18 mayo 2012

Recuperación de calor óptima en un intercambiador kettle




Las unidades de hidroprocesado tales como los hidrotratadores e hidrocrackers, y otras unidades tales como las torres de destilación de vacío visbrakers, crackers catalíticos de fluidos, etc., implican considerable consumo de calor y recuperación de calor subsecuente., implican consumo de calor considerable y recuperación de calor subsiguiente. La recuperación de calor se alcanza principalmente con efluente del reactor, recirculación por bombeoes de fraccionador o vapor de condensado overead, dependiendo del diagrama de flujo del proceso de planta. Invariablemente, este calor se usa para precalentar la alimentación o generar vapor. Algunas recuperaciones tienen lugar en un intercambiador de calor tipo kettle.

Los intercambiadores kettle se usan principalmente para vaporización en el lado de la carcasa –  es decir, generación de vapor. Normalmente, el líquido frío entrando en el intercambiador de calor está cerca de su punto de vaporización con respecto a la presión del fluido dada. El fluido caliente fluyendo en el lado del tubo puede ser vapor de condensación overead de dos fases, efluente del reactor, fondo del fraccionador monofásico o fondos del fraccionador de la recirculación por bombeo.

Para generación de vapor de media presión, agua de alimentación de la calderar (BFW) del desaireador es precalentado por calor del chorro de producto intermedio o final. BFW precalenteado cerca de su punto de vaporización entra en el kettle donde el vapor MP es generado.

Sin embargo, en algunos casos de revamp, BFW disponible en el sitio es directamente distribuido en el kettle donde se genera vapor MP. En tales casos, el kettle se espera maneje una carga de calor sensible que sea más del 10 o 15 % de las obligaciones térmicas totales. Esta situación lleva a un diseño no económico, resultando en una transferencia de calor inefectiva y fouling.

Lo básico de la vaporización en el kettle

Kettles son intercambiadores de calor sin defelctores. Los tubos son soportados por full bafles. El haz de tubos es sumergido bajo un pool de líquidos, y normalmente ocurre un fenómeno de vaporización nucleada. En un kettle, el líquido generalmente entra a través del fondo de la carcasa. El calor se transfiere por ebullición nucleada a través del efecto combinado de la convección libre de líquido y convección adicional producida por la elevación del chorro de burbujas. La convección libre de líquidos ocurre debido a la diferencia de densidad en el pool del líquido.

En generación de vapor MP, BFW entrando en su punto de vaporización se calienta más entrando en contacto con la superficie caliente, y llega a ser más ligero. El chorro de agua más ligera se eleva a través del haz entre pitch del tubo. Con mayor entrada de calor, las burbujas se generan en sitios de nucleación en la superficie del tubo. Estas burbujas crecen y se disengage y elevan en la superficie del líquido. De aquí, a través del haz de tubos, el agua caliente gradualmente se eleva junto con las burbujas. Mientras tanto, alrededor de la periferia del haz de tubos, el agua fría más densa se asienta en el fondo. La elevación de las burbujas y la diferencia de densidad ayuda a circular el pool.

Si el BFW entrando en el pool está demasiado lejos bajo su punto de vaporización, se necesitan las cargas térmicas sensibles para alcanzar el punto de vaporización.

Este efecto adverso puede ser visualizado imaginando un bote de agua caliente sobre un fuego abierto.

Coeficiente de transferencia e calor de vaporización en el kettle

En el lado de la carcasa, el calor sensible requerido para calentar el líquido a su punto de vaporización es realzado guiando el líquido a través de bafles, permitiendo un incremento de velocidad y mayor tiempo de contacto. Sin embargo, estos resultados no son posibles en el kettle, ya que está sin deflectores.
Teniendo esto en cuenta, la correlación del coeficiente de transferencia de calor considera un factor de corrección que está relacionado con el ratio de calor sensible y calor total.

Bibliografía:

·         Achieve optimal heat recovery in a kettle exchanger. Hidrocarbon Processing March 2012
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