Diseño de una columna de destilación con costos

Ingeniería. Fundamentos físicos. Petroquímicos nacionales. Mezcla de alimentación. Temperaturas. Reflujo óptico. Cálculo del diámetro. Caudal volumétrico. Platos teóricos. Costeo. Radios. Espesores. Condensadores. Intercambiadores

  • Enviado por: Jose Guadalupe Moedano Paredes
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 33 páginas
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'Diseño de una columna de destilación con costos'

Diseño de una columna de destilación con costos

PETROQUÍMICOS NACIONALES PENA

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Proyecto pp-847517

Se desea fraccionar por destilación una mezcla de hidrocarburos con la siguiente composición molar:

Propano

5 %

Iso-butano

15%

n-butano

25 %

Iso-pentano

20 %

n-pentano

20 %

n-hexano

15 %

Esta corriente llega al destilador como un vapor saturado a una presión de 120 psia. Se puede considerar que toda la columna opera a esta presión. La composición molar del iso-pentano en el destilado deberá ser de cuando más 0.5 %, mientras que la composición molar del n-butano en el residuo debe ser cuando mucho 1 %. La planta de Agualeguas, N.L. tiene una capacidad instalada tal que se procesan 100 lbmol/min. de la mezcla en la columna. Se consideran 8000 hrs. de operación por año.

El cálculo del diámetro de la columna se basa en un porcentaje de inundación del 80 % y se consideran una eficiencia global de la columna de 65 %. Los servicios disponibles son vapor de agua a 150 psia saturado y agua de enfriamiento a 75 °F. El cambio de temperatura permisible para el agua de enfriamiento en el condensador será de 50°F. El coeficiente global de transferencia de calor (U) para el condensador será de 100 BTU/hr ft2 °F y para el reboiler de 150 BTU/hrft2°F.

Para los datos de equilibrio-vapor se pueden utilizar las correlaciones de ki reportadas por Foust et al (1980) en la tabla D-2d de las páginas 730-731.

INFORMACIÓN DE COSTOS

Debido a que la información disponible para el costeo del equipo se encuentra en dólares, todos los cálculos serán con esta moneda.

Considerar un costo del vapor de US $0.60/1000 lb, del agua de enfriamiento de US $0.10/1000 gal. La columna será de acero al carbón, con platos perforados, con plataformas y escaleras también en acero al carbón. Para el costeo de la columna, utilizar las ecuaciones reportadas en Chem. Eng. December 28, 1981, pp. 76. Para el equipo de transferencia de calor, considerar los costos de un intercambiador de calor de cabezal flotante en acero al carbón, diseñado para una presión máxima de 150 psia reportados en Chem. Eng. January 25, 1982. pp. 125.

Considerar para el costo total anual, el 10 % del costo del equipo fijo, más el costo de los servicios como costo variable. Para pasar los costos de equipo al año 2000, utilizar el índice Chemical Engineering Equipment Index.

Se desea determinar el reflujo óptimo de operación de la columna tal que nos resulte un costo total anual mínimo.

Mezcla de alimentación

Com

mol/m

XD

XB

B

lbmol/m

D

lbmol/m

C3

5

-

5

iC4

15

-

15

nC4 Lk

25

.01

X

25-X

iC5 Hk

20

.005

20-Y

Y

nC5

20

20

nC6

15

15

100

55 +X -Y

45 -X+ Y

Balance de Materia

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Suponiendo que las cantidades de los componentes C3, iC4 se encuentran en el destilado, de la misma forma los componentes nC5 y nC6 se depositan en su totalidad en los fondos. Llamando “X”, “Y” a las cantidades del nC4 en los fondos e iC5 en el destilado:

Balance total de los fondos, aplicando la suposición anterior

'Diseño de una columna de destilación con costos'

'Diseño de una columna de destilación con costos'

<'Diseño de una columna de destilación con costos'

Com

F

lbmol/m

D

lbmol/m

XD

XB

B

lbmol/m

PM

lb/lbmol

F

W(lb/min.)

XW

Xmol

C3

5

50

.112

-

44.09

220.45

3.2786E-2

.05

iC4

15

15

.336

-

58.12

871.8

.1296

.15

nC4 LK

25

24.447

.547

.01

.553

58.12

1453

.216098

.25

iC5 HK

20

.223

.005

.357

19.777

72.15

1453

.214610

.2

nC5

20

-

.361

20

72.15

1443

.21461

.2

nC6

15

-

.271

15

86.17

1292.55

.192235

.15

100

44.67

1

1

55.33

6723.8

1

1

'Diseño de una columna de destilación con costos'

temperaturas

Para la temperatura de los fondos:

Com

K200

b*K200

K240

b*K240

K260

b*K260

K200

"

C3

3.8

0

0

0

3.8

4.75

iC4

1.9

0

0

0

1.9

2.375

nC4 LK

1.5

.8295

2.1

1.1613

2.5

1.3825

1.5

1.875

iC5 HK

.8

15.8216

1.2

23.7324

1.4

27.687

.8

1

nC5

.66

13.20

.98

19.6

1.2

24

.66

.825

nC6

.29

1.35

.48

7.20

.6

9

.29

.3625

34.2011

51.6032

62.0703

Interpolando los diferentes valores del producto de b*K, para obtener la suma de fondos deseada obtenemos:

'Diseño de una columna de destilación con costos'
°F

Para el mismo caso en el destilado obtenemos:

Comp.

D

K140

d/K140

K160

d/K160

nC3

5

2.3

2.1739

2.9

1.724

i-C4

15

1.1

13.63

1.3

11.538

n-C4

24.447

0.80

30.55

1

24.447

i-C5

0.223

0.4

0.5575

0.5

0.446

n-C5

n-C6

Total

44.67

46.926

38.155

Interpolando los valores de la temperatura y obteniendo la temperatura promedio:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para poder comprobar si la suposición tomada acerca de los componentes no distribuidos es correcta ó no lo es, aplicamos el método de Shiras:

Para cada uno de los componentes

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Según Shiras, los valores de Dr mayores de 1 estos componentes están en su totalidad en el destilado, y los valores menores de 0, la cantidad del componente esta contenida en los fondos.

Por lo tanto las suposiciones fueron correctas.

Por Fenske:

Calculando la volatilidad promedio con las volatilidades de los componentes clave a la temperatura promedio.

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Por Underwood:

Para la alimentación de la columna como vapor saturado tenemos que el valor de “q” es:

Si un gas (vapor) esta a punto de empezar a condensar su primera gota de líquido, el gas se conoce como gas saturado (vapor saturado). El termino saturado quiere decir lo mismo que vapor y líquido se encuentran en equilibrio uno con otro.

'Diseño de una columna de destilación con costos'

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para poder realizar el calculo de R optimo, se calcularon los valores de 1.2, 1.3 1.4 y 1.5, veces el reflujo mínimo, el valor que representa el costo minino de la columna, será el R optimo.

RAZÓN DE REFLUJO ÓPTIMO

CUANDO LA PROPORCION DEL REFUJO ESTA ELEVADA

La condensación y recalentamiento deben aumentar. Puesto que estos constituyen el volumen de la columna, implican la determinación de los costos al igual que los de operación.

Disminuye el número de etapas, haciendo la columna mas corta, pero el diámetro de la columna aumenta. Cercano a la cantidad de reflujo mínimo, los pequeños incrementos en la proporción del reflujo acortan la columna considerablemente, pero solo marginalmente aumentan su diámetro, disminuyendo los costos. En los incrementos extensos en el reflujo, la disminución es alta, mientras el diámetro incrementa aceleradamente. Eventualmente los ahorraros de la columna mas corta se vuelven menores que el costo del incremento del diámetro, y los costos empiezan a experimentar una escalada como el incremento en la proporción de reflujo.

Un estudio de flujo de dinero en efectivo descontado es usado para estimar este periodo de pago. El costo debe incluir los costos de equipo auxiliar (recalentador, condensador , equipo de limpieza, bombas, tuberías, en muchos casos costos del sistema de ventas, refrigerante y el manejo del equipo de calentamiento, también son afectados.). Los costos de operación deben incluir el calor del recalentador, refrigerante, bombeo del reflujo. En la mayoría de las columnas de refrigeración por agua o refrigeración por aire, el costo del calor de recalentador es el costo de operación dominante.

Con diseños para el ahorro de energía, el reflujo óptimo esta frecuentemente cerca de reflujo mínimo. Aquí los pequeños errores en la volatilidad y entalpía relativas conducen a grandes errores en el número de platos. Además, alguna mala distribución causara que parte de la columna opere por abajo del refluido mínimo y la separación no será lograda. Es una costumbre dejar un margen de seguridad desde el reflujo mínimo. Una excelente alternativa practica para torres para las cuales el reflujo óptimo esta más cerca al mínimo es dejar este margen de seguridad solo en el diseño del sistema de reflujo. El numero de platos esta diseñado para el reflujo óptimo. Esta práctica permite aprovechar el reflujo mínimo mientras se salvaguarda contra desastres potenciales producidos por errores de volatilidad y entalpía o mal distribución cerca del reflujo mínimo.

Para el Rmin1

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el cálculo de los flujos internos:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Suponiendo flujos internos constantes para toda la columna. Analizando una etapa debajo del plato final obtenemos en siguiente balance de materia:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

R opti

Ln

Vm

Ln

1

.351698

15.7103

60.3803

15.7103

2

.3810066

17.0195

61.6895

17.0195

3

.4103148

18.3287

62.9987

18.3287

4

.439623

19.6379

64.3079

19.6379

Es importante considerar flujos internos constantes, pues la bibliografía para poder calcular el diámetro de la columna nos piden que manejemos flujos internos constantes, para toda la trayectoria de la columna, aunque esto no es real, puesto que la alimentación contribuye a los cambios de flujo dentro de la columna

Por la grafica I de la correlación de paltos teóricos con la razón de reflujo obtenemos los valores de “X” y “Y”:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

X

Y

S teo

S teo

S real

S real

H Alt.

1

4.336E-2

.59166

33.6794

34

52.3076

52

26m

2

.0636627

.5625

31.368

31

47.69

48

24m

3

8.031E-2

.5416

29.8922

30

46.1536

46

23m

4

.101791

.52083

28.5531

29

44.6153

45

22.5m

Los platos reales se obtienen dividiendo los platos teóricos entre la eficiencia global de la columna. La altura por el factor de espaciamiento entre los platos de .5 de metro.

CÁlculo del diámetro de la columna

El primer paso es calcular las densidades tanto del gas como la de los líquidos, para el gas:

De la ley de los gases ideales:

Para el C3

'Diseño de una columna de destilación con costos'
'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para los demás componentes:

iC4=15.8kgr/m3

.nC4=15.8kgr/m3

iC5=19.6kgr/m3

nC5=19.6kgr/m3

nC6=23.3966kg/m3

'Diseño de una columna de destilación con costos'

De la grafica II con los valores de “X”, encontraremos la velocidad del gas en la columna.

'Diseño de una columna de destilación con costos'

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para los diferentes valores de Lm y Vm se encontraron los siguientes valores

Lm

Vm

X

Y

Un%80

D m

Qv

1

15.7103

60.3803

3.601E-2

.09

.514861

2.04619

1.69307

2

17.0195

61.6895

3.818E-2

.09

.514861

2.06826

1.7297

3

18.3287

62.9987

4.03E-2

.08833

.50532

2.1097

1.76646

4

19.6379

64.3079

4.226E-2

.08833

.50532

2.1315

1.8032

Para el cálculo de la velocidad del gas se obtiene por correlación de los valores de “X”, correspondiéndole un valor de “Y”, que es igual a:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El caudal volumétrico Qv se obtiene:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El área de la torre:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

CÁlculo de los platos teóricos y reales para el Rmin 2

Para el R óptimo utilizando el R min 2:

El balance de materia es de:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Roperaciojn

Ln

Vm

Lm

Steoricos

S reales

H altura

1

3.28512

146.7463

191.41.63

146.7463

27

42

21

2

3.5588

158.9715

203.6415

158.9715

25

38

19

3

3.8326

171.2022

215.8722

171.2022

24

37

18.5

4

4.1064

183.4328

228.1028

183.4328

22

34

17

Para el número de platos teóricos, se encuentran con la tabla I, aplicando la eficiencia global de la columna.

Diámetro de la columna

Para el valor de “X”

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Para la velocidad del vapor en la columna:

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El caudal volumétrico

El área de la columna:

El diámetro:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Resultados:

X

Y

Un80%

Qv

A

D

1

.1061723

5.05263E-2

.289045

5.3786

18.6081

4.8675

2

.108115

5.05263E-2

.2890450

5.68436

19.66

5.0031

3

.109837

4.947368E-2

.28302

6.05301

21.3875

5.2183

4

.1113736

4.947568E-2

.28302

6.396049

22.5992

5.36415

Cálculo del costeo de la columna

Como en este caso tenemos dos valores de reflujos, por ende tenemos tanto diferentes valores de diámetro interno de la torre y sus platos teóricos y reales; por esta situación calcularemos el costo de la columna, tomando un valor de cada relación de radios internos diferentes; dependiendo de la magnitud de los costos de fabricación de las columnas, escogeremos que valores de radios internos para selecciona entre ellos al reflujo optimo.

Como estos tanques operan a una presión mayor a la atmosférica, son caracterizados como recipientes a presión.

Utilizando los valores de reflujo R1

Para el espesor del domo de la torre de destilación los datos son:

R1 = 1.023095m = 40.2793in=3.3566ft radio interno.

Di = 6.7132ft, diámetro interno.

S = 13700psi = 13700lb/in2, presión máxima aceptable para un acero de baja aleación.

E = .85, eficiencia de soldadura, ó de las juntas.

Pg = 120psi = 120lb/in2, presión media o de operación

NT = 52 platos

Para el espesor de la torre a la presión de operación

'Diseño de una columna de destilación con costos'

TP = .41765 in + 1/32 in (corrocion permisible) = .4489in

Para TW espesor que resiste la carga del viento, para el espesor del fondo asumimos que

Do = diámetro externo = Di + 1in = 80.5586 + 1in = 81.5586in

Lt = longitud de tangente a tangente = .5m * (52) = 26m = 1023.62in

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Cuando la costura del cinturón (la eficiencia de soldadura del cinturón de atisiamiento) controla el espesor interno:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el espesor del fondo de la torre:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Sumando el espesor para prevenir la corrosión:

Tb = .515302 in + 1/32in = .54655in

Como Tb es mayor que TW, tomaremos a Tb como el espesor uniforme de la torre, sumándole nuevamente el grosor para asimilar la corrosión:

Ta = .54655 in + 1/32 in = .5778in

Para el peso de la torre debemos conocer la densidad del acero al carbono

 = .284lb/in2

El peso de la columna es de:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Debido a que Lt = 85.3016 ft es mayor que 40 ft, la correlación del costo base es obtenida según la tabla I de la estimación de los costos para columnas de destilación y absorción de la revista del Ingeniero Químico:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Actualizando a 1981

Cb 1981 = Cb *1.05211 = $78353

Actualizar al año 2000

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Cb = $87,849

Calculo del costo que implican las escaleras y las plataformas, aplicando las limitantes con respecto al diámetro interno y la distancia de tangente a tangente:

Di = 24ft, Lt = 170ft

'Diseño de una columna de destilación con costos'

La actualización a 1981 de costo:

CPL 1981 = CPL * 1.05211 = 17896*1.05211= 18828.56 " $18830

Proyectando al año 2000:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

CPL 2000 = $21113

Para determinar el costo del plato utilizamos la tabla IV de la bibliografía:

Para el limite del Di = 16ft

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Actualizando a 1981

Cbt 1981 = Cbt * 1.05211 = 895 * 1.05211 = 941.63845 " $942

Proyectando al año 2000:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Cbt 2000 = $1057

Para el factor del material de construcción FTM para acero inoxidable de la tabla IV

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El factor de correlación para el tipo de plato FTT es 1 para platos de válvula y también para el factor FNT del número de platos, debido a que los platos de la columna que estamos calculando son mayores de 20 platos

El costo total de la columna es de:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Costeo de la columna para el radio R2

Los datos necesarios para estos cálculos son:

R2 = 95.8169in = 7.9847ft

Di = 15.9694ft = 191.6338

S = 13700psi

E = .85

Lt = 68.89ft = 826.771in

Para el cálculo del espesor de la pared dependiente de la presión de operación de la columna TP, tenemos:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para TW que es el espesor que resiste la carga del viento, para el espesor del fondo asumimos que Do = diámetro externo = Di + 1 in = 191.6338in + 1 in = 192.6338 in

Lt = longitud de tangente a tangente = .5m * (42) = 21 m = 826.711in

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Cuando la costura del cinturón (la eficiencia de soldadura del cinturón de atisiamiento) controla el espesor interno:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el espesor del fondo de la torre:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Sumando el espesor para prevenir la corrosión:

Tb = .57799in + 1/32in = .609249in

Como en este caso Tb < TP, el espesor para la presión de diseño cubre los requerimientos de Tg y TW, el espesor de diseño será el de TP sumándole la corrosión permisible:

Ta = TP + 1/32in = 1.04381in

Para el peso de la torre debemos conocer la densidad del acero al carbono

 = .284lb/in2

El peso de la columna es de:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Debido a que Lt = 68.89ft es mayor que 40ft, la correlación del costo base es obtenida según la tabla I de la estimación de los costos para columnas de destilación y absorción de la revista del Ingeniero Químico

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Actualizando a 1981

Cbt 1981 = Cbt * 1.05211 = 1080920.89 * 1.05211 =$190348.6775 " $190349

Proyectando al año 2000:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Cbt 2000 = $213419

Calculo del costo que implican las escaleras y las plataformas, aplicando las limitantes con respecto al diámetro interno y la distancia de tangente a tangente:

Di = 24ft, Lt = 170ft

'Diseño de una columna de destilación con costos'

La actualización a 1981 de costo:

CPL 1981 = CPL * 1.05211 = 26103.42*1.05211= 27463.6692 " $ 27464

Proyectando al año 2000:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

CPL 2000 = $30793

Para determinar el costo del plato utilizamos la tabla IV de la bibliografía:

Para el limite del Di = 16ft

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Actualizando a 1981

Cbt 1981 = Cbt * 1.05211 = 4475 * 1.05211 = 4708.1922 " $4709

Proyectando al año 2000:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Cbt 2000 = $5280

Para el factor del material de construcción FTM para acero inoxidable de la tabla IV

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El factor de correlación para el tipo de plato FTT es 1 para platos de válvula y también para el factor FNT de los números de platos, debido a que los de la columna que estamos calculando son mayores de 20 platos

El costo total de la columna es de:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Como podemos observar, la diferencia entre el costo de la columna primeramente calculada con respecto a esta última, son más elevados en un 31.84291%:

Para mayores dificultades, si calculamos más costos de columna para los radios mayores de 16ft, serán erróneos debido a una restricción del calculo del costeo de los platos, por ello no se efectuaran mas cálculos de costeo para los siguientes radios de columna

Los radios R2, implican una mayor cantidad de reflujo, lo cual nos indica una mayor carga en el condensador, implicando mas agua de enfriamiento y esto eleva los costos. Los radios R1, les corresponden reflujos menores, lo cual favorece la disminución de la carga del condensador y el ahorro en costos.

Esto nos deja solo una opción, calcular los costos de la columna solo para los diámetros menores de 16ft, los cuales son los radios R1, de estos, y comparando los costos de las diferentes torres, obtendremos el reflujo optimo.

Para los radios R1

R = 3.3928ft = 40.7137in

Di = 81.4275in = 6.7856ft

Lt = 944.8818in = 78.7401ft

Nt = 48

S = 13700lb/in2

Pg = 120lb/in2

E = .85

Espesores

Espesor de la columna dependiente de la presión de operación:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el espesor que soporta la carga del viento TW, asumiendo que:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Cuando la soldadura o eficiencia de los cinturones de aticiamiento controlan el espesor de la torre:

Para el espesor del fondo de la torre Tb

Como Tb > Tp, tomaremos a Tb como el espesor uniforme de la torre, sumando nuevamente el factor de la corrosión:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el peso de la torre WS, la densidad de acero inoxidable es de .284lb/in3:

Costos

Como Lt > 40ft E calculo del costo base es tomado de la tabla IV:

El costo para plataformas y escaleras, tomando en cuenta los limites de Di = 24ft,

Lt = 170ft:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el costeo de los platos, con límite de Di = 16ft:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el factor del material de construcción, en este caso de acero inoxidable FTM:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El factor FTT, para el tipo de platos, los cuales son de válvulas, será igual a uno, y para el factor FNT. para el número de platos, igual es uno, debido a que los platos de nuestra torre son más de 20 platos.

El costo total de la columna es:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el Radio:

R = 41.4311in = 3.4525ft

Di = 82.8622in = 6.9051ft

Lt = 905.5118in = 75.4593ft

Nt = 46

S = 13700lb/in2

Pg = 120lb/in2

E = .85

Espesores

Espesor de la columna dependiente de la presión de operación:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el espesor que soporta la carga del viento TW, asumiendo que:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Cuando la soldadura o eficiencia de los cinturones de aticiamiento controlan el espesor de la torre:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el espesor del fondo de la torre Tb

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Como Tb > Tp, tomaremos a Tb como el espesor uniforme de la torre, sumando nuevamente el factor de la corrosión:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el peso de la torre WS, la densidad de acero inoxidable es de .284lb/in3:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Costos

Como Lt > 40ft E calculo del costo base es tomado de la tabla IV:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El costo para plataformas y escaleras, tomando en cuenta los limites de Di = 24ft,

Lt = 170ft:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el costeo de los platos, con límite de Di = 16ft:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el factor del material de construcción, en este caso de acero inoxidable FTM:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El factor FTT, para el tipo de platos, los cuales son de válvulas, será igual a uno, y para el factor FNT. para el número de platos, igual es uno, debido a que los platos de nuestra torre son más de 20 platos.

El costo total de la columna es:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el Radio:

R = 41.9586in = 3.4965ft

Di = 83.9173in = 6.9931ft

Lt = 885.826in = 73.8188ft

Nt = 45

S = 13700lb/in2

Pg = 120lb/in2

E = .85

Espesores

Espesor de la columna dependiente de la presión de operación:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el espesor que soporta la carga del viento TW, asumiendo que:

Cuando la soldadura o eficiencia de los cinturones de aticiamiento controlan el espesor de la torre:

Para el espesor del fondo de la torre Tb

Como Tb > Tp, tomaremos a Tb como el espesor uniforme de la torre, sumando nuevamente el factor de la corrosión:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el peso de la torre WS, la densidad de acero inoxidable es de .284lb/in3:

Costos

Como Lt > 40ft E calculo del costo base es tomado de la tabla IV:

El costo para plataformas y escaleras, tomando en cuenta los limites de Di = 24ft,

Lt = 170ft:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el costeo de los platos, con límite de Di = 16ft:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el factor del material de construcción, en este caso de acero inoxidable FTM:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El factor FTT, para el tipo de platos, los cuales son de válvulas, será igual a uno, y para el factor FNT para el número de platos, igual es uno, debido a que los platos de nuestra torre es más de 20 platos.

El costo total de la columna es:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Reflujo ÓPTIMO

Para seleccionar el reflujo optimo, nos basaremos en la comparación del costo de la columna.

Reflujo

Vm

CT

1

.3516984

60.3803

257098

2

.3810066

61.6895

242355

3

.4103148

62.9987

225100

4

.439623

64.3079

221578

Los resultados nos muestran que el Reflujo óptimo es el de R = .439623, pero este reflujo, tiene una carga mayor al condensador por tener más cantidad de vapor, pero no es muy significativa: Calcularemos el costo del condensador para el Reflujo 4.

CÁlculo del condensador.

Para pode calcular el condensador de la torre de destilación, debemos establecer algunos parámetros como lo son:

Costo del agua de enfriamiento de $0.1/1000gal

Tb = 246.567°F

T1W = 75°F

T2W = 125°F

V = 44.67lbmol/min = 1215718.27grmol/hr

Componente

"Hv(cal/grmol)

Xi

Xi*"Hv

Propano

4487

.112

502.544

Iso-butano

6453

.336

2168.208

n-Butano

7034

.547

3847.598

Iso-Pentano

6900

.005

34.5

n-Pentano

6160

-

-

n-Hexano

6896

-

-

"Hv de la mezcla es de 26BTU/grmol

La evaluación del proyecto esta determina para 10 años, esto es para poder cuantificar todos los costos anualmente.

De la bibliografía anexas a este trabajo, calcularemos el costo del agua de enfriamiento:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Para el calor transferido en condensador:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Una ecuación general para calcular el calor, utilizando la Cp del agua:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El costo del agua de enfriamiento es de:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Estimación del costo para intercambiadores de calor por correlaciones

En este caso el intercambiador será de acero al carbono, el costo final del intercambiador esta dado por:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Costo base para intercambiador de acero al carbono de cabezal flotante y operando a una presión de 100psi

'Diseño de una columna de destilación con costos'

El factor del costo por el tipo de intercambiador (FD), que en este caso será el de un intercambiador fijo:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Factor de costeo debido a la presión de operación:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Factor de costo del material de construcción FM =1 para acero al carbono

Costo total del intercambiador:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Costo anual deL intercambiadoR:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Sumando el agua de enfriamiento:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Costos para el ReboIler

Las variables que debemos establecer son:

El calor que se necesita para transformar el liquido que se alimenta al Rebolier, para transformar lo a vapor, es el mismo que el Calor calculado en el condensador. Como la cantidad de vapor es la misma, por haber establecido flujos constantes dentro de la columna, el "Hv, es el mismo, concluimos que se trata de la misma cantidad de calor.

El vapor utilizado es vapor saturado a 150psi, el cual se encuentra a una temperatura de 1052.334°R. La trasferencia de calor esta limitada a 50°F.

Para el área requerida para el intercambiador:

Para el flujo de vapor requerido para la transferencia de calor:

El costo anual del vapor

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Estimación del costo para intercambiadores de calor por correlaciones

En este caso el intercambiador será de acero al carbono, el costo final del intercambiador esta dado por:

Costo base para intercambiador de acero al carbono de cabezal flotante y operando a una presión de 100psi

El factor del costo por el tipo de intercambiador (FD), que en este caso será el de un intercambiador fijo:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Factor de costeo debido a la presión de operación:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Factor de costo del material de construcción FM =1 para acero al carbono

Costo total del intercambiador:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Costo anual del intercambiador:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Sumando el agua de enfriamiento:

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Costeo final de la columna

Como nos piden el costeo final de la columna, se considera que el 10% del costo del equipo fijo, más el costo de los servicios como costo variable.

Costo del equipo:

Costo de la columna + costos del condensador + costo del Rebolier

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Costo variable:

Costo del vapor + costo del agua de enfriamiento

'Diseño de una columna de destilación con costos'

Costo final:

CTE *1.1 + CVA

Conclusiones

Estos métodos que aplicamos para calcular los costos de la columna, son métodos rápidos, lo que implica que la exactitud de estos costos no es muy buena, pero cumple con la misión de saber sobre cuanto se estima el valor de la columna. .

Al considerar los flujos internos de la torre constantes, nos facilita mas los cálculos, pero estas suposiciones fueron hechas con fundamentos aceptables.