Número Mínimo de Intercambiadores de Calor
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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA NUMERO MINIMO DE INTERCAMBIADORES FUENTES SERVICIO CALIENTE 70 70 RECEPTORES Número de = intercambiadores CORRIENTE 1 130 110 CORRIENTE 3 180 Número de corrientes 20 CORRIENTE 4 360 + Número de servicios CORRIENTE 2 400 340 60 SERVICIO FRIO 60 Número de problemas independientes PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA NUMERO MINIMO DE INTERCAMBIADORES FUENTES SERVICIO CALIENTE 230 180 RECEPTORES Número de intercambiadores = CORRIENTE 3 180 Número de + corrientes CORRIENTE 1 130 230 130 CORRIENTE 4 360 Número de servicios CORRIENTE 2 400 220 SERVICIO FRIO 220 Número de problemas independientes LAZOS NUMERO MINIMO DE INTERCAMBIADORES SERVICIO CALIENTE 70 34 0 20 - Qe Qe CORRIENTE 3 180 CORRIENTE 2 400 60 Qe RECEPTORES CORRIENTE 1 130 11 0+ 70 - Qe FUENTES CORRIENTE 4 360 SERVICIO FRIO 60 Número Número Número Número Número + = + de de de de de intercambiadores corrientes independientes servicios lazos SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA NUMERO MINIMO DE INTERCAMBIADORES 250 200 240 190 ARRIBA TEMPERATURA PINCH NE = 4 + 1 - 1 = 4 160 150 150 140 140 130 DEBAJO TEMPERATURA PINCH 120 NE = 3 + 1 - 1 = 3 100 90 AREA TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR Q A= TLM Calientes Frías i j 1 + hi 1 hj DISEÑO DE REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO MINIMO 250 240 ARRIBA TEMPERATURA PINCH No. 1 1000 200 Qtot = 110 +240 - 60 - 360 = - 70 190 Q = 110 No. 4 6000 No. 2 4000 Q = 360 Q = 240 Q = 20 Q = 160 160 150 150 140 140 130 Q = 60 No. 3 3000 120 Q = 120 100 90 DEBAJO TEMPERATURA PINCH Qtot = 20 + 160 - 120 = 60 INTERCAMBIO CALORICO ENTRE CORRIENTES FACTIBILIDAD ARRIBA DE LA TEMPERATUR A PINCH F C H PH F C C PC DEBAJO DE LA TEMPERATUR A PINCH F C H PH F C C PC DISEÑO DE REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR POR ENCIMA DEL PINCH 250 240 200 190 Q =5 0 H = 70 T = 178 Q = 240 T = 170 Q = 60 160 150 150 140 140 130 DISEÑO DE REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR POR ENCIMA DEL PINCH 250 240 200 190 Q=5 0 T = 182 H = 70 Q = 240 T = 170 Q = 60 160 150 140 150 140 130 DISEÑO REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR POR DEBAJO DE LA TEMPERATURA PINCH 130 140 C = 20 Q = 120 T = 110 C = 40 100 90 DISEÑO DE REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR CRITERIO DE LA MINIMA ENERGIA 250 240 200 190 Q= H = 70 50 T = 178 Q = 240 T = 170 Q = 60 C = 20 160 150 150 140 140 130 Q = 120 T = 110 C = 40 100 90 DISEÑO DE REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR LAZOS 250 240 200 190 Q = 50 H = 70 T = 178 T = 170 Q = 240 Q = 60 C = 20 160 150 150 140 140 130 Q = 120 C = 40 T = 110 100 90 DISEÑO DE REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR LAZOS 250 240 200 190 Q= 50 H = 70 T = 178 Q = 240 Q = 60 C = 20 T = 170 160 150 150 140 140 130 Q = 120 T = 110 C = 40 100 90 DISEÑO DE REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR LAZOS 250 240 200 190 Q=5 0 H = 70 T = 178 T = 170 Q = 240 Q = 60 C = 20 160 150 150 140 140 130 Q = 120 T = 110 C = 40 100 90 LAZOS RUPTURA - HEURISTICAS LAZOS Ruta trazada a través de una red, que comienza y termina en el mismo intercambiador CORRIENTE 1 80 20 - QE 60 + QE CORRIENTE 2 160 40 + QE 120 - QE Primero, rompa el lazo que incluya el intercambiador con la menor carga calórica Siempre, remueva la menor carga calórica del lazo Si se rompe un lazo que cruza el pinch, normalmente se viola la mínima aproximación de temperatura en la red revisada SERVICIO FRIO 60 CORRIENTE 4 180 ¿QE = 0? ¿QE = 20? TRAYECTORIAS HEURISTICAS TRAYECTORIAS H Ruta trazada a través de una red que conecta un calentador y un enfriador Al añadir calor a un calentador, se debe remover la misma cantidad de calor en el enfriador en la trayectoria C Lo anterior se puede utilizar para reestablecer la mínima aproximación de temperatura C DISEÑO DE UNA RED DE INTERCAMBIADORES DE CALOR CRITERIO DEL MINIMO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR REGLAS GENERALES DEL PROCEDIMIENTO El número de intercambiadores de calor requeridos para el proceso global, es siempre menor o igual que el número correspondiente a una red de mínima energía Si el procedimiento de diseño para la red de mínima energía es usado, normalmente resultarán lazos a través del pinch Se pueden romper estos lazos transfiriendo calor a través del pinch, pero se introduce al menos una violación del cambio mínimo de temperatura especificado = 10 ° C Se puede restablecer el cambio mínimo de temperatura, cambiando el calor a lo largo de la trayectoria, lo que incrementa el consumo de energía del proceso RUPTURA DE UN LAZO EN UN DISEÑO DE MINIMA ENERGIA REMOCION DE UN ENFRIADOR 250 Q= 180 190 70 H = 70 200 T = 178.3 Q = 220 T = 166.6 180 rie or C 150 Corr 1 Q = 60 e nt 150 iente 3 130 140 T = 145 130 Q = 120 120 T = 115 C = 60 90 100 130 120 RUPTURA DE UN LAZO EN UN DISEÑO DE MINIMA ENERGIA REMOCION DE UN ENFRIADOR RESTABLECIMIENTO DEL T MINIMO 250 Q=7 240 190 0-Q 200 e=1 0 H = 70 + Qe = 130 T = 168.4 Q = 220 T = 166.6 150 Q = 60 + Qe = 120 Caliente T = 145 120 140 130 Q = 120 - Qe = 60 120 110 T = 115 C = 60 + Qe = 120 100 90 110 Fría 1000(120 - Qe) = 3000(110 - 90) Qe = 60 Btu / h DISEÑO FINAL DE UNA RED DE INTERCAMBIADORES CRITERIO DEL NUMERO MINIMO DE INTERCAMBIADORES 250 190 H = 130 200 T = 168 Q = 230 150 Q = 130 T = 142.5 140 130 Q = 50 120 107 T = 130 C = 120 100 90 RED DE INTERCAMBIADORES ENTRE LAS CORRIENTES DE UN REACTOR REACTOR FCp 3 1 2 600 600 Ca lie nte 580 Q = 480 580 580 Fr 440 ía H = 240 Q = 720 T = 460 100 460 ía Fr 440 200 200 440 190 Calie nte 200 100 110 100 RED DE INTERCAMBIADORES ENTRE LAS CORRIENTES DE UN REACTOR DIVISION DE LA CORRIENTE CALIENTE REACTOR FCp 2 1 1 2 600 580 H = 160 T =500 Q = 800 580 H = 80 T =500 Q = 400 600 Ca lie nt e 500 Fr ía 200 100 200 200 190 110 100 DIVISION DE CORRIENTES POR ENCIMA DEL PINCH Datos de corrientes en el pinch NH <= NC ? Si No FHCPH <= FCCPC Divida una corriente fria Para cada intercambio pinch Si No Divida una corriente Haga el intercambio pinch (Usualmente caliente) DIVISION DE CORRIENTES POR DEBAJO DEL PINCH Datos de corrientes en el pinch NH >= NC ? Si No FHCPH >= FCCPC Divida una corriente caliente Para cada intercambio pinch Si No Divida una corriente Haga el intercambio pinch (Usualmente fria)
