tecnologia pinch
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descripción de el uso de la tecnología pinch para una red de intercambiadores de calor en su red optimTRANSCRIPT
Tecnología PINCH
Con el fin de dar mayor claridad a la nomenclatura utilizada para las corrientes del
Pinch con las corrientes utilizadas en el proceso, se mostrara a que corrientes del
proceso corresponden a las corrientes trabajadas en el Pinch.
Tabla #. Relación entre las corrientes del Pinch y las corrientes del proceso.
Corriente Pinch Corrientes proceso
C1 2 y 3
"13 '3 y '%
Con el proceso obtenido para la producción de cloroetileno, se obtu(o que era necesario
realizar un acondicionamiento ener)*tico a la temperatura de 13 corrientes del proceso.
Por tal moti(o se procedió a tomar cada una de estas corrientes con sus composiciones y
flujos y realizar una simulación de un intercambiador de calor en +P- con las
condiciones de entrada y a las que se necesitaba lle)ar, con el fin de conocer el
comportamiento de la entalpia en el ran)o de temperatura a trabajar.
/os datos obtenidos se )raficaron en -0cel, el comportamiento para cada corriente es
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente C1.
235
235.5
236
236.5
237
237.5
238
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente "!.
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente "#.
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente "12.
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente "13.
e acuerdo a el comportamiento d*cada corriente se procedió a determinar que cada
corriente con un comportamiento lineal tendr4 un CP constante equi(alente a la
pendiente de la recta, mientras que para las corrientes que presentan infle0iones de
asumir4 como corrientes diferentes de tal manera que presenten un ajuste lineal y poder
determinar su CP, de i)ual forma con la pendiente de la recta.
CP= ΔH
Tabla #. Condiciones de las corrientes fr5as y calientes.
Corrientes Tipo Tin (ºC) Tout (ºC) T Entalpia
(cal/s) CP (cal/s ºC)
3 caliente #$.$$$&3 $ 3$.$$$&3 '%&&.! 1&&2.#$'!3
% fr5a 6!.3#'!#' 3$' 312.3#'!#' 3!3&!#.#### 11#.&1'$&'
' fr5a 62$.$2'! 3$' 32'.$2'! 11'1 3'&.%&23''%
fr5a 23.12$% 23!.'% 1.%1# $$$3 %22#&.%!'
! caliente 12.3$2# 3$ #.3$2# 133&&$ 13#$.1##!2
&.1 fr5a 6'!.%1!!& 6'.%1!!& 1 2!31% 2!31%
&.2 fr5a 6'.%1!!& 3$' 31.%1!!& %!'&#'.###& 131.!%!1'
#.1 caliente 3$%.& 1$!.#3&% 1#.#''% '#$.$$$1 2.32##3#
#.2 caliente 1$!.#3&% 3% !3.#3&% #'#%3#.#### 12#!.2$!22
1$.1 fr5a 3%.$$'3 '.2#!#2 31.2#22 111&!1 3'!%.##2!!
1$.2 fr5a '.2#!#2 !$ %.!$2$& &%&& 1&$%#.$332
11.1 fr5a !#.%3'' 11!.%&31 3&.$%! 112131 2#%!.12%12#
11.2 fr5a 11!.%&31 11!.!13 $.22## $211' 21#$3$.$13
12.1 caliente '&$.232! 1.#322 %13.3$$' 222$$ %%1.31&121
12.2 caliente 1.#322 1%%.2#3 22.2# %23'$$.$$$1 1&&.#2&&
13.1 caliente 1.12%#$! 12&.1!!3 3!.#%!$! 11%'$ %2'%.''$22&
13.2 caliente 12&.1!!3 11$ 1&.1!!3 %#2#1$ 2!11.!&&'2
e empleara el m*todo tabular para la realización de la tecnolo)5a P7C".
e comenzó por con(ertir las temperaturas reales en temperaturas de inter(alo, de la
si)uiente forma
2
2
Para esto se determinó como pinch 8 1$°C. las temperaturas obtenidas fueron
Tabla #. emperaturas reales y de inter(alo.
Corriente
305 310
107.384 102.384
10.2
70 75
13.1
128.1773 123.1773
110 105
Con las temperaturas de inter(alo ya calculadas se continuó con ordenarlas en orden
descendente, e(itando poner m4s de una (ez temperaturas repetidas. +s5
Tabla #. emperaturas de inter(alo en orden descendente.
T !nter"al# (ºC)
Con los inter(alos ya determinados se realizó un balance de ener)5a en cada uno de
estos, para lue)o sumar a el calor cero 9$:, y determinar la ubicación del Pinch, que
corresponde a la temperatura donde se obtiene el cero.
Tabla #. C4lculos para el m*todo tabular.
T intervalo
(ºC) Corrientes
" cal/s
'!'.232! $
31$ "12.1 6%%1.31&12 2'.232! 61!$&%%&.2 1!$&%%&.2
2##.& C%;C';C&.2;"12.1 63'#.2!3$! 1$.1$2 63$!1.!&!' 1!%%'1#.#&
2%2.'% C%;C';C&.2;"#.1;"12.1 6%1.$3 '!.3'3& 63!$'#!.%& 211'11!.%!
2%1.12$% C%;C';C;C&.2;"#.1;"12.1 %123!.$%% 1.%1# '#$&#$.1$& 1'2%22!.3
11.#322 C%;C';C&.2;"#.1;"12.1 6%1.$3 !#.1&&2 6'11&2.!11 2$3'#1$.$!
11.12%#$
13#.2#3 C%;C';C&.2;"#.1;"12.2;"13.1 622#1.!%
21.&''$
! 6'$1&%3.2&# 2''2&''.'!
123.1!!3 C%;C';C&.2;"#.1;"13.1 6%2!%.&3'11 1.$#2 6&!#$.% 221%.21
122.!13 C%;C';C&.2;"#.1;"13.2 62!13!.$!3% $.%%3 612'##.!%32 23%2%'.#
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&'.$$$&3 C%;C';C&.2;C11.1;"!;"#.2 6&'%!.23'$1 1!.#3!'! 61'331.2 23%$#&
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3#.$$'3 C1;C2;C%;C';C&.2;C1$.1;"!;"#.2 6&2&.%#1# 1'.##%! 61$#21#.! 2##2'13.#3
2# C1;C2;C%;C';C&.2;"!;"#.2 61$%$3.%&& 1$.$$'3 61$%$#$.$1& 3$#$3.#'
2' C1;C2;C%;C';C&.2;"! 2'!2.!1#2' % 1$2#$.&!! 3$&313.$!
62.3#'!#' C1;C2;C%;C';C&.2 3#2.#122
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61'.$2'! C1;C';C&.2 21'3.%2#'& &.%&3!# 1&2#.2%%3 2#%&$$!.&'
$ C1;C&.2 1!#%.#%!23 !.#&#%1 1%3%$.'#3 2#33!.2&
6'1.%1!!& C&.2 131.!%!2 2&.%$21 3!3##.$# 2&.21
6'2.%1!!& C&.1 2!31% 1 2!31% 22&#'%.21
H12.1 (562.143856 C)
'&$.232! <C para las corrientes calientes y '!$.232! <C para las corrientes fr5as.
Conociendo el Pinch se sabe que estar4 ubicado en todo un e0tremo de la corriente m4s
caliente, por lo cual esta deber4 ser la primera en )astarse con las corrientes fr5as que
nin)una alcanza a tocar el Pinch, lue)o se podr4n aparear las dem4s corrientes de la
manera m4s adecuada teniendo en cuenta que siempre se cumpla un inter(alo de 1$<C
de la tabla tambi*n es posible saber que se necesitara una utilidad de enfriamiento
equi(alente a 22&#'%.21 cal=s.
Comenzando con los apareamientos de corrientes, se tiene que
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a ' 9C':
Q=CPC 5∗(T out −T ¿ )
Q=116516 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C', es entre)ada por
la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or %$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a % 9C%:
Q=CPC 4∗(T out −T ¿)
Q=373880 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C%, es entre)ada por
la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or &$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a &.1 9C&.1:
Q=CPC 8.1∗(T out −T ¿ )=¿
C8.1 (-56.41778 C)
C8.1 (-56.41778 C)
H12.1 (406.710763 C)
Q=627314 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C&.1, es entre)ada
por la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or '$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a &.2 9C&.2:
Q=CPC 8.2∗(T out −T ¿ )
Q=475896 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
H12.1 (23.670573 C)
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C&.2, es entre)ada
por la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 9C:
Q= λvaporización ,C 6
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C, es entre)ada por
la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
C11.1 (7.4355 C)
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 11.1 9C11.1:
Q=CPC 11.1∗(T out −T ¿)
Q=112131 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C11.1, es entre)ada
por la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or *$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
Q=356400 cal
s
Con el calor que es necesario ret5rale a la corriente "12.1 y sabiendo que la corriente
11.2 corresponde a un cambio de fase en el cual se tiene
λvaporización,C 11.2=602115 cal
s
/a corriente 11.2 tendr4 un calor sobrante que se podr4 apro(echar en otra corriente,
este calor sobrante es i)ual a
Qsobrante ,C 11.2=Q− λvaporización,C 11.2
Qsobrante ,C 11.2=245715 cal
s
C11.2 (117.4831 C)
C11.2 (117.4831 C)
H12.2 (153.78316 C)
Intercabia!or +$
Conociendo que el calor sobrante de la corriente C11.2 es i)ual a
Qsobrante ,C 11.2=245715 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.2:
Q=CP H 12.2∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para el cambio de fase de la C11.2, es
entre)ada por la corriente "12.2, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede
encontrar la temperatura de salida de "12.2.
T out =T ¿ −
Intercabia!or ,$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 1$.1 9C1$.1:
Q=CPC 10.1∗(T out −T ¿)
Q=111871 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.2:
Q=CP H 12.2∗(T ¿−T out )
H12.2 (147.76578C)
C1.2 (68.48607C)
H12.2 (144.263C)
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C1$.1, es entre)ada
por la corriente "12.2, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "12.2.
T out =T ¿ −
Intercabia!or "$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12.2 9"12.2:
Q=CP H 12.2∗(T ¿−T out )
Q=65914.0004 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 1$.2 9C1$.2:
Q=CPC 10.2∗(T out −T ¿)
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para enfriar la corriente "12.2, es retirada por
la corrienteC1$.2, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de C1$.2.
T out =T ¿ +
C1.2 (68.48607 C)
C1.2 (70 C)
H9.1 (28.340606 C)
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 1$.2 9C1$.2:
Q=CPC 10.2∗(T out −T ¿)
Q=18953.9997 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.1 9"#.1:
Q=CP H 9.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C1$.2, es entre)ada
por la corriente "#.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "#.1.
T out =T ¿ −
C1 (-28.01517 C)
C1 (60 C)
H9.1 (283.788732 C)
Intercabia!or %$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 1 9C1:
Q=CPC 1∗(T out −T ¿)
Q=42088.82 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.1 9"#.1:
Q=CP H 9.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C1, es entre)ada por
la corriente "#.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "#.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or &$
Q=43831.73 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.1 9"#.1:
Q=CP H 9.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C2, es entre)ada por
la corriente "#.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "#.1.
T out =T ¿ −
Figura #. $ntercam%!a&#r 13.
'e%!&# a ue a n# se t!enen m*s c#rr!entes para aparear en l#s !ntercam%!a&#res puest# ue a se +astar#n t#&as las c#rr!entes ,rías se ace necesar!# el us# &e ut!l!&a&es &e en,r!am!ent# para en,r!ar las &em*s c#rr!entes &el pr#ces#.
Intercabia!or '$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.1 9"#.1:
Q=CP H 9.1∗(T ¿−T out )
Q=464785.45 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente
!C
!C
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.2 9"#.2:
Q=CP H 9.2∗(T ¿−T out )
Q=959440 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente
"#.2, porque se desprecian las p*rdidas de calor al ambiente.
Figura #. $ntercam%!a&#r 15.
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 3 9"3:
Q=CP H 3∗(T ¿−T out )
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente "3,
porque se desprecian las p*rdidas de calor al ambiente.
Figura #. $ntercam%!a&#r 16.
Intercabia!or *$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente ! 9"!:
Q=CP H 7∗(T ¿−T out )
Q=133880 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente "!,
porque se desprecian las p*rdidas de calor al ambiente.
Figura #. $ntercam%!a&#r 17.
Intercabia!or +$
!C
!C
H13.2 (110 C)
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 13.1 9"13.1:
Q=CP H 13.1∗(T ¿−T out )
Q=161450 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente
"13.1, porque se desprecian las p*rdidas de calor al ambiente.
Figura #. $ntercam%!a&#r 18.
Intercabia!or ,$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 13.2 9"13.2:
Q=CP H 13.2∗(T ¿−T out )
Q=492910 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente
Figura #. $ntercam%!a&#r 1.
>inalmente se obtiene que la utilidad de enfriamiento total requerida por el sistema es
i)ual a
Utilidad deenfriamiento=Q HX 14+Q HX 15+Q HX 16+Q HX 17+Q HX 18+Q HX 19
Utilidad deenfriamiento=2268954.21 cal
s
Con lo cual es posible comprobar que el apareamiento realizado para la tecnolo)5a
Pinch es el adecuado, ya que se obtu(o el mismo (alor de utilidad de enfriamiento
determinado inicialmente por el m*todo tabular.
e esta manera se obtiene la si)uiente red de intercambiadores para el proceso de
cloroetileno
Figura #. Red de intercambiadores con la tecnolo)5a Pinch.
?bser(ando lo realizado se puede concluir que la red obtenida no es la m4s óptima,
puesto que de acuerdo con la tecnolo)5a Pinch la red óptima corresponde a un arre)lo de
13 intercambiadores lo cual se obtiene as5
Para mejorar esto podemos obser(ar la red de intercambiadores obtenida inicialmente
para la tecnolo)5a y determinar con los intercambiadores que hay corrientes que por sus
puntos de infle0ión se trabajaron por separado, pero que en realidad se podr5an unir si
las dos corrientes apareadas en cada intercambiador con i)uales. e esta manera se tiene
que el intercambiador 3 9"@3: y el intercambiador % 9"@%: se pueden unir puesto que
ambos tienen como corriente caliente a "12.1 y como corriente fr5a a C& 9C&.1 y C&.2:,
de i)ual forma, los intercambiadores , ! y & 9"@, "@! A "@& respecti(amente:, se
pueden acoplar en uno solo, ya que tienen como corriente caliente "12 9"12.1 y "12.2:
y como corriente fr5a a C11 9C11.1 y C11.1:, tambi*n es posible acoplar en un solo a los
intercambiadores # y 1$ 9"@# y "@1$: a los cuales in)resan la corriente C1$ 9C1$.1 y
C1$.2: y la corriente "12.2, por Bltimo es posible juntar los intercambiadores 1% y 1'
9"@1% A "@1': debido a que en ambos intercambiadores se utiliza utilidad de
enfriamiento para la enfriar la corriente "# 9"#.1 y "#.2:.
e esta manera realizando una optimización a la red obtenida inicialmente es posible
reducir el nBmero de intercambiadores a 13, con lo cual se tendr5a la red optima
requerida para la tecnolo)5a Pinch. ?bteni*ndose la si)uiente red
Figura #. Red optima de intercambiadores con la tecnolo)5a Pinch.
-sta red se describe en la si)uiente tabla, teniendo en cuenta el acople de los balances
de ener)5a realizados inicialmente.
Tabla #. emperaturas y calor de los intercambiadores de calor que conforman la red
óptima.
7ntercambiado
r
9"@:
Caliente "12.1 '&$.232! '2.1%3&'
2 >r5a C% 6!.3#'!#' 3$' 3!3&&$
Caliente "12.1 '2.1%3&' '$%.$##&3'
3 >r5a C& 6'.%1!!& 3$' 11$321$
Caliente "12.1 '$%.$##&3' 332.&2&##
% >r5a C 23.12$% 23!.'% $$$3
Caliente "12.1 332.&2&## 23#.!$'!3
' >r5a C11 !#.%3'' 11!.%&31 !1%2%
Caliente "12 23#.!$'!3 1'3.!&31#
>r5a C1$ 3%.$$'3 &.#%#&$! 1!!!&'.$$$
%Caliente "12.2 1'3.!&31# 1%%.2#3
! >r5a C1$.2 &.#%#&$! !$ 1&#'3.###!
Caliente "#.1 2&3.!&&!32 2&.3%21
1$ Dtilidad de enfriamiento 1%2%22'.%'
Caliente "# 2&.3%21 3%
11 Dtilidad de enfriamiento '%&&.!
Caliente "! 12.3$2# 3$
Con el fin de dar mayor claridad a la nomenclatura utilizada para las corrientes del
Pinch con las corrientes utilizadas en el proceso, se mostrara a que corrientes del
proceso corresponden a las corrientes trabajadas en el Pinch.
Tabla #. Relación entre las corrientes del Pinch y las corrientes del proceso.
Corriente Pinch Corrientes proceso
C1 2 y 3
"13 '3 y '%
Con el proceso obtenido para la producción de cloroetileno, se obtu(o que era necesario
realizar un acondicionamiento ener)*tico a la temperatura de 13 corrientes del proceso.
Por tal moti(o se procedió a tomar cada una de estas corrientes con sus composiciones y
flujos y realizar una simulación de un intercambiador de calor en +P- con las
condiciones de entrada y a las que se necesitaba lle)ar, con el fin de conocer el
comportamiento de la entalpia en el ran)o de temperatura a trabajar.
/os datos obtenidos se )raficaron en -0cel, el comportamiento para cada corriente es
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente C1.
235
235.5
236
236.5
237
237.5
238
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente "!.
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente "#.
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente "12.
Figura #. -ntalpia (s. emperatura para la corriente "13.
e acuerdo a el comportamiento d*cada corriente se procedió a determinar que cada
corriente con un comportamiento lineal tendr4 un CP constante equi(alente a la
pendiente de la recta, mientras que para las corrientes que presentan infle0iones de
asumir4 como corrientes diferentes de tal manera que presenten un ajuste lineal y poder
determinar su CP, de i)ual forma con la pendiente de la recta.
CP= ΔH
Tabla #. Condiciones de las corrientes fr5as y calientes.
Corrientes Tipo Tin (ºC) Tout (ºC) T Entalpia
(cal/s) CP (cal/s ºC)
3 caliente #$.$$$&3 $ 3$.$$$&3 '%&&.! 1&&2.#$'!3
% fr5a 6!.3#'!#' 3$' 312.3#'!#' 3!3&!#.#### 11#.&1'$&'
' fr5a 62$.$2'! 3$' 32'.$2'! 11'1 3'&.%&23''%
fr5a 23.12$% 23!.'% 1.%1# $$$3 %22#&.%!'
! caliente 12.3$2# 3$ #.3$2# 133&&$ 13#$.1##!2
&.1 fr5a 6'!.%1!!& 6'.%1!!& 1 2!31% 2!31%
&.2 fr5a 6'.%1!!& 3$' 31.%1!!& %!'&#'.###& 131.!%!1'
#.1 caliente 3$%.& 1$!.#3&% 1#.#''% '#$.$$$1 2.32##3#
#.2 caliente 1$!.#3&% 3% !3.#3&% #'#%3#.#### 12#!.2$!22
1$.1 fr5a 3%.$$'3 '.2#!#2 31.2#22 111&!1 3'!%.##2!!
1$.2 fr5a '.2#!#2 !$ %.!$2$& &%&& 1&$%#.$332
11.1 fr5a !#.%3'' 11!.%&31 3&.$%! 112131 2#%!.12%12#
11.2 fr5a 11!.%&31 11!.!13 $.22## $211' 21#$3$.$13
12.1 caliente '&$.232! 1.#322 %13.3$$' 222$$ %%1.31&121
12.2 caliente 1.#322 1%%.2#3 22.2# %23'$$.$$$1 1&&.#2&&
13.1 caliente 1.12%#$! 12&.1!!3 3!.#%!$! 11%'$ %2'%.''$22&
13.2 caliente 12&.1!!3 11$ 1&.1!!3 %#2#1$ 2!11.!&&'2
e empleara el m*todo tabular para la realización de la tecnolo)5a P7C".
e comenzó por con(ertir las temperaturas reales en temperaturas de inter(alo, de la
si)uiente forma
2
2
Para esto se determinó como pinch 8 1$°C. las temperaturas obtenidas fueron
Tabla #. emperaturas reales y de inter(alo.
Corriente
305 310
107.384 102.384
10.2
70 75
13.1
128.1773 123.1773
110 105
Con las temperaturas de inter(alo ya calculadas se continuó con ordenarlas en orden
descendente, e(itando poner m4s de una (ez temperaturas repetidas. +s5
Tabla #. emperaturas de inter(alo en orden descendente.
T !nter"al# (ºC)
Con los inter(alos ya determinados se realizó un balance de ener)5a en cada uno de
estos, para lue)o sumar a el calor cero 9$:, y determinar la ubicación del Pinch, que
corresponde a la temperatura donde se obtiene el cero.
Tabla #. C4lculos para el m*todo tabular.
T intervalo
(ºC) Corrientes
" cal/s
'!'.232! $
31$ "12.1 6%%1.31&12 2'.232! 61!$&%%&.2 1!$&%%&.2
2##.& C%;C';C&.2;"12.1 63'#.2!3$! 1$.1$2 63$!1.!&!' 1!%%'1#.#&
2%2.'% C%;C';C&.2;"#.1;"12.1 6%1.$3 '!.3'3& 63!$'#!.%& 211'11!.%!
2%1.12$% C%;C';C;C&.2;"#.1;"12.1 %123!.$%% 1.%1# '#$&#$.1$& 1'2%22!.3
11.#322 C%;C';C&.2;"#.1;"12.1 6%1.$3 !#.1&&2 6'11&2.!11 2$3'#1$.$!
11.12%#$
13#.2#3 C%;C';C&.2;"#.1;"12.2;"13.1 622#1.!%
21.&''$
! 6'$1&%3.2&# 2''2&''.'!
123.1!!3 C%;C';C&.2;"#.1;"13.1 6%2!%.&3'11 1.$#2 6&!#$.% 221%.21
122.!13 C%;C';C&.2;"#.1;"13.2 62!13!.$!3% $.%%3 612'##.!%32 23%2%'.#
122.%&31 C%;C';C&.2;C11.2;"#.1;"13.2 2'#1.#% $.22## '#'&!.1&! 2$3&3#.!!
121.3$2# C%;C';C&.2;C11.1;"#.1;"13.2 62%1&#.#%#3 1.1&$2 62&'%&.#!&1 2$#1&.!'
1$' C%;C';C&.2;C11.1;"!;"#.1;"13.2 62''&$.1%2 1.3$2# 6%1!$3$.' 2%&3#%#.31
1$2.#3&% C%;C';C&.2;C11.1;"!;"#.1 1'3.%22! 2.$1 31!.#%1!1 2%&$!&1.3!
&'.$$$&3 C%;C';C&.2;C11.1;"!;"#.2 6&'%!.23'$1 1!.#3!'! 61'331.2 23%$#&
&%.%3'' C%;C';C&.2;C11.1;"3;"!;"#.2 61$%3$.1%1 $.''33 6'&#.%!1#% 23###%.%!
!' C%;C';C&.2;"3;"!;"#.2 6133!!.2'! #.%3'' 612221.1#1 2!21'.
!$.2#!#2 C%;C';C&.2;C1$.2;"3;"!;"#.2 %!1.!!#1 %.!$2$& 21#!.$2' 2!%%2%&.3
' C%;C';C&.2;C1$.1;"3;"!;"#.2 6#&$2.2#%3 '.2#!#2 6'1#31.3#3 2!#1&$.2!
'' C1;C2;C%;C';C&.2;C1$.1;"3;"!;"#.2 6&!11.3#&2! 1$ 6&!113.#&2! 2&&32#%.2
3#.$$'3 C1;C2;C%;C';C&.2;C1$.1;"!;"#.2 6&2&.%#1# 1'.##%! 61$#21#.! 2##2'13.#3
2# C1;C2;C%;C';C&.2;"!;"#.2 61$%$3.%&& 1$.$$'3 61$%$#$.$1& 3$#$3.#'
2' C1;C2;C%;C';C&.2;"! 2'!2.!1#2' % 1$2#$.&!! 3$&313.$!
62.3#'!#' C1;C2;C%;C';C&.2 3#2.#122
2!.3#'!#
' 1$&'!.2% 2#!!!%'.&3
6.'%1#! C1;C2;C';C&.2 2!.1$11% %.1%1!' 11%&.!3#% 2#2!!.$#
61'.$2'! C1;C';C&.2 21'3.%2#'& &.%&3!# 1&2#.2%%3 2#%&$$!.&'
$ C1;C&.2 1!#%.#%!23 !.#&#%1 1%3%$.'#3 2#33!.2&
6'1.%1!!& C&.2 131.!%!2 2&.%$21 3!3##.$# 2&.21
6'2.%1!!& C&.1 2!31% 1 2!31% 22&#'%.21
H12.1 (562.143856 C)
'&$.232! <C para las corrientes calientes y '!$.232! <C para las corrientes fr5as.
Conociendo el Pinch se sabe que estar4 ubicado en todo un e0tremo de la corriente m4s
caliente, por lo cual esta deber4 ser la primera en )astarse con las corrientes fr5as que
nin)una alcanza a tocar el Pinch, lue)o se podr4n aparear las dem4s corrientes de la
manera m4s adecuada teniendo en cuenta que siempre se cumpla un inter(alo de 1$<C
de la tabla tambi*n es posible saber que se necesitara una utilidad de enfriamiento
equi(alente a 22&#'%.21 cal=s.
Comenzando con los apareamientos de corrientes, se tiene que
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a ' 9C':
Q=CPC 5∗(T out −T ¿ )
Q=116516 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C', es entre)ada por
la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or %$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a % 9C%:
Q=CPC 4∗(T out −T ¿)
Q=373880 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C%, es entre)ada por
la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or &$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a &.1 9C&.1:
Q=CPC 8.1∗(T out −T ¿ )=¿
C8.1 (-56.41778 C)
C8.1 (-56.41778 C)
H12.1 (406.710763 C)
Q=627314 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C&.1, es entre)ada
por la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or '$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a &.2 9C&.2:
Q=CPC 8.2∗(T out −T ¿ )
Q=475896 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
H12.1 (23.670573 C)
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C&.2, es entre)ada
por la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 9C:
Q= λvaporización ,C 6
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C, es entre)ada por
la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
C11.1 (7.4355 C)
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 11.1 9C11.1:
Q=CPC 11.1∗(T out −T ¿)
Q=112131 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C11.1, es entre)ada
por la corriente "12.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "12.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or *$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.1:
Q=CP H 12.1∗(T ¿−T out )
Q=356400 cal
s
Con el calor que es necesario ret5rale a la corriente "12.1 y sabiendo que la corriente
11.2 corresponde a un cambio de fase en el cual se tiene
λvaporización,C 11.2=602115 cal
s
/a corriente 11.2 tendr4 un calor sobrante que se podr4 apro(echar en otra corriente,
este calor sobrante es i)ual a
Qsobrante ,C 11.2=Q− λvaporización,C 11.2
Qsobrante ,C 11.2=245715 cal
s
C11.2 (117.4831 C)
C11.2 (117.4831 C)
H12.2 (153.78316 C)
Intercabia!or +$
Conociendo que el calor sobrante de la corriente C11.2 es i)ual a
Qsobrante ,C 11.2=245715 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.2:
Q=CP H 12.2∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para el cambio de fase de la C11.2, es
entre)ada por la corriente "12.2, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede
encontrar la temperatura de salida de "12.2.
T out =T ¿ −
Intercabia!or ,$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 1$.1 9C1$.1:
Q=CPC 10.1∗(T out −T ¿)
Q=111871 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12 9"12.2:
Q=CP H 12.2∗(T ¿−T out )
H12.2 (147.76578C)
C1.2 (68.48607C)
H12.2 (144.263C)
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C1$.1, es entre)ada
por la corriente "12.2, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "12.2.
T out =T ¿ −
Intercabia!or "$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 12.2 9"12.2:
Q=CP H 12.2∗(T ¿−T out )
Q=65914.0004 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 1$.2 9C1$.2:
Q=CPC 10.2∗(T out −T ¿)
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para enfriar la corriente "12.2, es retirada por
la corrienteC1$.2, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de C1$.2.
T out =T ¿ +
C1.2 (68.48607 C)
C1.2 (70 C)
H9.1 (28.340606 C)
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 1$.2 9C1$.2:
Q=CPC 10.2∗(T out −T ¿)
Q=18953.9997 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.1 9"#.1:
Q=CP H 9.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C1$.2, es entre)ada
por la corriente "#.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar
la temperatura de salida de "#.1.
T out =T ¿ −
C1 (-28.01517 C)
C1 (60 C)
H9.1 (283.788732 C)
Intercabia!or %$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente fr5a 1 9C1:
Q=CPC 1∗(T out −T ¿)
Q=42088.82 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.1 9"#.1:
Q=CP H 9.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C1, es entre)ada por
la corriente "#.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "#.1.
T out =T ¿ −
Intercabia!or &$
Q=43831.73 cal
s
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.1 9"#.1:
Q=CP H 9.1∗(T ¿−T out )
+sumiendo que toda la ener)5a necesaria para calentar la corriente C2, es entre)ada por
la corriente "#.1, y que las p*rdidas de calor son despreciables, se puede encontrar la
temperatura de salida de "#.1.
T out =T ¿ −
Figura #. $ntercam%!a&#r 13.
'e%!&# a ue a n# se t!enen m*s c#rr!entes para aparear en l#s !ntercam%!a&#res puest# ue a se +astar#n t#&as las c#rr!entes ,rías se ace necesar!# el us# &e ut!l!&a&es &e en,r!am!ent# para en,r!ar las &em*s c#rr!entes &el pr#ces#.
Intercabia!or '$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.1 9"#.1:
Q=CP H 9.1∗(T ¿−T out )
Q=464785.45 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente
!C
!C
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente #.2 9"#.2:
Q=CP H 9.2∗(T ¿−T out )
Q=959440 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente
"#.2, porque se desprecian las p*rdidas de calor al ambiente.
Figura #. $ntercam%!a&#r 15.
Intercabia!or $
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 3 9"3:
Q=CP H 3∗(T ¿−T out )
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente "3,
porque se desprecian las p*rdidas de calor al ambiente.
Figura #. $ntercam%!a&#r 16.
Intercabia!or *$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente ! 9"!:
Q=CP H 7∗(T ¿−T out )
Q=133880 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente "!,
porque se desprecian las p*rdidas de calor al ambiente.
Figura #. $ntercam%!a&#r 17.
Intercabia!or +$
!C
!C
H13.2 (110 C)
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 13.1 9"13.1:
Q=CP H 13.1∗(T ¿−T out )
Q=161450 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente
"13.1, porque se desprecian las p*rdidas de calor al ambiente.
Figura #. $ntercam%!a&#r 18.
Intercabia!or ,$
Realizando un balance de ener)5a para la corriente caliente 13.2 9"13.2:
Q=CP H 13.2∗(T ¿−T out )
Q=492910 cal
s
e requiere una utilidad de enfriamiento i)ual a la ener)5a necesaria para enfriar la corriente
Figura #. $ntercam%!a&#r 1.
>inalmente se obtiene que la utilidad de enfriamiento total requerida por el sistema es
i)ual a
Utilidad deenfriamiento=Q HX 14+Q HX 15+Q HX 16+Q HX 17+Q HX 18+Q HX 19
Utilidad deenfriamiento=2268954.21 cal
s
Con lo cual es posible comprobar que el apareamiento realizado para la tecnolo)5a
Pinch es el adecuado, ya que se obtu(o el mismo (alor de utilidad de enfriamiento
determinado inicialmente por el m*todo tabular.
e esta manera se obtiene la si)uiente red de intercambiadores para el proceso de
cloroetileno
Figura #. Red de intercambiadores con la tecnolo)5a Pinch.
?bser(ando lo realizado se puede concluir que la red obtenida no es la m4s óptima,
puesto que de acuerdo con la tecnolo)5a Pinch la red óptima corresponde a un arre)lo de
13 intercambiadores lo cual se obtiene as5
Para mejorar esto podemos obser(ar la red de intercambiadores obtenida inicialmente
para la tecnolo)5a y determinar con los intercambiadores que hay corrientes que por sus
puntos de infle0ión se trabajaron por separado, pero que en realidad se podr5an unir si
las dos corrientes apareadas en cada intercambiador con i)uales. e esta manera se tiene
que el intercambiador 3 9"@3: y el intercambiador % 9"@%: se pueden unir puesto que
ambos tienen como corriente caliente a "12.1 y como corriente fr5a a C& 9C&.1 y C&.2:,
de i)ual forma, los intercambiadores , ! y & 9"@, "@! A "@& respecti(amente:, se
pueden acoplar en uno solo, ya que tienen como corriente caliente "12 9"12.1 y "12.2:
y como corriente fr5a a C11 9C11.1 y C11.1:, tambi*n es posible acoplar en un solo a los
intercambiadores # y 1$ 9"@# y "@1$: a los cuales in)resan la corriente C1$ 9C1$.1 y
C1$.2: y la corriente "12.2, por Bltimo es posible juntar los intercambiadores 1% y 1'
9"@1% A "@1': debido a que en ambos intercambiadores se utiliza utilidad de
enfriamiento para la enfriar la corriente "# 9"#.1 y "#.2:.
e esta manera realizando una optimización a la red obtenida inicialmente es posible
reducir el nBmero de intercambiadores a 13, con lo cual se tendr5a la red optima
requerida para la tecnolo)5a Pinch. ?bteni*ndose la si)uiente red
Figura #. Red optima de intercambiadores con la tecnolo)5a Pinch.
-sta red se describe en la si)uiente tabla, teniendo en cuenta el acople de los balances
de ener)5a realizados inicialmente.
Tabla #. emperaturas y calor de los intercambiadores de calor que conforman la red
óptima.
7ntercambiado
r
9"@:
Caliente "12.1 '&$.232! '2.1%3&'
2 >r5a C% 6!.3#'!#' 3$' 3!3&&$
Caliente "12.1 '2.1%3&' '$%.$##&3'
3 >r5a C& 6'.%1!!& 3$' 11$321$
Caliente "12.1 '$%.$##&3' 332.&2&##
% >r5a C 23.12$% 23!.'% $$$3
Caliente "12.1 332.&2&## 23#.!$'!3
' >r5a C11 !#.%3'' 11!.%&31 !1%2%
Caliente "12 23#.!$'!3 1'3.!&31#
>r5a C1$ 3%.$$'3 &.#%#&$! 1!!!&'.$$$
%Caliente "12.2 1'3.!&31# 1%%.2#3
! >r5a C1$.2 &.#%#&$! !$ 1&#'3.###!
Caliente "#.1 2&3.!&&!32 2&.3%21
1$ Dtilidad de enfriamiento 1%2%22'.%'
Caliente "# 2&.3%21 3%
11 Dtilidad de enfriamiento '%&&.!
Caliente "! 12.3$2# 3$