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)
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