etanol parte c

7/23/2019 Etanol Parte C

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Mecnica de fuidos, transerencia de calor,Mecnica de Fluidos

Proyecto Diseo

Produccin de etanol

Su tarea es continuar evaluando los detalles de un proceso para producir30.000 toneladas / ao de etanol a partir de etileno. sta es la cantidad deetanol en la corriente de producto, no la !asa total de la corriente de producto.

"n dia#ra!a de fu$o del proceso su#erido %PFD& se !uestra en la Fi#ura '. Sede(e utili)ar esto co!o un punto de partida. Su tarea es co!pletar los !ini*diseos descritos !s adelante en este docu!ento.

+eaccin u-!ica

00 unidades producen etanol a partir de etileno usando una reaccincatal-tica. a Fi#ura ' ilustra el proceso actual.

a reaccin ue se produce en el reactor es reversi(le

OHHCOHHC 52242 +%'&

l etileno est disponi(le a partir de una tu(er-a en .000 1Pa y 2 . Se

!e)cla con una corriente de reciclo caliente y posterior!ente se !e)cla cona#ua de ali!entacin de caldera %e4tre!ada!ente puro& ue ya 5a sido(o!(eado a .000 1Pa a 60 2 . a ali!entacin del reactor se calienta,reaccion adia(tica!ente, y se enri. l efuente del reactor enriado se 5acepasar a trav7s de una vlvula de estran#ulacin para reducir la presin a 001Pa. n 8*0', #ases li#eros se separan en la corriente 6, y la !e)cla deetanol / a#ua producida en la corriente '0 se env-a para puri9cacin adicional.:l#unos de corriente 6 se recicla y al#unos se pur#a.

Detalles del Proceso

Corrientes de Alimentacin y Corrientes de salida

orriente '; tileno * a 2 y 000 1Pa * contiene '< en peso de etanoi!pure)a

orriente ; :li!entacin de la caldera de a#ua * a 60 2 y 000 1Pa * a#ua!uy pura


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orriente '0; etanol en a#ua para una puri9cacin adicional * 30.000 toneladas/ ao de etanol en esta corriente

orriente ''; pur#a de #as co!(usti(le al 5orno * puede to!ar el cr7dito por el

valor calor-9co inerior * para el caso (ase, use 60< de recicla$e de '0< depur#a


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=nor!acin so(re el euipo

=nterca!(iador de calor %*0'&

a ali!entacin del reactor se calienta a 00 2 usando vapor de a#ua a altapresin.

+eactor %+*0'&

Se trata de un reactor de lec5o adia(tico, e!(alado. Para este proyecto, sesupone ue el 0< de conversin. a presin de entrada del caso (ase es de000 1Pa !enos la presin p7rdidas en las tu(er-as, y la ca-da de presin delreactor es 0 1Pa.

=nterca!(iador de calor %*0&

ste interca!(iador de calor enr-a y se condensa parcial!ente el efuente delreactor. a te!peratura del caso (ase es de 0 2 . a vlvula posterior reducela presin a 00 1Pa en el caso (ase. a te!peratura y la presin pueden seropti!i)adas.

+ecipiente %8*0'&

ste recipiente separa los #ases li#eros a partir de etanol y a#ua en lascondiciones de la corriente >. as salidas de vapor en la corriente superior, ylas salidas de l-uido en la corriente de ondo. :su!ir un tie!po de residenciade l-uido '0 !inutos para el di!ensiona!iento de las consideraciones. stosi#ni9ca ue el caudal de la corriente de l-uido ue sale en la corriente '0 seutili)a para calcular un volu!en. ntonces, este volu!en se duplica para de$arespacio para el vapor se desen#anc5e del l-uido.

o!presor %*0'&

l co!presor au!enta la presin de la corriente de reciclo a la presin de lascorrientes de ali!entacin, y tiene una e9ciencia del ?0


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la opti!i)acin, las )onas de transerencia de calor %y cuesta posterior!ente&pueden esti!arse utili)ando los si#uientes coe9cientes de transerencia decalor #lo(al;

-uido*l-uido B 0 C / !2

(ullicin l-uido*l-uido B 00 C / !2

Eas*l-uido B 0 C / !2

ondensacin de #as*l-uido B 00 C / !2

Para el diseo 9nal y detallado del interca!(iador de calor, se de(e calcular loscoe9cientes de transerencia de calor %*0'&.

a uncin o($etivo para la opti!i)acin de(e ser el euivalente osto

perativo :nual %:, G / ao& por slo esta seccin, ue se de9ne co!o;

AOCniP

ACAPEAOC +

= ,,

%&

Donde :P %G& es la inversin de capital para todo el euipo %incluye (o!(as,co!presores, interca!(iador de calor, tu(er-as, vlvulas, etc.&, : %G / ao&es el costo operativo anual %incluye costos de servicios pH(licos para elinterca!(iador de calor, el co!presor , y la (o!(a&, y

( )

( )[ ]A

Pi n

i i

i

n

n, ,

=

+

+

1

1 1

%3&

Donde i B 0,' %'< de tasa de retorno& y n B '0 %vida ve#etal de die) aos&.

os costos de los co!ponentes de tu(er-as y el interca!(iador de calor se danen el :p7ndice. l di!etro de la tu(er-a y el pro#ra!a nH!ero pti!o de cadacorriente, el rea del interca!(iador de calor, y el tu(o de interca!(iador decalor de ta!ao / nivel ue !ini!i)a la de(e ser deter!inada. Para

corrientes sin ca!(io de ase, las ca-das de presin para cada interca!(iadorpueden esti!arse a partir de;

' 1Pa para el fuido del lado de la cscara si ' pul#ada ' tu(os ICE en ',en paso cuadrado3 1Pa para el fuido del lado del tu(o, si los tu(os de ' pul#ada ' ICE


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Para otras con9#uraciones, las ca-das de presin se pueden o(tener por los!7todos ilustrados en la escala 3'0 J clase.

Para *0', ser diseado en detalle, las ca-das de presin apro4i!adaspueden ser utili)adas en los clculos para deter!inar el di!etro pti!o de latu(er-a. Sin e!(ar#o, en el diseo detallado interca!(iador de calor, las ca-dasde presin de(en ser calculados usando las relaciones apropiadas.

on el 9n de evaluar la cantidad de tu(er-a reuerida para la !ini*diseo, sepuede suponer ue *0' es ! por enci!a del nivel %nivel del suelo&, ue unco!presor se encuentra en el #rado con la entrada de 0,3 ! por enci!a delnivel y la salida ' ! so(re rasante, y ue una (o!(a se encuentra en el #radocon la entrada de 0, ! so(re el #rado y la salida de 0, ! por enci!a delnivel. *0' se encuentra a 3 ! de lon#itud euivalente desde el punto de!e)cla de corrientes y A con el punto ! por enci!a del nivel de !e)cla. lcontrato con nuestro proveedor de etileno reuiere ue la presin en nuestra

rontera planta sea >.000 1Pa, y el l-!ite de plantas es de ? ! de lon#itudeuivalente desde el punto de !e)cla con la corriente '3.

a presin espec-9ca del a#ua de ali!entacin de calderas est en un punto ! de lon#itud euivalente desde el punto de !e)cla con la corriente 3. alon#itud euivalente de la tu(er-a para la corriente '3 es de > !, el tu(o decorriente 3 es un tra!o recto de ' !, y la lon#itud euivalente de la tu(er-apara la corriente es ' !.

Diseo del intercambiador de calor, !"#1

Se reuiere un diseo detallado de la *0', lo ue puede 5acer por lascondiciones del caso (ase. a(e suponer ue los servicios pH(licos estndisponi(les en las condiciones especi9cadas en el :p7ndice de esteplantea!iento del pro(le!a. Para este diseo del interca!(iador de calor, lasi#uiente inor!acin de(e ser proporcionada;

K Di!etro de la carcasaK l nH!ero de pases de tu(o y conc5aK l nH!ero de tu(os por paseK Lu(o de tono y disposicin %trian#ular / cuadrada /..&K l nH!ero de defectores del lado de la cscara, en su caso, y su disposicin%espaciado, nivel, tipo&

K Di!etro, espesor, y la lon#itud de los tu(osK lculo de a!(os coe9cientes de transerencia de calor de pel-cula de conc5asy del lado de tu(oK lculo del coe9ciente #lo(al de transerencia de calor %se puede suponer ueno 5ay ensucia!iento a cada lado del interca!(iador&K rea de transerencia de calor del interca!(iadorK as ca-das de presin del lado de la carcasa y lado del tu(o %calculado, noesti!ado&K os !ateriales de construccin


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K l costo apro4i!ado del interca!(iador

"n (osue$o detallado del interca!(iador de(e incluirse $unto con un con$untode clculos inte#rales en un ap7ndice de la !ini*diseo.

". Termodinmica ! $C% &"#'

sts para opti!i)ar el siste!a de fas5 y reciclar, ue incluye las corrientes >,6, '', ', y '3, $unto con *0' y 8*0'. a uncin o($etivo para laopti!i)acin de(e ser el euivalente osto perativo :nual %:, G / ao& porslo esta seccin, ue se de9ne co!o;

AOCniP

ACAPEAOC +

= ,,

%&

Donde :P %G& es la inversin de capital para el euipo %incluye co!presores,interca!(iadores de calor, vasos, etc.&, : %G / ao& es el costo operativoanual %incluye costos de servicios pH(licos para el co!presor, as- co!o el costode ali!entacin de reactivo& , y

( )

( )[ ]A

Pi n

i i

i

n

n, ,

=

+

+

1

1 1

%3&

Donde i B 0,' %'< de tasa de retorno& y n B '0 %vida ve#etal de die) aos&.8aria(les de opti!i)acin pueden incluir, pero no se li!itan a la presin delrecipiente y la te!peratura, y la relacin de recicla$e a pur#a. os costos y lae9ciencia de euipos se encuentran en el :p7ndice y precios de los contratosactuales de etileno se pueden encontrar en la seccin @=ndicadores lave@ de==S Nu-!ica ne#ocios. ==S orece una lista de precios indicativos para uso delos estudiantes %http://www.icis.com/StaticPages/ae.htm&, pero estos preciosson slo para ser utili)ado co!o una #u-a apro4i!ada. as fuctuaciones de losprecios recientes en el !ercado del petrleo 5an llevado a las fuctuaciones deprecios si!ilares en etileno, ya ue es un producto de la re9nacin. "tilice elprecio a #ranel contrato tal co!o se pu(lic en la edicin i!presa deseptie!(re 6 para clculos :. a Ii(lioteca vansdale !antiene unasuscripcin.

:de!s, de(e!os ser capaces de !odelar con precisin la ter!odin!ica dela !e)cla de etanol en etileno a#ua ue entra en el recipiente fas5. asi!precisiones en la ter!odin!ica del euili(rio l-uido*vapor de esta !e)cla


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pueden conducir a clculos ine4actos de la separacin de ases y el coste#lo(al de la planta. Ousti9car la eleccin del pauete de la ter!odin!ica(asada en un e4a!en de los dia#ra!as L*4,y de los pares de co!ponentes enuna variedad de posi(les presiones de operacin.

&. studio de (eguridadn el diseo de un proceso u-!ico, es i!portante conocer las propiedades delos productos u-!icos ue se producen y consu!en en el proceso. areactividad y la to4icidad de los reactivos y productos no slo aectarn aldiseo, sino ta!(i7n aectarn a los procedi!ientos ue podr-ani!ple!entarse durante un evento no pro#ra!ado co!o una parada dee!er#encia. l propsito del estudio de se#uridad es 5acer ue la #estinconsciente de los ries#os para el personal de(ido a la infa!a(ilidad y to4icidadde todos los productos u-!icos consu!idos o producidos en el proceso. o!o!-ni!o, el MSDS %!ateriales y datos de se#uridad de 5o$as& para todos estos

productos u-!icos de(er-a proporcionarse en un ap7ndice, y una (revediscusin de las principales preocupaciones para cada producto u-!ico sede(e ad!inistrar co!o una seccin separada del inor!e. sto de(e incluir laspreocupaciones y preocupaciones ue son espec-9cos de las condiciones deunciona!iento en este proceso #eneral. :de!s, de(e preverse un (reveanlisis de los posi(les ries#os de se#uridad para cada euipo en su proceso.Por Hlti!o, se de(e e4plicar una caracter-stica de su diseo de procesos uea(orda una de estas preocupaciones.

). C*MCAD Me+oras Proceso

"na si!ulacin JM:D del caso (ase del proceso ue se !uestra en laFi#ura ' de(e ser proporcionada. Me$oras en los procesos ue no violan lasleyes de la -sica pueden ser su#eridas. "na e4plicacin de la ra)n de tales!e$oras en el proceso de(e ser proporcionada, incluyendo un anlisisecon!ico, si es posi(le.

-tra informacin

a(e suponer ue un ao es i#ual a >000 5oras. Se trata de unos 330 d-as, loue per!ite el apa#ado y el !anteni!iento peridico.

Plan de sugerido de Ataue

l anlisis de se#uridad puede co!en)ar tan pronto co!o el proyecto sedistri(uye. "n (uen lu#ar para encontrar las 5o$as MSDS es http://siri.org. asi!ulacin JM:D ta!(i7n se puede 5acer de in!ediato. l diseotranserencia !ecnica / calor fuido y el diseo de la ter!odin!ica se puedeiniciar si#uiente. l anlisis de euili(rio vapor*l-uido no de(e intentarse 5astaue el !aterial se trata en clase ter!odin!ica.


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ntregables

/os informes escritos

ada #rupo de(er entre#ar un inor!e escrito utili)ando un procesador dete4tos. Lres copias id7nticas de(en ser presentadas, una por cada instructor.os inor!es de los proyectos escritos se de(en a las '';00 a! del $ueves, 0de novie!(re de 00>. os proyectos tard-os reci(irn un !-ni!o de unadeduccin de #rado de una letra.

l inor!e de(e ser claro y conciso. Para la inor!acin de or!ato correcto,consulte el docu!ento titulado Diseo scrito =nor!es. l inor!e de(econtener un dia#ra!a de fu$o del proceso de etiuetado %PFD& y una !esa defu$o, cada uno en el or!ato adecuado. l sotare preerido para preparar PFDes orel Dra. "n PFD de JM:D es inacepta(leQ sin e!(ar#o, de(e serincluido en el ap7ndice $unto con un inor!e JM:D para el caso (ase. a

Fi#ura ' se de(e utili)ar co!o una plantilla para su PFD. n la presentacin deresultados para dierentes casos, los #r9cos son superiores a las ta(las. Parael caso pti!o, el inor!e ane4o de(e contener detalles de los clculos ueson ciles de se#uir. De(e 5a(er ap7ndices separados para cada @!ini*proyecto@. stos pueden ser escritas a !ano si se 5ace cuidadosa!ente.:lternativa!ente, las 5o$as de clculo de 4cel se pueden incluir, pero 7stasde(en estar (ien docu!entadas para ue el lector pueda interpretar losresultados. os clculos ue no se pueden se#uir cil!ente y ue no see4plican perdern cr7dito.

Dado ue este proyecto consiste en @!ini*diseos,@ se su#iere ue el inor!e

se or#ani)a de la si#uiente !anera. De(e 5a(er un resu!en #eneral eintroduccin. ntonces, de(e 5a(er una seccin de resultados se#uida de unaseccin de discusin para cada @!ini*diseo.@ Secciones #enerales conclusin yreco!endacin de(en se#uir. o!o !-ni!o, de(e 5a(er un ap7ndice paracada uno de los @!ini*diseos@ con los clculos detallados ue estnclara!ente escritas y ciles de se#uir.

on el 9n de evaluar las 5a(ilidades de escritura de cada !ie!(ro del #rupo,los resultados y las secciones de discusin para cada !ini*diseo de(en serescritos por un !ie!(ro del #rupo dierente. a autor-a de cada uno de estos!ini*inor!es de(e estar clara!ente especi9cada en el inor!e. :unue las

porciones individuales escritas de los inor!es de(en ser escritos por un solo!ie!(ro del #rupo, es la intencin de los instructores ue los !ie!(ros del#rupo de(en ayudar !utua!ente por escrito dierentes secciones. Para ello, lereco!enda!os ue (usue la entrada, co!o la correccin de prue(as y lascr-ticas, de otros !ie!(ros de su #rupo.

os inor!es sern evaluados de la si#uiente !anera;


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K contenido t7cnico*curso espec-9co * 0

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