Process Systems Engineering

Process Systems Engineering 

Prof. Davide Manca 

Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “G. Natta” 

Politecnico di Milano 

Exercise # 6 

Calculate  the  economic  potential  of  fourth  level  by  applying  the  following  correlations,  whereas  the total cost of the column is given by the installation cost, and the fillers cost. 

 Pressure vessels, Columns, Reactors   

    See Tutorial # 4   

 Distillation Tray‐Columns 

& 1.55

. . 4.7

trays 280 TOT c

M S

C I   D H F  

with  D  and H_TOT in [ft]. H_TOT is the total height of the column: 





TOT trays Spacing between trays Top Bottom

H  N  H H _  

with H_{Top Bottom}  4 5 m. 

The factor Fc is calculated as the sum of three factors: F_c F_s F_t F_m.   

Tray spacing [in]  24  18  12 

Fs  1.0  1.4  2.2 

Tray type  No down‐

comer 

Sieve  Valve  Bubble cap  “Koch 

Kaskade” 

Ft  0.0  0.0  0.4  1.8  3.9 

Tray Material  Carbon Steel  Stainless Steel  Monel 

Fm  0.0  1.7  8.9 

 Heat exchangers 

Purchased cost:  & ^0.65

. . 101.3

280 ^c

M S

C A   A F

    

Installed cost:  ^{. . & 101.3 0.65}





280 ^c

M S

C I   A F   [equipment cost + installation cost] 

with  A = Area of heat transfer in [ft²], e ^{Fc }





The so called “installed cost” is the sum of the purchase cost and the installation cost. 

Material  Shell Tube  

CS

CS   CS

Brass  CS

Mo  CS

SS   SS

SS   CS

Monel   Monel

Monel   CS

Ti   Ti Ti 

Fm  1  1.3  2.15  2.81  3.75  3.1  4.25  8.95  13.05 

N.B.: Brass = Brass, Mo = Molybdenum, Ti = Titanium   

Pressure [psi]  ≤ 150  300  400  800  1000 

Fp  0  0.1  0.25  0.52  0.55 

Heat  exchanger  type 

Kettle  Floating Head  U‐tube  Fixed tube 

Fd  1.35  1.00  0.85  0.8 

The operative costs can be calculated considering that the cost of 30 bar steam is 1.65 € 1000 lb,  while that of the steam 70 bar is 2.25 € 1000 lb. The cost of cooling water is 0.06 € 1000 gal.   

For the calculation of heat exchange area, the heat exchanged in the condenser is: 

 Qc U A Tc c ml WH O₂ cp H O, ₂









where U_c is the global heat transfer coefficient, A_c is the exchange area of the condenser, T_ml is  the logarithmic mean temperature difference,

H O2

W  is the flowrate of cooling water, Tin and Tout  are the temperatures in inlet and outlet to the condenser (generally, T_in  30 C e T_out  50 C), V is  the condensing flowrate at the column head. 

The latent heat of condensation can be calculated as: 

   

1 NC

i

ev cond i ev cond

i

H T x H T



 



The logarithmic mean temperature difference is calculated as: 

   

log

cond out cond in

ml

cond out

cond in

T T T T

T T T

T T

  

  



Consider U_c 580 W m K² .   

In  the  case  of  stabilizer  it  is  important  to  understand  that T_out  cannot  be  greater  than  that  of  condensation of the column head. We recommend T_out   . 38 C

For the calculation of the heat exchange area is considered that the heat exchanged in the reboiler  can be calculated as: 

 Qr U A Tr r r WsteamHev^steam  Hev

 

in  which   ^W_steam  is  the  flow  rate  of  steam  to  the  reboiler, ^V   is  the  evaporating  flow  rate  in  the  reboiler. Consider U_r T_r 11250 Btu h ft² .