocidad = 0.796 m/s

Re = 852.

Factor de Fricción, f = 0.0356

Caída de Presión total 0 .23 atm.

Linea de tuberia 250.

Di O 4 in

Longitud de la linea = 9 m

Longitud equivalente = 10.83 m


Re 253.

Factor, f = 0.0

Caída de presión = 0.189 atm.

Linea entre el condensador y el decantador.

D i = 2 in

Longitud de L.inea = 10 m

Longitud Equivalente = 13.56 m


R e = 195207

f = 0.0206

Caída de Presión Total = 0.26 atm.

Linea del Tanque de Decantación a la Plantad de Tratamiento.

Di = 2 in

Longitud de Linea = 300 m

Longitud equivalente = 327.8 m

Velocidad = 1.403 m/c

Re = 79262.

f = 0.0223.

Caída de Presión Total = 1.18 atm.

Linea de tubería 290.

Di = 2 in

Longitud de tubería = 520 m

Longitud equivalente = 610 rn


Re = 141416

f = 0.019.

Caída de Presión total = 0.73 38 atm.

L

5 . 5 ESPACiO NECESARIO

L a planta ocupará un espacio calculado de 4 hectáreas. Ubicado en

Tampico, Tamaulipas. El costo N$ 10,000,000.

... . . . -

6 - PERSONAL NECESARIO

6 . PERSONAL NECESARIO

Los sueldos que se indican a continuación son anuales

1.

2.

3.

4 .

5 .

Posición: Director general

Número: 1

Sueldo: N$ 180,000

Posición: Subdirector

Número: 1

Sueldo: N$ 144,000

Posición: Gerente de producción, ventas, relaciones públicas

Número: 3

Sueldo: N $ 120,000

Posición: Subgerentes

Número: 6

Sueldo: N $ 96,000

Posición: Personal administrativo

Número: 10

Sueldo: N$ 24,000

Número: 12

Sueldo: N$ 12,000

6 . Posición: Superintendente

Número: 3

Sueldo: N$ 60,000

7. Posición: Supervisores

Número: 3

Sueldo: N $ 30,000

8. Posición: Obreros

Número: 48

Sueldo: N$ 18,000

9. Posición: Personal de mantenimiento

Número: 9

Sueldo: N$ 18,000

10. Posición: Vigilantes

Número: 6

Sueldo: N$ 24,000

11. Posición: Personal de intendencia

Número: 9

Sueldo: N$ 9,600

12. Posición: Personal de comedor

Número: 10

Sueldo: N$ 14,400

Total: N$ 3,134,400

7 - INVERSION TOTAL

7 , INVERSION TOTAL,

- inversión fija.

Inversión en Equipo de Proceso,

N$ 40,000,000.

Inversión en Instalación de Equipo.

N$ 120,000,000.

Inversión en Construcción de Edificios.

N$ 20,000,000

Inversión Fija Total : N$ 180,000,000.

Capital de Trabajo.

En tanques de almacenamiento de Butadieno.

N$ 5,600,000.

En tanques de Solvente y Solvente en el Proceso.

N$ 257,317.

En tanques de Catalizador, Agente de Salto y Antjoxidadnte.

N$ 1,436,567.

L

En Almacen de Producto.

N$ 4,950,000.

CAPiTAL DE TRABAJO TOTAL : N$ 12,243,885

Ganancia Anual.

Para 1996 se estima que el precio por kilo de producto será de

N$ 6.0, así la ganancia anual sera :

N$ 120,000,000.

Se estima que el tiempo de recuperación del capital invertído será:

de 18 meses.

I .... .- , . . .. .- . .

8 - BIBLIO~RAFIA

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ENCYCLOPEDIA OF POLYMER SCIENCE AND TECHNOLOGY PLASTICS, RESINS,

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BIBLIOTECA DEL INGENIERO QUIMICO. R. H. PERRY, C. H. CHILTON (ed)

McGraw-Hill. Mexico, 1991.

APENDICE A

APENDICE A

CALCULOS DE LA SECCION DE

PURIFICACION

Para la torre de destilación (sistema butadieno-agua). Fig A-1.

D= 56.08 X 106g/dia xl dia/24hr x 1 kg/1000g = 2336.666667kg/hr

Balance de masa para los dos componentes:

c6: .99S F = 2336.666667 (a999997) + B (.05)

H20 : .O05 F = 2336.666667 (.000003) t B (.95)

Resolviendo el sistema simultaneamente se obtiene

F = 2349.022565 kg/hr

B = 12.35589771 kg/hr

Cambiando a base molar :

En la parte de la alimentación:

Para el Butadieno:

2337.277452kg/hr x kg-mo1/54kg = 43.28291578kg-mol/hr

para el agua:

11.74511283kg/hr xkg-mo1/18kg = 0.652506268kg-mol/hr

En total 43.93542205 kg-mol/ttr

La fraccion molar para el butadieno es:

X =0.985148514

La fracción molar para el agua es:

X = .O14851485

Se hacen los mismos calculos en la parte D y B .

En l a parte D :

La fracción molar para el butadieno es:

X = 0.939991

La fracción molar para el agua es;

x = 8 . 9 ~ 1 0 ~

En l a parte B :

La fracción molar para el butadieno es:

X =.O17241379

La fracción molar para el agua es:

X = .98215862

Calculos para 12 columna de destilación ( tolueno-agua ) . Fig A-2.

Balance de masa de cada componente

Tolueno: F (0.9) = D (.05) + 14597.9 (0.999997)

Agua: F (0.1) = D (0.95) + 14597.9 (0.000003)

Resolviendo el sistema de dos ecuaciones simultaneamente:

F = 16315.24848 kg/hr

D = 1717.348482 kg/hr

Cambiando a base molar:

En la parte de la alimentación ( F ) :

Para el Tolueno:14683.72363kg/hr x kg-m01/92kg = 159.6056916kg-mol/hr

Para el agua: 1631.524848kg/hr x kg-m01/18kg = 90.64026933kg-mol/hr

En total: 250.2459609kg-mol/hr

La fracción molar para el tolueno:

X = 0.637795

La fracción molar para el agua:

X = 0.362205

En la parte D:

La fracción molar para el tolueno:

X = 0.010193


X = 0.989807

E n la parte B:

La fracción molar para el tolueno

X =0.99998466


X = 1 . 5 ~ 1 0 - ~

Diseño para el Mezclador. F i g A-3.

16315.25kg/hr * m3/866kg = 18.84m3/hr

Suponiendo un tiempo (t) = 20 min = 0.333hr

t = V/Q por lo tanto V =6.28rn3 (del liquido) V real = 7.85m 3

V = 3. 14168*D2H/4

6.28 = 3.1416*D3/4 por lo tanto D= 2m

H = 2m

pero H = D

Se utiliza un agitador de turbina con 6 aspas y 4 deflectores.

Diámetro interno del recipiente ( D ) = 2.15m

Diámetro del impulsor (d)=.66m

Distancia del agitador al fondo (h)= 0.66m

Ancho de la paleta (1)= 0.132m

Longitud de la paleta ( b ) = 0.165m

Altura del volumen líquido (tí)= 2m

r

Ancho de los deflectores (b,)= 0.2m

Número de los deflectores (is)= 6

7.85 = 3.1416D2L/4 ; L = 2.5m

De la gráfica del Perry para números de potencia de impulsores :

P o = 6

p = 866 kg/m3

N = 1 s'l

PO = P/pN3d5 por lo tanto P = 650.71 = 0.87 hP

PARA E L DISER0 D E LAS COLUMNAS SE

UT I L IZO E L SOFTWARE "MADSED".

v) L . . g o m o O 0 II "

N N

o-) - o

N N

. - .. .

u .

II \ CP y:

i

/

In

-c \ o, Y

* O -4 -7-

Variables de Entrada

Componente Num i d Flujo (kgnio!/hr) 1 - IC 113 43.2825 2 - pc 14 O .6525

Recuperaciones ( a ) : Ligero Clave (!c) 99.9991 Pesado Clave (pc) 98.2758 Condensador: TOTAL La Aliaentacion es LIQUIDO SATURADO

F1- Opcion A F2- Opcion B

Presion de Operacion (atm): Domo 2.00 Aiim 6.00 Fondo 2.00

QQQDDDQDDDQQDDDQQDQQQQQQQQQ~QQQQ~QQ~QQQD lil’Rsin 2.2000 Area PerforadaIArea Activa 0.1000 Patron de Arreglo Diametro del Orificio O .SO00 cms Altura del Vertedero 4.5000 cms Espesor del Plato 1.0000 cms Espaciaaiiento entre Platos 10,0000 cms Factor de Espunosidad O. 8000 Porciento de Inundacion 65.0000 QQDDDDQQDDDQDQDDQQQDQQQQQDDDDDDDDDDDDDDDDD Hodelo de Equilibrio V-L: EDWISTER Etapas Teoricas: GILLILAND Eficiencia Global : DRICKAHER-BRADFORD

CUADRADO

F5- Salir

.I”.- - . “----

MADSED-DISENO DE COLUMNAS DE PLATOS PERFORADOS (07-05-1993)

RESULTADOS FINALES DDDDDDDDDDDDDDDDGDDDDDDDDDDDDDDDDDDDCDDDDD~DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDDDDD~DDPDD Etapas Teoricas: GILLiLhND Eficiencia Global: DRICKAMER-BRADFCp3 MHMHH~HMNff H N f f HMMHMMH~HHHHH flHflMHHHfl#?tfHHHHff HHHHHHHHHHHMHHff Mff ff I f f ff HflHMHHff H MH HMHHff ff fl PARTE A Diseno de la Columna:

Equilibrio V-L: EDMISTER

Ligero Clave . . . . 1 ,S-BiJTADIEKG Pesado C l a v e , . . . AGUh Condensador . , , . . TOTAL Relacion ( V / F ) .. 0.0000

Datos de Dperacion: DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Var iabie Alim Domo fondo DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Presion (atrn) 6.00 2.00 2.00 Tenperatura (C) 52.24 15.88 126.71 DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

Recuperacion LC . . . . . . . . Recuperacion PC . , . . . , , . Reflujo Minimo . . . , , . , . Reflujo Real .........,. Etapas ninimas . . . . . . , . . Etapas Teoricas . . . . . . . Eficiencia Global . . . , . . Platos Reales , . . . , . . . , . Plato de Aliaentacion .. Diametro de Columna , , , . Espaciamiento / Platos . Altura de la Columna ...

99.9991 t 98.2758 t O .O024 O .O054 4.16 17.60 75.17 t 22 .o0 19.00 0.92 mts 10.00 CIS 6.47 mts

Distr ibucion del Producto: D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D ~ D D D D D D D D D D

Compuesto kgrnol/hr fr mol bgmol/hr fr mol kgaol/hr fr mol DDDDDDDDODDDDDDDDDDDDODDD~DD~DDDDDDDDDDDDDDDDDD~~DD~DDODDO~~DDDDDDDDDD~~~~DDDDDD 1,3-BUTADIENO 43.2829 0.9851 43.2825 0.9997 0.0004 0.0006 AGUA 0.6525 0.0149 0.0113 0.0003 0.6412 0.9994 DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDU~DDDDDD

Alimentacion Destilado Residuo

Totales 43.9354 1 .O000 43.2938 1 .O000 0.6416 . 1 .O000

flMMMMMMMMM~,rlMflflMMMflMM~flflMMM~~~~~ Y MflMMH HH MM~HMHMMHMMMMMflHMMMM#M"HnHHtlMHMnMI PARTE 8 Datos Adicionales de Operacion y Variables del Sistema:

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDD~DDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DQDDDDDDDDDDDDDD Var iabie Domo Fondo DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Volatilidad Relativa del Ligero Clave 1.533141Ei02 1.035286Et01 F l u j o del Liquido (kgihr ) 1.257603Et01 7.966478Et02 F l u j o del Vapor (kgihr) 2.354016Et03 7.938920Et02 Densidad del Liquido ( kg/mtA3) 6.199400Et02 9.291749Et02 Densidad del Vapor ( kg/mtA3) 4.814880Et00 i .126933Et00 Viscosidad del Liquido (cp) 2.91859iE-01 4 . i65666E-01 Tension Superficial del Liquido (dinaslcR) 1.414977Et01 7.004975EtOí Difusividad del Liquido (mtA2/s) 2.023376E-07 1.216255E-05 DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDODDODO

PARTE C Calculos de Capacidad:

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Calculos Iniciales Calculos Finales

Variable Domo Fondo Domo Fondo DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDDDDDODD~DDDDDUDDDDDDDDDDDDDD Factor de Espumosidad O A000 O .8000 O ,8000 O ,8000 Velocidad de Inundacion (mts/s) O .3469 1.1503 0.3469 1.1503 Porciento de Inundacion 65.0000 65.0000 65.0000 28.2444 Diametro (Its) O .9231 O ,6085 0.9231 0.9231

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Area de la Bajantebrea Total 0.1000 0.1000 o. 1000 o. 1000

r

Plato: Tipo ............... Area Total ......... Area Activa ........ Area Neta .......... Area Perforada . . . . . Distancia Vertederos Tolerancia ......... Espesor ............ Material ...........

U N PASC 0,6692 ntA2 3.5354 ut:*:

0,6023 mt-2 0.0535 mtA2 0,6364 mts 0.6350 crns ( * - ) 1.oocc cins

ACERO AL CARBON

Vertedero: Tipo ............... SEGMENTADA Altura ............. 4.5000 cms iongitud ........... 0.6717 mts

Orificios: Diametro . . . . . . . . . . . 0.5000 cms Pitch .............. 1.4009 CBS Patron . . . . . . . . . . . . . CUADRADO

Ba jante: Tipo ............... SEMENTADA Area ............... 0.0669 mt*2 Mandil ............. VERTICAL Claro .............. 3.3750 crns

PART E Hidraulica del Plato Perforado :

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Paraie tr o Domo Fondo DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~D~DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Caida de Presion de un Plato Seco (CIS) O .3494Et00 O. 1133Et00 Caida de Presion debido a la Tension Superficial (crns) 0.1887Et00 0.6233EtOD Altura del Liquido sobre el Vertedero (CBS) O .2767E-01 O .3378E+00 Altura del Liquido Claro en la Zona Activa (cms) 0.3439Et01 O.$931E+01 Altura de Espuma en el Area Activa (CIS) 0.7775Et01 0.6759Et01 Tiempo de Residencia del Liquido, Area Activa (seg) 0.3267004 0.8837E+02 Tiempo de Residencia del Vapor, brea Activa (seg) O ,1709Et00 0.7738E-01 Altura del Liquido Claro en la Bajante (ces) O ,8536Et01 O ,9513Et01 Altura de Espuma en la Bajante (cas) 0.1707Et02 0.1903Et02 Caida de Presion a traves del Claro (cas) O .9508E-06 O .1698E-02 Tiempo de Residencia del Liquido en la Bajante (seg) 0.2673Et02 Retencion Efectiva del Liquido en el Plato (k g ) 0.1496Et02 0.2547Et02 Fraccion de Arrastre Liquido 0.4303Et00 0.2310E-02 Gradiente Hidraulico (cns) O. 31 08E -05 O. i063E -03 Caida de Presion Total por Plato ( kg/ceA2) O .2465E-02 O .4337E-02 Eficiencia de M u r p h r e e en la Fase Vapor ( % ) 0.7253Et02 0.5153Et02 DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDDDDD~DDDDDDDDDDDDDD

0,1014Et04

v.,.; va l .ab!es de Entrada

Componente Nuin Id F l u j o ( kgiol/tir ) 1 - PC 228 159,6057 2 - :c !4 90.6403

Recuperaciones (I ) : Ligero ‘Llave (lc) 98.9807 Pesado Clave ipc) 99.9984 Condensador : !OiAL La Alirentacion es LIQUIOO SATURADO

F1- Opcion A F2- Opcion B

Presion de Operacion (atmj: Domo 4.00 Alin 1.00 Fondo 4.00

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD DDD D DDDDDDDDDDDDDD RiRmin 1.4200 Area Perforada/Area Activa 3.0800 Patron de Arreglo CMDRADO Oiametro det Orificio 0.5000 cms Altura del Vertedero 5.0000 cms Espesor del Plato 1,0000 cms Espaciamiento entre Platos 10.0000 cms Factor de Espuoosidad O .9000 Porciento de Inundacion 75.0000 DODODODOOODODDDDODODD~DDODOODOO~OODODODD lodelo de Equilibrio V-L: EDHISTER Etapas Teoricas: GILLILAND Eficiencia Global: O’CONNELL

F5- Salir

HACSED-DISENO DE COLUYNAS 3E PLh:?? DERFORACOS (07-05-1993)

RESULTADOS FiNALES DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDD~~DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDD Etapas Teoricas: GILLILANO Eficiericia C o b a 1 : O ’ C J W E L L MMMMHMMMMMMNHMMMMHMMMMHMMMMM M M M X M W Y M M M M H MMMHH MffMMHMHMHMff HMMH MMMMMM MMMMHH!fNMHff Y PARTE A Diseno de la Columna:

Equilibrio V-L: E3r:S:ER

Ligero C!ave . . . . AGUA Pesado Clave . . . . TOLUENO Condensado: . . . . . ,O; A. Relacion (V/F) . . 0.0000

T T I

Datos de Cperacion: DDDDDDDDDDDDCDDDDDDDDDDDYDuDDDDDuDDDDDDD Variable Alim Domo Fondo DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Presion (atrn) 1.00 4.00 4.00 Temperatura (C) 110.15 149.49 169.44 DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDDDDDDDDD

Recuperacion LC . . . . . . . . 98.9807 % Recuperaciob PC . . . . . . . , 99.9584 % Reflujo Minim0 . . . . . . . . 12.7482 Reflujo Real . . . . . . . . . . . !S.:22E. Etapas Minimas . . . . . . .. . 40.88 Etapas Teoricas . . . . . . . 67-13 Eficiencia Gloha! ...... 63.0: % Platos Reales . ... . .... . :Oj.OC Plato de Alirnentacion . . F.O0 Diametro de Coluaea . . . , 3.03 nts Espacianiento / Platos . 1O.OC cts Altura de !a Colunina . . . 14.77 mts

Distribucion del Producto: DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

Compuesto kgnol/hr f r mol kgmol/hr f r mol kgiaol/hr f r mol DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD TOLUENO 159.6057 0.6378 0.0025 0.0000 159.6032 0.9942

DDDDDDDDDDD D DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD DDDDDDDDDDDDDDDDDDD93DDDDDDDDDDDDDDDDD To tales 250.2460 1 .O000 89.7190 1 .O000 160.5270 1 .O000

Alimentacion Destilado Residuo

AGUA 90,6403 O .3622 89.7164 1 .O000 O .9239 . O .O058

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDCDDDDDDDDDDDDCDDDDD~DDDDDDDDDDDDDPDDDDDGDGDDDDD~DD~DDG Variabie !JOniO FonCo D D D D D D D D D D D D D D D D D C D D 3 D D D D D D D D D D D D D D D D D D D Volati!iaad Relativc de! ..i3e52 C : i ~ e 1.487792EtN i .7384!3E+OC FlJjo de! L i q u i d o { kc!h* ) 2.926226it34 1.719079EtG5 Fiujo del Vapor (i,g/nr) 3.087873Ec04 i .566508E+05 :c : ,r :ld d e l Liquido ( k5!:,:A2) 9,;732ClE+02 7.836980Et02 Densidad del Vapor ( Ky /a tA3) 2.127177!+00 1.104906EtO: '/:sct::c:d Ye: i,qu-:c :";; 3.::5?00E-01 2.755790E-01 Tensior Shperfic:al I s . -l:b.-: : : . - a ~ / ~ - : 5.230525Et2: 2.072388E+C: 2ifdsividad del Liquido ( ~ ~ 2 , ' s ; 2.655300E-07 7.015630E-05 DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDC~~~D~~~~~DC~~Dr'DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDGDDDDDDDD~

. .

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD DDDDDDDDDDDDDDDDDD DDD DDDDDDDDD DDDDDDDDDDDDDDDD Calcu!os Inicia!es Calculoc Finales

Var iabie DONO Fondo Domo Fondo DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD Factor de Espuuiosidad 0.9000 0.9000 0.9000 0.9000 Velocidad de Inundacior (nts/s) 0.8114 0.2396 0.8114 0.2396 Porciento de !r ,undacion 75.0000 75.0000 78.4079 a259.3716 Diametro (nts) 3.0617 5.5709 3.0000 3.0000 Area de la Bajante/Area Total 0,1000 0.1034 0.1034 0.1034 DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD DDDDDDDDDDDDDDDDDDD D DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

Flato: Tipo . . . . . . . . . . . . . . . Area Total . . . . . . . . . Area Activa . . . . . . . . Area S ~ t e . . . . . . . . . . Area Perforada . . , , , Distancia Vertederos Tolerancia . . . . . . . . . Espesor . . . . . . . . . . . . Yaterial . . . . . . . . . . .

DOBLE PASO 7.0684 ai': 2.637: a: ? 6.3377 !te:

1.0787 r?ts 0.6359 CBS ( + - I :.CNO cms

0.4486 BY^

bCER3 Ai Ckif lN

Or if i cioc: Diametro . . . . . . . . . . . 0.5003 crns ?itch . . . . . . . . . . . . . . :.56b; iz; Patron . . . . . . . . . . . . . 3A34Fi3U

Ba jant e : Tipo ............... SEGMENTADA Area . . . . . . . . . . . . . . . 0,7306 mtA2 Mandil . . . . . . . . . . . . . VERTICAL C!aro . . . . . . . . . . . . . . 3.7500 CIS

Vertedero Lateral: Vertedero Central: Tipo . . . . . . . . . . . . . . . SEGMENTADA Tipo . . . . . . . . . . . . . . . SEGiliNTAUA Filtura ............. 5.OOO3 c ~ s Altura ............. 5.COCc c;,s Longitlid ........... 1.7946 mts Longitud ........... 2.9100 mts

MMUUHMUff UMMUMMUUMMMM~M~MMUUMMMMMMMMMMUUM~MMMUMUMMUMUMMMUMUM~~MMUUMU~MMMU~MMMMMU~ PART E Hidraulica del Plato Perforado :

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDDDDDDDDDDDDDDDD Paraaietro Domo Fondo DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD~DDD~DD Caida de Presion de un flato Seco (cas) 0.1315EtO: 0.7626Et01 Caida de Presion debido a la Tension Superficial (cms) 0.5615Et00 0.2186Ei00 Altura del Liquido sobre el Vertedero (crns) 0.1223Et01 0.4424Et01 Altura del Liquido Ciaro en la Zona Activa (cms) 0.4085Et01 0.5612Et01 Altura de Espuma en el Area Activa (cms) 0.1007Et02 0.2287Et02 Tiempo de Residencia del Liquido, Area Activa (seg) 0.1293Et02 0.2582Et01 Tiempo de Residencia del Vapor, Area Activa (seg) O .8329E-01 O .2457Et00 Altura del Liquido Ciaro en la Bajante (cms) O .1227Et02 0..2627Et02 Altura de Espufia en la Bajante (cas) O .2453Et02 O A254Et02 Caida de Presion a traves del Claro (crns) 0.6667E-01 0.3153Et01 Tiempo de Residencia del Liquido et l a Bajante (seg) 0.1011Et02 0.3150Et01 Retencion Efectiva del Liquid0 en ei Flato (kg) 0.2924Et03 0.3970Et03 Fraccion de Arrastre Liquido 0.76966-01 0.6154Et00 Gradiente Hidraulico (cms) O .7033E-03 O ,5946E-03 Caida de Presion Tctal por P!a:o ( kg/cmA2) 0.S469E-02 0.1055E-01 Eficiencia de I*t,r?L:ae cii :d Fase Vapú: ( t ) O .669SEt0? O .57C3Et02 DDDDDDDDDDDDDPDDDDD#D#P###D~##DD###~GD####DP#DP#@DDP##D#DP~PDP#DP#D######DPD###~

-- ---

APENDICE 6

" I-

APENDICE 6

CALCULOS D E LA

SECCION DE POLIMERIZACION

Para realizar los cálculos de cantidad de materia prima necesarias,

se tomó como base el ejemplo 40, de la patente japonesa.

En el experimento se agregaron 28.001026 g (0.518537 mol) de

butadieno con una conversión de 0.966.

0.966 = ni - nf ni

de ahí que nf = 0,01363 mol = 0.9536 g; por lo tanto se produjeron:

28.001026 9-0.9536 g = 27.074 g de hule.

Si tomamos en cuenta que los catalizadores se unen a la cadena, y

que están alimentados como reactivos limitantes y se consumen

completamente:

Phule - "but, cons "cat ' "antioxidante -

"hule = 27.074 g t 1.7613 e-3 g t 0.2239 g t 0.088806 9 -k 0.2704 9 =

= 27.6323 g

Entonces si se necesitan 28.001026 g de butadieno para producir

27.6323 g, para producir 54.8 e 6 g/día, se necesitaran 55.531 e6

g/día de butadieno:

28.001026 g -------- 27.6323 g

54.8 e6 g/día -------- 55.531 e6 g/día

Siguiendo la misma metodología se obtienen las cantidades necesarias

para los demas compuestos:

butadieno: 2313.8 kg/h

3.5597 m3/h

to 1 ueno: 13882.3 kg/h

16.0304 kg/h

Niquel naftenato: 0.14554 kg/h

boro trifluoruro eterato: 18.5 kg/h

trietilaluminio: 7.38 kg/h

antioxidante: 22.34 kg/h

Total de catalizadores: 48.36 kg/h

El porcentaje de catalizadores en el solvente es de 0.35 %,

podemos concluir que el volumen de la solución es igual al volumen

del tolueno.

I

Si suponemos que el tolueno y el butadieno forman una solución i ~

- I ideal, el flujo volumétrico total es el flujo volumétrico del tolueno ~

más el flujo volumétrico del butadieno:

VT = 19.56 m3/h

La disposición de los reactores necesita ser en serie para que se

parezca la flujo pistón que es aquel en que los tiempos de residencia

se parecen a los del reactor batch, que es en el que se hicieron los

experimentos. Se podría poner una sola serie, sin embargo, esto

significaría que para dar mantenimiento o alguana reparación, se

tendría que parar toda la producción. Por lo cual se decidió colocar

dos series de reactores.

.?

Vli = V21 = V T / ~ = 9.7806 m3/h

Si se tratara de un sólo reactor:

t = v/V = 2.5 h = > 24.451 m3

Pecsancio en 4 reactores:

t = 2.5 h/4 = 0.625 h = 36 ' 30"

entonces el volumen de un reactor de la serie:

vj = 6.1128 m3

Considerando que los reactores sé llenan al 80%:

vj = 7.641 m3 5 8 m3

Las dimensiones exactas se darán más adelante.

Para el reactor de agente de salto se utilizará un reactor continuo - ~

al final de cada serie. En el experimento se agregan 10 rnl de tolueno

con 0.1149 de trietilaluminio, así para cada serie se necesitan:

(9.420125 kg/h)/2 = 4.71 kg/h de trietilaluminio y (0.8263 m3/h>/2 = 0.41315 m3/h de tolueno. Si se sigue considerando solución ideal.

Vasi = 9.7806 m3/h + 0.41315 m3/h =10.194 m3/h

t = 1.5 h= (19.11 m3/h)/V = > v = 15.29 m3

= > v = 19.11 5 19.5 m 3

Después se unen las dos corrientes y es en este reactor donde

suponemos que los catalizadores se unen a ia cadena; tomando en

cuenta la conversión de 0,966:

Mh 2283.5 kg/h t 9.4201 kg/h = 2292.91 kg/h

Mb = 78.669 k g / h

Mt = 13882.3 kg/h t 715.6 kg/h = 14597.9 kg/h

Condiciones de operación

En los reactores:

temperatura de operación: 40'C

Volumen del reactor: 8 m3

Volumen de líquido: 6.11 m3

Volumen de gas: 1.8872

Relación de equilibrio

Yb Pb" + Yt Pt' = P

a 40°C

Pt' =0.077 atrn

Pb" = 4.843 atm

Balance de materia

nv Yb t n1 Xb = nb

nv Yt + "1 Xt = nt

Gas ideal

PV/RT = nv Yb t nv Yt

además

Xb + Xt = 1

Yb t Yt = 1

Las incógnitas son nv, n1, Xb, Yb, Xt, Yt y la Presión, como se

necesita fijar una para resolver el sistema, se deside que la presión L

sea 2 atm.

Como se necesita saber que valores tienen nb y n,t, ae es.tcLbkece

que el comportamiento sea exponencial y se obtiene una relación

teórica para el butadieno reaccionante:

a t = O nb = 42.7767 kgmol/h

a t = 2.5 h nb = 1.4544 kgmol/h

nb = a e et

resolviendo Q = 42.7767 kgmol/h

0 = -1.35256 l/h

Esta ecuación es para el flujo total, por lo que para cada corriente

hay que dividir el resultado entre dos.

entonces; a la entrada del primer reactor nb = 21.38835 kgmol/h

a la entrada del segundo reactor nb = 9.1843 kgmol/h

a la entrada del tercer reactor nb = 3.9438 kgmol/h

a la entrada del cuarta reactor nb = 1.6935 kgmol/h

a la salida del cuarto reactor nb = 1.4544 kgmol/h

nt = 150.681.5 kgmol/h

Con estos valores, se puede entonces calcular a l a s variables

restante. Este cálculo se realizó con el programa de Eureka.

Reactor 1:

nl = 168903.14 mol/h

nv = 146.96159 mol/h

Xt = 0.89159871

Xb = 0.10810129

Yt = 0.59661714

Yb = 0.40338286

Reactor 2

nl = 158422.14 rno / h

nv = 146 .96159 mol/h

X t = 0 . 9 5 0 5 8 5 7

Xb = 0 . 0 4 9 4 1 4 2 9 6

Yt = 0 . 5 9 6 6 1 9 1 2

Yb = 0 .40338088

R e a c t o r 3

n l = 153394 .64

nv = 146 .96159

X t = 0 .98174109

Xb = 0 .018258905

Yt = 0 . 5 9 6 6 1 6 9 0

Yb = 0 . 4 0 3 3 8 3 1 0

R e a c t o r 4

nl = 1 9 3 3 1 1 . 2 4

nv = 146 .96159

X t = 0 .77902258

Xb = 0 . 2 2 0 9 7 7 4 2

Yt = 0 .59661747

Yb = 0 . 4 0 3 3 8 2 8 6

Geometría

6.11 = rrD'H/4; H/D = 1

= > H = D = 1.98 m

8 = xD'L/4

= > L = 2.6 m

H/D = 1

d/D = .33

h / d = 1

l/d = 0.2

b/d = 0.25

bs/D = O . 1

L = Altura: 2.6 m

H = Altura de líquido: 1.98 m

D = Diámetro: 1.98 m

d = Diámetro del impulsor: 0.65 m

h = Distancia del agitador a l fondo: 0.65 m

1 = Ancho de la paleta: 0.13 m

b = Longitud de la paleta: 0.16 m

bs= ancho de los deflectores: 0.2 m


Balance de energía

energía en las - energía en las + energía transferida = acumulación corrientes de corrientes que de los alrededores de energía entrada al salen del al elemento de en el elemento de elemento de vo 1 umen vo 1 umen vo 1 umen vo 1 umen

Para los reactores DSTR, suponiendo estados estable y despreciando l a

energía cinética y potencial (comparada con la entalpia); el balance

anterior se transforma en :

Hf' - He' t Q ' = O

donde H' y Q' se refieren a las velicidades de transferencia de

energía y los subíndices f y e designa la alimentación y el efluente

para el elemento de volumen, qu es el mismo reactor.

dQ' = dH'

esto es debido al cambio de temperatura dT y a la variación de la

composición asociado a la reacción.

dH' = Ft Cp dT + HR (r dV)

donde Ft es la velocidad de alimentación total

dQ' = ho (Ts-T) dAh

Ts es la temperatura del medio circundante; ho es el coeficiente

global de transferencia de calor.

LOS flujos de entalpia son constantes (estado estable),

integrando.

He'-Hf'= Ft Cp (Te -Tf) + *HR nb,cons = hc A, (Ts - T ) + hs A S (Ts - T )

nb,cons son los moles de butadieno consumidos. P

Los primeros tres reactores generan una cantidad considerable de

calor, por lo que es necesario que tengan chaqueta lateral y

serpentines. El cuarto reactor necesita sólo chaqueta. Las

correlaciones para los coeficientes de transferencia de calor son:

Chaqueta:

ho D a W* N o)/ crib i(c P I / k P 3 (Pb/ P ~ ) ~ k

D es el diámetro interno del recipiente

k es la conductividad térmica de la mezcla

d es diámetro del agitador

N son las revoluciones por segundo

6 es la densidad de la mezcla

vb es la viscosidad de la mezcla

ciw es la viscosidad del agua

C es el calor específico de la mezcla

Para un agitador de turbina con seis aspas

a=O. 54

b=2/3

m = 0 . 1 4

Serpentín, para u n agitador de turbina:

hs drc = O. 17 [ (d' N S)/cr]0.67 [ (C v)/k]o.37(d/D)o.1 (drc/D)Oo5 k

drc es el diámetro externo del serpentín

Reactor 1:

D = 6.496 ft = 1.98 m

d = 0.65 m = 2.13 ft

k = 0.165 BTU/h ft' ("F/ft)

C = 0.4225 0.4217 BTU/lb " F

p b = 301.94 lb/h ft = 0.08387 lb/s ft = 124.7 cp = 0.1247 kg/m s

u,., = 0.0007 kg/m s

N = 1.4 s-l

drc = 0.02 m = 0.0656 ft

= > hcl = 444.92 J/ s m'k

hsl = 792.62 J/ s m'k

Para determinar el área del serpentín, del balance de energía:

As = F t C (Tf-Te) + nhrcCn hs H yT: 1.3 - :) - hc AC (Ts -T)

Ac = 12.31 mz

Tf = 313 K

Te = 298 K

nbcon = 3.39 mol/s

T s = 25°C

=> As = 16.99 m' = 2x r Ls = 270.35 m

Círculo de Dc = 1.38 m; perímetro de 4.335 m

I C = 0.015 m

son 36 vueltas = 156 m

Segundo serpentín de Dc = 1.04 m; perímetro = 3.267 m

I C = 0.015 m

son 36 vueltas = 117.61 m

Para determinar el flujo de agua

Q = -284109.8 J / s = Ma Ca (-15 K )

Ca = 4246.8 J/kg K

= > Ma = 4.46 kg/s

PO = x3(b/d)(l/d)nb/8 1.163

P = 602 w = 0.809 h p

Reactor 2

D = 6.496 ft = 1.98 m

d = 0.65 m = 2.13 ft

k 0.1197 BTU/h ft' ("F/ft)

C = 0.4217 BTU/lb " F

u b = 301.94 lb/h ft = 0.08387 lb/s ft = 124.7 cp 0.1247 kg/m s

pw = 0.0007 kg/m s

N = 1.4 s-'

drc = 0.02 m = 0.0656 ft

= > hc2 = 358.83 J/ s m'k

hs2 = 647.06 J/ s m'k


A s = Ft C (Tf-Te) + nhrw - hs A H :Tk 1.3 - 1, - hc A C (Ts - T )

Ac = 12.31 m'

Tf = 313 K

Te = 313 K

nbcon = 1.456 mol/s

Ts = 25'C

= > As = 8.384 m' = 2n r L s = 133.45 m

Círculo de Dc = 1.38 m; perímetro de 4.335 m

I C = 0.02 m

son 31 vueltas = 134.39 m

Para determinar el f l u j o de agua

Q = -147638.4 J / s M a C a (-15 K )

Ca = 4246.8 J/kg K

L

= > Ma = 2.313 kg/s

Po = x3(b/d)(l/d)nb/8 = 1.163

P = 602 w = 0.809 hp

Reactor 3

D = 6.496 f t = 1.98 m

d = 0.65 m = 2.13 ft

k = 0.0984 BTU/h ft' ('F/ft)

C = 0,4215 BTU/lb " F

w b = 301.94 lb/h ft = 0.08387 lb/s ft = 124.7 cp = 0.1247 kg/m s

u,,, = 0.0007 kg/m s

N = 1.4 .s-l

drc = 0.02 m = 0.0656 ft

= > hc2 = 314.98 J/ s m'k

hc2 = 571.82 J/ s m'k


As = Ft C (Tf-Te) + ncIpoR hs A H D ~ S 1.3 - - hc AC (Ts -Tl

Ac = 12.31 m'

Tf = 313 K

Te = 313 K

nbcon = 0.699 mol/s

Ts = 25'C

= > As = 1.483 m' = 2x r Ls = 23.6 m

Círculo de Dc = 1.18 m ; perímetro de 3.71 m

IC = 0.18 m

son 9 v u e l t a s = 23.33 m


Q = -70878.6 J/s = Ma Ca (-15 K )

Ca = 4246.8 J/kg K

= > Ma = 1.1128 k g / s

Po = 7t3(b/d)(1/d)nb/8 = 1.163

P = 602 w = 0.809 hp

Reactor 4

D = 6.496 ft = 1.98 m

d = 0.65 m = 2.13 ft

k = 0.00859 BTU/h ft' ('F/ft)

C = 0.4198 BTU/lb " F

pb = 301.94 Ib/h ft = 0.08387 lb/s ft = 124.7 cp = 0.1247 kg/m s

p,,, = 0.0007 kg/m s

N = 0.386 s-l

= > hc2 = 107.08 J/ s m'k

Ac = 12.31 m'

Tf = 313 K

Te = 313 K

nbcon = 0.195 mol/s

Ts = 25°C


Q = -19783 J/s = Ma Ca (-15 K )

Ca = 4246.8 J/kg K

= > Ma = 0,311 kg/s

b) Mezcladores

i)Mezclador de catalizadores con tolueno:

Se dimencionaliza como los tanque buffers tomando un tiempo de

residencia de 0.333 h. El flujo de tolueno e s de 16.03 m3/h.

V = 5.34 m3

Vrea1 = 6.67 m 3

Las dimensiones s e indican en la sección de resultados.

d = 0.63 m

N = 2

d = 866 kg/rn3

cc = 0,00045 kg/m s

= > Re = 1.53 e6

de las gráficas del Perry para el número de potencia del impulsor se

obtiene que Po = 5 ; por lo tanto la potencia = 0.577 hp

i i ) Mezclador de tolueno y agente de salto

Se utilizan 0.8263 m3/h de tolueno y 9.420125 kg/h, como la solución

está muy diluida, se considera que la solución se comporta como el j

1 tolueno puro. S i e l tiempo de residencia es igual a 0.333 h: !

V = 0.275 m3 I

vreal = 0.344 z 0.35 m3

Las dimensiones se muestran en la sección de resultados

c) Buffers

Para estos tanques se debe tomar en cuentas que unen las dos

producciones:

vtotal = 18.67 ms/h

Si suponemos que se mantiene 1 lenándose por 3 horas y después de n ese tanque sale hacia los coaguladores con el mismo flujo que entró.

t = vtotal /V = > V=56.01 m3

V=70 rn3

Las dimensiones se obtuvieron como en los reactores, l o s valores

se indican en l a sección de r e s u l t a d o s .

L a potencia:

Po = x3(b/d)(i/d)*2 = 0.388 8

N= 0.75

P = 718 .1 w =0.964 hp x 1 h p

FIGURA B-I REACTOR CON CHAQUETA Y SERPENTIN

I

FIGURA 8-2 REACTOR CON CHAQUETA DE ENFRIAMIENTO

APENDICE C

APENDICE C

CALCULOS DE SECCION DE COAGULACION

Tanques de Coagulación.

Muchas sustancias son difíciles de purificar o de separar por

destilación a las presiones ordinarias por que se necesita de altas

temperaturas. Para disminuir la temperatura de operación, la

destilación se puede llevar a cabo mediante arrastre por vapor

inerte. Al introducir vapor inerte se reduce la presión parcial de

los compuestos volátiles disminuyendo la temperatura de la

destilación.

Presión de operación : 1 atm.

Presión de vapor de solvente = 335 mmHg

Presión de vapor de agua = 425 mmHg

Presión total = 760 mmHg

Con estas presiones la temperatura de operación queda fija

Temperatura de operación : 85 'C.

Balance de Masa

En muchos casos la destilación por vapor es manejada como una

operación en condiciones continuas en estado estable. El flujo puede

ser paralelo o concurrente, o contracorriente.

,?

Las ecuaciones pa ra destilación continua con vapor en estado

estable para un sistema binario con a el compuesto volátil y b el no

volátil son:

b(Xa1 - Xa2 ) = s Ya

donde b : Moles de componente no volátil por unidad de tiempo.

Xal : Moles del compuesto volátil por mol del no volátil entran

Xa2 : Moles del compuesto volátil por mol del no volátil salen

s : moles de vapor por unidad de tiempo.

Ya : moles de comp.voláti1 por mol de vapor.

b : el compuesto no volátil. (Hule)

a : el compuesto mas volátil. (solvente)

Ictroduciendo la eficiencia de vaporización

Ya = (Pt - ~ p * ) / EP*.

entonces,

s = b ((Pt/E Pa) (Xal - Xa2)/ Xal + (Pt/(E P.a) - 1) (Xal-XaP))

donde Pt : es la presión total

E : la eficiencia

Pa : presión parcial de mas l i g e r o .

Ver f i g . C-l.

F l u j o masico de la solución :

W = 16881.63 Kg/h

Flujos rnolares d e los componentes :

Sa de hule = 13.5 %

P.M. hule = 300 O00 Kg/kgmol

P.M. solvente = 92.13 Kg/Kgrnol

w b j = 16881.63 (0.135)/300 000

wbi = 7.6 x Kgmol hule/h

Wai = 16881.63 - 16881.63(.135) / 92.13

Wai = 158.45 Kgmol solv/h

Para una sola etapa.

S i se necesita que el por ciento en peso de solvente al final de

la operación sea de 0.05 % entonces

Waf 16881.25 (0.0005)/92.13

Waf = 0.0916 Kgmol de solv/h

X a l = W a i / W b

Xal = 158.45 / 7.6 x

Xal = 20 848.7 Kgmol de solv/Krnol hule

Xa2 = Waf/Wb

Xa2 = 0.916 / 7.6 x loe3 Xa2 = 12.05 Kgmol solv/Kgmol hule

Sustituyendo en la ecuación para obtener el flujo de vapor:

s = 355 Kg/h.

Dos etapas :

s1 = s 2 = 177.5 Kg/h.

Composición de vapor de Tolueno es de 56 %

Diámetro Medio de la Burbuja para agitador de turbina de hoja plana.

Fig C-2.

vl : volumen de líquido 25.13 rn3

Pg :Potencia Proporcionada por el impulsor con flujo de gas

al : Tensión superficial líquido. 0.05387 N/m

r4 --- . * I

d l : Densidad del líquido 958.38 Kg/m3

p1 : Viscosidad del liquido 0.2821 cp

O g : Retención de gas

Vt : Velocidad de Ascensión

Vg : Velocidad superficial de gas

Suponiendo Pg de 750 W/m3

Diámetro del impulsor = Diámetro del Tanque / 3.

Velocidad del impulsor= N con turbina de hoja plana.

(N di) / ((g0g,)/d1>~-~~ = 1.22 + 1.25 T/di.

N = 0.7614 rev/s.

Vg = Qvap / área de transf. = 0.471 m3/m' s

Mediante prueba y error comenzando con un valor inicial de Vt de 0.21

m/c

Vt = 0.2172 m/s

dp = 4.335 mm.

El coeficiente de Transferencia de masa :

Shl = 2.0 t O . 3 1 Rail3

en donde K 1 = 625.9 m/s.

Sedimentador. Fig C-3.

Tiempo de retención 10 min

Flujo volumétrico 4.77 m3

V = t * Q

v = 4.77 m3

L/D = 4.

D = 1.15 m

L = 4.6 m

Condensador. Fig C-4.

Thl;h2 : Temperatura de vapor caliente 85 " C y 85 "C como liquido

saturado.

T,l;c2 : temperatura de agua de enfriamiento 50 "C y 25'C

respectivamente

q = Hcond.

9 (m CP), *T,

riespejando m, de la ecuación anterior

mc = 25 kg/s .

Para calcular el área del intercambiador:

q = U A ^ T

con U = 340.74 W/m2 s K

A = 129 m 2

Arreglo de los tubos.

Cuadrado

Diámetro de tubo = 0 . 0 5 m

L = 2 0 5 3 rn

Ltubo = 4 m

Arreglo de 20 x 26 tubos.

I I 1

F i G - C 2

AGITADOR Y PLATO.

f----- fhl

FIG-Cd

L

,

. . " . . < . _ _ , . . ... .. -,

APENDICE D

APENDICE D

CALCULOS PARA E L DISER0 D E L

SECADOR

El diagrama de f l u j o para esta sección se encuentra en la figura D-l.

Para calcular el tiempo de residencia debe sumarse el tiempo en

el periodo de secado constante más el tiempo de secado en el periodo

decreciente hasta obtener la humedad deseada:

La pendiente de la recta del periodo constante en la curva de

secado queda determinada por:

- dx = ht a ( T - T s ' l dt 6s 1

Debido a que no depende de constantes tales como el tamaño de

partícula, se puede obtener la pendiente de la curva de secado e

integrar (El diseño debe conservar este valor para dx/dt).

De l a curva de secado a 105" (ver apéndice E) se obtiene que:

dx = - 1 . 1 4 6 5 d t

integrando de la humedad inicial que es 7 . 3 4 9 % a 5 . 6 % (humedad

crítica).

t, = 1.57 min

Para conocer el tiempo de secado en el periodo decreciente;

supondremos que el mecanismo que controla esta etapa es la difusión y

tiene como solución del balance de masa a:

Si se toma sólo el primer miembro de la serie, el tiempo es:

td = 4 r5FL X, - - Xe Deff K X - Xe

ro = 0.00017 m

Xc = 5.6

Xe = O

x = 0.3

Deff = 7.9733 E -9 m2/s

td = 2742.12 s

tR = 94.2 s t 2742.12 s = 2836.32 s = 47.27 min

El área del secador queda determinada por :

z = 0.2 m

F = 38.2 kg/min

tR = 47.27 min

ós 604.8 kg/min

A = 14.93 m2

c ._ . ,

Como se necesita conocer la velocidad del aire para las condiciones

del secador, se calculará de modo que se conserve el Re.

Re = dD U 6 IJ

El Re experimental:

dp = 0.0003 m

6 = 0.71967 kg/m3

ci = 2.2 e-5 kg/ms

U = 5.1 m/s

Re = 5 0 0 . 5

Para el secador :

dp = 0.0042 m

6 = 0.9371 kg/m3

p = 2.2 e-5

de lo que se obtiene que :

U = 2 .804 m/s

El flujo masico de aire que se necesita es:

Ma = UA6 = 39.13 kg/s

Va = 41.85 m3/s

Por otra parte el balance de masa es:

F(Xi-Xo) = m ( Yo -Vi)

Yi = O

Xi 0.07349

Xo = 0.003

por lo tanto Yo = 0.0011

r

HFi - - (Cs t X i Cl) T F ~

H F ~ = (CS + XO CI) T F ~

Hgi = (Cg t Yi Cv) T g , + Yi 1

= (Cg + Y o Cv) Tgo t Yo 1 H90

de ahí :

Tgj = F C ( Cs t Xo Ci) Tprr - (Cs + Xi Ci) TE;] t Qw G(Cg t Yi-Cv)

t (cg t Yo CvIT,, - 1 (Yo -Vil (cg t 9: cv)

Cg = 1046 J/ kg K

Cv = 1882.8 J/ kg K

C1 = 4246.8 J/Kg K

Cs 1424 J/kg K

X i = 0.07349

Xo = 0.003

T F ~ = 378 K

T F ~ = 298 K

Tgo = 378 K A s í Tgi = 378 K

La determinación de Qw quedó dada de :

Para paredes externas :

h = 11.6k(Cs [ ( G n)/ (v Nf)]0-36

k = 0.0183 BTU/ h ft2 ("F/ft)

Cs = 0.3403 BTU/lb " F

6s = 62.49 lb/ft3

G = 62.62 lb/ h ft2

1~ = 0.053 lb/ft h

n = 0.05

Nf = 1.1

h = 2. 9234 BTU/ ft2 " F h = 16.599 J/ s m2 K

El coeficiente de transferencia en las paredes internas es:

hi = 32.33 J/s m2 K

E l conductividad del metal:

km = 44.928 J/s m2 (K/m)

Para el asbesto que se usará como pared aislante:

i i Ka = 0.1919 J/ s m2 (K/m)

- El área de transferencia se obtiene pensando en un rectángulo de

de 7.465 x 2 m y 1 m de alto, esto es, 18.93 m2. 14.93 m2

tomando en cuenta las resistencias internas y externas;

Qw = 2536.94 J/s

DISERO DEL CALENTADOR DE AIRE

Este calentador debe calentar 39.13 kg/s de aire de 25°C a 105'.

entonces el calor que se debe suministrar es :

Q Ma CP (Ti-To)

Cp = 1046 J/kg K

T i = 298 K

To = 378-k

Q = (39.13 kg/s)(1046 J/kg K)(298 K - 378 K ) =- 3274398.4 J / s

Q = -3274.398 KW

El calentador sera de flujo cruzado con mezcla de aire:

Se supondrá que U=50 BTU/hft2’F = 283.9 J/s m2 K . Si se dispone de

vapor sobrecalentado a 150 “ C y se desea que se enfríe hasta 100°C.

-3274398.4 J/s = MW (1882.8 J/kgK)(373-423)K

= > Mw = 34.78 Kg/s

La DTln = 58.73 K

Q = U A F DTln

z=1.6

Y=0.4

De las gráficas para este tipo de intercambiadores F = 0.83

= > A = 236.6 rn2

Esta área que distribuida en un intercarnbiador de placas con tubos

perpendiculares. Serían 95 placas con 2000 tubos de 0.01 m de radio y

con una distancia entre placa y placa de 0.02 m.

bu I.

(9 - .

LL

I I

W O

W O

APENDICE E

APENDICE E

TRAE3AJOS EXPERIMENTALES

TECNICA P A R A L A MEDICION DE GEL

Para medir la cantidad de gel que se podría desarrollar por el

secado, se tenía que elecjjr un tamaño de muestra que resultara

representativo. Se estableció la siguiente técnica:

1. Se seca el hule por el tiempo establecido a la temperatura

elegida. Se colocan 3 muestras de 5 g.

2. Se pesa el hule seco y se disuelve al 5% en tolueno, con agitación

moderada para no destruir las partículas de gel.

3. La solución se filtra con malla de acero inoxidable 325x325 mesh,

previamente pesada. Se dejan secar las mallas y vuelven a pesar a

pesar.

4 . Se calcula la sensibilidad al gel como:

% sensibilidad al gel = (peso del filtro + gel)-peso del filtro x 100 peso inicial de la muestra

Se eligieron muestras de 5, 10, 15 9, se secaron en una estufa a

120°C por 90 min para conocer la efectividad de la prueba. De las

pruebas que se hicieron se obtuvo el siguiente promedio:

5 g 0.423 % de gel

10 g 0.233 X de gel

15 g 0 .667 96 de gel .k

De los anteriores datos se observa que el peso de la muestra no

afecta en forma determinante en la técnica. Po r lo tanto s e elige

~

como muestra representativa a 5 g. Un dato muy importante es que no

se supera e? 1% de gel que establece como máximo'la norma a 120°C y

por un tiempo de 90 m i n .

PRUEBAS DE SECADO EN EL LECHO FLUIDIZADO

Estas pruebas se hicieron para obtener una curva experimental de

secado que nos permitiera diseñar el secador.

Para obtener los valores, se utilizó un lecho en forma cónica

invertida con perlas Ce vidrio como partículas de fluidización. E l

hule era coiocado en una especie de cubo hecho de malla de acero

inoxidable que permitía que las perlas circularan saliendo y entrando

de la caja, pero el hule se mantenía adentro, se secaba

superficialmente por un tiempo, se pesaba y se dejaba secar.al tiempo

establecido; se medía la humedad, la actividad y la cantidad de gel.

De hizo una primera prueba de secado a 70'C con una velocidad de

897 ft/min. Se hizo una gráfica con los va ores promedio de humedad,

gráfica E-l.

La humedad se calcula como:

X= peso de hule húmedo - Deso de hule seco peso de h u l e seco

Como se puede observar de la gráfica E-1, a. pesar de emplear

tiempos de secado muy altos, no se alcanza la humedad requerida

(0.3%). Por lo cual se descarta esta temperatura como la Óptima de

secado para el hule. A este hule se le hicieron pruebas de

sensibilidad al gel, mostrando una tendencia al aumento de gel al

4

aumentar e : kiempo de secado; tal como era esperado. Sin embargo no

se supera la norma de loó de gel como máximo, lo cual es muy positivo.

Estos resultados se pueden apreciar en la gráfica E-2 .

La velocidad mínima de fluidización, Umf, se obtuvo

experimenta:mente. Se fluidizaba al sistema hasta una velocidad alta

hasta que la caída de presión fuese constante (se medía a l a entrada

del a i r e a l lecho con un manómetro de U con agua como fluido

manométrico); alcanzaaa esta Velocidad; se disminufa el gasto

lentamente y se medían las caídas de presión. La velocidad mímima de

fluidización es aquella en la que se da la transición de caída de

presión constante a caída de presión variable.

Se realizaron tres corridas y se obtuvo un valor promedio de la

Umf ;

Umf = 861.2 ft/min = 4.38 m/s

Se presenta este resultado en las gráfica E-3 a E - 5 .

Debido a que los tiempos de secado son muy altos y los valores de

la humedad están muy lejanos a 1%, se eligió trabajar a una

temperatura más alta. Con base a los experimentos para la

determinación de gel, se pensó que una temperatura de 105OC, sería

conveniente.

Se realizaron las pruebas de secado, tomando un tiempo de 2 min

para secar la humedad superficial. Como se puede’ observar de la

gráfica E-6, los tiempos de secado son buenos, sin embargo, podrían

ser menores si se trabajara con un tamaño de partícula más pequeño;

debido a las dificultades experimentales esto no fue posible; para el

~

diseño, se obtuvo l a difusividad efectiva de la humedad en el hule,

para así diseñar con partículas más pequeñas.

Por otra, parte de las mismas pruebas se obtuvieron también los

datos de formaci6ii ae gel; ¡a gráfica E-7 muestra los valores

promedio en el tiempo; se puede observar que la tendencia es aumentar

e¡ se1 conforme aurnen.ca e l tiempo de secado. Se puede apreciar

también que nunca se supera el porcentaje máximo de gel, lo que

sugiere que podria utilizarse uná temperatura mayor para el secado,

tal como 120°C.

Una manera de predecir que tan fácil será quitar la humedad de una

sustancia es a través de la determinación de la actividad; que está

relacionada con la Presión parcial del componente en la mezcla y la

presión de vapor del mismo componente pero puro. Si la actividad es

uno, nos dice que es muy fáci 1 retirar la humedad, pues el agua se

, encuentra como si estuviera pura.

Después de las pruebas de secado, se apartaban aproximadamente 1.5

g de hule seco y se guardaban muy bien, de tal forma que no se

secaran. Se obtenían los valores de la actividad en un aparato de

Aqua-Lab.

Los valores obtenidos fueron relacionados con las humedades,

mostraron que la humedad en el hule no está fuertemente ligada.

Gráfica E - 8 .

Para conocer la Umf a 105°C se hicieron pruebas de 'determinación d e

caída de presión a diferentes velocidades, se hicieron tres corridas y se obtuvo un valor promedio. 6

Umf = 964 ft/min = 4 . 8 9 m/s

Los resultados se encuentran en la gráficas E - 9 a E - 1 1 .

CALCULO DE L A DIFUSIFIVIDAD EFECTIVA DE LA HUMEDAD EN E L HULE

Debido a que para el diseño se necesita la Deff, se realizaron

experimentos para obtener una curva de Deff con respecto al tiempo.

El transporte de la humedad en el hule está dada por un mecanismo

difusivo, que para una placa la resolución del balance da como

resultado que:

Xi .-Xe

donde D es la difusividad efectiva, ro es mitad del ancho de la

placa, t es el "iempo de secado.

Para obtener el valor de la Deff, se hicieron pruebas de secado de

hule para construir una curva de X vs t, de esa gráfica se obtuvo

otra que tenía a W vs t, se sacaron pendientes a determinados W y con

los valores de la derivada de la función W se obtuvo el valor de la

Deff en el tiempo adimensional (Fo = D t/ ro'):

ro = 0.003 m

D [ = ] m*/s

todo esto para un valor determinado de humedad; por último se r construyó una gráfica de D vc t. Gráfica 12.

Ya que no se realizaron o t r a s ?ruebas para sacar una ecuación que

relacionara a la difusividad con l a temperatura; se obtuvieron

valores

de

La

ahí;

curva

de la difusividad e x p e r i m e n t a l con la curva de secado a

obtenida

t d = 4 r-2 X, - - Xe D e f f -IC* X - Xe

Deff - 4 r X, - Xe -- x - - x e

es la gráfica 13.

u2 Q z E 0 k F4

/= a3 co * cu O

4 I

W

h) O

Q

dd . j

. .

O O 4

O a3

O CD n c 'E W

4

O

w

O ' *

O N

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i . :: " . "- ............................................................................

go _.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ID _ _ ........................................................................... o

C&lculo de Umf Corrida it

@or C d O )

I

40

w

W .

10

o

........................... ......................................

_ ................................................................ ".'... .. .........................................................................

.............................................................. _ .......................................................................

CRAFlCA E-4

n u O

W

J

/ I

O

cd

4 Q) eo Q) a N

N O o o o o

O u3

O c3 n G ‘E W

4

O c u ’

O

a,

n n

5 X

4

40 - ..d.

9 I . . . . . . . . . . . ....................................

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Cálculo de Umf

m Corrida ti

P ( d @

....................................................................

........................................................................

D 200 40 Qo mw u (it,miiz

- dmcpiia

GRAFICA E-10 iiii

Cálculo de U d Corrida III

w o l c d o )

1 40 ..................................................................

. 1-1 ........................................................................ . . i

pD ............................... t ........................................

.......................................................................

ODD 40 00 fD00 u (tt,mlr

' iPCpiiB

id

GRAFICA E-1 1

I

3

3

O in cv 4

O

I w r(

r(

O

Q O N

O u3 4

O u3

O

I

c-

O a) co Tr 02 O 4

a) I El

O O 4

O co

O *

O N

O

APENDICE F

APENDICE F

CALCULO DE TUBERIAS

Los cálculos de tuberías, accesorios y bombas fueron realizados con

el programa AIDE. Se muestran a continuación las corridas.

-------------"'---'"-'--""-'-------=------------------=-------~--- ............................. ------------------ ,----------x===

VALUES OF PIPELINE ,SEGMENT FITTINGS NO. EQ FT

GALLON/MIN 16 1: 90 EL, R/Ó=1 3 16.8 FLUID STATE LIQUID * 90 EL, R/D=1.5 O o .o TEMP, DEG F ' 126 * 90 EL, MITERED O o .o LB/CU8IC F T 40.58 * 45 EL, R/D=l O o .o VISCOSITY, CP O .500 * 45 EL, R/D=1.5 O o .o INTERNAL DIA., IN. 3 .O68 * 180 EL,R/D=l O o .o FEET/SEC O .7 * 180 EL,R/D=l.S O o .o POUNDS/HR 5165 * TEE BRANCH O o .o PIPE EPSILON, IN O :O0180 * GATE VALVI% O 0.0 REYNOLDS NO 21296 * GLOBE VALVES 2 197.9 FRICTION FAC O. 026902 * ANGLE VALVES O o .o PIPE FEET 705 * CHECK VALVES O o .O EQUIV .FEET 920 * REDUCTION,50% O 0.0 PSI DROP/100 FT o ,0220 * SUDDEN RED'N,SO% O o .o

=p=====ppI=P===I==============pr='===P======================~===

TOTAL PSI DROP o .202 * MISC EQUIV,FT. o .o ===I===P=======P=P=rPP=====E=P=e===========================~===========~

======================================~==================~===~== VALUES OF PIPELINE SEGMENT FITTINGS NO. EO FT

GALLON/MIN 71 t 90 EL, R/D=l 1 5.6 FLUID STATE LIquXO . + 90 EL, R/D=1.5 o. ~ 0,o . TEMP, DEG F 76 * 90 EL, MITERED o ' 0.0 LB/CUBIC FT 53.84 * 45 EL, R/D=l O o .o VISCOSITY, CP 0.547 * 45 EL, R/D=1-5 O o .o INTERNAL DIA . , IN. 3 .O68 * 180 EL,R/D=l O o .o FEETíSEC 3.1 * 180 EL,R/D=i.5 O 0 .O POUNDS/HR 30581 t TEE BRANCH 1 15.8 PIPE EPSILON ,IN O .O0180 x GATE VALVES O o .o REYNOLDS NO 115258 * GLOBE VALVES 1 99 .o FRICTION FAC O .O20434 * ANGLE VALVES O o .o PIPE FEET 20 t CHECK VALVES O o .o EQUIV .FEET 140 t REDUCTION 30% O o .o PSI DROP/100 FT O .4407 * SUDDEN RED'N,50% O o .o TOTAL PSI DROP 0.617 * MISC EQUIV.FT. 0.0

==================================P==E==============================

1 -

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

GALLONIMIN CLWID STATE TEMP, DEG F

VISCOSITY, CP INTERNAL DIA.,IN. FEET/SEC POUNDS/HR PIPE EPSILON, 1.N REYNOLDS NO FRICTION FAC PIPE FEET EOUIV .FEET PSI DROP/100 FT TOTAL PSI DROP

Le/cwrc FT

36 LIQUID

76 53.04 0.547 3 .Ob@

I .5 '. 2.5291 O .O0180

57629 O .O22345

43 159

O. 1205 O . 192

* - * * * * * x * * * * 1: * * *

90 EL, R/D=l 90 EL, R/D=1.5 90 EL, MITERED 45 EL, R/D=l 45 EL, R/D=1.5 180 EL,R/D=l 180 EL ,R/D=l.S TEE BRANCH GATE VALVES GLOBE VALVES ANGLE VALVES CHECK VALVES REDUCTION 30% SUDDEN RED 'N ,50k MISC E Q ü i V .FT.

3 O O 0 _I

O O O o O 1 O O O O

16.8 0.9 , o .'o"' o .o 0.0 o .o o .o o .o o .o

99 .o o .o o .o o .o o .o 0.0

----==='===P=======-----============~===========================

VALUES OF PIPELINE SEGMENT FITTINGS NO. EO FT

GALLONIMIN 39 x 90 EL, R/D=l O o .o FLUID STATE . LIQUID x 90 EL, R,(D=l . S . . ,O o .o TEMP, DEG F 104 * 90 EL, MITERED 2 50.4 LWCUBIC FT 54.75 * 45 EL, RID-1 O a -0 VISCOSITY , CP 124.700 * 45 EL, R/D=l.5 O o -0 INTERNAL DIA . ,IN. 4 .O26 * 180 EL,R/D=l O o .o FEETISEC 1 .O * 180 EL,R/D=+%;5 O o .o P~UNDS/HR 17806 t TEE BRANCX O o .o PIPE EPSILON, IN O .O0180 * CATE VALVES O o .o REYNOLDS NO 224 * GLOBE VALVES 2 2614.9 FRICTION FAC o. 000000 * ANGLE VALVES O 0.0 PIPE FEET 24 X CHECK VALVES O o .o EQUIV.FEET 339' . * REDUCTIONs50% O o .o PSI DROP/100 FT O. 5082 * SUDDEN REOsNs508 O o .o TOTAL PSI DROP 1.722 1: MISC EQUIV.FT. 0.0

='===========P----I==========E=IP=P==~=================~==a===========

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.. . , . . .

PIPELINE SIZING SUMMARY

GC:LLON/MIN 41 FLUID STATE “c’LIQWID TEMP, DEG F 104 LWCUBIC FT 56.75 VISCOSITY, CP 124 -700 INTERNAL DIA . ,IN. 4 .OS6 FEET/SEC 1 .o POUNDS~HR 18614 PIPE EPSILON ,IN O .O0180 REYNOLDS NO 235 FRICTION FAC o. 000000

36 371

PIPE FEET ECIUIV-FEET PSI DROP/100 FT O .5313 TOTAL PSI DROP 1.972

-4 * * 1: 1: t * * 1: x 1: * * * *

90 EL, R/D=l O 90 E L , R/O=l.q :*,.O 90 EL, MITERED 2 45 EL, R/D=l O 45 EL, R/D=1.5 O 180 €LBR/O=l O 180 EL ,R/D=l.5 O TE€ 8RANCH 1 GATE VALVES O GLOBE VALVES 2 ANGLE VALVES O CHECK VALVES O REDUCTION,50% O SUDOEN RED” ,SO% O MISC EQUIV .FT.

o .o o .o SO . 4

o .O o .O o .o o .o

19.0 o .o

264.9 0.0

o .o o .o o .o

o .o-

.. . _ _ _ . . . . . . ._

114157 .O0 0.160

. I ^ .

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