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TF2314 Problemas de Ingeniería Química
Condiciones de operación y heurísticas
Septiembre – Diciembre 2007Prof. Alexis Bouza
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Vamos a identificar las condiciones de operación que son de especial interés para el análisis de un DFP
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Condiciones de operación. Generalidades
Es más fácil ajustar la temperatura y/o la presión de una corriente, que cambiar su composición.
En general, presiones entre 1 y 10 bar, y temperaturas entre 40 y 250ºC no causan dificultades severas en el procesamiento.
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Presión
Gases presentes
P>P atmosférica
Densidad del gas
Volumen del gas
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PresiónMuchos equipos soportan presiones hasta 10 bar sin requerir costos de inversión adicionales.
P>10 bar
P de vacío
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Presión
La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada.
Ejemplo:
Condición Justificación Penalidad
P>10 bar
ReactoresFavorecer el equilibrio de conversión.Aumentar la velocidad de reacción
para fase gas (mayor concentración).Mantener una fase líquida.
Se requiere mayores espesores en los equipos.
Se requieren compresores costosos.
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Presión
La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada.
Ejemplo:
Condición Justificación Penalidad
P>10 barSeparadores
Obtener una fase líquida en un equilibrio vapor-líquido o líquido-líquido.
Se requiere mayores espesores en los equipos.
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Presión
La decisión de operar fuera del intervalo 1-10 bar debe estar justificada.
Ejemplo:
Condición Justificación Penalidad
P<1 barReactores
Favorecer el equilibrio de conversión.Mantener una fase gas.
Se requiere equipos de mayores dimensiones.
Se requiere un diseño especial para operaciones al vacío.
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Temperatura
Elevadastemperaturas
Resistencia a la tensión (bar)
T ambiente 400ºC 550ºC
Acero al carbono
1190 970 170
Acero inoxidable
1290 1290 430
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Temperatura
La decisión de operar fuera del intervalo 40-260ºC debe estar justificada.
Ejemplo:
Condición Justificación Penalidad
T>260ºC
ReactoresFavorecer el equilibrio de conversión.Aumentar la velocidad de reacción.Mejorar la selectividad.Mantener una fase gas.
T>400ºC requiere materiales de construcción especiales.
Se requiere manejo óptimo de la energía.
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TemperaturaExisten temperaturas límites asociadas con la disponibilidad de los servicios para calentamiento o enfriamiento de las corrientes de proceso.
Servicio Disponibilidad Problemas¿?
VaporGeneralmente se dispone de vapor de
alta presión (40-50 bar) y temperaturas entre 250-265ºC.
Costos adicionales si se requiere T>265ºC.
Agua
Generalmente se dispone de vapor de agua proveniente de torres de enfriamiento a 30ºC (se devuelve a aproximadamente 40ºC).
Costos adicionales si se requiere T<30ºC.
Para refrigeración (p.e., -20ºC) los costos aumentan dramáticamente.
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HeurísticasSon guías y métodos para cálculos aproximados.Son útiles para:
Verificar nuevos diseños de procesos.Hacer estimados de tamaño de equipos.Apoyar el análisis de problemas operacionales.Verificar validez/sentido de resultados de simulaciones.Suministrar valores iniciales para procesos de simulación.Obtener costo aproximado de unidades de proceso.Desarrollar diagramas preliminares de ubicación de equipos en planta (“layout”).Hacer estimaciones rápidas durante reuniones y conferencias.
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Heurísticas
Son afirmaciones relacionadas con dimensiones de equipos, condiciones de operación y desempeño de equipos, que reducen las necesidades de cálculos.Deben ser aplicadas entendiendo sus limitaciones.Los ingenieros desarrollamos guías específicas aplicables al área de trabajo en la cual nos desenvolvemos.
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Heurísticas. Ejemplos
Tipo de equipo Heurística
Tambores Tambores líquidos generalmente son horizontales.
Recipientes a presión
Permisividad a la corrosión de 8,9 mmpara condiciones corrosivas conocidad.
Tuberías Velocidad lineal a la salida de una bomba igual a (5+D/3) ft/s
IntercambiadoresAgua de enfriamiento a la entrada 30ºC y temperatura máxima a la salida 45ºC
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Heurísticas. Capítulo 9 del Turton, Bailie y Shaeiwitz
Tabla Descripción
9.2a Propiedades físicas.
9.2b Variación de las propiedades físicas con la temperatura y la presión.
9.3 Condiciones y capacidades de unidades de proceso.
9.6 Heurísticas para tambores.
9.7 Heurísticas para recipientes.
9.8 Heurísticas para tuberías.
9.9 Heurísticas para bombas.
9.10 Heurísticas para compresores, ventiladores, bombas de vacío.
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Heurísticas. Capítulo 9 del Turton, Bailie y Shaeiwitz
Tabla Descripción
9.11 Heurísticas para intercambiadores.
9.13 Heurísticas para columnas.9.14 Heurísticas para torres de platos.9.15 Heurísticas para columnas empacadas.9.16 Heurísticas para extracción líquido-líquido.9.17 Heurísticas para reactores.