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Tipo: Exámenes
1 / 21
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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y PETROQUÍMICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
SEMESTRE ACADÉMICO: 2021-II CICLO Y SECCIÓN: VI-A
DOCENTE: DRA. ANA MARÍA JIMÉNEZ PASACHE
13000 lb/h de gas oil de 26°API, se enfría de 450°F a 350°F, calentando gasolina de
57 °API bajo presión de 220°F a 230°F en tantas horquillas de 3 x 2plg IPS de doble tubo
de 20 pies de longitud como sean requeridas. Se permiten caídas de presión de 10 lb/plg
2
,
con un factor de obstrucción de 0,004.
a) Cuántas horquillas se requieren?
b) ¿Cómo deben arreglarse los fluidos?
c) ¿Cuál es el factor final de obstrucción?
DATOS:
FLUIDO CALIENTE: GAS OIL 26° API Fluido frío: gasolina de 57°API
W= 13000 Lb/h w =?
T
1
= 450°F t
1
= 220°F
T 2
= 350°F t 2
= 230°F
n horquillas de 3 x 2 plg IPS
L= 20 pies
ΔP= 10 lb/plg
2
Rd= 0,
a) n=?
b) Arreglo de los fluidos?
c) R D
?
Se determina el arreglo de los fluidos:
I
2
1
2
2
I
1
Termin 2
al frío
Terminal
caliente
(^0) L
x
Δ t
Δ t 2 1
ln ---------
2
I
2
1
1
2
2
1
Terminal
caliente
Terminal
x 0
Δ t
2
Δ t
1
b) Flujo en Paralelo.-
a) Flujo a Contracorriente.-
(450-230)°F
= 220°F
(350-220)°F
= 130°F
(450-220)°F
= 230°F
(350-230)°F
= 120°F
ln ---------
Los fluido circularán a contracorriente y MLDT= 171,07°F
Calculando las temperaturas calóricas:
c
2
c
1
2
t
c
= t
1
c
(t
2
1
C
ϕ °API y Δ T ó Δt
C
ϕ K
c
y Δt
c
/Δt
h
Δt
c
/Δt
h
= Δt
1
/Δt
2
Ver figura 17 D. Kern
…(7)
…(8)
Hallando calores específicos, en Fig 4, página 911, Donald Kern:
Para el GAS OIL de 26°API a Tc= 392,5°F
➔ C (gas oil) = 0,615 Btu/lb°F
Para el Gasolina de 57°API a tc= 224,25°F
➔ C (gasolina) = 0,581 Btu/lb°F
Calculando Q, en la ecuación (5):
Q = 13000 lb/h x 0,615 -------- ( 450-350) ° F
Btu
lb ° F
Q = 799 500 Btu/h
Calculando w (Gasolina de 57°API),
en la ecuación (6):
w = ---------------------------
799 500 Btu/h
0,581----------- x 10 ° F
Btu
lb ° F
w = 137 607,57 lb/h
Localizando los fluidos:
Área de la sección transversal del tubo
interior de 2 plg IPS (DI= 2,067 plg):
P
= ------ ---------------------- = 0,023 pie
2
π
(2,067 plg)
2
(12 plg/pie)
2
Área del ánulo: 3x2 plg (DI 3” = 3,068 plg)
(DE 2” = 2,38 plg)
a
= ------- --------------------------- = 0,0204 pie
2
π
( 3.068)
2
2
plg
2
(12 plg/pie)
2
W = 13000 lb/h (GAS OIL 26 ° API) → Ánulo
w = 137 607,57 lb/h(Gasolina 57 ° API) → Tubo interior
Se calcula los coeficientes de película hi (hio) y ho
Fluido frío ( tubo interior)
Ej. Gasolina de 57°API
FLUIDO CALIENTE (ÁNULO)
GAS OIL DE 26°API
(h io
) 1. Cálculo de h o
h o
hi = ------------ --------- --------
j H
x k
Di
c μ
k
1/
μ
μ w
----- = ----------- --------
j
H
x k
Di
c μ
k
1/
ϕ
P
h i …(a)
h o
= ------------ --------- --------
j
H
x k
De
c μ
k
1/
μ
μ w
D
e
----- = ----------- --------
j
H
x k
De
c μ
k
1/
h o
ϕ a
…(a’)
i
D e
= Diámetro equivalente
D i
: Diámetro interior del
tubo interior.
Fluido frío ( tubo interior)
Ej. Gasolina de 57°API
FLUIDO CALIENTE (ÁNULO)
GAS OIL DE 26°API
Reemplazando valores en ecuación (b): Reemplazando valores en ecuación (b’):
Re = ---------------------------------------------------
0,6776 lb/pie h
5 982 937,83 lb/h pie
2
x 0,17225pie
Re = ---------------------------------------------------
1,6456 lb/pie h
637 254,902 lb/h pie
2
x 0,1312 pie
Re = 1,5 x 10
6
Re = 5,1 x 10
4
Calculando jH , en fig. 24: jH vs. Re:
jH= 1000
Calculando jH, en fig. 24: jH vs. Re:
jH= 149
Calculando k Gasolina de 57 ° API en Fig 1,
p.908 D. Kern:
k = 0,085 Btu/ hpie ° F
Calculando k GAS OIL de 26 ° API en Fig 1,
p.908 D. Kern:
k = 0,0675 Btu/hpie ° F
Fig 1 p. 908
D. Kern
Fluido frío ( tubo interior)
Ej. Gasolina de 57°API
FLUIDO CALIENTE (ÁNULO)
GAS OIL DE 26°API
t
w
c
c
c
h
io/
ϕ
P
h
io
/ϕ
P
+h
o
/ϕ
a
Hallando t w
Hallando T w
w
= t
c
c
c
h
io/
ϕ
a
h
io
/ϕ
P
+h
o
/ϕ
a
t
w
714,38 Btu/h pie
2
° F
(714,38 + 189,03)Btu/h pie
2
° F
w
189,03Btu/h pie
2
° F
(714,38 + 189,03)Btu/h pie
2
° F
t w
w
μ (tc)/ μ (tw) =0,6776 lb/pie h/0,574 lb/pie h
μ (tw) = 0,237 cp x 2,42 ----------- = 0,574 lb/pie h
cp
lb/pie h
0,
ϕ
p
ϕ
p
μ (tw) = 1,8 cp x 2,42 ----------- = 4,356 lb/pie h
cp
lb/pie h
μ (tc)/ μ (tw) = 1,6456 lb/pie h/4,356 lb/pie h
0,
ϕ
a
0,
0,
ϕ
p
Luego:
h
io
= --------- ϕ p
= 714,38 Btu/h pie
2
° F x 1.
h
io
ϕ
p
Fluido frío ( tubo interior)
Ej. Gasolina de 57°API
FLUIDO CALIENTE (ÁNULO)
GAS OIL DE 26°API
h
io
= 728,67 Btu/h pie
2
° F
h
o
= --------- ϕ
a
= 189,03Btu/h pie
2
° F x 0,
h
o
ϕ
a
h
o
= 164,46 Btu/h pie
2
° F
C
2
° F
io
o
io
o
Reemplazando valores en la ecuación (10):
728,67 Btu/h pie
2
° F x 164,46 Btu/h pie
2
° F
728,67 Btu/h pie
2
° F + 164,46 Btu/h pie
2
° F
Calculando el número de horquillas, n, en ecuación (1):
n = ------------------------------- = ------------------------------- = 2,15 horquillas ≈ 3 horquillas
R
2 x20 pies/horquilla
86,05 pie
40 pies/horquilla
Calculando el factor final de obstrucción, R
D
:
R D
= ---------------------
U
C
- U
D
’
U
C
x U
D
’
…(11)
U
C
= Coeficiente global de transf , limpio
(134,18 Btu/h pie
2
° F )
U D
’ = Nuevo Coeficiente global de transf, sucio
U D
’ = --------------------
A’ x MLDT
…(12)
Q = Calor transferido por unidad de tiempo o veloc. Transf. De calor
(799 500 Btu/h)
A’ = Superficie suministrada por 3 horquillas
A’ = 3 horquillas x 40 pies/horquilla x 0,622 pie
2
/pie
A’ = 74,64 pie
2
Calculando U D
’, en ecuación (12):
U D
’ = ------------------= ------------------------------- = 62,61 Btu/h pie
2
° F
A’ x MLDT
799 500 Btu/h
74,64 pie
2
x 171,07 ° F
Calculando R D
, en ecuación (11):
R
D
= ------------------ = ------------------------------------------------------- = 0,0085 h pie
2
° F/Btu
U
C
- U
D
’
U
C
x U
D
’
134,18 Btu/h pie
2
° F - 62,61 Btu/h pie
2
° F
134,18 Btu/h pie
2
° F x 62,61 Btu/h pie
2
° F
RESPUESTAS:
a) Se requieren tres (03) horquillas.
b) Los fluidos se deben arreglar a contracorriente, localizando el fluido caliente
(GAS OIL) por el ánulo y el fluido frío (Gasolina) por el tubo interior.
c) El factor final de obstrucción es 0,0085 h pie
2
°F/Btu.
