236816985 manual aspen hysys v8 0 espanol

8/17/2019 236816985 Manual Aspen Hysys v8 0 Espanol

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SIMULACIÓN DE PROCESOSAPLICADO A LA INDUSTRIA

USANDO ASPEN HYSYS V8.0Ingenieria de Procesos



SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0

EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 1

ContenidoINTRODUCCIÓN A LOS SIMULADORES DE PROCESOS ..................................................................................................... 2 MODELOS TERMODINAMICOS, COMPONENTES Y PROPIEDADES .................................................................................. 5

Administrador básico de la simulación ...................................................................................................................... 5

PROPIEDADES DE MEZCLA ........................................................................................................................................ 15 MÓDULO II..................................................................................................................................................................... 21 SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO ..................................................................................................................... 21

Divisor de corrientes (Tee) ....................................................................................................................................... 21 Mezclador de Corrientes (Mixer) .............................................................................................................................. 23 Fraccionador de corrientes (Splitter) ....................................................................................................................... 26 Bombas (Pump) ......................................................................................................................................................... 28 Compresor (compressor) – Expansor (Expander) .................................................................................................... 34 Tuberías (Pipe) y Válvulas (Valv) ............................................................................................................................. 40 Separación de fases Instantáneas (Separator & Tank) ............................................................................................. 50

SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO (Transferencia de calor) ............................................................................ 56 Air cooler ................................................................................................................................................................... 56 Cooler/Heater ........................................................................................................................................................... 59 Horno (Furnace) ........................................................................................................................................................ 62 Heat Exchanger ......................................................................................................................................................... 69

Simulación de reactores: .............................................................................................................................................. 73 Reactor de conversión ............................................................................................................................................... 73 Reactor de Equilibrio ................................................................................................................................................ 77 Reactor CSTR, ............................................................................................................................................................ 81 Reactor PFR ............................................................................................................................................................... 81

SIMULACIÓN DE COLUMNAS DE DESTILACIÓN ............................................................................................................. 85 Columnas de destilación corta .................................................................................................................................. 85 Columna de destilación simplificada ........................................................................................................................ 88 Columnas de Absorbedor .......................................................................................................................................... 91

MODULO VI: CASOS DE ESTUDIO .................................................................................................................................. 93

Caracterización de crudos de refinerías ................................................................................................................... 93 Eficiencia de Hornos o calderas ................................................................................................................................ 98 Sistema multiefecto de evaporadores ..................................................................................................................... 106 Planta de producción de etanol .............................................................................................................................. 108





INTRODUCCIÓN A LOS SIMULADORES DE PROCESOS

En los últimos años, la simulación de procesos ha llegado a ser una herramienta de apoyo para eldiseño y evaluación de distintos procesos relacionados a la industria química, hidrocarburos,mineria, etc.La simulación de procesos juega un papel muy importante en las industrias antes mencionadas,como herramienta adecuada y oportuna para el diseño, caracterización, optimización ymonitoreo del funcionamiento de procesos industriales.

SOFTWARES DE SIMULACIONESSon herramientas que nos permiten facilitar el diseño, caracterización, optimización y monitoreodel funcionamiento de procesos industriales.Entre los principales tenemos:

Aspen Hysys Pro II Aspen Plus Chemcad

Figura Nº1: Esquema del paquete AspenOne– Hysys

VENTAJAS DEL USO DE SOFTWARE DE SIMULACIÓN La simulación interfiere en sistema del mundo real. Es un proceso relativamente eficiente y flexible.

Hace posible analizar y sintetizar una compleja y extensa situación real. Permite el diseñador examinar rápidamente varias configuraciones de planta





Permite la experimentación en condiciones que podrían ser peligrosas en el sistema real. Reduce el tiempo de diseño de una planta. Desventajas del uso de software de simulación Un buen modelo de simulación puede resultar bastante costoso; a menudo el proceso a

desarrollar un modelo es largo y complicado para su validación. Por error se producen diferentes resultados en repetidas corridas en el computador. Cada modelo de simulación es único, las soluciones e inferencias no son usualmente

transferibles a otros problemas. Se requiere gran cantidad de corridas para encontrar “Soluciones óptimas”. Aplicación de softwares de simulación Detección de cuellos de botella en la producción. Predicción de los efectos de cambio en las condiciones de operación de las variables de la

planta.

Optimización de las variables de proceso. Optimización del proceso cuando cambian las características de los insumos y/o lascondiciones económicas del mercado.

Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo de energía. Análisis de nuevos procesos para nuevos productos Transformación de un proceso para desarrollar otras materias primas Análisis de factibilidad y viabilidad de nuevos procesos. Optimización para minimizar la producción de desechos y contaminantes. Entrenamiento de operados e ingenieros de procesos.

Investigación de la factibilidad de la automatización de un proceso.

MAPA DE RUTA

Figura Nº2: Ruta para definir una simulación





SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO

Permite evaluar las diferentes alternativas de configuración del proceso y/o determinar lasensibilidad de las variables claves del proceso con respecto a cambios “factibles” en el proceso.

Figura Nº3: Simulación estacionaria– UPD Crudo

SIMULACIÓN EN ESTADO DINÁMICA

La simulación Dinámica puede ayudar a mejor el diseño, optimizar y operar procesos. Las plantasnunca están en estado estacionario. Los disturbios de la carga y del medio ambiente, el malintercambio de calor y la degradación catalítica continuamente afectan las condiciones de unproceso estable.El comportamiento de los sistemas de procesos es mejor estudiado usando una simulacióndinámica. Con la simulación dinámica se puede confirmar que la planta puede producir elproducto deseado en una forma que sea seguro y fácil de operar. Definiendo detalladamente lasespecificaciones de los equipos, en la simulación dinámica, se puede verificar que los equiposfuncionen como se espera en una situación real de planta también optimizar el diseño de controlsin afectar negativamente seguridad de la planta.





Figura Nº4: Simulación dinámica

MODELOS TERMODINAMICOS, COMPONENTES Y PROPIEDADES

Administrador básico de la simulación

Ingreso de componentes

Aspen Hysys V8.0 contiene una gran variedad de base de datos de componentes químicos, seiniciara el programa Aspen Hysys V8.0, “File”, “New”, “case” y obtendremos la siguiente ventana.

Figura Nº5: Entorno del administrador de propiedades

Luego de iniciar el programa en la parte inferior Aspen Hysys V8.0 muestra un panel de mensajes“Message Panel” en el cual indica los errores durante la simulación; para ingresar loscomponentes para la simulaciónse ira a “Components Lists”, “Add” y se obtendrá la siguienteventana





Figura Nº6: Vista de ingreso de componentes

Figura Nº7: Filtro para seleccionar componentes

Para seleccionar componentes se utiliza los filtros1 para el tipo de familia o ingresando el nombreo formula del componente en el buscador (Nombre de los componentes en idioma ingles)1

Figura Nº8: Vista de ingreso de componentes puros

Componente hipotéticoUn componente hipotético puede ser:

1 Nota: se debe desactivar el filtro para seguir la búsqueda si no se va a usar más porque altratar de buscar un componte que no se encuentre dentro del tipo de familia, esta no será

ubicada





Componentes puros Mezclas definidas Mezclas indefinidas Solidos

Que no se encuentra en la base de datos de Aspen Hysys V8.0; se tiene varios métodos deestimación para asegurar la representación adecuada del comportamiento de os componenteshipotéticos adicionados. También hay métodos para estimar los coeficientes binarios entrecomponentes hipotéticos.

También sirve para clonar los componentes de la lista disponibles en Aspen Hysys y luegomodificar sus especificaciones, estos compuestos se pueden usar en reacciones.

Los compuestos hipotéticos no pertenecen a un paquete de fluido específico dentro de lasimulación porque en su creación son puestos en el Hypo Group. Debido a que estos componentes

no pertenecen a un paquete específico estos pueden ser compartidos por varios paquetes en lamisma simulación.

La información mínima requerida por Aspen Hysys para estimar las propiedades del componentehipotético se resumen en la tabla siguiente:

Punto normal de Información mínimaMenor a 700ªF Punto normal de ebullición

Mayor a 700ªF Punto normal de ebulliciónDensidad del liquido

No se conoce o es un solido Densidad del liquidoPeso molecular

Adicionando un nuevo componente

En este caso se trata de estimar propiedades físicas para componente que no está en la base dedatos del programa.

Para ilustrar el procedimiento estimaremos las propiedades físicas del componente 1,1,2-trimetilciclohexano

Figura Nº10: Vista de ingreso de componentes hipotéticos





Se construirá la estructura de la molécula en base alos sub-grupos.

Sub- Adicionar CH3 3

CH2 4-C- 1CH 1

Figura Nº11 : Entorno de componentes hipotéticos

Figura Nº12: Vista de estructura de un componente hipotético





Figura Nº13: Propiedades calculadas - UNIFAC

Figura Nº14: Definición completa de un componente hipotético

Paquete de fluido





Aspen Hysys utiliza el concepto de paquete de fluido o “Fluid Package” como el contenido de todala información necesaria para desarrollar cálculos de propiedades físicas y evaporacionesespontaneas de corrientes. El paquete de fluido permite definir toda la información (propiedades,componentes hipotéticos, parámetros de interacción, reacciones, datos tabulados, etc.) dentro de

un archivo muy sencillo. Son tres las ventajas de esto, a saber: Toda información asociada se define en una sola localidad, lo que permite la fácilcreación y modificación de la información.

Los paquetes fluidos pueden almacenarse como un archivo completo para usarlos encualquier simulación.

Pueden usarse varios paquetes fluidos n una misma simulación. Sin embargo, todos lospaquetes definidos se encuentran dentro del administrador básico de la simulación.

Administrador del paquete básico de la simulación

Este paso es muy importante y no se debe tomar al a ligera, ya que definir la base de la simulación.Si tenemos una buena base, tendremos una buena simulación, pero si introducimos un errordesde el principio, este se agravara con el desarrollo de la simulación2.

Figura Nº15: Vista de definición de un paquete de fluidos– PR

Corrientes de mezclasClases de corrientes en Aspen Hysys

Aspen Hysys utiliza el concepto de corrientes de materia y corrientes de energía. Las corrientesde materia requieren, para su completa definición, del a especificación del flujo y de aquellasvariables que permitan la estimación de todas sus propiedades físicas y termodinámicas. Lascorrientes de energía se utilizan para representar los requerimientos energéticos en unidadescomo intercambiadores de calor, bombas, etc. Y se especifican, completamente con solo la

2 Antes de iniciar la simulación se debe considerar la selección de un sistema de unidades





cantidad de energía intercambia o transferida en dichas unidades. En Aspen Hysys la corriente demateria se observa, por defecto de color azul, mientras que las corrientes de energía es de colorrojo.

Corrientes de Energía

El elemento más simple que de un diseñador de proceso debe especificar es una simple corrientehomogénea. Las variables que definen a una corriente que contiene C componentes son:

Variables CantidadConcentraciones CTemperatura 1Presión 1Flujo 1Total de Variables C + 3

Expresando las concentraciones en fracciones molares, Xi, se cumple una restricción de sumaentre ellas, es decir que:

∑ 1=

Por lo tanto, el número de variables de Diseño, , que se reuqiern para especificarcompletamente una corriente de materia es de la diferencia entre el número de variables y elnúmero de restricciones, es decir:

2

De acuerdo a la ecuación anterior, se define el estado termodinámico de una corriente de materiaal conocerse la composición de una corriente de materia y otras dos propiedades, (fracción devapor, temperatura, presión, entalpía o entropía) una de las cuales debe ser o la temperatura o lapresión.

Evaporación espontanea de una corriente de materia

Cuando se especifica una corriente de materia con la información suficiente, Aspen Hysys haceslos cálculos apropiados de la evaporación espontanea. Es decir, si se especifican, por ejemplo,temperatura y presión calcula si la corriente es de una fase (liquida o vapor) o de dos fases líquidoy vapor, etc. Dependiendo de las dos propiedades conocidas de la corriente de materia AspenHysys desarrolla uno de os siguientes cálculos de evaporación espontanea:

Isotérmica : T– P Isoentálpica : T– H o P– H Isoentrópica : T– S o P– S Fracción de vaporación conocida : T– Vfo P– Vf

En la evaporación espontanea a una fracción de vaporación conocida entre 0.0 y 1.0, Aspen Hysyscalcula la presión o la temperatura dependiendo de la que sea especificada como variable





Figura Nº16 Vista de pantalla de simulación

En la versión 8.0 la paleta de objetos se divide en 6 pestañas; Columns, Dynamics, Refining,Common, Custom, Upstream

Para adicionar corrientes, hay dos tipos de corrientes, materia y energía(deben especificarse.

A continuación se realizara el ingreso para un corriente de gas y se aplicaratodas las aplicaciones que contienen una corriente de materia, utilizando laspropiedades de utilities, gráficas y extensiones.

Figura Nº17: Paleta de objetos





Figura Nº18 : Estructura del simulador– Aspen Hysys V8.0

Paleta de Objetos

Panel de Mensajes

Panel denavegacion

Panel de Simulación

Botones del entorno





PROPIEDADES DE MEZCLA

Ejemplo Nª1:

Ingresar una corriente de gas que contiene la siguiente composición:

Figura Nº19: Definición de componentes de un corriente de materia

Figura Nª20 : Definición de condiciones de operación de una corriente– “Gas”

Evaporación espontanea isotérmica, T – P, dela corriente “Gas” Asigne una presión de 7500 kPa y una temperatura de 10ºC, ¿Cuánto es la fracción

vaporizada? ¿Por qué la corriente “Gas” no está completamente especifica? Asigne un flujo molar de 100 kgmol/h y observe el “ok” que aparece en la banda vede que

significa que la corriente “Gas” se encuentra completamente especificada”.

Evaporación isoentálpica, T – H o P– H, de la corriente “Gas”

Asigne una presión de 7500 kPa, ingrese una entalpia molar de -1500 kJ/kgmole. ¿Cuántoes la T, la fracción de vapor, y la entropía molar de la corriente?





Ingresando corrientes desde el Worbook

Al abrir el Worbook nos permite ingresar los datos no solo de una corriente, sino de n corrientes

Figura Nº22: Ingreso de composición y condiciones de operación mediante Worbook

Propiedades de corrientes de materiaPara anexar un diagrama de propiedades a una corriente:

Instale un nuevo caso importando el paquete fluido “Planta de Gas” definido en el ejemploNº1

Instale una corriente de materia con el nombre de “Gas”, 10ºC, 7500 kPa, 100 kgmol/h ycomposición especificada como lo muestra la Figura Nº19

Haga clic sobre la pestaña “Attachments” y luego haga clic sobre “Analysis”, “Create”,“Boiling Point Curves”

Figura Nº23: Valores máximos y críticos de temperatura y presiónde la corriente “Gas”





Figura Nº24: Diagrama Presión– Temperatura de la corriente “Gas”

Propiedades críticas de una corrienteLas propiedades críticas y seudocriticas de una mezcla son estimadas por Aspen Hysys deacuerdo a la ecuación elegida en elpaquete de fluido. La opción “Critical Property” de aherramienta “Analysis” facilita dicha información para la corriente seleccionada.

Figura Nº25: Propiedades críticasde la corriente “Gas”

Tabla de propiedades de una corrienteLa herramienta “Property Table” permite examinar las tendencias de una propiedad, dentro deun intervalo de condiciones, tanto en forma tabular como gráfica. Esta facilidad calcula variablesdependientes para un intervalo o conjunto de valores de variable independiente especificada.Esta tabla se encuentra dentro de cada corriente “Attachaments”, “Create”, “Property Table”





Figura Nº26: Ventana para la construcción de una Tabla de Propiedades

Ejemplo Nº2

Seleccione la Temperatura como la primera variable independiente Cambie el límiteinferior y superior a 0ºC y 100ºC respectivamente. En el cuadro “# of

increments” digite el numero 5 Seleccione la presión como la segunda variable independiente Cambie al modo “State” En la matriz “Sate Values” introduzca los valores 2000 , 4000, 6000, 8000 y 10 000 kPa Ahora introduciremos la propiedad dependiente “Dep. Prop”, seleccionar “ Mass Density”

Figura Nº27: Navegador de variables





Figura Nº28 : Grafica de densidad vs Presión para la corriente “Gas”.

Dimensionamiento de tubería de una corrienteDentro de la herramienta “Analysis” se encuentra una opción denominada “Pipe Sizing” queestima el Régimen de Flujo de una corriente a las condiciones especificadas. Se calcula el diámetromáximo conociendo la caída de presión por unidad de longitud y viceversa y adicionalmentepropiedades de flujo como velocidad, factor de fricción, viscosidad, etc.; para ello seleccionaremos“Pipe Sizing”, para especificar la tubería, asumiéramos que la caída de presión es de 10 kPa/m.

Figura Nº29: Dimensionamiento de la Tubería

En la sección de “Performance” se observa el cálculo del Régimen de Flujo (estratificado) de lacorriente “Gas” a las condiciones especificadas que incluye propiedades de transporte (Fase,viscosidad, densidad, Flujo y densidad) y parámetros adicionales del régimen de flujo (Numerode Reynolds y factor de fricción)





Figura Nº32: Divisor de corrientes

Una relación de flujo es generalmente de entre 0 y 1, sin embargo, que uno se puede dar unarelación de reater. En ese caso al menos un los arroyos salida tienen relación flujo negativo y flujo

negativo (reflujo).


Para corrientes de salida de n de la T, debe especificar N-1 relaciones de flujo. HYSYS calcula elflujo de la corriente desconocida ratio y los caudales de salida.

∑ 1.0=

Donde:

ri : relación de la corriente i-esimo del flujo fi : flujo de salida de la corriente i-esimo F : caudal de alimentación

Página de boquillasLa página Boquillas contiene información sobre la elevación y el diámetro de las boquillas.





Se recomienda encarecidamente que la elevación de las boquillas de entrada y salida son igualespara esta operación de la unidad. Si desea modelar la cabeza estática, la pieza de equipo se puedemover mediante la modificación de la Base de Elevación con respecto a la Tierra en el Campo deelevación.


Ejemplo N° 03

De la corriente de Gas situado en el ejemplo nº , dividir la corriente en 4 corrientes de Gasdivididas proporcionalmente (Split) 0.2, 0.4, 0.1, 0.3.

Figura Nº35 : Mezclador de corrientes

Mezclador de Corrientes (Mixer)La operación del mezclador combina dos o más flujos de entrada para producir un corriente desalida única. Un equilibrio del calor y material de completa se realiza con el Mixer. Es decir, latemperatura desconocida entre las corrientes de entrada y de salida se calcula siemprerigurosamente. Si se conocen las propiedades de todas las corrientes de entrada al mezclador





(temperatura, presión, y composición), de las propiedades de la corriente de salida es calculadoautomáticamente desde la composición, la presión y la entalpía es conocida por esa corriente.

La presión de la mezcla y la temperatura son por lo general las incógnitas que se determinen. Noobstante, la Mezclador también calcula hacia atrás y determinar la temperatura que falta para unade las corrientes de entrada si el enchufe está completamente definido. En este último caso, lapresión debe ser conocida por todos los arroyos.


Conexiones y parámetrosEn la página Conexiones, puede especificar lo siguiente:

cualquier número de corrientes de entrada al mezclador una corriente de salida única Nombre de la mezcladora paquete de fluido asociada a la mezcladora


La página de Parámetros le permite indicar el tipo de asignación automática de la presión, HYSYSdebe usar para las secuencias unidas al mezclador.






El valor predeterminado es Outlet a menor Inlet, en cuyo caso todo menos una presión de flujo

asociado debe ser conocida. HYSYS asigna la presión de entrada más baja hasta la presión de lacorriente de salida.

Página de boquillasLa página de boquillas contiene información con respecto a la elevación y el diámetro de lasboquillas.

Se recomienda encarecidamente que el alzado de las boquillas de entrada y salida son igualespara esta operación de la unidad. Si desea modelar la cabeza estática, la pieza de equipo se puede

mover mediante la modificación de la Base de elevación con respecto al campo de tierra Elevación.


Ejemplo Nº 4

Mezclar 3 corrientes, todas las corrientes de limitación está a temperatura ambiente y presiónatmosférica

Las composiciones están e Flujo molar (kg/h) y son:

Componentes Corrientes 1 Corrientes 2 Corrientes 3





Benceno 10 20 30Tolueno 0.5 1 1.5Xileno 0.25 0.5 0.75

Simulación


Fraccionador de corrientes (Splitter)Aspen Hysys dispone de un f raccionador de corrientes o “Splitter” cuya simulación representa laseparación de una corriente en dos corrientes que requieren de la especificación de las fraccionesde recuperación de cada componente en una de ellas, además de otros cuatro parámetros. Unesquema d este fraccionador se muestra en la Figura Nº37


Siendo F’s los flujos de las corrientes, “z”, y “y” e “x” las fracciones molares de los componentes en

cada una de las corrientes y “Q” el calor requerido





7

Para C componentes, i=1,… , C y, por lo tanto, se plantean C ecuaciones de balance de materia decomponentes

Un balance de energía se expresa mediante la ecuación

ℎ ℎ ℎ 8

SplitPermite realizar divisiones de los componentes en fracciones.

Figura Nº42: Split

Punto de corte TBPLa página de punto de corte TBP le permite especificar las composiciones de las corrientes deproducto, proporcionando el punto de corte TBP entre los , y suponiendo que no hay separacióndefinida en el punto de corte.

Figura Nº43: TBP Cut Point

Ejemplo N° 5





Se desea dividir 226000 lb/h de Amoniaco (-9ºF y 225psig) en dos corrientes una con 30% y otracon 70% de la cantidad de masa. (Seleccionar Peng Robinson)



Bombas (Pump)Los cálculos se basan en la ecuación de la bomba estándar de potencia, que utiliza el aumento dela presión, el caudal del líquido y la densidad.

Donde:

: Presion de salida de la bomba : Presion de entrada a la bomba.

La ecuación anterior define la potencia ideal necesaria para elevar la presión del líquido, el líquido,el requisito de potencia real de la bomba se define en términos de la eficiencia de la bomba.

% 100%

Cuando la eficiencia es inferior a 100%, el exceso de energía entra en elevar la temperatura de lacorriente de salida.





Finalmente la potencia real es igual a la diferencia en el flujo de calor entre la salida y la entradade corrientes

( ) Si el alimento está completamente definido, solo dos de las siguientes variables tienen que serespecificado para la bomba para calcular todas las incógnitas

Presión o caída de presión de salida Eficiencia Energía de la bomba

La potencia ideal requerido, W, para aumentar la presión de un fluido incompresible es:

∗ ∗ Donde:

P1 : presión de ingreso P2 : presión de salida : densidad de la corriente F : Flujo molar MW : Peso molecular del fluido

Curvas (Curves)Ecuación de la curva de una bomba

∗ ∗∗ ∗ ∗

Figura Nº46: ingreso de los coeficientes para la ecuación de cabeza

Añadir curvas

Velocidad de 50 rpm, flujo de ingreso de 200 m3/h

Flujo (GPM) Head(ft) % Eficiencia400 74.7 20





800 70.5 481200 65.2 651600 58.6 702000 50.1 632400 39.5 48

2800 26.4 30

Figura Nº47 : perfiles de la curva de la bomba

NPSHEl valor de NPSHrequerido bien puede tomarse de las curvas de NPSH o especificar directo en elcampo requerido NPSH. Para especificar directamente en NPSHrequerido, primero debe borrar lacasilla de verificación y habilitar curvas NPSH (Enable NPSH curves)

NPSHdisponible puede calcularse explícitamente de las condiciones de diagramas de flujo haciendoclic en el botón de calcular la cabeza, el NPSHdisponible se calcula como sigue:

2

Donde:

P1 : presión de la corriente de entrada a la bomba. Pvap : presión de vapor de la corriente de entrada. : Densidad del fluido V1 : velocidad de la corriente de entrada g : constante de gravedad

Velocidad de 40 rpm





Flujo(barrel/day Head (ft) % Efficiency

10000 40 5020000 35 4030000 30 30

40000 25 20

Figura Nº48: ingreso de curvas NPSH

≥ 3 Página de motor eléctrico (Electric Motor)Le permite conducir su operación de la unidad de rotación a través de la designación de un parmotor en comparación con la curva de velocidad. Estos esfuerzos de torsión vs curvas develocidad o bien se puede obtener del fabricante para el tipo de motor. Para la mayoría deaplicaciones de la industria de procesos, se utiliza un tipo NEMA A o B del motor eléctrico.Cuando se utiliza la opción del motor eléctrico el esfuerzo de torsión (y potencia) generada porel motor es equilibrada contra el par consumida por el equipo de rotación.





Figura Nº49: Evaluación de curvas (Speed vs Torque)

Ejemplo N° ..

Realizar la simulación de un sistema de bombeo.

Condiciones de operación, a 26°C y 14.7 psia, utilizando un flujo de 1359 m3/h. la corriente sesepara en tres corrientes con el mismo caudal en forma paralela, siendo impulsadas cadacorriente con una bomba. A continuación se detalla la curva característica de las bombas 1, 2 y3.

Speed: 1480 rpm, eficiencia adiabática 47.08%, teniendo una caída de presión de 173.9 psi

Flow(m3/h)

Head(m) %Eficiencia

Flow(m3/h)

Head(m) %Eficiencia

0.00 135.00 0.00 1100.00 107.00 78.25100.00 133.00 9.60 1200.00 105.00 79.50200.00 130.00 21.20 1300.00 101.00 80.75300.00 125.00 31.80 1400.00 98.00 82.00400.00 123.00 42.30 1500.00 95.00 80.30500.00 120.00 51.60 1600.00 90.00 78.70600.00 117.00 58.00 1700.00 80.00 77.00700.00 115.00 63.60 1790.00 74.00 74.00800.00 113.00 68.00900.00 110.50 72.00

1000.00 110.00 74.30





Figura N° 50 Sistema de Bombeo





Compresor (compressor) – Expansor (Expander)El compresor se utiliza para aumentar la presión del gas a su entrada. Dependiendo de lainformación facilitada, calculará o una propiedad dela corriente (presión o temperatura), o laeficacia de compresión.

El expansor se usa para disminuir la presión de un gas a alta presión en la entrada y producir ungas a baja presión y alta velocidad. Un proceso de expansión implica convertir la energía internadel gas en energía cinética y finalmente en trabajo.

Eficiencia Isoentrópica: relación entre potencial Isoentrópica (ideal) requerida para lacompresión a la potencia real requerido:

% 100%

Eficiencia Politrópico: trabajo para un proceso mecánico reversible (politrópico)

∫

Para una compresión politrópico de un gas de P1 a P2

Flujo (ACFM) Polytropic Efficiency (%)

Centrifugal

2 000 695 000 72

10 000 7320 000 74

50 000 75100 000 76Ratio Presure Eficiencia Politrópico (%)

Reciprocating

1.5 732.0 793.0 835.0 85

Head vs la capacidad de flujo





Figura Nº51: Perfiles de curvas en el compresor (Curvas de cabeza)

EficienciasEficiencia

sCompresor Expansor

Adiabático

Politrópico

− 1 1 1−

1

Donde:

/( ,/ ) /( ,/ )

Donde: H= entalpia másica Out = salida del producto Inf = corriente de alimentación

− 1−

1 1 1

Donde:

/( ,/ ) /( ,/ )

Donde: P = presión = Densidad másica n = exponente politrópico k = exponente Isoentrópica

Cabeza del compresor

Las cabezas adiabáticas y politrópicas prestados después de los cálculos de la compresoracentrifuga se han completado, solo cuando la página de resultados del compresor centrifuga es

selecto. La simulación exigirá esta mención (real) es el flujo de energía del compresor (flujo decalor). La cabeza politrópica se calcula basándose en el método de ASME

Cabeza de Expansor

Las cabezas adiabáticas y politrópicas se llevan a cabo después de que los cálculos de expansiónse han completado, solo cuando se selecciona la página de resultados del expansor produce eltrabajo (real) de la corriente de energía expansor (flujo de calor).





Ejemplo Nº 5

Calcular el flujo volumétrico de una corriente de “Suministro de Gas” teniendo una eficienciapolitrópica de 75% en el compresor.

Condiciones de operación

Figura Nº52: condiciones de operación

Curvas de cabeza del compresor14 300 rpm 14 000 rpm

VolumeFlow Head (m3) %Efficiency

VolumeFlow Head (m3) %Efficiency

0.00 211.00 77.00 0.00 199.00 77.003050.00 195.93 77.00 2900.00 187.93 77.003100.00 193.93 77.00 3000.00 185.93 77.003200.00 192.93 77.00 3100.00 184.93 77.003300.00 191.93 78.00 3200.00 183.93 78.00





3400.00 189.93 78.50 3300.00 181.93 78.503500.00 187.93 78.50 3400.00 179.93 78.503600.00 185.93 78.20 3500.00 177.93 78.503700.00 183.93 79.00 3600.00 175.93 79.003800.00 181.93 79.00 3700.00 173.94 79.00

3900.00 179.93 79.00 3800.00 171.94 79.004000.00 176.93 79.00 3900.00 167.94 79.004100.00 173.94 79.00 4000.00 165.94 79.004200.00 169.94 79.00 4100.00 163.94 79.004300.00 166.94 78.80 4200.00 159.94 79.004400.00 163.94 78.50 4300.00 155.94 78.504500.00 159.94 78.20 4400.00 151.94 78.504600.00 155.94 78.00 4500.00 147.94 78.004700.00 149.94 77.50 4600.00 143.95 77.004800.00 145.95 77.30 4700.00 137.95 77.004900.00 138.95 75.80 4800.00 131.95 75.00

5000.00 130.95 74.00 4900.00 123.95 74.005100.00 119.95 70.00 5000.00 115.96 72.005200.00 110.96 70.00 5100.00 107.96 70.005350.00 0.00 1.01 5200.00 0.00 1.01

13 000 rpm 12 000 rpmVolume

FlowHead

(kJ/kg) %EfficiencyVolume

FlowHead

(kJ/kg) %Efficiency0.00 170.00 77.00 0.00 145.00 77.00

2520.00 162.24 77.00 2180.00 138.95 77.002600.00 161.94 77.50 2200.00 137.95 77.00

2700.00 159.94 77.80 2300.00 137.75 77.502800.00 158.94 78.00 2400.00 135.95 78.002900.00 157.94 78.50 2500.00 135.45 78.003000.00 155.94 78.50 2600.00 133.95 78.503100.00 153.94 78.50 2700.00 131.95 79.003200.00 151.94 79.00 2800.00 130.95 79.003300.00 149.94 79.00 2900.00 128.95 79.003400.00 147.94 79.00 3000.00 126.95 79.003500.00 145.95 79.00 3100.00 124.95 79.003600.00 144.95 79.00 3200.00 121.95 79.003700.00 139.95 79.00 3300.00 119.95 79.003800.00 135.95 79.00 3400.00 116.46 79.003900.00 132.95 78.80 3500.00 113.96 79.004000.00 129.95 78.50 3600.00 109.96 78.504100.00 125.95 78.00 3700.00 101.96 78.004200.00 121.95 77.00 3800.00 97.96 77.004300.00 115.96 76.00 3900.00 91.96 76.004400.00 111.96 74.00 4000.00 85.97 74.004500.00 103.96 73.00 4100.00 79.90 73.004600.00 97.96 71.00 4250.00 77.97 70.004700.00 91.96 70.00 4700.00 0.00 1.004950.00 0.00 1.01

10 000 rpm 11 000 rpm





VolumeFlow

Head(kJ/kg) %Efficiency

VolumeFlow

Head(kJ/kg) %Efficiency

0.00 120.00 77.00 0.00 101.00 77.001900.00 116.46 77.00 1700.00 95.96 77.002000.00 115.96 77.50 1800.00 95.46 77.50

2100.00 114.96 77.50 1900.00 94.46 78.002200.00 113.96 78.50 2000.00 93.96 78.502300.00 112.96 79.00 2100.00 91.96 79.002400.00 110.96 79.00 2200.00 89.96 79.002500.00 109.96 79.00 2300.00 87.96 79.002600.00 107.96 79.00 2400.00 86.97 80.002700.00 105.96 80.00 2500.00 84.97 80.002800.00 103.96 80.00 2600.00 81.97 79.002900.00 101.96 79.00 2700.00 79.97 79.003000.00 97.96 79.00 2800.00 75.97 79.003100.00 95.96 79.00 2900.00 73.97 78.00

3200.00 91.96 78.50 3000.00 69.97 77.003300.00 87.96 78.00 3100.00 65.97 76.003400.00 84.97 77.00 3200.00 61.97 75.003500.00 79.97 76.00 3300.00 57.98 72.003600.00 75.97 75.00 3400.00 53.98 70.003700.00 69.97 72.00 4050.00 0.00 1.003800.00 63.97 70.004350.00 0.00 1.00

9 000 rpm 8 000 rpmVolume

FlowHead

(kJ/kg) %EfficiencyVolume

FlowHead

(kJ/kg) %Efficiency0.00 82.00 77.00 0.00 68.00 77.00

1550.00 76.97 77.00 1360.00 60.97 77.001600.00 76.77 77.00 1400.00 60.47 77.001700.00 75.97 78.00 1500.00 59.97 78.001800.00 74.97 79.00 1600.00 57.98 79.001900.00 73.47 79.00 1700.00 56.98 79.002000.00 71.97 80.00 1800.00 55.98 80.002100.00 69.97 80.00 1900.00 53.98 80.002200.00 67.97 79.00 2000.00 51.98 79.002300.00 65.97 79.00 2100.00 49.98 79.002400.00 63.97 78.00 2200.00 46.98 78.002500.00 59.97 76.00 2300.00 43.98 76.002600.00 57.98 74.00 2400.00 41.48 74.002700.00 53.98 76.50 2500.00 36.99 72.002800.00 49.98 74.00 2590.00 33.99 70.002900.00 45.98 72.00 3100.00 0.00 1.002950.00 42.98 70.003550.00 0.00 1.00

7 600 rpm Volume Flow Head (kJ/kg) %Efficiency

0.00 62.00 77.00





1300.00 54.08 77.001400.00 53.98 78.501500.00 52.98 79.001600.00 52.78 79.001700.00 49.90 80.00

1800.00 47.98 79.001900.00 45.98 79.002000.00 43.98 78.002100.00 40.08 77.002200.00 37.99 76.002300.00 35.99 73.502400.00 31.99 70.002800.00 0.00 1.00

Figura Nº53: Grafica de las curvas de cabeza

Figura Nº54 : Proceso de compresiónde una corriente “Gas”

Ejemplo Nº 6

De la misma corriente de gas Expandir un corriente de 50 bar_g a 10 bar_g, calcular la eficienciay la energía necesaria.





Donde: Q : cantidad de calor transferido U : coeficiente global de transferencia de calor A : área de transferencia de calor exterior ∆ : Log media de diferencia de T : El flujo de calor de la corriente de entrada : El flujo de calor de la corriente de salida

Figura Nº55 : Conexión de corrientes

Resumen de métodos

Los métodos anteriores han sido desarrollados para la predicción de dos fases caídas de presión.Algunos métodos se desarrollaron exclusivamente para el flujo en tuberías horizontales, otrosexclusivamente para flujo en tuberías verticales, mientras que algunos se pueden usar paracualquiera. Algunos de los métodos definen un mapa régimen de flujo y pueden aplicar específicocorrelaciones de caída de presión de acuerdo con el tipo de flujo predicho. Algunos de los métodos

de calcular el líquido esperado atraco en el flujo de dos fases mientras que otros asumen unahomogénea mezcla.

La siguiente tabla resume las características de cada modelo.

Información más detallada sobre cada modelo se presenta más adelante en esta sección.

Figura Nº56 : Modelos para cálculos de mecánica cuántica

Modelo Flujo Horizontal Flujovertical

Almacenamientode flujo

Mapade flujo

Aziz, Govier & Fogarasi No Si Si SiBaxendell & Thomas Utilizar con cuidado Si No No





Begg & Brill Si Si Si SiDuns & Ros No Si Si SiGreogory, Aziz,Mandhane Si No Si Si

Hagedorn & Brown No Si Si No

HTFS Homogeneous Si Si No NoHTFS Liquid slip Si Si Si NoOlgas 2000 Si Si Si SiOrkisewki No Si Si SiPoettman & Carpenter No Si No NoTacite HydrodynamicModule Si Si Si Si

Tulsa No Si Si Si

El procedimiento para el modelado de una longitud de tubería se ilustra usando el Diagrama se

muestra a continuación. En el diagrama, la longitud del tubo de AD está representada porsegmentos, y tres accesorios

Figura Nº57: Esquema de tuberías

Numero 1 2 3 4 5 6 7Representado por A F1 B F2 C F3 DTubería/Accesorio T A T A T A T

Longitud x1 - y1 - x2 -

Elevación 0 - y1 - 0 - y2

Seleccione una de las siguientes

Actual. el diámetro nominal no se puede especificar Cédula 40 Cedula 80 Cedula 160

Tipo de material de la tubería Rugosidad absoluta, mDrawn Tube Dibujar tubo 0.0000015Mild Steel Acero dulce 0.0000457 Asphalted Iron Acero asfaltado 0.0001220Galvanized Iron Acero galvanizado 0.0001520Cast Iron Hierro fundido 0.0002590





Smooth Concrete Hormigón liso 0.0003050Rough Concrete Hormigón rugoso 0.0030500Smooth Steel Acero liso 0.0009140Rough Steel Acero rugoso 0.0091400Smooth Wood Stave Madera lisa 0.0001830

Rough Wood Stave Madera rugosa 0.0009140

Pérdida de presión apropiada

La pérdida de presión accesorios se caracteriza por una ecuación de dos constantes como semuestra a continuación

Donde

A : constante, también conocido como factor de carga de velocidad B : constante, también conocido como factor de FT : factor de friccion completamente turbulente

La constante K accesorios de pérdida de presión se utiliza a continuación para obtener la caída depresión a través del montaje de la ecuación que se muestra a continuación

∆ 2

Donde

∆ : caída de presion : densidad v : velocidad

El factor K6 de la ecuación anterior se calcula a partir de las siguientes ecuaciones:

Para reductores:

0.8sin21 ≤45

0.51 sin2 45≤ ≤180Donde:

Para agrandada

6 Ecuaciones para K han sido tomados de Crane, Flujo de Fluidos, 410M de publicación, Apéndice A-26





2.6sin21

Donde:

en las ecuaciones anteriores se conoce como ángulo de estampación. Ángulo Swage se muestraen la siguiente figura:

Figura Nº58: Parámetros de operación

Heat loos

Si se conoce la exigencia de calor total de la tubería, el balance de energía puede calcularse

inmediatamente. Cada incremento se supone tener la misma pérdida de calor. Usted entra a lapérdida de calor de la tubería en el campo de la pérdida de calor. Esta suposición es válida cuandoel perfil de temperatura es plana, lo que indica las bajas tasas de transferencia de calor encomparación con los flujos de calor de las corrientes. Este es el más rápido método de solución.

Si se especifican tanto las temperaturas de entrada y salida, lineal perfil se asume y HYSYS puedecalcular el calor total deber. Este método permite el cálculo rápido cuando la corriente se conocelas condiciones. Seleccione el botón de Pérdida de Calor para ver el calculado deber general decalor.

Overall HTCSi el HTC total (coeficiente de transferencia térmica) y una temperatura ambiente representativason conocidos, el calor riguroso cálculos de transferencia se llevan a cabo en cada incremento.

Figura Nº59: Perdida de calor





Segment HTC7

Si el coeficiente de transferencia de calor y un ambiente representativo temperatura sonconocidos para cada segmento. Se puede especificar la temperatura ambiente y HTC para cadasegmento de tubería que ha sido creado en la página acerca. HYSYS realiza calor rigurosotransferir cálculos en cada incremento.

Cuando se selecciona el botón de radio Estimación HTC, el Heat Transferir los cambios de páginaa la ventana de propiedades se muestra en la figura a continuación.

Métodos se utilizarán únicamente para tuberías monofásicas que operan a números de Reynoldsalto (> 10.000).

Los métodos Profes y HTFS deben proporcionar mucho mejor resultados para dos y tres sistemasde fase, y en el flujo laminar región a costa de cierto incremento en el tiempo de cálculo. En generalla opción Profes se recomienda para la mayoría de tuberías aplicaciones, ya que tiene en cuentaplenamente el régimen de flujo en la tubería y es razonablemente eficiente en el cálculo. La opciónes HTFS más cálculo intensivo, sobre todo en dos aplicaciones en fase donde se requieren cálculosde flash adicionales. Es se recomienda su uso en casos con un alto flujo de calor con altatemperaturas delta entre el contenido de tuberías y ambiente condiciones.

Las cinco correlaciones proporcionadas son:

Petukov (1970)

ℎ∗ 8⁄1.07 12.7 8⁄ ⁄ ⁄ 1 Dittus and Boelter (1930)

ℎ∗0.023.

Donde:

. → . → Sieder and Tate (1936)

Para flujo de 2 fases

7 El HTC general y Estimación HTC se pueden utilizar juntos para definir la información de transferencia de calorpara el tubo. Si sólo conoce la temperatura ambiente, puede suministrarla en la sección general de HTC ytienen el valor global de HTC calculado por la sección Estimación HTC. Del mismo modo, es necesario para

especificar la temperatura ambiente en la estimación de HTC sección para el segmento de tubería para tenerla transferencia de calor suficiente información para resolver.





Para flujo de una sola fase

ProfesImplementa los métodos utilizados por el programa Profes Pipe Simulación (antes PLAC).Los métodos se basan en los mapas de flujo Profes para flujo horizontal y vertical, y lascorrelaciones apropiadas se utilizan para determinar el HTC en cada región del mapa deflujo.

HTFS.Implementa los métodos utilizados por los programas HTFS.Correlaciones independientes se utilizan para la ebullición y condensación detransferencia de calor, y para el flujo horizontal y vertical. Los métodos utilizados estándocumentadas en el manual HTFS.

Usted puede optar por incluir la resistencia térmica de la tubería en su Cálculos HTCseleccionando la casilla de verificación Incluir pared del tubo.

La activación de esta opción requiere que se defina la conductividad térmica para el material dela tubería en la ventana de propiedades detalle de cada segmento de tubería. Los valores pordefecto de conductividad térmica se proporcionan para los materiales estándar que se puedenseleccionar en el segmento de tubería.

Figura Nº60: Segmento HTC

Estimate HTC

Figura Nº61 : Calculo de transferencia de calor

Conducción Fuera / convección





Fuera de convección ya sea aire, agua o tierra pueden ser incluidos mediante la selección de lacasilla de verificación Incluir HTC exterior. Para el aire y agua, la velocidad del medio ambienteestá por defecto en 1 m/s, y es modificable por el usuario. La transferencia de calor porconvección fuera coeficiente de correlación es para el flujo pasado tubos horizontales (JP Holman,

1989):

Si se selecciona el suelo como el medio ambiente, el tipo de suelo, entonces se puede seleccionar.La conductividad térmica de este medio aparece, pero también es modificable escribiendo encimadel valor predeterminado.

Los tipos de tierra y sus correspondientes conductividades se tabulan a continuación:

Tipo de Tierra Conductividad (W/mK) Tipo de Tierra Conductividad (W/mK)

Dry Peat Turba seca 0.17 FrozenClay Arcilla congelada 2.50

Wet Peat Turbahúmeda 0.54 Gravel Grava 1.10

Icy Peat Turba helada 1.89 SandyGravel Grava arenosa 2.50

DrySand Arena seca 0.50 Limestone Caliza 1.30

Moist

Sand

Arena

húmeda0.95 Sandy

StonePiedra arenosa 1.95

WetSand

Arenamojada 2.20 Ice Hielo 2.20

Dry Clay Arcilla seca 0.48 Cold Ice Helada 2.66MoistClay

Arcillahúmeda 0.75 Loose

Snow Nieve suelta 0.15

Wet Clay Arcillamojada 1.40 Hard Snow Nieve dura 0.80

En HYSYS, el valor del coeficiente de transferencia de calor de los alrededores es basado en lasiguiente ecuación resistencia a la transferencia de calor:

Donde: Hentorno : coeficiente de calor que rodea Rentorno : entorno de resistencia a la transferencia de calor

Zb : la profundidad de la cobertura a la línea central de la tubería. Ks : conductividad térmica tubería– material circundante (aire, agua, suelo)





Dot : diámetro exterior de la tubería, incluyendo el aislamiento

Conducción a través de aislamiento

Conducción a través del aislamiento o cualquier otro revestimiento de la tubería también se

puede especificar. Varios materiales representativos se proporcionan, con sus respectivasconductividades térmicas. Debe especificar un grosor para este recubrimiento.

Profes Método Ceras

La deposición de la cera del aceite a granel sobre la pared de la tubería es supone que sólo serdebido a la transferencia de masa, la dispersión de cizallamiento no es considera que es un factorsignificativo. La tasa de deposición es descrito por:

Aislamiento/tubería Conductividad(W/mK) Aislamiento/Tubería Conductividad

(W/mK)

Evacuated Annulus Anilloevacuado 0.005 Asphalt Asfalto 0.700

UrethaneFoam

Espumadeuretano

0.018 Concrete Hormigón 1.00

Glass Block Bloquede vidrio 0.080 Concrete

InsulatedHormigónconaislamiento

0.500

FiberglassBlock

Bloquede fibrade vidrio

0.035 Neoprene Neopreno 0.250

FiberBlanket

Manta defibra 0.070 PVC Foam

Espuma dePVC 0.040

FiberBlanket – Vap Barr

Manta defibre 0.030 PVC block Bloque de

PVC 0.150

PlasticBlock

Bloquedeplastico

0.036 PolyStyreneFoam

Espuma depoliestireno 0.027

Ejemplo,

Mostrar el balance de energía de la figura 57

Utilizar agua con una presión de 100 psia y Temperatura de 25°C y un flujo de 20 m3/h.considerar una temperatura de ambiente de 25°C, y el sistema de tuberías se encuentran sobrearena seca, la tubería es cedula 40 y el diámetro interno 254.5 mm.





Figura Nº62 : Transporte de Fluido





Separación de fases Instantáneas (Separator & Tank)El separador puede tener múltiples entradas, hay dos boquillas de producto

Vapor Liquido

Cuando está en régimen estacionario se define a continuación el balance de energía:

±

Donde

Hfeed : el flujo de calor de la corriente de alimentación. Hvapor : el flujo de calor de la corriente de producto vapor Hlight : el flujo de calor de la corriente de producto liquido ligero Hheavy : el flujo de calor de la corriente de producto liquido pesado

La caída de presión a través del recipiente se define como:

∆

Donde:

P : presión del separador Pv : presión de la corriente de producto de vapor Pl : presión de la corriente liquida Pfeed : Presión de la corriente de alimentación.

ΔP : caída de presión en el separador Phead : presión de la carga estática

El volumen del separador, junto con el punto de ajuste para el nivel/flujo de líquido, define lacantidad de atraco, en el recipiente en cualquier momento viene dado por la siguiente expresión.

%100 Donde

PV(%full) : nivel de líquido en el recipiente en el tiempo t





Figura Nº63 : Ventana de conexiones de un separador y tanque

Figura Nº64: Ventana de WorkBook de un separador y un tanque

SizingSe utiliza esta ventana para caracterizar la orientación del separador o tanque

Figura Nº65 : Sizing, geometría del equipo

Weir (Vertedero)Un vertedero puede especificarse para el separador de cilindro plano horizontal al seleccionarEnable Weir 8

8 La casilla de verificación permitir vertedero solo está disponible para la opción de formade cilindro plano





Figura Nº66: Instalando las posiciones del vertedero

La vista inicial atraco propiedad permite especificar la altura del vertedero y la posición. La

posición del vertedero es la distancia de la presa es desde el lado de alimentación del vaso.Cuando Aspen Hysys simula, el vertedero tiene dos volúmenes en el interior del separador,llamados ángulo de caída 1 y la cámara 2, pero todavía hay sólo un mayor volumen atraco y moleshasta el solucionador de flujo de presión se refiere. Esto significa que las composiciones ypropiedades de las fases en los dos volúmenes son los mismos

Figura Nº67 : vertedero y los ángulos de caída

Boquillas (Nozzles)

Figura Nº68 : Dimensión del separador, diámetro de las boquillas





Pérdida de calor (Heat Loss)Modelo simple

( )

Figura Nº69 : Perdida de calor, modelo simple

Modelo detallado

El modelo detallado le permite especificar los parámetros más detallados de transferencia decalor

Figura Nº70 : Perdida de calor, modelo detalloso

Grifos9 de nivel (Level Taps)Ya que el contenido en un recipiente se puede, distribuidos en diferentes fases, la página de losgrifos de nivel le permite controlar el nivel de Líquido y acuosa contenidos que coexisten en lazona especificada en un tanque o un separador

9 La información disponible en la página solo de da en casos dinámicos





Figura Nº71: Especificación de grifos de nivel PV : límite r de la sección a ser monitoreados. Se expresa en metros OP : límite de la salida de la escala de normalización

Carry Over Model

Figura Nº72 : Carry Over, Feed Basis





Figura Nº73 : Resultados de Cover over model

Ejemplo N°Separar la siguiente corriente en una fase liquida y otra vapor





Figura Nº74: Composición de la corriente

A una presión de 658.8 kPa y una temperatura de 25°C utilizando un flujo molar de 100kgmole/h

Figura Nº75: Resultados de la separación

SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO (Transferencia de calor)

Air coolerEl funcionamiento de la unidad del refrigerador de aire utiliza una mezcla ideal de aire como elcalor transferir medio para enfriar (o calor) una corriente de proceso de entrada a un necesariacondición corriente de salida. Uno o más ventiladores circulan el aire a través de haces de tubospara enfriar fluidos de proceso. El flujo de aire Se pueden especificar o derivado de los datos decaracterísticas del ventilador.

El refrigerador de aire puede resolver muchos conjuntos diferentes de especificacionesincluyendo la:

En general, el coeficiente de transferencia de calor, UA





El flujo de aire total Temperatura de la corriente de salida

Estado EstacionarioUtiliza la misma ecuación básica y el Intercambiador de calor, funcionamiento de la unidad, sin

embargo, la operación del refrigerador de aire puede calcular el flujo de aire sobre la base de lainformación de clasificación del ventilador.

Los cálculos de aire más frío se basan en un balance de energía entre las corrientes de aire y deproceso. Para un aire contracorriente Enfriador, el balance de energía se calcula como sigue:

Donde:

: caudal másico de la corriente de aire

:caudal másico de la corriente de proceso H :entalpía

El deber del refrigerador de aire, Q, se define en términos del calor global coeficiente detransferencia, el área disponible para intercambio de calor, y el registro de diferencia detemperaturas media:

∆

Donde

U : coeficiente global de transferencia de calor A : área de superficie disponible para la transferencia de calor ∆ : iniciar diferencia media de temperatura : factor de corrección

El factor de corrección LMTD, Ft., se calcula a partir de la geometría y la configuración delrefrigerador de aire.

Transferencia de CalorEl refrigerador de aire utiliza las mismas ecuaciones básicas del balance de energía como laoperación de la unidad de intercambiador de calor. Los cálculos de aire más frío se basan en unbalance de energía entre el proceso de aire y arroyos.

Para una corriente transversal del refrigerador de aire, se muestra el balance energético como dela siguiente manera:

Donde:

: caudal másico de la corriente de aire





:caudal másico de la corriente de proceso : Densidad : Entalpia : volumen de tubo enfriador de aire

Caída de presiónLa caída de presión del refrigerante del aire se puede determinar en una de dos maneras:

• Especificar la caída de presión.

• Definir una relación de flujo de presión en el enfriador de aire por especificando un valor k.

Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el refrigeradorde aire, un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y el flujo a travésdel intercambiador. Este relación es similar a la ecuación de la válvula en general:

√ ∗

La ecuación de flujo general utiliza la caída de presión a través de la Intercambiador de calor y sinninguna contribución de cabeza estática. La cantidad, P1 - P2, se define como la pérdida depresión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del enfriador de aire con un valor k.

Ejemplo N° 7

Condiciones de operación, 100 bar_g, Temperatura 191°F y un flujo molar de 100 kgmole/h, se

requiere enfriar la corriente en un refrigerador de aire, se quiere enfriar la corriente a unatemperatura de 110.5°F, se desprecia la caída de presión, solo utilizar un ventilador, determinarla temperatura de la salida del aire

Figura Nº75 : Composición molar de la corriente





Figura Nº75: Parámetros de Operación

Figura Nº75: Resultados del gas enfriado

Cooler/Heater 10

Las operaciones del refrigerador y el calentador son el calor de un solo lado intercambiador. Lacorriente de entrada se enfría (o calentado) a la condiciones de salida requeridos, y los absorbecorriente de energía (o proporciona) la diferencia de entalpía entre las dos corrientes.

10 La diferencia entre el enfriador y el calentador es la convención de signos balance energético.





Estas operaciones son útiles cuando usted está interesado sólo en cómo Se requiere muchaenergía para enfriar o calentar una corriente de proceso con una utilidad, pero usted no estáinteresado en las condiciones de la utilidad en sí.

Estado EstacionarioLa diferencia principal entre un enfriador y un calentador es el signo convención. Se especifica elflujo de la energía absoluta de la utilidad corriente, y luego se aplica HYSYS que el valor de lasiguiente manera:

Para una, la entalpía o calor de flujo del refrigerador de la energía corriente se resta de la de lacorriente de entrada:

Para un calentador, se añade el flujo de calor de la corriente de energía:

Caída de presiónLa caída de presión del enfriador / calentador se puede determinar en una de dos maneras:

Especificar la pérdida de carga de forma manual.

Definir una relación de flujo de presión en el enfriador o calentador por especificando unvalor k.

Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el enfriador ocalentador, un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y el flujo a travésdel enfriador / calentador.

La relación es similar a la ecuación de la válvula en general:

√ ∗

Pérdida de calor PáginaValoración información con respecto a la pérdida de calor es relevante sólo en El modo dinámico.La página de la pérdida de calor contiene la pérdida de calor parámetros que caracterizan a lacantidad de calor perdido a través de la pared del vaso.

En el grupo de pérdida de calor de modelo, se puede elegir entre una simple o Modelo de pérdidade calor detallada o ninguna pérdida de calor a través del vaso paredes.





Modelo simpleEl modelo simple le permite especificar la pérdida de calor directamente, o haber la pérdida decalor a partir de los especificados valores:

Buen valor U

Temperatura ambienteEl área de transferencia de calor, A, y la temperatura del fluido, Tf , son calculado por HYSYSusando la siguiente ecuación:

( ) Para un portátil, los parámetros disponibles para el modelo simple aparecen en la siguiente figura.

Figura Nº76 : Perdida de calor

Los parámetros simples de pérdida de calor son los siguientes:

En general Coeficiente de Transferencia de Calor Temperatura ambiente En general Área de Transferencia de Calor Flujo de calor

El flujo de calor se calcula como sigue:

Donde

U : coeficiente global de transferencia de calor A : área de transferencia de calor Tamb : Temperatura de ambiente T :





El flujo de calor se define como el calor que fluye en el recipiente. El calor área de transferenciase calcula a partir de la geometría del vaso. La temperatura ambiente, Tamb, y el coeficiente globalde transferencia de calor, U, se puede modificar los valores por defecto que se muestran en rojo.

Ejemplo N°

Se requiere enfriar una corriente de agua de 90°C a 40°C a 14.7 psi, se requiere calcular la energíaque se libera, y de igual manera calentar dicha corriente y elevar a 90°C y calcular la perdida deenergía.

Figura Nº77: Esquema de simulación

Horno (Furnace)

El calentador dinámico Fired operación (Horno) realiza la energía y balances de materia paramodelar un tipo de calentador de fuego directo horno. Este tipo de equipo requiere una grancantidad de calor de entrada. El calor se genera por la combustión de combustible y transferido aprocesar streams. Un diagrama esquemático simplificado de un calentador de fuego directo seilustra en la siguiente figura.





Un cálculo inclusivo integral calor radiante, convección y conducción de transferencia decalor en la zona radiante nos permitirá predecir la temperatura del fluido del proceso,Despedido Temperatura del gas de temperatura de la pared del calentador y decombustión.

Un modelo dinámico que representa energía y materiales atracos en cada zona. Latransferencia de calor en cada zona depende de las propiedades de los gases de escape,tubo y Fired Propiedades de la pared del calentador, propiedades de la superficie de metal,el calor pérdida para el ambiente y la física corriente de proceso propiedades.

Un modelo de combustión que representa mezcla imperfecta de combustible, y permiteque la llama de encendido automático o extinguido basado en la disponibilidad de oxígenoen el combustible mezcla de aire

REACCION DE COMBUSTIONLa reacción de combustión en el modelo del quemador del calentador encendido realiza puro dehidrocarburos (CxHy ) Cálculos de combustión solamente.

La medida de la combustión depende de la disponibilidad de oxígeno que normalmente se rigepor la relación de aire a combustible.

Relación aire-combustible (AF) se define de la siguiente manera

Puede establecer los límites de la combustión, como la máxima AFand la AF mínimo, paracontrolar la llama del quemador. La llama no se puede encender si el aire calculado a combustiblecae por debajo del aire mínimo especificado para combustible. El aire mínima para combustibley el máximo de aire a combustible se puede encontrar en la Página Parámetros de la ficha Diseño.El calor liberado por el proceso de combustión es el producto de velocidad de flujo molar, y elcalor de formación de los productos menos el calor de formación de los reactivos a la combustiónla temperatura y la presión. En la operación de la unidad de calentador encendido, un conjuntoreacción tradicional para las reacciones de combustión no es requerida. Usted puede elegir loscomponentes combustibles (el hidrocarburos y de hidrógeno) para ser considerado en lacombustión reacción. Usted puede ver el mixingefficiency de cada combustible componente en lapágina de parámetros de la ficha Diseño.

TRANSFERENCIA DE CALORLos cálculos de transferencia de calor calentador encendido se basan en la energía saldos de cadazona. El lado de la carcasa del calentador encendido contiene cinco atracos:

tres de la zona radiante





una zona de convección un atraco zona economizador como se indica anteriormente

Por el lado del tubo, cada flujo de individuo que pasa a través de las zonas respectivas se consideracomo una sola atraco. Términos de calor importantes que subyacen al modelo de calentadorencendido son se ilustra en la siguiente figura.

Los términos de calor relacionados con la tuve side se ilustran en la figura siguiente.





TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓNLa transferencia de calor por convección participar entre un fluido y una de metal se da en lasiguiente

El U realmente varía con el flujo de acuerdo con el siguiente flujo de U relación si se utiliza estemétodo de flujo escamado:

La relación de flujo de masa en el tiempo t para hacer referencia de flujo de masa es tambiénconocida como factor de flujo reducido. El factor de escala caudal mínimo es el valor más bajo, loque se prevé que la proporción con bajo caudal región. Para la operación del calentadorDespedido, el caudal mínimo a escala factor puede ser expresada sólo como un valor positive

Por ejemplo, si el factor de escala caudal mínimo es 0,001 (0,1%), cuando se logra esta relaciónde flujo de masa, los Uusedstays como un valor constante. por lo tanto

CAÍDA DE PRESIÓNLa caída de presión a través de cualquier paso en la unidad de calentador encendido la operaciónse puede determinar en una de dos maneras:

Especificar la caída de presión - delta P. Definir una relación de flujo de presión para cada pasada por especificando un valor k

Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el pasocalentador encendido, un kvalue se utiliza para relacionar la caída de presión por fricción y el





flujo molar, Fthrough la Despedido del calentador. Esta relación es similar a la válvula en generalecuación:

Esta ecuación de flujo de caída generalizada de presión a través de la usesthe Despedido pasecalentador sin ninguna contribución carga estática. la cantidad, (P1-P2) se define como la pérdidade presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del flujo. El kvalue se calcula sobre la basede dos criterios:

Si el flujo de la islarger sistema que el valor en kref (k flujo de referencia), el kvaluepermanecen sin cambios. es recomienda que el flujo kreference se toma como 40% dediseño de estado estacionario flowfor mejor flujo de presión la estabilidad en el rango decaudal bajo.

Si el flujo del sistema es menor que el kref , La K valor viene dado por:Donde:

Factor = valor está determinado por HYSYS internamente para tener en consideración larelación gota flujo y la presión para las regiones de bajo flujo. El efecto de kref es aumentarla estabilidad mediante el modelado de un más relación lineal entre el flujo y la presión.Este es también más realista con bajo caudal





Heat Exchanger

El intercambiador de calor se realiza de energía y material de doble cara equilibrar los cálculos.El intercambiador de calor es muy flexible, y puede calcular temperaturas, presiones, flujos decalor (incluyendo pérdida de calor y la fuga de calor), los flujos de corriente de material, o UA.

En HYSYS, usted puede elegir el Intercambiador de Calor Modelo para su análisis. Sus opcionesincluyen un diseño de análisis Punto Final modelo, un ideal (Ft = 1) contracorriente modelo dediseño ponderado, un método de clasificación de estado estacionario, y un método de clasificacióndinámica para utilizar en simulaciones dinámicas. El método de clasificación dinámica esdisponible como un modelo básico o detallado, y también puede ser utiliza en el modo de estadoestacionario por calificar Intercambiador de calor. La unidad operación también permite el usode terceros Intercambiador de calor métodos de diseño a través de OLE extensibilidad

Los cálculos de intercambiadores de calor se basan en balances energéticos para los fluidoscaliente y frío

Estado estacionario:

En las siguientes relaciones generales, el fluido caliente suministra el calor Intercambiador deberpara con el fluido frío

Donde:

M : caudal másico del fluido H : Entalpia Qleak : fuga de calor Qloss : perdida de calor Bal. Er. :a especificación del intercambiador de calor que es igual a cero para la maypria

de las aplicaciones. Hot,cold: fluidos calientres y frios

In,out : corriente de entrada y de salida.El calor total transferido entre los lados del tubo y concha (Intercambiador de calor deber) sepuede definir en términos de la global coeficiente de transferencia de calor, el área disponiblepara intercambio de calor, y el registro de diferencia de temperaturas media

∆

Donde:





U : coeficiente global de transferencia de calor A : Superficie del área disponible de transferencia de calor ∆ : Diferencia logarítmica de temperatura (LMTD) : factor de corrección LMTD

El coeficiente de transferencia de calor y el área de la superficie son a menudo combinados porconveniencia en una sola variable denominada UA. La LMTD y su factor de corrección se definenen la sección Rendimiento

Caída de presión

La caída de presión del intercambiador de calor se puede determinar en una de tres maneras:

• Especificar la caída de presión.

• Calcular la caída de presión basado en el intercambiador de calor la geometría y la configuración.

• Definir una relación de flujo de presión en el intercambiador de calor por especificando un valork.

Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en elintercambiador de calor, un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción yfluir a través del intercambiador. Este relación es similar a la ecuación general de la válvula

√ ∗

Esta ecuación de flujo de caída generalizada de presión a través de la usesthe Intercambiador decalor y sin ninguna contribución de cabeza estática. la cantidad, P1 - P2 , Se define como la pérdidade presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del Intercambiador de calor con un valor k

Se muestra la ventana de propiedades, Intercambiador de calor





El UpdateButton le permite actualizar el intercambiador de calor cálculo en el modo dinámico.Por ejemplo, si usted hace un cambio de configuración en el intercambiador de calor, haga clic eneste botón para restablecer las ecuaciones aroundthe intercambiador de calor antes de ejecutarel cálculo de simulación en el modo dinámico

Los principales supuestos del modelo son las siguientes: En general, el coeficiente de transferencia de calor, U es constante. Los calores específicos de los flujos tanto de carcasa y tubos secundarios son constante.

El modelo de Punto Final trata a las curvas de calor tanto para calor Lados Intercambiador comolineal. Para problemas simples, donde no es cambio de fase y los IPC relativamente constante, estaopción puede ser suficiente para modelar su intercambiador de calor. Para el calor no linealproblemas de flujo, el modelo ponderado se debe utilizar en su lugar.

Los siguientes parámetros están disponibles cuando el punto final se selecciona el modelo

El modelo ponderado es un excelente modelo para aplicar a los no-lineal problemas de la curvade calor tales asthe cambio de fase de pura componentes en uno o ambos lados intercambiadorde calor. con el Modelo ponderado, las curvas de calentamiento se divide en intervalos,

y un balance de energía se realiza a lo largo de cada intervalo. A LMTD y UA se calculan para cadaintervalo en la curva de calor, y sumados para calcular el intercambiador general UA.

El modelo ponderado sólo está disponible para los contra-corriente intercambiadores, y es

esencialmente la energia y balance de materiales modelo. Las configuraciones de geometría queafectan al pie factor de corrección no se tienen en cuenta en este modelo.





Cuando se selecciona el modelo ponderado, la página de Parámetros aparece como se muestra enla figura siguiente





Simulación de reactores:

Reactor de conversiónEl reactor de conversión es un recipiente en el que se llevan a cabo reacciones de conversión. Sólose puede adjuntar conjuntos de reacción que contienen las reacciones de conversión. Cadareacción en el conjunto continúa hasta que la conversión especificada se alcanza o reactivolimitante se agota.

Ingreso de reacción:

Ventana de resultados de reacción

El grupo Resultados Reactor Resumen muestra los siguientes resultados para un reactor deconvergencia:

Resultado DescripciónPosición Muestra la posición actual de la reacción. Para múltiples reacciones de

menor rango se producen en primer lugar.Cuando hay múltiples reacciones en conjunto de reacción, HYSYSclasifica automáticamente las reacciones. Una reacción con un menorrango de valor que ocurra primero. Cada grupo de reacciones de igualrango puede tener una conversión global especificado entre 0% y100%

% de conversión Muestra el porcentaje del componente base de la corriente dealimentación, que ha sido consumido en la reacción.

Componente base El reactivo para el que basa el cálculo de la conversión.





Rxn Extensión Muestra el consumo de tasa molar del componente de base en lareacción dividido por su coeficiente estequimetrico aparecido en lareacción.

Equilibrio de reacciónCuando se selecciona el botón de opción de balance de reacción, la opción de balance de reacciónproporciona un componente global resumen para el reactor de conversión. Todos loscomponentes que aparecer en el envase de líquidos se muestran aquí.

Los valores aparecen después de la solución del reactor que ha convergido. La tasa de flujo deentrada total que reacciono total y el total de tasa de flujo de salida para cada componente seproporcionan sobre una base molar. Los valores negativos indican el consumo de un reactivo,

mientras los valores positivos indican la aparición de un producto.

Ejemplo N°…

Se requiere encontrar la masa necesaria de aire para obtener una reacción completa y consumirtodo el metano al 100%.

1 2→1 2





Utilizamos Adjuste o realizamos un balance químico a mano y obtenemos que se requiere aprox.400kg/h de oxígeno para consumir todo el metano.

Ejemplo N°..

Composición de la corriente Gas Combustible Componente Fracción

molar Metano (C4) 0.8837 Etano (C2) 0.1032 Propano (C3) 0.0015 i-Butano (iC4) 0.0005 n-Butano (nC4) 0.0007

i-Pentano (iC5)

0.0002

n-Pentano (nC5) 0.0003





Agua (H2O) 0.0000 Oxigeno (O2) 0.0000 Dióxido de Carbono (CO2) 0.0024 Nitrógeno (N2) 0.0075

Exceso de aire O2%: 2% Vol. O2 en base seca.

Reacción de conversión: 100%

1 2→1 2 1

1 7 2⁄ →2 3 2

1 5→3 4 3

1 132⁄ →4 5 4 1 132⁄ →4 5 5

1 8→5 6 6

1 8→5 6 7

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Reactor de Equilibrio

El reactor de equilibrio es un recipiente que los modelos de reacciones de equilibrio. Lascorrientes de salida del reactor están en un estado químico y equilibrio físico. El conjunto dereacciones que usted adjunta al reactor de equilibrio puede contener un número ilimitado dereacciones de equilibrio, que son simultáneamente o secuencialmente resuelto. Ni loscomponentes ni la mezcla de proceso tienen por qué ser ideal, ya que HYSYS puede calcular laquímica la actividad de cada componente en la mezcla a base de la mezcla y fugacidadescomponentes puros.

También puede examinar la conversión real, la base componente, la constante de equilibrio, y elgrado de reacción en el conjunto de selección de la reacción. La conversión, la constante deequilibrio y la extensión están calculados en base en la información de reacción de equilibrio queya ha proporcionado cuando se creó el conjunto de reacción.

Página de detalles

La página de detalle consiste primordial para los botones de relación:

Stoichiometry Basis

Ln[K] Table

Estequimetria

Cuando se selecciona el botón de relación estequimetria, aparece la información estequimetricodel grupo. El grupo estequimetria le permite ver la formula estequimetrica de la reacciónseleccionada en la lista desplegable de reacción.

El error de balance (para la estequimetria de la reacción) y el calor de reacción (calor dereacción a 25°C) se muestran también para la reacción actual.





Basis

Cuando seleccionas el botón Basis, muestra el grupo básico de la reacción.

El grupo base le permite ver o editar (a nivel local) varias informacines para cada reacción en elconjutno de reacción que incluye la:

La base para los cálculos de equilibrio Fase en la que se produce la reacción

Enfoque de temperatura de la composición de equilibrioEl intervalo de temperatura para la constante de equilibrio, y el fuente para el calculo de laconstante de equilibrio es también se muestra.

Keq

Cuando se selecciona el botón de radio Keq, el grupo (Keq) Ln y K aparece la tabla.

El grupo Ln(Keq) muestra la relación Ln(Keq) que puede variar dependiendo de la Ln(K) valorde origen seleccionado para la reacción.

Cuando se selecciona el botón de radio Ln(Keq) la ecuación en el Ln(K) grupo fuente, losparámetros de la constante de equilibrio aparece en la ecuación, estos valores se especifican obien cuando la reacción se crea o se calculan en HYSYS. Si un fijo se presto constante deequilibrio, que se muestra aquí.





Caulquiera de los parámetros en el grupo Ln(K) esta ecuación se puede modificar en estapagina, los cambios realizados en los parámetros solo afecte a la reacción seleccionado en elreactor actual. Después de un cambio se ha hecho, usted puede tener y HYSYS devolverá eloriginal valor calculado seleccionando el uso por defecto apropiado.

Approach

Cuando se selecciona el botón de opción Approach, el grupo fraccional de enfoque y el grupo deenfoque de temperatura aparecen:

Para cada reacción en el conjunto de reacción un efonque fraccional se proporciona la ecuacióncomo una función de la temperatura. Calquiera de los parámetros de la ecuación deaproximación% se pueden modificar en esta pagina. Los cambios realizados en los parámetrossolo afectan a la seleccionada reacción en el reactor. Después del cambio actual que se ha hechousted puede tener que HYSYS devuelve el valor calculado original seleccionador el apropiadouso Defaultcheckbokx.

Puede editar una reacción haciendo clic en el ver “Reaction Button”, apareceera la ventana depropiedades para la reacción resaltado.

Resultados





Cuando se selecciona el botón de opción de balance de reacción, ofrece un resumen global decomponentes para el reactor de equilibrio. Todos los componentes que aparecen en la lista decomponentes relacionados con el paquete de fluido se muestra aquí.

Los valores aparecen después de la solución del reactor ha convergido, la tasa global de flujo deentrasa, la tasa total que reacciono, y la tasa total de flujo de salida para cada componente seproporcionan sobre una base molar.

Los valores negativos indican el consumo de un reactivo, mientras que los valores positivosindican la aparición de un producto.

Resultado DescripcionActual %conversion

Muestra el porcentaje de compoente de base en la alimenteacioncorriente(s) que ha sido consumido en la reacción.La conversión real se calcula como el porcentaje del componente baseque se consume en la reacción.

100%

Donde:X : Conversion real %

: Componente del caudal de base en el reactor : Caudal del componente base (mismas condiciones que el entrada

de índice) del reactor.Componente base El reactivo al que se aplica la conversiónConstante deEqulibrio

La constante de equilibrio se calcula a la temperatura del reactor por laecuacuin siguiente: Donde:T : Temperatura del reactor, KA,B,C,D : parámetros de la ecuación

Los cuatros parámetros en la ecuación anterior se calcula como elHYSYS si no se especifican durante la instalacon de la reacción deequilibrio.Los cuatro parámetros para cada ecuación de equilibrio se enumeran enla pagina de Rxn Ln(K)





Rxn Extns. Lista el consumo de tasa molar del componete de base en la reaccióndivido por su coeficiente estequimetrico aparecido en la pagina dereacción.

Reacciones de equilibrio incluidas en HYSYS

Ejemplo

Reactor CSTR,

Reactor PFR

CSTR

El CSTR es un recipiente en el que Kinetic, heterogénea catalítica, y reacciones Puntúa simples sepueden realizar. La conversión en el reactor depende de la rateexpression de las reaccionesasociado con el tipo de reacción. Se supone que la corriente de entrada para ser perfectamente (yde forma instantánea) mezclado con el material ya en el reactor, de modo que la composición dela corriente de salida es idéntica a la de los contenidos del reactor. Teniendo en cuenta el reactor





volumen, una velocidad consistente expressionfor cada reacción y la estequiometría de lareacción, el CSTR calcula la la conversión de cada componente de entrar en el reactor.

En la ficha reacciones, se puede seleccionar una reacción fijada para la peración. También puedever los resultados del reactor resuelto incluyendo la conversión real del componente de base. laconversión real se calcula como el porcentaje de la base componente que se consume en lareacción.

100%

Donde

X : conversión real

: componente caudal de base en el reactor : caudal componente base (misma base que la tasa de entrada) del reactor.

Reactor de equilibrio

El reactor de Equilibrio es un recipiente que los modelos de equilibrio reacciones. Las corrientesde salida Ofthe del reactor están en un estado de química y equilibrio físico. El conjunto de

reacción que usted adjuntar a la Equilibrium reactor puede contener un número ilimitadonúmero de reacciones de equilibrio, que son simultáneamente o secuencialmente resuelto. Ni loscomponentes ni la mezcla proceso tiene por qué ser ideal, ya HYSYS puede calcular la química laactividad de cada componente en la mezcla a base de la mezcla y fugacidades componentes puros.

También puede examinar la conversión real, la base componente, la constante de equilibrio, y elgrado de reacción para cada reacción en el conjunto selectedreaction. La conversión, la constantede equilibrio y la extensión están calculados en base en la información de reacción de equilibrioque ya ha proporcionado cuando se creó el conjunto de reacción

Las reacciones de los reactores de Gibbs

El reactor de Gibbs calcula las composiciones que salen de tal manera que la fase y químicasequilibrios de las corrientes de salida son alcanzado. Sin embargo, el Gibbs reactor no necesitapara hacer utilizar de una estequiometría de la reacción especificada para calcular la salidacomposición de la corriente. La condición de que la energía libre de Gibbs de el sistema dereacción está en un mínimo en el equilibrio se utiliza para calcular la composición de la mezcla

producto. Al igual que con la Equilibrio reactor, ni los componentes puros ni la reacción mezclase supone que se comportan muy bien.





Reactor de flujo de piston (PFR)

El PFR (Plug Flow Reactor o Reactor tubular) generalmente consiste en un banco de tuboscilíndricos o tubos. El campo de flujo es modela como flujo de pistón, lo que implica que el flujoes radial isotrópica (sin masa o energygradients). Esto también implica que la mezcla axial es

insignificante.

Como los reactivos fluyen de la longitud del reactor, que están consumido continuamente, por lotanto, hay una variación axial en concentración. Dado que la velocidad de reacción es una funciónde la concentración, la velocidad de reacción también varía axialmente (a excepción de orden ceroreacciones).

Para obtener la solución para el PFR (perfiles axiales de composiciones, temperatura, y asísucesivamente), el reactor se divide en varios subvolúmenes. Dentro de cada volumen secundario,

la velocidad de reacción es considera que es espacialmente uniforme. Un balance molar se realizaen cada subvolumen j





∫

Debido a que la velocidad de reacción se considera espacialmente uniforme en cada uno

subvolumen, el tercer término se reduce a RJV. En el estado estacionario, la

lado derecho de este equilibrio equalszero, y la ecuación se reduce

a





SIMULACIÓN DE COLUMNAS DE DESTILACIÓN

Columnas de destilación cortaUno de los procedimientos más usualmente utilizados para obtener estimativos simplificados denumero de etapas teóricas requeridas en una separación por destilación es el propuesto porFenske, Underwood y Gililand.

Correlación de Gililand

10.75∗ 11.

Donde: Nm : número de etapas a reflujo total Rm : la relación de reflujo mínimo R : relación de reflujo de operación

Ecuación de Fenske para calcular el número mínimo de platos

[ , , , , ]/

Donde:

D : destilado W : Fondos LK : componente como clave liviano HK : componente como clave pesado

: volatilidad

Ecuación de Underwood para calcular la relación de reflujo mínimo

Para mezclas multicomponentes con volatilidad relativa constante, la relación de reflujo mínimoen una columna de destilación puede calcularse mediante dos ecuaciones:

∑ ,

=1

Donde:





n : número de componentes q : calidad del alimento

La segunda ecuación se utiliza el valor , calculado con la ecuación nº ….., para estimar la relaciónde reflujo mínimo.

∑ ,= 1

Relación de reflujo 12

La experiencia ha demostrado que el valor óptimo de la relación de reflujo se encuentra en unintervalo dado por:

1.03<<1.3

Ejemplo N°

Se quiere destilar la siguiente composición a las condiciones siguientes T 200ºF, presión 100 psiay 1300 lbmole/h

Composición Fracción MolarEtano 0.0148

Propano 0.7315i-Butano 0.0681

n-Butano 0.1462i-Pentano 0.0173n-Pentano 0.0150n-Hexano 0.0071

Se determina las corrientes de entrada y los productos, para calcular el número de platos y elplato de la alimentación.

12 Una regla de diseño sugiere que se asigne, para una separación deseada, una relaciónde reflujo de 1.2 veces la mínima





Se determina los productos ligeros y pesados en el destilado y en los fondos

El reflujo externo se calcula mediante la multiplicación de 0.997*1.3, y de inmediato la simulacióncalculara el número de platos, plato de alimentación y las demás variables de operación.





Columna de destilación simplificada

Se presente 3 tipos de equipos:

Destilación simple (absorbedor) Destilación con reboiler Destilación con condensador.

Para la convergencia, del siguiente equipo, se debe determinar el número de platos de la columna,el número de platos en el cual deberá ingresar la corriente de alimentación, configurar lascorrientes de productos y de energía, las condiciones operaciones, y determinar los grados delibertad en la simulación para que ello converja.

Página de configuración del reboiler





Ejemplo:

Se requiere destilar un mezcla de 100 kgmol/h de agua y 50 kmolg/h de etanol a condicionesnormales, determinar la composición del destilado y de los fondos, la columna es de 15 platos yla alimentación ingresa en el plato 8.

Comportamiento de la composición en los platos

PFD del proceso de destilación





Ambiente de la columna de destilación

Ventana de configuración del reboiler

Ventana de configuración del condensador total.





obtener un solución de estos en el liquidi. En HYSYS están disponibles columnas de absorción degases.

ejemploEl CO2 es absorbido en carbonato de propileno (propylenearbonato), la corriente de gas deentrada es 20% mol de CO” y 80% mol de metano, este fluye a razón de 2m3/s y la columnafunciona en 60°F y 60.1 atm; el flujo de solventee de la entrada es 2000 kmol/h.





MODULO VI: CASOS DE ESTUDIO

Caracterización de crudos de refinerías

Objetivos

Obtener el rendimiento y determinar las propiedades más importantes de cada uno de loscortes establecidos para cualquier tipo de Crudo o mezclas de diferentes tipos de Crudo.

Estimar las principales condiciones de operación en la Columna de Destilación de interés,para luego completar el balance de materia y energía correspondiente

Bases de simulación

Modelo Termodinámico: Peng-Robinson

Método de Corte de crudo: Autocortes

Método de Extrapolación: Mínimos cuadrados

Especificación de Cortes

Corte PFE (°C)Gases de Refinería 32Gasolina (NL) 150Solvente3 (NP) 210Kerosene 300Diesel 385

Columna de fraccionamiento de crudo





Componentes principales

Carga a la columna Zona Flash Platos (Números de platos) Pumparound (reflujo externos) Reflujo de tope Sistema de condensación de tope Stripper (Despojadores) Vapor despojante

Bases de simulación

Corriente de ingreso a la columna

Carga Requerimiento de vapor (columna y despojadores)

Especificaciones en la columna

Numero de platos Plato de alimentación Corrientes principales de extracción (Tope y fondo) Presión a la salida del sistema de condensación

Perdida de presión en el sistema de condensación Presión en el fondo de la columna.





Especificaciones mínimas de equipos complementarios

Pumparound

Plato de extracción

Plato de retornoStripper de Vapor

Plato de extracción Plato de retorno

Convergenvia y monitoreo

Los parámetros de convergencia y monitoreo se definirán desde el monitor hysys.

Extracción de los productos de destilación Flujos de pumparound

Variación de temperatura en el pumparound Overflash GAP entre cortes Temperatura de cortes Temperatura de los platos correspondientes a los productos obtenidos Temperatura de las corrientes de extracción y retorno correspondiente a los pamparound Calidad de los cortes (PIE, 10%, 50%, 90%, PFE, Flasf point) Duty del sistema de condensación y de los pamparound

Datos de partida

Carga de la UDPTipo de Crudo Crudo ACarga (BPD) 20, 000T (°F) 630P (psig) 23

UDPPresion cond. (psig) 8Variacion de presion(psi)

6

Pesion fondo (psig) 19

StrippersN° Platos 6





Vapor despojanteEquipo UDP Stripper– NP Stripper– Kerosene Stripper– Diesel

Flujo (lb/h) 800 330 100 100T (°F) 350 350 350 350

P(psig) 100 100 100 100

Datos de convergencia

Gas Refinería (GPM) 0.5Naphta Ligera (GPM) 60Naphta Pesada (GPM) 40

Kerosene (GPM) 52Diesel (GPM) 66

Reflujo PA (GPM) 170∆T PA °F) 200

Flash NP (°C) 40PIE NP (°C) 149

50% NP (°C) 17790% NP (°C) 199PFE NP (°C) 210

T (°F) plato27

350





T (°F) plato20

400

T (°F) plato12

600

PFE Kerosene (°C) 30090% Diesel (°C) 357PFE Diesel (°C) 385

Crudo A:

°API@60°F : 23.6

Viscosidad CinematicaT(°F) 100cSt 59.87T(°F) 122cSt 33.06

TBP

%V destilado °F0.98 826.92 20013.14 300

16.63 35020.55 40028.18 50032.41 55041.69 65046.09 70052.93 80061.95 90073.93 1050

Comp. Ligeros %VMethane 0Ethane 0

Propane 0.24i-butane 0.16n-butane 0.58i-pentane 0.59n-pentane 0.69

BSW

Agua 0





Eficiencia de Hornos o calderas

Objetivos Construir un paquete de reacciones en el entorno básico del simulador

Utilizar un reactor de combustión, divisor de corrientes entre otros equipos y laherramienta Spreadsheet, así como el operador lógico “Adjust”.

Calcular la eficiencia de un horno que utilice gas combustible.

Ecuaciones de cálculo de eficiencia:

100

100

, , 100

, 100

Esquema del horno





Condiciones de proceso

Variables de proceso T, entrada gas combustibles 77 °F T, entrada de aire 77 °F T, salida productos del combustible 808°F %Vol. O2 en exceso, base seca 3.0 T, zona de choque (BWT) 1440°F

Composición del gas combustibleMetano 0.8832 Etano 0.1052

Propano 0.0014 N2 0.0078

CO2 0.0024

Consideraciones2.5% de pérdidas de calor al ambiente por radiación Combustión completa de gas natural

SoluciónDentro de la simulación hay que incluir al Agua y oxigeno que aparecerán durante el procesomediante las reacciones que se darán, se utilizara el modelo termodinámico PR.

Ingreso de los componentes

Ingresando las reacciones – reacción de combustión (100%)

→





Usando la herramienta Adjust se calcula un flujo másico de aire de 3.485x104 lb/h

Para verificar si el producto de combustión se encuentra en base seca se utilizara un Splitterpara verificar la composición, esta herramienta nos permite hacer un análisis de transferenciade masa.





La temperatura de la corriente de producto de combustión es 3294.2°F, esto se requiere enviarhasta 808°F, para ello utilizaremos un cooler.

Para enfriar la corriente se requiere 29.67 MMBTU/h.

La corriente que se enfrio a 808°F, se tiene que enfriar a 77°F para ello se necesita otro coolerpara bajar la temperatura.

La corriente enfriada, se separara mediante un splitter para separar el agua de la corriente, lacorriente de agua que se separe tiene que estar a una temperatura de 77°F





Siendo Q-101, viene hacer calor de perdida

A la corriente de agua se requiere calcular el calor latente y sensible para realizar el cálculo de laeficiencia del horno





Utilizando un Spreadsheet para el cálculo de la eficiencia de calor, esta herramienta nos permitirá extraer los datos de la simulación.





La eficiencia del horno es 78.33%

Sistema multiefecto de evaporadores

Realizar un sistema de evaporación triple efecto paralelo, que permita concentrar el jugo en60°brix, para ello calcular el vapor vivo suficiente para tener la concentración final en °brix.

Datos de Partida

Jugo mezclado

Flujo másico : 40 TN

Brix : 15°

Presión : 14.7 psia

Temperatura : 30°C

El vapor vivo viene de la caldera a una presión de 100 psia y 167°C, pasando por una válvula yreduciendo su presión a 25psia, el vapor se introduce a un sistema de precalentamiento para eljugo mezclado de 48 a 105 y la diferencia ingresa al primer tacho





Planta de producción de etanol

El objetivo del presente trabajo es presentar un programa de simulación para obtener etanol apartir de un sistema de purificación, haciendo el uso de la tecnología de HYSYS, con el cual sepuedo dar solución del sistema plantado.

El plato óptimo de salida de la corriente “Fusel”, es el plato 20, siendo el componente que contieneuna mayor concentración de 1– Propanol, que es el componente principal de extracción de talcorriente.

Se determinó un perfil de flujos molares y másicos de corriente de condensado y rehervidor, enfunción a la relación de reflujo en un rango de 2300 a 10000. De manera análoga también sedeterminaron perfiles de calor a agregar al rehervidor y calor a retirar del condensador. Esto conobjetivo de en un futuro analizar el reflujo óptimo, teniendo en consideración el aspecto

económico.

Solución:

Modelado

Considerar la columna de absorción de gas mostrada en la Figura Nº 01. Los componentes queentran al fondo de la columna en la corriente de alimentación de gas son absorbidos por lacorriente de líquido, de tal manera que la corriente de gas producto (saliendo por el tope de la

columna) es más "puro". Las columnas de absorción a menudo contienen "platos" con unacorriente de líquido fluyendo a través de los platos; estos platos son a menudo modelados comoetapas de equilibrio.





DEFINICIÓN DE VARIABLES

Usamos las siguientes definiciones de las variables:

L = moles de liquido / tiempo

V = moles de vapor / tiempo M = moles de liquido / etapa W = moles de vapor / etapa xij = fracción molar componente i en liquido (etapa j) yij = fracción molar componente i en gas (etapa j)

ETAPA DE EQUILIBRIO

El concepto de una etapa de equilibrio es importante para el desarrollo de un modelo dinámico

de la columna de absorción. Una etapa de equilibrio es representada esquemáticamente

1. Balances de materia para cada componente (c ecuaciones para cada etapa):

− , −+ , + , , 0… 1

2. E- relaciones de equilibrio entre fases para cada componente (c ecuaciones por etapa):

… 2

3. S - Sumatorios de las fracciones molares (una para cada etapa):

( ) ∑ 1.0= 0… 3

∑ 1.0= 0… 4





4. H- Balance de energía (uno para cada etapa):

− + 0… 5

Frecuentemente, los sistemas de ecuaciones que resultan al aplicar los métodos componente acomponente suelen dar lugar a una matriz de coeficientes en forma de matriz tridiagonal, y seresuelven mediante un método de eliminación progresiva que recibe el nombre de algoritmo deThomas.

A continuación se plantea el sistema de ecuaciones MESH.

NOMENCLATURA SISTEMA DE ECUACIONES MESH





FIG URA Nº 12 – FLUJO MOLAR DEL CONDENSADOR Y REHERVIDOR VS RELACIÓN DE REFLUJO

FLUJO MÁSICO DE 1-PROPANOL EN FUSEL VS. PLATO DE EXTRACCIÓN DE FUSEL

236816985 manual aspen hysys v8 0 espanol

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