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DISEÑO MECÁNICO DE RECIPIENTE DE
BALANCEO
INDICE
1. CONDICIONES DE OPERACIÓN DEL RECIPIENTE DE BALANCEO
2. DISEÑO MECÁNICO DE RECIPIENTE DE BALANCEO
3. PROCEDIMIENTO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL RECIPIENTE DE
BALANCEO
3.1 VOLUMEN DE TRABAJO 3.2 CÁLCULO DE UN VOLUMEN PRELIMINAR DEL RECIPIENTE 3.3 DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE ABAKIANS PARA
EL CÁLCULO DEL DIÁMETRO ÓPTIMO
4. SELECCIÓN DEL TIPO DE CABEZAL
5. DIMENSIONAMIENTO DEL RECIPIENTE VERTICAL
6.CÁLCULOS CON EL RECIPIENTE
7. NIVELES DE LLENADO
8. CALCULO DE VOLÚMENES PARCIALES
9. VOLUMEN DE CABEZALES
10. PROFUNDIDAD DEL CABEZAL
11. DETERMINACIÓN DE PESO DEL FLUIDO
12. DETERMINACIÓN DE PESO DEL RECIPIENTE APLICANDO DISTINTOS MÉTODOS
13. DETERMINACIÓN DEL NÚMERO, TAMAÑO Y TIPO DE BOQUILLAS
14. VÁLVULA PARA SERVICIO DE LÍQUIDO
15. DISCO DE RUPTURA
16. SOPORTE Y ESCALERA
Presión 4 atm
Temperatura 190°C = 463°K
1.-CONDICIONES DE OPERACIÓN DEL RECIPIENTE DE BALANCEO (TB-300C)
Ubicación: Planta de producción de cumeno. Servicio: Balanceo de la alimentación de la corriente 12 para la alimentación de la corriente 13
Tabla Condiciones de operación
INDICE
13
12
14
1213
14
Tabla Corrientes de alimentación al recipiente
Condiciones de las corrientes P=4 atm, T=463°K
Corriente 12
Corriente 13 Corriente 14
cumeno 3787.8706 Kg/hr
3787.8704 Kg/hr
0.0001647 Kg/hr
Flujo total 3787.8706 Kg/hr
Estado líquido líquido líquido
Densidad 623.0815 Kg/m3
Viscosidad 0.000176 pa*s
DATOS DE PROCESOFluido CUMENO Observaciones
T. Operación 463 ºK Determinada en base a un balance de energía.
Flujo 3787.8706 Kg/hr Suma de los flujos de las corrientes de entrada.
P. Operación 4 atm Considerada en base a las condiciones de operación del reactor.
Densidad del fluido 623.0815 Densidad de cumeno de la corriente de salida a las condiciones de operación del recipiente.
3mkg
2. DISEÑO MECÁNICO DE RECIPIENTE DE BALANCEO
El método que a continuación se describe es un procedimiento detallado manejado por IMPPara tanque de balanceo disponga de la información básica.
Tabla . Datos de Proceso
INDICE
hrkg
ObservacionesTiempo de residencia 15 min Tanques de alimentación a
un reactor Tabular
Densidad de agua 1000 Sustituye a la densidad de sustancia en el diseño cuando esta es menor.
Personal experimentado Factor=1 De acuerdo a la tabla siguiente.
Bien instrumentado Factor=1
Presión de Diseño 6.4196atm= 6.63291 kg/cm^2
P. de Operación + 2.5
Tipo de Material Acero al Carbón 283-C
Apropiado para las condiciones ambientales y de trabajo.
Corrosión 1/16 plg Corrosión mínima durante la vida útil del equipo.
Esfuerzo máximo permisible
12,700 De acuerdo al tipo de material empleado.
Densidad de Material 490.0591
3mkg
2cmkg
Tabla 5. Datos de Diseño
INDICE
3ftlb
2lgplb
2inlb
2inlb
3. PROCEDIMIENTO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL
RECIPIENTE DE BALANCEO
INDICE
1
)min601((min))(minmax hrThr
kgFVV rt
33
3
3
6717.5351981.1
0815.623
1
min60
1*min158706.3787
1*
min60
1**
ftmV
mkg
hrhr
mV
hrTFlujoV
t
t
residenciat
3.1 VOLUMEN DE TRABAJO
Corresponde al volumen comprendido entre el nivel máximo y el nivel mínimo.
INDICE
9.0minmax
VVR
33
3
6352.5968868.1
9.051981.1
ftmV
mV
recipiente
recipiente
3.2 CÁLCULO DE UN VOLUMEN PRELIMINAR DEL RECIPIENTE
El Volumen max-min representa aproximadamente el 90% del volumen del recipiente
INDICE
))()(( CES
PF d
2lgplb
2lgplb
lg16/1 p
1lg p
lg0.118856
1lg
12700lg16/1
lg3422.94
2
2
pF
plbp
plb
F
CSE
PF Diseño
3.3 DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE ABAKIANS PARA EL CÁLCULO DEL DIÁMETRO ÓPTIMO
Dónde:Pd = Presión de
diseño .
S = Esfuerzo máximo permisible
E = Eficiencia de soldadura. Tabla de eficiencia C = Corrosión total permitida durante la vida útil del equipo .
F= Factor de Abakians
Gráfica de Abakians
INDICE
D= 2.5ft
JustificaciónTipo de cabezal
Elipsoidal
Presión de 100 psia, diámetros
menores que 15 ftK 0.5 Relación de
profundidad de cabezal y radio de
cilindro
4 SELECCIÓN DEL TIPO DE CABEZAL
INDICE
El cabezal se elige de acuerdo a la presión de diseño y al diámetro del recipiente
Para nuestro caso:
6. DIMENSIONAMIENTO DEL RECIPIENTE VERTICAL
INDICE
6.1 DETERMINACIÓN DEL VALOR DE H2.
6.2 CÁLCULO DE LA LONGITUD
6.3CÁLCULO DEL VOLUMEN DEL CILINDRO DE RECIPIENTE
6.4 CÁLCULO DEL TIEMPO DE RESIDENCIA
6.5 CÁLCULO DEL ESPESOR DEL CILINDRO
6.5 CÁLCULO DEL ESPESOR DEL CABEZAL
INDICE
6.1 DETERMINACIÓN DEL VALOR DE H2.
Del valor obtenido en paso 1:
Y con el factor de Abakians se obtiene un diámetro de 3.5 ft, con el cual se calcula un H2, de la fórmula anterior.
2
2
minmax
33minmax
4
53.6717ft51981.1
HD
V
mV
2
3
2minmax
2 )5.2(*
6717.53*4*4
ft
ft
D
VH
ftH 9339.102
INDICE
LóftH
ftH
HHHL
*1.043
21
3
1
321
Debido a que la restricción L/D=3, no se cumple
se realiza un calculo iterativo para distintos
valores de D propuestos hasta encontrar
una longitud que cumpla la
condición L/D.
INDICE
8.45.212
12
tan**6523.12
)1839.12*1.0(9339.1021:.
DL
L
darizazadoessevalorElftL
ftftL
6.2 CÁLCULO DE LA LONGITUD
LóftH
ftft
H
D
VH
ftH
HHHL
*1.043
58525.73*
4*6717.53
*
4*2
1
3
2
3
2
2minmax
2
1
321
ftL
ftftL
96878.8
)12*1.0(58525.721:.
INDICE
opuestoftD Pr3
Se proponen 2 longitudes estandarizadas de 8ft y 10 ft.
Con los diámetros de 8ft y 10ft, respectivamente para ajustar la relación próxima a 3.
INDICE
Recipiente Longitud Diámetro Relación
Vertical opción 1
8ft 3 2.66667
Vertical opción 2
10ft 3 3.33333
6.3 CÁLCULO DEL VOLUMEN DEL CILINDRO DE RECIPIENTE
L*4
D*V
2
recipientecilindro
3^5487.568*4
)3(* 2
ftV recipientecilindro
INDICE
Opción 1 Opción 2
Diámetro 3ft 3ft
Longitud 8ft 10ft
Vcilindro del recipiente56.5487ft3 70.6858ft3
6.4 CÁLCULO DEL TIEMPO DE RESIDENCIA
)2min(755.19
)1min(8041.15
8706.3787
)6437.17(*min60*)5487.56(
*60*
33
opciont
opcionth
kgft
kghft
t
F
Vt
INDICE
Tiempo que el fluido estará dentro del recipiente, depende del tipo de servicio que se proporcione.
Se elige la opción 1 ya se acerca mas al valor supuesto de tiempo
6.5 CÁLCULO DEL ESPESOR DEL CILINDRO
lg152043.001267.0
005208.013586.16.011,828,800
5.113586.1
6.0
22
2
pftEspesor
ft
ftlb
ftlb
ftft
lb
Espesor
CPSE
RPEspesor
diseño
diseño
INDICE
Se elige la opción 2, porque se acerca mas a la relación L/D.Depende de las condiciones a las que se opera, del fluido a almacenar y del material de fabricación.
5.6 ESPESOR DE CABEZALES
lg133813.0
lg3422.942.01
lg127002
lg36lg
3422.94
lg)(int
:
2.0*2
22
2
pEspesor
plb
plb
pp
lb
Espesor
pernoDiámetroDi
Donde
PSE
DiPEspesor
cabezal
cabezal
diseño
diseñocabezal
INDICE
7. NIVELES DE LLENADO
INDICE
h1 0.5 ft
h2 = D – (h1 + h2)
10.0852 ft = 121.023 in
h3 =0.15* D 0.45 ft = 5.4 in
NIVEL MINIMO =h1
O.5 ft = 6 in
ALARMA DE BAJO NIVEL h1 + 0.25*h2
5.5426 ft = 66.511 in
ALARMA NORMALh1 + 0.6*h2
6.55 ft = 78.613 in
ALARMA ALTO NIVELh1 + 0.8*h2
0.568 ft = 102.81 in
NIVEL MAXIMO h1 + h2
10.581 ft = 127.03 in