BALANCE DE MASA EN PROCESOS DE REFINERA HIDROCARBURFERA'

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MODULO 3 B
BALANCE DE MASA EN PROCESOS DE REFINERÍA
HIDROCARBURÍFERA. EJERCICIO DE APLICACIÓN
MÉXICO Julio 9-11 del 2003
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Ejercicio de Ilustración del Desarrollo de un
Balance de Masa y Energía en una Unidad de
Destilación.

• HORNO. Una fracción de gas oil que procede del
  petróleo, se descompone en gasolina y gas a
  1000ºF en los tubos de un horno.
• ENFRIAMIENTO. Para detener la reacción y
  minimizar la formación de coque, la mezcla
  caliente a 1000ºF, procedente del horno en estado
  de vapor del gas, gasolina, aceite y alquitrán se
  enfría bruscamente hasta 800ºF, con la inyección
  de una corriente de aceite a 300ºF.
• EVAPORADOR. La mezcla resultante pasa al
  evaporador en donde se enfría hasta 710ºF
  mediante la alimentación de un flujo controlado
  de reciclo de aceite a 300ºF, pulverizado,
  logrando un primer fraccionamiento.

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Sigue.

• Columna de fraccionamiento.
• Los gases del evaporador a 710ºF, pasan a la
  columna de fraccionamiento, cuya sección inferior
  se utiliza para precalentar la carga nueva de gas
  oil (29ºAPI).
• Toda la carga parcialmente descompuesta en el
  intervalo de ebullición entre gasolina y el
  alquitrán, se condensa como producto de cola, la
  misma que se combina con la alimentación nueva,
  para formar la alimentación combinada o
  mixta, la misma que parte a 540ºF, se alimenta
  al horno, parte se enfria a 300ºF y se mezcla con
  los vapores calientes del horno y otra parte a
  300ºF, se recicla al evaporador.

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Sigue.

• Precalentamiento del aire de combustión.
• Los gases de combustión salen del horno a 865ºF y
  pasan a un economizador en donde precalientan el
  aire de combustión hasta 400ºF, el cual se
  alimenta con un 30 de exceso al quemador. Las
  emisiones finales salen a 600ºF.

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Sigue.

• Nivel de conversión.
• La operación se realiza a un nivel de conversión
  del 22 en peso de la alimentación combinada
  que se inyecta al horno, por paso a gasolina y
  gas.

• Calor normal.
• El calor normal de la reacción endotérmica de la
  alimentación nueva a gasolina líquida, corriente
  de recirculación y alquitrán, y gas a 60ºF y
  presión atmosférica 600 BTU/libras de gasolina
  más gas formado.

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• Combustible.
• La tabla 6 del módulo 4A presenta la composición
  del gas combustible y el cálculo de su energía
  calórica. Las pérdidas por radiación en el horno
  son del 8 del poder calorífico del combustible.

• Régimen de producción
• La tabla 1. Presenta el régimen de producción de
  gasolina, gas y alquitrán.

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Unidad de destilación
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Horno y Fase de Enfriamiento.
Aire a 400oF
Humos a 865oF
Humos a 600oF
HORNO
Vapores 800oF
Al evaporador
Vapores 1000oF
Aire a 80oF, 60h
AC a 300oF
Gas combustible a 60oF
AC a 540oF(71,292lb/h)
Alimentación combinada (AC) a 540oF, viene de
columna de fraccionamiento
206,170 lb/h
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Régimen de Producción.
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Alimentación Combinada al Horno.

• De la alimentación combinada el 22 se convierte
  en gas y gasolina
• Gas gasolina (33,210 12,150) lb/h 45,360
  lb/h
• Alimentación combinada (45,360 lb/h)/0.22
  206,170 lb/h
• Material de recirculación producido en el horno
• 206,170 lb/h (33,210 18,930 12,150) lb/h
  141,880 lb/h

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Procedimiento de Cálculo de Entalpías
(BTU/h)-Ejemplo aplicado a la alimentación
combinada.

Factor de caracterización (K). Fig. 1
Calor latente de vaporización. Fig. 2.
Calor específico medio de líquidos. Fig. 3
Calor específico medio de vapores. Fig. 4
Cálculo de entalpías (BTU/h) a T referencial de
65ºF.
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Factor de Caracterización
ºAPI
22
11
K1
K3
540
Temperatura ºF Fig. 1. Factores de
caracterización de fracciones de petróleo (K)
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Calor Latente de Vaporización (BTU/lb)
Calor De Vaporización (BTU/lb.)
110
ºAPI1
ºAPI22
ºAPI3
540
Temperatura ºF Fig. 2. Calores de vaporización de
HC y de fracciones de petróleo
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Calor Específico De HC Líquidos.
Calor Específico (BTU/lb.ºF)
K11
0.523
540(líquido)
Temperatura ºF Fig. 3. Calores específicos (cp)
de HC líquidos
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Calor Específico de HC Gaseosos a Presión
Atmosférica.
Calor Específico (BTU/lb.ºF)
ºAPI
ºAPI22
0.63
ºAPI
800(vapores)
TemperaturaºF Fig. 4. Calores específicos (cp)
de HC gaseosos
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Cálculo del Valor de Entalpía de los Productos
Líquidos y Gaseosos
Una vez conocidos los calores específicos de los
productos líquidos y gaseosos se calcula la
entalpía, tomando en cuenta la masa.
Ejemplo Cálculo de la Entalpía de la
Alimentación combinada a 540ºF
17
Sigue...
Inferencia El mismo procedimiento se adopta
para el resto de productos líquidos y sólidos a
las diferentes temperaturas. Los resultados se
compilan en las tablas siguientes.
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Energía absorbida en el calentamiento y
destilación de la alimentación combinada.
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Balance de Masa y Energía en el Punto de
Alimentación para el Enfriamiento
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Cálculo de la Fracción de Alimentación (X)
Combinada que se Usa para el Enfriamiento desde
1000ºF hasta 800ºF
Entalpía de la Fracción Combinada a 300ºF.
Total entrada
(135,369,447 7,756,646.4) 143,126,093.4 BTU/h
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Entalpía de la Fracción Combinada a 800ºF.
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Balance de masa y Energía en el Punto de Mezcla
De la Alimentación Combinada y la Fracción de
Refrigeración
Vapores a 800oF al evaporador
Vapores del horno a 1000oF
135,369,447 BTU/h
(106,171,44936,954,777)BTU/h143,126 x 103 BTU/h
206,170 lb/h
7,756,646.4BTU/ h
71,424 lb/h
Alimentación combinada para refrigeración a 300oF
Suman 143,126 x 103BTU/h
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Balance de Masa y Energía en el Evaporador
Gas, gasolina, Recirculación, Refrigeración, Reflu
jo.
710oF
Alimentación combinada Como recirculación a 300oF
Y lb/h
Alquitrán a 745oF
Vapores a 800oF
(206,17071,424)lb/h277,594lb/h
143,126 x 103BTU/h
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Balance de Masa y Energía en el Evaporador
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Alimentación Combinada de Recirculación al
Evaporador (Y lb/h) a 300ºF.
Energía de Entrada a 300ºF de esta Fracción
51,119.5lb/h x 108.6 BTU/lb 5,551,577.7BTU/h
Energía de Salida a 710ºF de esta Fracción
51,119.5lb/h x 458.4 BTU/lb 23,433,178.8BTU/h
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Consolidación de Entradas y Salidas en el
Evaporador
Entradas
(5,551,577.7 143,126,000.0)BTU/h 148,677.6 x
103BTU/h
Salidas
23,433,178.8 125,244,410.6)BTU/h 148,677.6 x
103BTU/h