UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CURSO:

PROYECTO DE PLANTAS QUIMICAS.

AMPLIACION DE UNA PLANTA DE ACIDO ACETICO

PROFESOR.

I.Q ERIC SALDIVAR MEDINA.

ALUMNAS.BECERRA RAMOS KATY. 0005833-FBUSTAMANTE AVIÑA MAYRA. 9700088-J

PORTILLA ZEA KARLA GUADALUPE 0001583-K

INTRODUCCION

La formulación y evaluación de proyectos constituyen un medio apropiado para que las inversiones tanto públicas como probadas se canalicen de forma optima, con ello los resultados del proyecto contribuyen al desarrollo del país, sin embargo los proyectos deben seguir un esquema de desarrollo que los enmarque y los cree.

Un proyecto de ingeniería química es una actividad con proposititos de satisfacer necesidades humanas cumpliendo objetivos como son:

Posibilidad de realización física, costeabilidad, posibilidad financiera, solución de subproblemas, proceso del proyecto (diseño) utilizando factores tecnológicos para su operación y la optimización del mismo.

Dentro de las primeras etapas de diseño se debe tener una selección de tecnología con un valor económico óptimo pero para esto es necesario asignar valores a muchas variables de acuerdo a la experiencia usando reglas de dedo o también llamadas reglas heurísticas.

Las reglas heurísticas son enunciados acerca del funcionamiento del equipo que abrevian la necesidad de cálculos posteriores. Mas precisamente, la regla heurística es una guía para generar soluciones, resolver problemas, para crear o innovar sistemas, procesos o productos.

Junto a las reglas heurísticas se encuentran métodos abreviados o simplificados, más elaborados que las reglas. Estos métodos de diseño dan soluciones a problemas en poco tiempo y a un bajo costo. Deben usarse cuando los datos son pocos o cuando no se justifica un costo mayor.

PROBLEMA

Establecimiento del problema.Por estudios de mercado, se habrá de realizar una ampliación en el departamento de almacenamiento y ventas como lo sugiere el diagrama de flujo simplificado.

LA INGENIERIA BASICA DEBE ESPECIFICAR LOS SIGUIENTES PUNTOS:

1. Un ramal que se deriva de la corriente de proceso principal para enfriarse por medio de un cambiador de calor de tubo y coraza desde las condiciones de proceso (90⁰C) hasta las condiciones de almacenamiento (35⁰C).

El agua que se utiliza como refrigerante la proporcionan una bomba con una velocidad de flujo igual a 170 G.P.M. y cuya temperatura de entrada es de 25 ⁰C.El gasto de flujo de acido acético cuya composición es de 90 % a 98 % y que alimenta al cambiador será de 25,000 lb/hr.Se estima practico utilizar un arreglo triangular de tubos de calibre 14 B.W.G. de ¾ plg D.E. y longitud de 12 pies.

2. Calcular la capacidad del tanque y/o tanques de producción para obtener un stock de almacenamiento en cuanto a capacidad de operación, 24 hrs, dando un margen 25% en volumen como factor de seguridad.

3. Especificar el ó los materiales de construcción seleccionados para cada equipos propuesto en particular; así como, evaluar el costo por equipo (estimación) total del sistema.

4. Calcular el diámetro de la tubería que deberá conectar:a) La línea principal del cambiador.b) El cambiador con el tanque de almacenamiento.c) Para llenar un carro tanque de 25,000 lts en 4 hrs.d) Para llenar tambores de 200 lts en 5 min.5. Potencia de las bombas y su selección del motor eléctrico.

6. Hace el diagrama de flujo simplificado del equipo (tipo cuantitativo) utilizando la simbología adecuada. Así mismo un diagrama isométrico para el arreglo tridimensional de la ampliación.

7. Calcular la ingeniería del proyecto para la ampliación.

8. Reportar el proyecto, siguiendo la secuencia del reporte formal.

SOLUCION

Después de conocer el objetivo de este proyecto y de observar el plano es necesario conocer todo el sistema las condiciones de operación así como el comportamiento del compuesto a las condiciones dadas. Así mismo como el valor del producto y sus usos. Por lo tanto se agrego la hoja de datos técnicos.

HOJA DE DATOS TECNICOS

ACIDO ACETICOSinónimos: Acido acético glacial, Acido etanóico, Acido del Vinagre, Acido metanocarboxílico, Ácido etílico.Fórmula: CH3COOH

Usos: Producción de anhídrido acético, ésteres de acetato, acetato de celulosa, monómero de vinilacetato, y ácido cloroacético, producción de plásticos, farmacéuticos e insecticidas, químicos fotográficos, aditivos para comida, coagulantes. Impresión en textiles, ésteres acéticos, ácido cloroacético, producción de plásticos, productos farmacéuticos, colorantes, insecticidas, productos químicos para fotografía, aditivo de los alimentos (en forma de vinagre), coagulante del látex natural, acidificador de pozos de petróleo.

ALMACENAMIENTO Y MANIPULACION

Almacenamiento: Lugares ventilados, frescos, secos y señalizados. Temperatura adecuada 15-25°C. No almacenar por debajo de 12°C. Almacenar bien cerrado en bolsa o contenedores de polietileno, bien ventilado; alejado de fuentes de ignición y calor. Separado de materiales incompatibles. Rotular los recipientes adecuadamente y mantenerlos bien cerrados. Inspeccione periódicamente las áreas de almacenamiento para detectar daños y fugas en los contenedores. Almacenar los contenedores por debajo del nivel de los ojos en caso de ser posible.Manipulación: Usar siempre protección personal así sea corta la exposición o la actividad que realice con el producto. Mantener estrictas normas de higiene, no fumar, ni comer en el sitio de trabajo. Usar las menores cantidades posibles.Conocer en donde está el equipo para la atención de emergencias. Lea las instrucciones de la etiqueta antes de usar el producto. Rotular los recipientes adecuadamente. Manipular alejado de fuentes de ignición y calor.

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICASApariencia: Líquido claro y sin color, olor muy picante (vinagre).Gravedad Específica (Agua=1): 1.051 / 20°CPunto de Ebullición (ºC): 118 (glacial)

Punto de Fusión (ºC): 16.6 (glacial)Densidad Relativa del Vapor (Aire=1): 2.10 (glacial)Presión de Vapor (mm Hg): 11.4 / 20°CViscosidad (cp): 1.22 / 20°CPH: 2.4 (Solución acuosa 1 M)Solubilidad: Soluble en agua, alcohol, glicerina y éter. Insoluble en sulfuro de carbono.

INFORMACION DE TRANSPORTEEtiqueta blanco y negro con el número 8 y la leyenda "Corrosivo". No transporte con sustancias explosivas, sólidos que liberan gases inflamables en contacto con el agua, comburentes, peróxidos orgánicos, materiales radiactivos, ni alimentos.

DISEÑO DEL TANQUEFlujo total que debe administrar el tanque

Operación de 24 hrs

Con un margen del 25%

Tanque vertical con regla # 3 tanques de almacenamiento con base de concreto reglas heurísticas del Turton pagina 247.

Altura del tanque 43.5 fts

DISEÑO DE TUBERIAS

Calculo de densidades con la ecuación:

A = 0.35185B = 0.26954n = 0.26843

Tc = 592.71 K

1.- tubería del flujo de entrada al intercambiador

Densidad del acido acético a 35⁰T = 35⁰ C = 308.15 K

Del articulo de George R. Kent Chemical Engineering Sep 1978 y como no se dispone de suficientes datos para un método más riguroso.

Para fluidos corrosivos o erosivos como el acido acético es un fluido corrosivo

Donde: D = Diámetro en plg W = Flujo másico (1000lb/hr)Ρ = densidad (lb/hr)

Como el acido acético es una sustancia corrosiva como anteriormente se vio en la hoja de datos y de acuerdo a las reglas heurísticas para materiales de construcción Turton página 244 el acero inoxidable es más resistente a los ácidos y por lo tanto es la que se utilizará.

Del libro Crane tabla B-16 Tuberías comerciales de acero inoxidable con base en American National Standards Institute (ANSI)

Cedula 40 ⇨ 2plg (inmediato superior)

2.- tubería de descarga de flujo del intercambiador

Densidad del acido acético a 90⁰

T = 90⁰ C = 363.15 K

Cedula 40 ⇨ 2plg (inmediato superior)

3.- tubería que sale del tanque a la bomba P-2

Cedula 40 ⇨ 3/8plg (inmediato superior)

Diámetro interno = 0.493

4.- línea que sale del tanque a bomba P-1

Cedula 40 ⇨ 1/4plg (inmediato superior)

Por lo tanto Diámetro interno = 0.364plg

DISEÑO DE INTERCAMBIADOR

Balance de energíaCalor transferido

Calor absorbido

Sustituyendo datos tenemos que:

Regla heurística de Turton regla # 8 para coeficientes globales de transferencia de calor

para cuando se utiliza agua como liquido de enfriamiento.

Ecuación de diseño

Definimos

Entonces tenemos que el área de intercambio

La longitud estándar de los tubos en los intercambiadores de tubos y coraza normalmente es de 2.44, 3.66 o 4.88 metros pagina 703 libro Petters

Longitud de los tubos 12 ft = 3.6576 m por lo tanto el intercambiador es de un solo paso

Del método de Kern Numero de tubos = A / (longitud tubos * a’’)a’’ = 0.1963 ft²/ft in de la tabla 10 datos de tubos para intercambiadores

Tablas de Foust pag 722 en base a las normas TEMADiámetro interno = 0.584 plg

DISTANCIA MINIMAS ENTRE LOS EQUIPOS De un intercambiador a un tanque de almacenamiento la distancia mínima es de 75 ft = 22.86 m

De un tanque de almacenamiento a una bomba es 15 ft = 4.572 m

CALCULO DE BOMBAS

Para la bomba P-1

Velocidad de descarga

Con la ecuación de Bernoulli

Tomando en cuenta que ΔZ = 3 mts = 9.7276 ft y ΔP = 0 por que no hay datos de presión.

Flujo que entrega la bomba P-1

Para la bomba P-2

Con la ecuación de BernoulliTomando en cuenta que ΔZ = 1.5 mts = 4.9212ft y ΔP = 0 por que no hay datos de

presión.Flujo que entrega la bomba P-2

COSTOS DE LOS EQUIPOS

Costo del tanque de almacenamiento

DE LAS GRAFICAS DE COSTOS FIG 14.56 LIBRO PETTERS

90 000 DLL = $ 1,170,000 PESOS Este costo es elevado por el tamaño del tanque y porque es acero inoxidable el material de construcción.

Costo del intercambiador Costo del intercambiador unitario = $ 2068.50 $/ ft² Costo total del intercambiador = $ 623,383.91

Costos de las bombas Para P-21070 dll = $ 13910 pesos

Para P-1 930 dll = $ 12090 pesos

Costo total de equipos = $ 1,819,383.91 pesos