Heurísticas para Processos Industriais

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HEURÍSTICAS
LISTA DE INFORMACIÓN DE TABLAS
11.2 (a) Heurística de propiedades físicas.
11.2 (b) Variaciones típicas de las propiedades físicas con la temperatura y la presión.
11.3 Capacidades para unidades de proceso de uso común.
11.4 Efecto de los materiales de construcción típicos sobre el color del producto, la corrosión, la abrasión y los efectos catalíticos.
11.5 Heurística para conductores y equipos de recuperación de energía.
11.6 Heurística para recipientes de proceso (tambores).
11.7 Heurística para recipientes (presión y almacenamiento).
11.8 Heurística para tuberías.
11.9 Heurística para bombas.
11.10 Heurística para compresores, ventiladores, sopladores y bombas de vacío.
11.11 Heurística para intercambiadores de calor.
11.12 Heurística para aislamiento térmico.
11.13 Heurística para columnas (destilación y absorción de gases).
11.14 Heurística para columnas de platos (destilación y absorción de gases).
11.15 Heurística para columnas empacadas (destilación y absorción de gases).
11.16 Heurística para extracción líquido-líquido.
11.17 Heurística para Reactores.
11.18 Heurística para refrigeración y servicios auxiliares.
11.2 (a) Heurística de propiedades físicas.
	
	UNIDADES
	LÍQUIDOS
	LÍQUIDOS
	GASES
	GASES
	GASES
	
	
	Agua
	Material orgánico
	Vapor
	Aire
	Material orgánico
	Capacidad calorífica
	kJ/kg°C
	4-2
	1.0 – 2.5
	2.0
	1.0
	2.0 – 4.0
	Densidad
	kg/m3
	1000
	700 - 1500
	
	1.29 @ STP
	
	Calor latente
	kJ/kg
	1200 – 2100
	200 - 1000
	
	
	
	Conductividad térmica
	W/m°C
	0.55 – 0.70
	0.10 – 0.20
	0.025 – 0.07
	0.025 – 0.05
	0.02 – 0.06
	Viscosidad
	kg/ms
	0°C 1.8x10 -3
50°C 5.7x10 -4
100°C 2.8x10 -4
200°C 1.4x10 -4
	Gama amplia
	10 – 30x10-6
	20 – 50x10-6
	10 – 30x10-6
	No. de Prandtl
	
	1-15
	10 - 1000
	1-0
	0.7
	0.7 - 0.8
11.2 (b) Variaciones típicas de las propiedades físicas con la temperatura y la presión.
	
	LÍQUIDOS
	LÍQUIDOS
	GASES
	GASES
	PROPIEDAD
	
	
	
	
	Densidad
	
	
	
	
	Viscosidad
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
11.3 Capacidades para unidades de proceso de uso común.
11.4 Efecto de los materiales de construcción típicos sobre el color del producto, la corrosión, la abrasión y los efectos catalíticos.
11.5 Heurística para conductores y equipos de recuperación de energía.
1. La eficiencia es mayor para máquinas más grandes. Los motores eléctricos son 85% –95%; las turbinas de vapor son 42% –78%; Los motores de gas y las turbinas tienen una eficiencia del 28% al 38% (ver Figura 8.7).
2. Para menos de 74.6 kW (100 hp), los motores eléctricos se utilizan casi exclusivamente. Están hechos para servicios de hasta 14,900 kW (20,000 hp).
3. Las turbinas de vapor son competitivas por encima de 76,6 kW (100 hp). Son de velocidad controlable. Con frecuencia se usan como repuestos en caso de falla de energía.
4. Los motores y turbinas de combustión están restringidos a ubicaciones móviles y remotas.
5. Los expansores de gas para la recuperación de energía pueden justificarse a capacidades de varios cientos de caballos de fuerza; de lo contrario, cualquier reducción de presión en el proceso se realiza con válvulas de estrangulamiento.
6. Se dan las siguientes definiciones útiles:
Los valores de εdr se dan en esta tabla y en la Figura 8.7.
Los valores de εsh se dan en las Tablas 11.9 y 11.10. Por lo general, εsh se administran en PFD.
11.6 Heurística para recipientes de proceso (tambores).
1. Los tambores son vasos relativamente pequeños que proporcionan capacidad de sobretensión o separación de fases arrastradas.
2. Los bidones líquidos suelen ser horizontales.
3. Los separadores de fase gas-líquido son generalmente verticales.
4. Longitud o diámetro óptimo = 3, pero el rango de 2.5 a 5 es común.
5. El tiempo de retención es de 5 minutos para tambores de reflujo medio llenos y separadores de gas / líquido, de 5 a 10 minutos para un producto que alimenta otra torre.
6. En los tambores que alimentan un horno, se permiten 30 minutos para un tambor medio lleno.
7. Los tambores perforados colocados delante de los compresores deben contener no menos de 10 veces el volumen de líquido que pasa por minuto.
8. Las separaciones líquido-líquido están diseñadas para una velocidad de asentamiento de 0.085–0.127 cm / s (2–3 in / min).
9. Velocidad del gas en separadores de gas / líquido, (ft / seg) k = 0.11 (0.35) para sistemas con filtro de malla y k = 0.0305 (0.1) sin filtro de malla.
10. La eliminación del arrastre del 99% se logra con un grosor de malla de 10,2–30,5 cm (4–12 pulgadas); El espesor de 15.25 cm (6 pulgadas) es popular.
11. Para las almohadillas verticales, el valor del coeficiente en el Paso 9 se reduce en un factor de 2/3.
12. Se puede esperar un buen rendimiento a velocidades del 30% al 100% de las calculadas con la k dada; El 75% es popular.
13. Los espacios de desacoplamiento de 15,2–45,7 cm (6–18 pulg.) Delante de la almohadilla y 30,5 cm (12 pulg.) por encima de la almohadilla son adecuados.
14. Los separadores de ciclón pueden diseñarse para una recolección del 95% en partículas de 5 μm, pero por lo general solo es necesario eliminar las gotas de más de 50 μm.
11.7 Heurística para recipientes (presión y almacenamiento).
Recipientes a presión
1. La temperatura de diseño entre –30 ° C y 345 ° C es 25 ° C por encima de la temperatura máxima de funcionamiento; Se utilizan márgenes de seguridad más altos fuera del rango de temperatura dado.
2. La presión de diseño es del 10% o 0,69–1,7 bar (10–25 psi) sobre el máx. presión de funcionamiento, la que sea mayor. El máximo. La presión de operación, a su vez, se toma como 1.7 bar (25 psi) por encima de la operación normal.
3. Las presiones de diseño de los recipientes que operan a 0–0,69 bar (0–10 psig) y 95–540 ° C (200–1000 ° F) son 2,76 barg (40 psig).
4. Para la operación de vacío, las presiones de diseño son de 1 barg (15 psig) y vacío total.
5. Espesor mínimo de pared para rigidez: 6.4 mm (0.25 in) para 1.07 m (42 in) de diámetro. y menos de 8.1 mm (0.32 pulg.) para 1.07–1.52 m (42–60 pulg.) de diámetro, y 11.7 mm (0.38 pulg.) para más de 1.52 m (60 pulg.) de diámetro.
6. Capacidad de corrosión 8.9 mm (0.35 in) para condiciones corrosivas conocidas, 3.8 mm (0.15 in) para corrientes no corrosivas, y 1.5 mm (0.06 in) para bidones de vapor y receptores de aire.
7. Las tensiones de trabajo permitidas son un cuarto de la resistencia máxima del material.
8. La tensión máxima permitida depende fuertemente de la temperatura.
Recipientes de almacenamiento
1. Para menos de 3.8 m3 (1000 gal), use tanques verticales en las patas.
2. Entre 3.8 y 38 m3 (1000 y 10,000 gal), use tanques horizontales sobre soportes de concreto.
3. Más allá de 38 m3 (10,000 gal) use tanques verticales en plataformas de concreto.
4. Los líquidos sujetos a pérdidas respiratorias pueden almacenarse en tanques con techos flotantes o de expansión para su conservación.
5. El francobordo está 15% por debajo de 1.9 m3 (500 gal) y 10% por encima de 1.9 m3 (500 gal) de capacidad.
6. La capacidad de treinta días a menudo se especifica para materias primas y productos, pero depende de la conexión de los horarios del equipo de transporte.
7. Las capacidades de los tanques de almacenamiento son al menos 1,5 veces el tamaño de los equipos de transporte conectados; por ejemplo, camiones cisterna de 28,4 m3 (7500 gal), vagones de ferrocarril de 130 m3 (34,500 gal) y capacidades de barcazas y camiones cisterna prácticamente ilimitadas.
11.8 Heurística para tuberías.
1. Velocidades de línea (u) y caída de presión (ΔP): (a) Para descarga de la bomba de líquido: u = (5 + D / 3) pies/seg y ΔP = 2.0 psi / 100 pies; (b) Para la succión de la bomba de líquido: u = (1.3 + D / 6) pies / seg y ΔP = 0.4 psi / 100 pies; (c) Para flujo de vapor o gas: u = 20 D pies / seg y ΔP = 0.5 psi / 100 pies, D = diámetro de la tubería en pulgadas.
2. Velocidades de la línea de gas / vapor = 61 m / s (200 pies / seg), y caída de presión = 0.1 bar / 100 m (0.5 psi / 100 pies).
3. En estimaciones preliminares, establezca caídas de presión en la línea para una longitud equivalentede 30 m (100 pies) de tubería entre cada pieza del equipo.
4. Las válvulas de control requieren una caída de al menos 0,69 bar (10 psi) para un buen control.
5. Las válvulas de globo se usan para gases, control y donde se requiere un cierre hermético. Válvulas de compuerta para la mayoría de los otros servicios.
6. Los accesorios atornillados se usan solo en tamaños de 3,8 cm (1,5 pulgadas) o menos; de lo contrario, se utilizan bridas o soldaduras.
7. Las bridas y los accesorios están clasificados para 10, 20, 40, 103, 175 bar (150, 300, 600, 1500 o 2500 psig).
8. Número de programa aproximado requerido = 1000 P / S, donde P es la presión interna en psig y S es el esfuerzo de trabajo permitido [aproximadamente 690 bar (10,000 psi)] para el acero al carbono A120 a 260 ° (500 ° F). La cédula 40 es la más común.
11.9 Heurística para bombas.
1. Potencia para bombear líquidos:
kW = (1.67) [Flujo (m3 / min)] [ΔP (bar)] / ε[hp = Flujo (gpm) ΔP (psi) / 1714 / ε]
ε = Eficiencia fraccional = εsh (ver Tabla 11.5).
2. El cabezal de succión positivo neto (NPSH) de una bomba debe exceder un cierto número, dependiendo del tipo de bombas y las condiciones, para evitar daños. NPSH = (presión en el ojo del impulsor - presión de vapor) / (ρg). El rango común es de 1.2 a 6.1 m de líquido (4 a 20 pies).
3. Velocidad específica Ns = (rpm) (gpm) 0.5 / (cabeza en pies) 0.75. La bomba puede dañarse si se exceden ciertos límites de Ns, y la eficiencia es mejor en algunos rangos.
4. Bombas centrífugas: etapa única para 0.057–18.9 m3 / min (15–5000 gpm), altura máxima de 152 m (500 pies); multietapa para 0.076–41.6 m3 / min (20–11,000 gpm), 1675 m (5500 pies) de altura máxima. Eficiencia 45% a 0.378 m3 / min (100 gpm), 70% a 1.89 m3 / min (500 gpm), 80% a 37.8 m3 / min (10,000 gpm).
5. Bombas axiales para 0.076–378 m3 / min (20–100,000 gpm), 12 m (40 pies) de altura, 65–85% de eficiencia.
6. Bombas rotativas para 0.00378–18.9 m3 / min (1–5000 gpm), 15,200 m (50,000 pies de altura), 50–80% de eficiencia.
7. Bombas alternativas para 0.0378–37.8 m3 / min (10–10,000 gpm), 300 km (1,000,000 pies) de altura máxima. Eficiencia 70% a 7.46 kW (10 hp), 85% a 37.3 kW (50 hp) y 90% a 373 kW (500 hp).
11.10 Heurística para compresores, ventiladores, sopladores y bombas de vacío.
1. Los ventiladores se usan para elevar la presión alrededor del 3% {12 in (30 cm) de agua}, los sopladores para elevar menos de 2.75 barg (40 psig) y los compresores a presiones más altas, aunque el rango del soplador se incluye comúnmente en el rango del compresor. 
2. Potencia adiabática reversible teórica = mz1RT1 [({P2 / P1} a - 1)] / a
donde T1 es la temperatura de entrada, R = Constante de gas, z1 = compresibilidad, m = caudal molar, a = (k – 1) / k y k = Cp / Cv.
Valores de R: = 8.314 J / mol K = 1.987 Btu / lbmol R = 0.7302 atm ft3 / lbmol R
3.Temperatura de salida para proceso adiabático reversible T2 = T1 (P2 / P1) a
4. Las temperaturas de salida no deben exceder 167–204 ° C (350–400 ° F); para gases diatómicos (Cp / Cv = 1.4). Esto corresponde a una relación de compresión de aproximadamente 4.
5. La relación de compresión debe ser aproximadamente la misma en cada etapa de una unidad de etapas múltiples, relación = (Pn / P1) 1 / n, con n etapas.
6. Eficiencias de los compresores alternativos: 65% a relaciones de compresión de 1.5, 75% a 2.0 y 80–85% a 3–6.
7. Las eficiencias de los compresores centrífugos grandes, 2.83–47.2 m3 / s (6000–100,000 acfm) en succión, son 76–78%.
8. Para bombas de vacío, utilice lo siguiente:
9. Un eyector de tres etapas necesita 100 kg de vapor / kg de aire para mantener una presión de 1 Torr.
10. La fuga de aire hacia el equipo evacuado depende de la presión absoluta, Torr y el volumen del equipo, V en m3 (ft3) de acuerdo con W = kV2/3 kg / h (lb / hr) con k = 0.98 (0.2) cuando P> 90 Torr, k = 0.39 (0.08) entre 3 y 20 Torr, y k = 0.12 (0.025) a menos de 1 Torr.
11.11 Heurística para intercambiadores de calor.
1. Para una estimación conservadora, establezca F = 0.9 para intercambiadores de carcasa y tubo sin cambios de fase, q = UAFΔTlm. Cuando ΔT en los extremos del intercambiador difiere mucho, verifique F y reconfigure si F es menor que 0.85.
2. Los tubos estándar tienen un diámetro exterior de 1.9 cm (3/4 pulg.), En un espacio triangular de 2.54 cm (1 pulg.), 4.9 m (16 pies) de largo.
Una carcasa de 30 cm (1 pie) de diámetro, acomoda 9.3 m2 (100 pies2)
de 60 cm (2 pies) de diámetro, acomoda 37.2 m2 (400 pies2)
de 90 cm (3 pies) de diámetro, acomoda 102 m2 (1100 pies2).
3. El lado del tubo es para fluidos corrosivos, incrustantes, descamativos y de alta presión.
4. El lado de la carcasa es para fluidos viscosos y de condensación.
5. Las caídas de presión son 0.1 bar (1.5 psi) para ebullición y 0.2–0.62 bar (3–9 psi) para otros servicios.
6. La temperatura mínima es de 10 ° C (20 ° F) para fluidos y de 5 ° C (10 ° F) para refrigerantes.
7. La entrada de agua de refrigeración es de 30 ° C (90 ° F), la salida máxima es de 45 ° C (115 ° F).
8. Coeficientes de transferencia de calor para fines de estimación, W / m2 ° C (Btu / hr ft2 ° F): agua a líquido, 850 (150); condensadores, 850 (150); líquido a líquido, 280 (50); líquido a gas, 60 (10); gas a gas 30 (5); caldera 1140 (200). Flujo máximo en caldera 31.5 kW / m2 (10,000 Btu / hr ft2). Cuando ocurran cambios de fase, use un análisis de zonas con el coeficiente apropiado para cada zona.
9. El intercambiador de doble tubo es competitivo en tareas que requieren 9.3–18.6 m2 (100–200 pies2).
10. Los intercambiadores compactos (placa y aleta) tienen 1150 m2 / m3 (350 pies2 / pies3) y aproximadamente 4 veces la transferencia de calor por corte de las unidades de carcasa y tubo.
11. Los intercambiadores de placas y marcos son adecuados para servicios de saneamiento elevado y son un 25-50% más baratos en construcción de acero inoxidable que las unidades de carcasa y tubos.
12. Enfriadores de aire: los tubos tienen 0.75–1.0 pulg. OD., Superficie total aleteada 15–20 m2 / m2 (ft2 / ft2 superficie descubierta), U = 450–570 W / m2 ° C (80–100 Btu / hr ft2 (superficie desnuda) ° F). Temperatura mínima de aproximación = 22 ° C (40 ° F).
Potencia de entrada del ventilador = 1.4–3.6 kW / (MJ / h) [2–5 hp / (1000 Btu / hr)].
13. Calentadores encendidos: tasa radiante, 37.6 kW / m2 (12,000 Btu / hr ft2); velocidad de convección, 12.5 kW / m2 (4000 Btu / hr ft2); velocidad del tubo de aceite frío = 1.8 m / s (6 pies / seg); transferencia aproximadamente igual en las dos secciones; eficiencia térmica 70–90% basada en un menor valor de calentamiento; temperatura del gas de combustión 140– 195 ° C (250–350 ° F) por encima de la entrada de alimentación; temperatura del gas de la chimenea 345–510 ° C (650–950 ° F).
11.12 Heurística para aislamiento térmico.
1. Hasta 345 ° C (650 ° F), se utiliza 85% de magnesia.
2. Hasta 870–1040 ° C (1600–1900 ° F), se usa una mezcla de asbesto y tierra de diatomeas.
3. Revestimientos cerámicos (refractarios) a mayor temperatura.
4. El equipo criogénico –130 ° C (–200 ° F) emplea aislamiento con poros finos de aire atrapado, por ejemplo, perlita.
5. El espesor óptimo varía con la temperatura: 1.27 cm (0.5 in) a 95 ° C (200 ° F), 2.54 cm (1.0 in) a 200 ° C (400 ° F), 3.2 cm (1.25 in) a 315 ° C (600 ° F).
6. En condiciones de viento de 12.1 km / h (7.5 millas / h), se justifica un espesor de aislamiento de 10–20% mayor.
11.13 Heurística para columnas (destilación y absorción de gases).
1. La destilación suele ser el método más económico para separar líquidos, superior a la extracción, la cristalización por absorción u otros.
2. Para mezclas ideales, la volatilidad relativa es la relación de presiones de vapor:
 
3. La presión de operación de la torre se determina con mayor frecuencia por la temperatura de los medios de condensación, 38–50 ° C (100–120 ° F) si se usa agua de enfriamiento, o por la temperatura máxima permitida de la caldera para evitar la descomposición / degradación química.
4. Secuenciación de columnas para separar mezclas multicomponentes:a) Realice primero la separación más fácil, es decir, la menos exigente de bandejas y reflujo, y deje lo más difícil para el final.
b) Cuando ni la volatilidad relativa ni la composición del alimento varían ampliamente, elimine los componentes uno por uno como productos generales.
c) Cuando los componentes ordenados adyacentes en la alimentación varían ampliamente en la volatilidad relativa, secuenciar las divisiones en orden de disminución de la volatilidad.
d) Cuando las concentraciones en la alimentación varían ampliamente, pero las volatilidades relativas no lo hacen, retire los componentes en orden decreciente de concentración.
5. La relación de reflujo óptima económica está en el rango de 1.2 a 1.5 veces la relación de reflujo mínima, Rmin.
6. El número económicamente óptimo de bandejas teóricas es casi el doble del valor mínimo Nmin.
7. El número mínimo de bandejas se encuentra con la ecuación de Fenske-Underwood:
Nmin = ln {[x / (1 – x)]oυhd / [x / (1 – x)] btms} / ln α
8. El reflujo mínimo para mezclas binarias o pseudobinarias viene dado por lo siguiente cuando la separación es esencialmente completa (xD ≈ 1) y D / F es la relación del producto superior a la velocidad de alimentación:
RminD / F = 1 / (α – 1), cuando la alimentación está en el punto de burbuja
(Rmin + 1) D / F = α / (α – 1), cuando la alimentación está en el punto de rocío
9. Un factor de seguridad del 10% del número de bandejas calculado por los mejores medios es aconsejable.
10. Las bombas de reflujo se hacen al menos 10% de gran tamaño.
11. El valor óptimo del factor de absorción de Kremser A = (L / mV) está en el rango de 1.25 a 2.0.
12. Los tambores de reflujo generalmente son horizontales, con una retención de líquido de 5 min hasta la mitad. Una olla de despegue para una segunda fase líquida, como el agua en los sistemas de hidrocarburos, está dimensionada para una velocidad lineal de esa fase de 1.3 m / s (0.5 pies / seg), el diámetro mínimo es de 0.4 m (16 in).
13. Para torres de aproximadamente 0,9 m (3 pies) de diámetro, agregue 1,2 m (4 pies) en la parte superior para desconectar el vapor, y 1,8 m (6 pies) en la parte inferior para nivelar el líquido y devolver el calderín.
14. Limite la altura de la torre a unos 53 m (175 pies) como máximo. debido a la carga del viento y las consideraciones de cimentación. Un criterio adicional es que L / D sea inferior a 30 (20 <L / D <30 a menudo requerirá un diseño especial).
11.14 Heurística para columnas de platos (destilación y absorción de gases).
1. Por razones de accesibilidad, los espacios entre bandejas se realizan de 0.5 a 0.6 m (20 a 24 pulgadas).
2. La eficiencia máxima de las bandejas está en los valores del factor de vapor Fs = uρ0.5 en el rango de 1.2–1.5 m / s {kg / m3} 0.5 [1–1.2 pies / s {lb / ft3} 0.5]. Este rango de Fs establece el diámetro de la torre. Aproximadamente, las velocidades lineales son 0.6 m / s (2 pies / seg) a presiones moderadas, y 1.8 m / s (6 pies / seg) en vacío.
3. La caída de presión por bandeja es del orden de 7,6 cm (3 pulgadas) de agua o 0,007 bar (0,1 psi).
4. Las eficiencias de las bandejas para la destilación de hidrocarburos ligeros y soluciones acuosas son 60–90%; para11.15 Heurística para columnas empacadas (destilación y absorción de gases) absorción y eliminación de gases, 10–20%.
5. Las bandejas de tamiz tienen agujeros de 0.6–0.7 cm (0.25–0.5 in) de diámetro, siendo el área el 10% de la sección transversal activa.
6. Las bandejas de válvulas tienen agujeros de 3,8 cm (1,5 pulg.) De diámetro. cada uno provisto de una tapa elevable, 130–150 caps / m2 (12–14 caps / ft2) de sección transversal activa. Las bandejas de válvulas suelen ser más baratas que las bandejas de tamiz.
7. Las bandejas con tapa de burbuja se usan solo cuando se debe mantener un nivel de líquido en una baja relación de reducción; pueden diseñarse para una caída de presión menor que las bandejas de tamiz o de válvula.
8. Las alturas de vertedero son de 5 cm (2 pulgadas), las longitudes de vertedero son aproximadamente el 75% del diámetro de la bandeja, la velocidad del líquido, un máximo de 1,2 m3 / min m de vertedero (8 gpm / pulg de vertedero); Los arreglos multipass se utilizan a tasas de líquidos más altas.
11.15 Heurística para columnas empacadas (destilación y absorción de gases).
1. Los empaques estructurados y aleatorios son adecuados para torres empacadas de menos de 0.9 m (3 pies) cuando se requiere una baja caída de presión.
2. Reemplazar las bandejas con empaque permite un mayor rendimiento y separación en los depósitos de la torre existente.
3. Para velocidades de gas de 14.2 m3 / min (500 pies3 / min), use empaquetadura de 2.5 cm (1 pulgada); para 56.6 m3 / min (2000 pies3 / min) o más, use empaquetadura de 5 cm (2 pulgadas).
4. La relación entre el diámetro de la torre y el diámetro del empaque debe ser> 15: 1.
5. Debido a la deformabilidad, el empaque de plástico está limitado a 3–4 m (10–15 pies) y el metal a 6.0–7.6 m (20–25 pies) de profundidad sin soporte.
6. Se requieren distribuidores de líquidos cada 5–10 diámetros de torre con anillos de palidez, y al menos cada 6,5 ​​m (20 pies) para otros tipos de empaquetaduras objeto de dumping.
7. El número de distribuidores de líquidos debe ser> 32–55 / m2 (3–5 / ft2) en torres de más de 0,9 m (3 pies) de diámetro y más numerosas en columnas más pequeñas.
8. Las torres empacadas deben operar cerca del 70% de las inundaciones (evaluadas de acuerdo con la correlación de Sherwood y Lobo).
9. La altura equivalente a la etapa teórica (HETS) para el contacto vapor-líquido es de 0.4–0.56 m (1.3–1.8 pies) para anillos de palé de 2.5 cm (1 pulg.) Y 0.76–0.9 m. (2.5–3.0 pies) para anillos de palidez de 5 cm (2 pulgadas).
11.16 Heurística para extracción líquido-líquido.
1. La fase dispersa debe ser la que tenga el caudal volumétrico más alto, excepto en equipos sujetos a una mezcla inversa, donde debe ser la que tenga el caudal volumétrico más pequeño. Debería ser la fase que moja menos el material de construcción. Debido a que la retención de la fase continua es mayor, esa fase debe estar compuesta por el material menos costoso o menos peligroso.
2. No se conocen aplicaciones comerciales de reflujo para procesos de extracción, aunque la teoría es favorable.
3. Los arreglos de mezclador-colono se limitan a un máximo de cinco etapas. La mezcla se realiza con impulsores rotativos o bombas de circulación. Los colonos están diseñados bajo el supuesto de que los tamaños de gota son de aproximadamente 150 μm de diámetro. En los recipientes abiertos, se proporcionan tiempos de residencia de 30–60 min o velocidades superficiales de 0.15–0.46 m / min (0.5–1.5 pies / min) en los colonos. Las eficiencias de la etapa de extracción se toman comúnmente como 80%.
4. No se puede confiar en que las torres de pulverización de hasta 6–12 m (20–40 pies) funcionen como más de una sola etapa.
5. Las torres empacadas se emplean cuando 5–10 etapas son suficientes. Los anillos Pall de 2.5–3.8 cm (1–1.5 in) de tamaño son los mejores. Las cargas de fase dispersas no deben exceder los 10,2 m3 / min m2 (25 gal / min ft2). Se pueden realizar HETS de 1.5–3.0 m (5–10 pies). La fase dispersa debe redistribuirse cada 1.5–2.1 m (5–7 pies). Las torres empacadas no son satisfactorias cuando la tensión superficial es superior a 10 dinas / cm.
6. Las torres de la bandeja de tamiz tienen agujeros de solo 3–8 mm de diámetro. Las velocidades a través de los agujeros se mantienen a menos de 0.24 m / s (0.8 pies / seg) para evitar la formación de pequeñas gotas. Se puede diseñar la redispersión de cualquiera de las fases en cada bandeja. El espacio entre bandejas es de 15,2 a 60 cm (6 a 24 pulgadas). Las eficiencias de las bandejas están en el rango de 20% a 30%.
7. Las torres con bandeja pulsada y de tamiz pueden funcionar a frecuencias de 90 ciclos / min. y amplitudes de 6–25 mm. En torres de gran diámetro, se han observado HETS de aproximadamente 1 m. Las tensiones superficiales de hasta 30–40 dinas / cm no tienen efectos adversos.
8. Lastorres de bandejas recíprocas pueden tener orificios de 1.5 cm (9/16 in) de diámetro, 50–60% de área abierta, longitud de carrera 1.9 cm (0.75 in), 100–150 golpes / min, espacio entre placas normalmente 5 cm (2 in ) pero en el rango de 2.5–15 cm (1–6 in). En una torre de 76 cm (30 pulg.) De diámetro, HETS mide 50–65 cm (20–25 pulg.) Y el rendimiento es 13.7 m3 / min m2 (2000 gal / hr ft2). Los requisitos de energía son mucho menores que los de las torres pulsadas.
9. Los contactores de disco giratorio u otras torres giratorias agitadas realizan HETS en el rango de 0.1–0.5 m (0.33–1.64 pies). El Kuhni especialmente eficiente con discos perforados de 40% de sección transversal libre tiene HETS de 0.2 m (0.66 pies) y una capacidad de 50 m3 / m2 h (164 pies3 / ft2 hr).
11.17 Heurística para Reactores.
1. La velocidad de reacción en cada caso debe establecerse en el laboratorio, y el tiempo de residencia o la velocidad espacial y la distribución del producto eventualmente deben encontrarse en una planta piloto.
2. Las dimensiones de las partículas de catalizador son 0.1 mm (0.004 in) en lechos fluidizados, 1 mm en lechos de lechada y 2–5 mm (0.078–0.197 in) en lechos fijos.
3. Las proporciones óptimas de los reactores de tanque agitado son con un nivel de líquido igual al diámetro del tanque, pero a altas presiones, las proporciones más delgadas son económicas.
4. La entrada de energía a un tanque agitado de reacción homogénea es 0.1–0.3 kW / m3 (0.5–1.5 hp / 1000 gal), pero tres veces esta cantidad cuando se transfiere calor.
5. El comportamiento ideal de CSTR (reactor de tanque agitado continuo) se aproxima cuando el tiempo de residencia promedio es de 5 a 10 veces la longitud necesaria para lograr la homogeneidad, lo que se logra con 500-2000 revoluciones de un agitador diseñado adecuadamente.
6. Las reacciones por lotes se llevan a cabo en tanques agitados para pequeñas tasas de producción diaria o cuando los tiempos de reacción son largos o cuando alguna condición, como la velocidad de alimentación o la temperatura, debe programarse de alguna manera.
7. Las reacciones relativamente lentas de líquidos y lodos se llevan a cabo en tanques con agitación continua. Una batería de cuatro o cinco en serie es lo más económico.
8. Los reactores de flujo tubular son adecuados para altas tasas de producción en tiempos de residencia cortos (segundos o minutos) y cuando se necesita una transferencia sustancial de calor. Luego se utilizan tubos embebidos o construcción de carcasa y tubo.
9. En los reactores empaquetados con catalizador granular, la distribución del tiempo de residencia a menudo no es mejor que la de una batería CSTR de cinco etapas.
10. Para una conversión de menos del 95% del equilibrio, el rendimiento de una batería CSTR de cinco etapas se aproxima al flujo del enchufe.
11. El efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción química es duplicar la velocidad cada 10 ° C.
12. La velocidad de reacción en un sistema heterogéneo se controla con mayor frecuencia por la velocidad de transferencia de calor o de masa que por la cinética de la reacción química.
13. El valor de un catalizador puede ser mejorar la selectividad más que mejorar la velocidad de reacción global.
11.18 Heurística para refrigeración y servicios auxiliares.
1. Una tonelada de refrigeración es la eliminación de 12,700 kJ / h (12,000 Btu / hr) de calor.
2. A varios niveles de temperatura: –18 a –10 ° C (0 a 50 ° F), soluciones de salmuera y glicol enfriadas; –45 a –10 ° C (–50 a –40 ° F), amoníaco, freón, butano; –100 a –45 ° C (–150 a –50 ° F) etano o propano.
3. La refrigeración por compresión con condensador de 38 ° C (100 ° F) requiere kW / tonelada (hp / tonelada) a varios niveles de temperatura; 0,93 (1,24) a –7 ° C (20 ° F); 1,31 (1,75) a –18 ° C (0 ° F); 2,3 (3,1) a –40 ° C (–40 ° F); 3.9 (5.2) a –62 ° C (–80 ° F).
4. A menos de –62 ° C (–80 ° F), se utilizan cascadas de dos o tres refrigerantes.
5. En la compresión de una sola etapa, la relación de compresión se limita a 4.
6. En la compresión multietapa, la economía mejora con el flasheo y el reciclaje entre etapas, denominado funcionamiento del economizador.
7. Refrigeración por absorción: el amoniaco a –34 ° C (–30 ° F), el bromuro de litio a 7 ° C (+ 45 ° F) es económico cuando el vapor residual está disponible a 0,9 barg (12 psig).
8. Vapor: 1–2 barg (15–30 psig), 121–135 ° C (250–275 ° F); 10 barg (150 psig), 186 ° C (366 ° F); 27,6 barg (400 psig), 231 ° C (448 ° F); 41,3 barg (600 psig), 252 ° C (488 ° F) o con sobrecalentamiento de 55–85 ° C (100–150 ° F).
9. Agua de enfriamiento: para el diseño de la torre de enfriamiento, utilice el suministro a 27–32 ° C (80–90 ° F) de la torre de enfriamiento, regrese a 45–52 ° C (115–125 ° F); devolver el agua de mar a 43 ° C (110 ° F); devuelva agua templada o vapor condensado por encima de 52 ° C (125 ° F).
10. Suministro de aire de refrigeración a 29–35 ° C (85–95 ° F); aproximación de temperatura al proceso, 22 ° C (40 ° F).
11. Aire comprimido 3.1 (45), 10.3 (150), 20.6 (300) o 30.9 barg (450 psi) niveles.
12. Aire del instrumento a 3,1 barg (45 psig), punto de rocío de –18 ° C (0 ° F).
13. Combustibles: gas de 37.200 kJ / m3 (1000 Btu / SCF) a 0,35–0,69 barg (5–10 psig), o hasta 1,73 barg (25 psig) para algunos tipos de quemadores; líquido a 39.8 GJ / m3 (6 millones de Btu / bbl).
14. Fluidos de transferencia de calor: aceites de petróleo a menos de 315 ° C (600 ° F), Dowtherms a menos de 400 ° C (750 ° F), sales fundidas a menos de 600 ° C (1100 ° F), fuego directo o electricidad por encima de 450 ° F.
15. Electricidad: 0,75–74,7 kW. (1–100 hp), 220–550 V; 149–1864 kW (200–2500 hp), 2300–4000 V.