CURSO - TALLERSIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION Huacho - Perú SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 INDICE FUNDAMENTOS DE PROCESOS .................................................................................................... 3 ENTORNO AL SIMULADOR ASPEN HYSYS V8.4 ............................................................................. 5 SELECCIÓN DE COMPONENTES ................................................................................................ 5 SELECCIÓN DE MODELOS TERMODINÁMICO ............................................................................ 6 CREACIONES DE COMPONENTES HIPOTÉTICOS ...................................................................... 7 CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS PETROLEROS (ASSAY – BLEN).............................................. 8 Reacciones químicas .................................................................................................................... 9 BALANCE DE ENERGÍA Y MATERIA ............................................................................................ 9 HOJA DE CÁLCULO .................................................................................................................... 9 AJUSTE, RECICLE, SET .............................................................................................................. 9 BOMBAS ...................................................................................................................................... 10 SEGMENTOS DE TUBERÍAS ......................................................................................................... 13 VÁLVULAS ................................................................................................................................... 21 COMPRESORAS Y TURBINAS ...................................................................................................... 22 TEE .............................................................................................................................................. 24 MEZCLADORES ........................................................................................................................... 26 SEPARADORES Y TANQUES ....................................................................................................... 28 TANQUE REACTOR DE AGITACIÓN CONTINUA CSTR ................................................................. 33 REACTOR TUBULAR PFR ............................................................................................................ 33 REACTOR DE CONVERSIÓN ........................................................................................................ 34 COLUMNAS DE DESTILACIÓN ..................................................................................................... 41 INTERCAMBIADOR DE CALOR..................................................................................................... 46 HORNOS ...................................................................................................................................... 49 CHILLER, COOLER ....................................................................................................................... 55 AERO REFRIGERANTES .............................................................................................................. 57 Eficiencia de Hornos ....................................................................................................................... 59 Columna Primaria de destilación ...................................................................................................... 65 Despresurización de tanques de alta presión .................................................................................... 70 Dimensionamientos de intercambiadores tubo coraza ....................................................................... 72 Puesta en marcha de planta de gas ................................................................................................. 79 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 FUNDAMENTOS DE PROCESOS En los últimos años, la simulación de procesos ha llegado a ser una herramienta de apoyo para el diseño 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 y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales. SOFTWARES DE SIMULACIONES Son herramientas que nos permiten facilitar el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales. Entre los principales tenemos: Aspen Hysys Pro II Aspen Plus Chemcad 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 las condiciones 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. ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 en la simulación dinámica. El comportamiento de los sistemas de procesos es mejor estudiado usando una simulación dinámica. EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 .4 MAPA DE RUTA Figura Nº1: Ruta para definir una simulación SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Permite evaluar las diferentes alternativas de configuración del proceso y/o determinar la sensibilidad de las variables claves del proceso con respecto a cambios “factibles” en el proceso. el mal intercambio de calor y la degradación catalítica continuamente afectan las condiciones de un proceso estable. ING. Definiendo detalladamente las especificaciones de los equipos. Figura Nº2: Simulación estacionaria – UPD Crudo SIMULACIÓN EN ESTADO DINÁMICA La simulación Dinámica puede ayudar a mejor el diseño. Los disturbios de la carga y del medio ambiente. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Las plantas nunca están en estado estacionario. optimizar y operar procesos. Con la simulación dinámica se puede confirmar que la planta puede producir el producto deseado en una forma que sea seguro y fácil de operar. se puede verificar que los equipos funcionen como se espera en una situación real de planta también optimizar el diseño de control sin afectar negativamente seguridad de la planta. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.0 contiene una gran variedad de base de datos de componentes químicos. “New”. “File”. “case” y obtendremos la siguiente ventana.4 SELECCIÓN DE COMPONENTES Aspen Hysys V8.4 Figura Nº3: Simulación dinámica ENTORNO AL SIMULADOR ASPEN HYSYS V8. Figura Nº4: Entorno del administrador de propiedades Luego de iniciar el programa en la parte inferior Aspen Hysys V8. para ingresar los componentes para la simulación se ira a “Components Lists”. “Add” y se obtendrá la siguiente ventana Figura Nº5: Vista de ingreso de componentes ING.0. se iniciara el programa Aspen Hysys V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 .0 muestra un panel de mensajes “Message Panel” en el cual indica los errores durante la simulación. reacciones. parámetros de interacción. Figura Nº8: Vista de definición de un paquete de fluidos 1 Nota: se debe desactivar el filtro para seguir la búsqueda si no se va a usar más porque al tratar de buscar un componte que no se encuentre dentro del tipo de familia. Los paquetes fluidos pueden almacenarse como un archivo completo para usarlos en cualquier simulación. Sin embargo. datos tabulados. este se agravara con el desarrollo de la simulación2. EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 . tendremos una buena simulación. pero si introducimos un error desde el principio.) dentro de un archivo muy sencillo. El paquete de fluido permite definir toda la información (propiedades. Si tenemos una buena base. esta no será ubicada 2 Antes de iniciar la simulación se debe considerar la selección de un sistema de unidades ING. Son tres las ventajas de esto. a saber: Toda información asociada se define en una sola localidad.4 Figura Nº6: Filtro para seleccionar componentes Para seleccionar componentes se utiliza los filtros1 para el tipo de familia o ingresando el nombre o formula del componente en el buscador (Nombre de los componentes en idioma ingles)1 Figura Nº7: Vista de ingreso de componentes puros SELECCIÓN DE MODELOS TERMODINÁMICO Aspen Hysys utiliza el concepto de paquete de fluido o “Fluid Package” como el contenido de toda la información necesaria para desarrollar cálculos de propiedades físicas y evaporaciones espontaneas de corrientes. lo que permite la fácil creación y modificación de la información. Administrador del paquete básico de la simulación Este paso es muy importante y no se debe tomar al a ligera. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. ya que definir la base de la simulación. componentes hipotéticos. todos los paquetes definidos se encuentran dentro del administrador básico de la simulación. etc. Pueden usarse varios paquetes fluidos n una misma simulación. estos compuestos se pueden usar en reacciones. También sirve para clonar los componentes de la lista disponibles en Aspen Hysys y luego modificar sus especificaciones. Los compuestos hipotéticos no pertenecen a un paquete de fluido específico dentro de la simulación porque en su creación son puestos en el Hypo Group.4 CREACIONES DE COMPONENTES HIPOTÉTICOS Un componente hipotético puede ser: Componentes puros Mezclas definidas Mezclas indefinidas Solidos Que no se encuentra en la base de datos de Aspen Hysys V8. La información mínima requerida por Aspen Hysys para estimar las propiedades del componente hipotético se resumen en la tabla siguiente: Punto normal de Información mínima Menor a 700ªF Punto normal de ebullición Punto normal de ebullición Mayor a 700ªF Densidad del liquido Densidad del liquido No se conoce o es un solido Peso molecular Adicionando un nuevo componente En este caso se trata de estimar propiedades físicas para componente que no está en la base de datos del programa. Para ilustrar el procedimiento estimaremos las propiedades físicas del componente 1.1.2- trimetilciclohexano Figura Nº9: Vista de ingreso de componentes hipotéticos ING.0. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. se tiene varios métodos de estimación para asegurar la representación adecuada del comportamiento de os componentes hipotéticos adicionados. Debido a que estos componentes no pertenecen a un paquete específico estos pueden ser compartidos por varios paquetes en la misma simulación. También hay métodos para estimar los coeficientes binarios entre componentes hipotéticos. EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 . 1 CH 1 Figura Nº10: Entorno de componentes hipotéticos Figura Nº11: Propiedades calculadas .UNIFAC CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS PETROLEROS (ASSAY – BLEN) En la pestaña Oil Manager se ingresa los datos de ensayo de laboratorio para caracterizar los crudos petroleros a partir de los componentes ligeros. viscosidad. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Adicionar CH3 3 CH2 4 -C.4 Se construirá la estructura de la molécula en base a los sub-grupos. entre otros. Sub. ING. Posterior a ello permitirá ingresar los cortes de los destilados para extrapolar los componentes hipotéticos pesados y generar los posibles porcentajes de destilados pesados y ligeros. el % de volumen de acumulación. Tiene la capacidad única de la parte posterior . o la fuente. la temperatura de dos corrientes. HOJA DE CÁLCULO La hoja de cálculo se aplica la funcionalidad de los programas de hojas de cálculo para el modelado de diagramas de flujo. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Reacciones químicas En la pestaña se pueden ingresar reacciones químicas. por ejemplo. solo se debe de dar clic en secundario dentro del panel de simulación y seleccionamos Worbook y seleccionamos el tipo de balance que nos puede mostrar. HYSYS tiene ventajas inherentes sobre otros simuladores en este sentido. Es la relación entre el mismo PV en dos como objeto. Para ello se necesita un conocimiento previo para cada tipo de reacción y los balances estequimetricos que requiere. la mayoría de recicla el calor se pueden resolver explícitamente (sin una operación de reciclaje SET El conjunto es una operación usada para establecer el valor de una variable de proceso específica (PV) en relación u otro PV. equilibrio. de la UA de dos intercambiadores La dependiente. cinéticas. por ejemplo.de manera secuencial. ya sea energía. otros.calcular a través de muchas operaciones en un no . RECICLE. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 . variable de acuerdo con la siguiente relación lineal: Y = MX + B Donde Y = Variable dependiente (destino) X = Variable independiente (fuente) M = Multiplicador B = Interceptor ING. BALANCE DE ENERGÍA Y MATERIA Para mostrar la tabla de balance de energía y materia dentro del entorno de la simulación. o el objetivo. de conversión. la hoja de cálculo es muy potente y tiene muchas aplicaciones en HYSYS AJUSTE. además de un desplazamiento opcional RECICLE La capacidad de cualquier simulación de diagrama de flujo para resolver recicla fiable y eficiente es crítico. la variable i se define en términos de la independencia. lo que permite muchos problemas con recicla puede ser resuelto de forma explícita. materia o componentes. SET AJUSTE La operación de ajuste varía el valor de una variable corriente (la variable independiente) para satisfacer un valor requerido o especificación (la variable dependiente) en otro flujo o la operación El ajuste se puede realizar las siguientes funciones Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente se encuentra con el valor objetivo Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente es igual a la de la misma variable para otro objeto. Con acceso esencialmente completa a todas las variables de proceso. que utiliza el aumento de la presión. solo dos de las siguientes variables tienen que ser especificado para la bomba para calcular todas las incógnitas Presión o caída de presión de salida Eficiencia Energía de la bomba La potencia ideal requerido. el caudal del líquido y la densidad. La ecuación anterior define la potencia ideal necesaria para elevar la presión del líquido. el exceso de energía entra en elevar la temperatura de la corriente de salida. el líquido. (𝑃𝑜𝑢𝑡 − 𝑃𝑖𝑛 )𝑥𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 Donde: 𝑃𝑜𝑢𝑡 : Presion de salida de la bomba 𝑃𝑖𝑛 : Presion de entrada a la bomba. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (%) = 𝑥100% 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙 Cuando la eficiencia es inferior a 100%. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 BOMBAS Los cálculos se basan en la ecuación de la bomba estándar de potencia. W. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 . el requisito de potencia real de la bomba se define en términos de la eficiencia de la bomba. para aumentar la presión de un fluido incompresible es: (𝑃2 − 𝑃1 ) ∗ 𝐹 ∗ (𝑀𝑊) 𝑊= 𝜌 Donde: P1 : presión de ingreso P2 : presión de salida 𝜌 : densidad de la corriente F : Flujo molar MW : Peso molecular del fluido Curvas (Curves) Ecuación de la curva de una bomba 𝐻𝑒𝑎𝑑 = 𝐴 + 𝐵 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 + 𝐶 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 2 + 𝐷 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 3 + 𝐸 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 4 + 𝐹 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 5 1 ING. Finalmente la potencia real es igual a la diferencia en el flujo de calor entre la salida y la entrada de corrientes 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙 = (𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 ) Si el alimento está completamente definido. 5 48 1200 65. flujo de ingreso de 200 m3/h Flujo (GPM) Head(ft) % Eficiencia 400 74.5 48 2800 26.4 30 Figura Nº13: Curva de la bomba NPSH El valor de NPSHrequerido bien puede tomarse de las curvas de NPSH o especificar directo en el campo requerido NPSH. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.2 65 1600 58.6 70 2000 50.4 Figura Nº12: Ingreso de la ecuación de la curva Añadir curvas Velocidad de 50 rpm.7 20 800 70. primero debe borrar la casilla de verificación y habilitar curvas NPSH (Enable NPSH curves) 1 ING. Para especificar directamente en NPSHrequerido. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 .1 63 2400 39. 𝜌 : 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 50 20000 35 40 30000 30 30 40000 25 20 Figura Nº13: Curva NPSH 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 ≥ 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 + 3𝑓𝑡 Página de motor eléctrico (Electric Motor) Le permite conducir su operación de la unidad de rotación a través de la designación de un par motor en comparación con la curva de velocidad.4 NPSHdisponible puede calcularse explícitamente de las condiciones de diagramas de flujo haciendo clic en el botón de calcular la cabeza. Estos esfuerzos de torsión vs curvas de velocidad o bien se puede obtener del fabricante para el tipo de motor. Cuando se utiliza la opción del motor eléctrico el esfuerzo 1 ING. el NPSHdisponible se calcula como sigue: 𝑃1 − 𝑃𝑣𝑎𝑝 𝑉12 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 = +( ) 𝜌𝑔 2𝑔 Donde: P1 : presión de la corriente de entrada a la bomba. Pvap : presión de vapor de la corriente de entrada. Para la mayoría de aplicaciones de la industria de procesos. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. se utiliza un tipo NEMA A o B del motor eléctrico. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 . EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 . para determinar la caída de presión. El exterior estructura se repite en los incrementos (de presión. Figura Nº14: Evaluación de curvas (Speed vs torque) SEGMENTOS DE TUBERÍAS El segmento de tubo se utiliza para simular una amplia variedad de tuberías situaciones que van desde tuberías único o de múltiples fases planta con estimación de transferencia de calor riguroso. La presión y la temperatura se calculan como sigue: 𝑄 = 𝑈 ∗ 𝐴 ∗ ∆𝑇𝐿𝑀 𝑄 = 𝑄𝑖𝑛 − 𝑄𝑜𝑢𝑡 1 ING. Los cálculos se realizan en cada incremento. Los bucles medio e interno implementar un método de la secante para acelerar la convergencia.4 de torsión (y potencia) generada por el motor es equilibrada contra el par consumida por el equipo de rotación. Independientemente del modo que utilice. por ejemplo. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. y la presión de salida. para una gran capacidad de bucle problemas de tuberías. longitud o de flujo Modo). el bucle medio resuelve para la temperatura. y el bucle interior resuelve por presión. los cálculos de los balances de energía y de masa se realizan en cada incremento. Incremental Balances de materia y energía El algoritmo general consta de tres bucles anidados. Ofrece varias correlaciones de caída de presión: Modos de cálculo La operación segmento de tubería contiene cuatro modos de cálculo: Caída de presión Longitud Flujo Diámetro El modo se asigna de forma automática en función de lo se especifica información. debe especificar el número de incrementos en el tubo. mientras que algunos se pueden usar para cualquiera. Aziz. Govier & Fogarasi No Si Si Si Baxendell & Thomas Utilizar con cuidado Si No No Begg & Brill Si Si Si Si Duns & Ros No Si Si Si Greogory. Mandhane Si No Si Si Hagedorn & Brown No Si Si No HTFS Homogeneous Si Si No No HTFS Liquid slip Si Si Si No Olgas 2000 Si Si Si Si 1 ING.4 Donde: Q : cantidad de calor transferido U : coeficiente global de transferencia de calor A : área de transferencia de calor exterior ∆𝑇𝐿𝑀 : Log media de diferencia de T 𝑄𝑖𝑛 : El flujo de calor de la corriente de entrada 𝑄𝑜𝑢𝑡 : El flujo de calor de la corriente de salida Figura Nº15: Conexión de corrientes Resumen de métodos Los métodos anteriores han sido desarrollados para la predicción de dos fases caídas de presión. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Información más detallada sobre cada modelo se presenta más adelante en esta sección. otros exclusivamente para flujo en tuberías verticales. EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 . Figura Nº16: Modelos para cálculos de mecánica cuántica Flujo Almacenamiento de Mapa de Modelo Flujo Horizontal vertical flujo flujo Aziz. La siguiente tabla resume las características de cada modelo. Algunos de los métodos de calcular el líquido esperado atraco en el flujo de dos fases mientras que otros asumen una homogénea mezcla. Algunos métodos se desarrollaron exclusivamente para el flujo en tuberías horizontales. Algunos de los métodos definen un mapa régimen de flujo y pueden aplicar específico correlaciones de caída de presión de acuerdo con el tipo de flujo predicho. 0 .0001220 Galvanized Iron Acero galvanizado 0.0009140 Rough Steel Acero rugoso 0.4 Orkisewki No Si Si Si Poettman & Carpenter No Si No No Tacite Hydrodynamic Si Si Si Si Module Tulsa No Si Si Si El procedimiento para el modelado de una longitud de tubería se ilustra usando el Diagrama se muestra a continuación. x2 . √𝑥32 + 𝑌 Elevación 0 . En el diagrama.0003050 Rough Concrete Hormigón rugoso 0. y tres accesorios Figura Nº17: Esquema de tuberías Numero 1 2 3 4 5 6 7 Representado por A F1 B F2 C F3 D Tubería/Accesorio T A T A T A T Longitud x1 .0000015 Mild Steel Acero dulce 0.0002590 Smooth Concrete Hormigón liso 0. EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 .0000457 Asphalted Iron Acero asfaltado 0. y1 . y2 Seleccione una de las siguientes Actual. m Drawn Tube Dibujar tubo 0.0009140 Pérdida de presión apropiada La pérdida de presión accesorios se caracteriza por una ecuación de dos constantes como se muestra a continuación 1 ING.0001520 Cast Iron Hierro fundido 0.0001830 Rough Wood Stave Madera rugosa 0. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. y1 . la longitud del tubo de AD está representada por segmentos.0091400 Smooth Wood Stave Madera lisa 0. el diámetro nominal no se puede especificar Cédula 40 Cedula 80 Cedula 160 Tipo de material de la tubería Rugosidad absoluta.0030500 Smooth Steel Acero liso 0. 8 sin (1 − 𝛽 2 ) 𝑝𝑎𝑟𝑎 (𝜃 ≤ 450 ) 2 𝜃 𝐾𝑜𝑢𝑡 = 0. 410M de publicación. también conocido como factor de carga de velocidad B : constante. Flujo de Fluidos. Apéndice A-26 1 ING.5(1 − 𝛽 2 )√sin 𝑝𝑎𝑟𝑎 (450 ≤ 𝜃 ≤ 1800 ) 2 Donde: 𝑑𝑜𝑢𝑡 𝛽= 𝑑𝑖𝑛 Para agrandada 𝜃 2. también conocido como factor de FT 𝑓𝑇 : factor de friccion completamente turbulente La constante K accesorios de pérdida de presión se utiliza a continuación para obtener la caída de presión a través del montaje de la ecuación que se muestra a continuación 𝜌𝑣 2 ∆𝑃 = 𝐾 2 Donde ∆𝑃 : caída de presion 𝜌 : densidad v : velocidad El factor K3 de la ecuación anterior se calcula a partir de las siguientes ecuaciones: Para reductores: 𝜃 𝐾𝑜𝑢𝑡 = 0. Ángulo Swage se muestra en la siguiente figura: 3 Ecuaciones para K han sido tomados de Crane.4 𝐾 = 𝐴 + 𝐵𝑥𝑓𝑇 Donde A : constante. EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 .6 sin (1 − 𝛽 2 )2 𝐾𝑜𝑢𝑡 = 2 𝛽4 Donde: 𝑑𝑖𝑛 𝛽= 𝑑𝑜𝑢𝑡 𝜃 en las ecuaciones anteriores se conoce como ángulo de estampación. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. lineal perfil se asume y HYSYS puede calcular el calor total deber. lo que indica las bajas tasas de transferencia de calor en comparación con los flujos de calor de las corrientes. 1 ING. el balance de energía puede calcularse inmediatamente. Si se especifican tanto las temperaturas de entrada y salida. Cada incremento se supone tener la misma pérdida de calor. Si sólo conoce la temperatura ambiente. Se puede especificar la temperatura ambiente y HTC para cada segmento de tubería que ha sido creado en la página acerca. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. 4 El HTC general y Estimación HTC se pueden utilizar juntos para definir la información de transferencia de calor para el tubo. HYSYS realiza calor riguroso transferir cálculos en cada incremento. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 . puede suministrarla en la sección general de HTC y tienen el valor global de HTC calculado por la sección Estimación HTC. es necesario para especificar la temperatura ambiente en la estimación de HTC sección para el segmento de tubería para tener la transferencia de calor suficiente información para resolver. el calor riguroso cálculos de transferencia se llevan a cabo en cada incremento. Usted entra a la pérdida de calor de la tubería en el campo de la pérdida de calor. Figura Nº19: Perdida de calor Segment HTC4 Si el coeficiente de transferencia de calor y un ambiente representativo temperatura son conocidos para cada segmento. Este es el más rápido método de solución. Este método permite el cálculo rápido cuando la corriente se conoce las condiciones. Seleccione el botón de Pérdida de Calor para ver el calculado deber general de calor. Overall HTC Si el HTC total (coeficiente de transferencia térmica) y una temperatura ambiente representativa son conocidos. Del mismo modo.4 Figura Nº18: Parámetros de operación Heat loos Si se conoce la exigencia de calor total de la tubería. Esta suposición es válida cuando el perfil de temperatura es plana. Implementa los métodos utilizados por los programas HTFS.023𝑅𝑒𝑑0. La opción es HTFS más cálculo intensivo. Las cinco correlaciones proporcionadas son: Petukov (1970) 𝑘 (𝑓⁄8)𝑅𝑒𝑑 𝑃𝑟 ℎ= ∗ 𝑑 1. Es se recomienda su uso en casos con un alto flujo de calor con alta temperaturas delta entre el contenido de tuberías y ambiente condiciones. ya que tiene en cuenta plenamente el régimen de flujo en la tubería y es razonablemente eficiente en el cálculo.07 + 12. el Heat Transferir los cambios de página a la ventana de propiedades se muestra en la figura a continuación.7(𝑓⁄8)1⁄2 (𝑃𝑟 2⁄3 − 1) Dittus and Boelter (1930) 𝑘 ℎ= ∗ 0. sobre todo en dos aplicaciones en fase donde se requieren cálculos de flash adicionales. 1 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 . Métodos se utilizarán únicamente para tuberías monofásicas que operan a números de Reynolds alto (> 10. Los métodos se basan en los mapas de flujo Profes para flujo horizontal y vertical.4→𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑛 =0.8 𝑃𝑟 𝑛 𝑑 Donde: 0. En general la opción Profes se recomienda para la mayoría de tuberías aplicaciones. y en el flujo laminar región a costa de cierto incremento en el tiempo de cálculo. Los métodos Profes y HTFS deben proporcionar mucho mejor resultados para dos y tres sistemas de fase. HTFS. y las correlaciones apropiadas se utilizan para determinar el HTC en cada región del mapa de flujo.3→𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 Sieder and Tate (1936) Para flujo de 2 fases Para flujo de una sola fase Profes Implementa los métodos utilizados por el programa Profes Pipe Simulación (antes PLAC).000).4 Cuando se selecciona el botón de radio Estimación HTC. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. La conductividad térmica de este medio aparece. Usted puede optar por incluir la resistencia térmica de la tubería en su Cálculos HTC seleccionando la casilla de verificación Incluir pared del tubo. pero también es modificable escribiendo encima del valor predeterminado. La transferencia de calor por convección fuera coeficiente de correlación es para el flujo pasado tubos horizontales (JP Holman. y es modificable por el usuario. 1989): Si se selecciona el suelo como el medio ambiente.4 Correlaciones independientes se utilizan para la ebullición y condensación de transferencia de calor. y para el flujo horizontal y vertical. Los métodos utilizados están documentadas en el manual HTFS. la velocidad del medio ambiente está por defecto en 1 m/s. Para el aire y agua. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. el tipo de suelo. agua o tierra pueden ser incluidos mediante la selección de la casilla de verificación Incluir HTC exterior. Figura Nº20: Segmento HTC Estimate HTC Figura Nº21: Calculo de transferencia de calor Conducción Fuera / convección Fuera de convección ya sea aire. entonces se puede seleccionar. Los valores por defecto de conductividad térmica se proporcionan para los materiales estándar que se pueden seleccionar en el segmento de tubería. La activación de esta opción requiere que se defina la conductividad térmica para el material de la tubería en la ventana de propiedades detalle de cada segmento de tubería. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 . Los tipos de tierra y sus correspondientes conductividades se tabulan a continuación: 1 ING. 15 Wet Clay Arcilla mojada 1.50 Wet Peat Turba húmeda 0.30 Moist Arena húmeda 0.66 Moist Clay Arcilla húmeda 0. Debe especificar un grosor para este recubrimiento.018 Concrete Hormigón 1.50 Limestone Caliza 1. Varios materiales representativos se proporcionan. el valor del coeficiente de transferencia de calor de los alrededores es basado en la siguiente 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.4 Conductividad Conductividad Tipo de Tierra Tipo de Tierra (W/mK) (W/mK) Dry Peat Turba seca 0. Profes Método Ceras La deposición de la cera del aceite a granel sobre la pared de la tubería es supone que sólo ser debido a la transferencia de masa.005 Asphalt Asfalto 0.48 Cold Ice Helada 2.50 Dry Sand Arena seca 0.20 Dry Clay Arcilla seca 0.700 Annulus evacuado Urethane Espuma 0. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 .20 Ice Hielo 2.080 con 0. La tasa de deposición es descrito por: Conductividad Conductividad Aislamiento/tubería Aislamiento/Tubería (W/mK) (W/mK) Evacuated Anillo 0.80 En HYSYS.54 Gravel Grava 1.75 Loose Snow Nieve suelta 0.95 Sand Wet Sand Arena mojada 2.10 Icy Peat Turba helada 1. la dispersión de cizallamiento no es considera que es un factor significativo.500 vidrio Insulated aislamiento 2 ING. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.95 Sandy Stone Piedra arenosa 1. Ks : conductividad térmica tubería – material circundante (aire. suelo) Dot : diámetro exterior de la tubería.40 Hard Snow Nieve dura 0.17 Frozen Clay Arcilla congelada 2. con sus respectivas conductividades térmicas. agua.00 Foam de uretano Hormigón Bloque de Concrete Glass Block 0.89 Sandy Gravel Grava arenosa 2. incluyendo el aislamiento Conducción a través de aislamiento Conducción a través del aislamiento o cualquier otro revestimiento de la tubería también se puede especificar. 030 PVC block 0. diferentes tipos de válvulas como lineales. Se supone que la operación de la valvula es isoentálpica. También hay una serie de nuevas características que están disponibles con el funcionamiento de la válvula. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 . Algunas de las nuevas características de la operación de la válvula son: una opción de especificación de flujo que presión-realista modelos de flujo a través de la válvula de acuerdo con la red de la presión de la planta. una contribución segmento de tubería que pueden modelar las pérdidas causadas por presión rugosidad de una tubería adjunta un diámetro una nueva ecuación válvula que incorporaste cabeza estática y las pérdidas por fricción del segmento de válvula o tubería una válvula que incorpora el modelo dinámico como el de la pegajosidad en la válvula y en el comportamiento dinámico ACTUADOR. La temperatura de entrada Presión de entrada Temperatura de salida Presión de salida Caída de presión de la válvula Un total de tres especificaciones se requieren antes resuelve el funcionamiento de la válvula. HYSYS calcula los otros dos incógnitas. igual porcentaje. Como el estado estacionario. La siguiente es una lista de variables que se pueden especificar por el usuario en el funcionamiento de la válvula. la dirección del flujo a través de una válvula sea dependiente en los presiones de las operaciones unitarias de los alrededores.027 plastico Foam poliestireno VÁLVULAS HYSYS realiza un balance de materia y energía en las corrientes de entrada y de salida de la operación de la válvula.036 0.150 – Vap Barr fibre PVC Bloque de PolyStyrene Espuma de Plastic Block 0. HYSYS realiza un cálculo flash basado en la igualdad material y la entalpía entre las dos corrientes. Por lo tanto. la dinámica de funcionamiento de la válvula es isoentálpica. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. construido en las características de tamaño que determinan parámetros vale utilizados en la ecuación de la válvula 2 ING.070 PVC Foam 0.035 Neoprene Neopreno 0. Las nuevas válvulas de funcionamiento de la válvula de control de modelos mucho más realista.040 fibra PVC Fiber Blanket Manta de Bloque de 0. y las válvulas de apertura rápida.4 Bloque de Fiberglass fibra de 0. posibles situaciones de reversión de flujo pueden ser modelados.250 Block vidrio Manta de Espuma de Fiber Blanket 0. Se requieren especificaciones al menos una especificación de temperatura y una presión. Un proceso de expansión implica convertir la energía interna del gas en energía cinética y finalmente en trabajo. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Eficiencia Isoentrópica: relación entre potencial Isoentrópica (ideal) requerida para la compresión a la potencia real requerido: (𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑖𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑐𝑜 ) 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎(%) = 𝑥100% (𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 ) Eficiencia Politrópico: trabajo para un proceso mecánico reversible (politrópico) 𝑊 = ∫ 𝑃𝑑𝑉 Para una compresión politrópico de un gas de P1 a P2 Flujo (ACFM) Polytropic Efficiency (%) 2 000 69 5 000 72 10 000 73 Centrifugal 20 000 74 50 000 75 100 000 76 Ratio Presure Eficiencia Politrópico (%) 1. La caída de presión total a través de la válvula se calcula a partir de la pérdida de presión de fricción de la válvula.5 73 Reciprocating 2.0 83 2 ING.0 79 3.4 La caída total de presión de la válvula se refiere a la diferencia de presión total entre la presión de la corriente de entrada y la presión de la corriente de salida. o la eficacia de compresión. Dependiendo de la información facilitada. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 . calculará o una propiedad dela corriente (presión o temperatura). El expansor se usa para disminuir la presión de un gas a alta presión en la entrada y producir un gas a baja presión y alta velocidad. y la pérdida de presión de la cabeza estática Figura Nº22: Curva de descargar Cv COMPRESORAS Y TURBINAS El compresor se utiliza para aumentar la presión del gas a su entrada. 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 /𝜌𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡.𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 /𝜌𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡.𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 /𝜌𝑖𝑛 ) Donde: Donde: 2 ING.4 5. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.0 85 Head vs la capacidad de flujo Figura Nº23: Perfiles de curvas en el compresor (curvas de cabeza) Eficiencias Eficiencia Compresor Expansor s 𝑊𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑊𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 Adiabático 𝑊𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑊𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 = = (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑛−1 𝑘−1 ( ) ( ) 𝑃 𝑛 𝑛 𝑘−1 𝑃 𝑘 [( 𝑜𝑢𝑡 ) − 1] 𝑥 [( )𝑥( )] [( 𝑜𝑢𝑡 ) − 1] 𝑃𝑖𝑛 𝑛−1 𝑘 𝑃𝑖𝑛 𝑘−1 𝑛−1 ( ) ( ) 𝑃 𝑘 𝑃 𝑛 𝑛 𝑘−1 [( 𝑜𝑢𝑡 ) − 1] [( 𝑜𝑢𝑡 ) − 1] 𝑥 [( )𝑥( )] 𝑃𝑖𝑛 𝑃𝑖𝑛 𝑛−1 𝑘 Politrópic Donde: Donde: o 𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡 /𝑃𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡 /𝑃𝑖𝑛 ) 𝑛= 𝑛= 𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡.𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 /𝜌𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡 /𝑃𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡 /𝑃𝑖𝑛 ) 𝑘= 𝑘= 𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 . EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. solo cuando se selecciona la página de resultados del expansor produce el trabajo (real) de la corriente de energía expansor (flujo de calor). especifique la relación de flujo deseada (la relación de flujo de la corriente de salida para el flujo de entrada total). La simulación exigirá esta mención (real) es el flujo de energía del compresor (flujo de calor). 2 ING.4 H= entalpia másica P = presión Out = salida del producto 𝜌 = Densidad másica Inf = corriente de n = exponente politrópico alimentación k = exponente Isoentrópica Cabeza del compresor Las cabezas adiabáticas y politrópicas prestados después de los cálculos de la compresora centrifuga se han completado. y se utiliza para simular tuberías en T y colectores. solo cuando la página de resultados del compresor centrifuga es selecto. Figura Nº24: Divisor de corrientes Parámetros y split Para los cálculos de estado estacionario. 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 expansión se han completado. TEE La operación Tee divide una corriente de alimentación en varios productos arroyos con las mismas condiciones y composición como la alimentación transmitir. Usted puede alternar entre ignorar o reconocer cuando un flujo negativo se produce al seleccionar la casilla de verificación Advertir sobre flujo negativo. EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 .0 𝑖=1 𝑓𝑖 𝑟𝑖 = 𝐹 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 boquillas La página Boquillas contiene información sobre la elevación y el diámetro de las boquillas. debe especificar N-1 relaciones de flujo. 𝑁 ∑ 𝑟𝑖 = 1. Figura Nº26: Divisor de corrientes Para corrientes de salida de n de la T. HYSYS calcula el flujo de la corriente desconocida ratio y los caudales de salida. Se recomienda encarecidamente que la elevación de las boquillas de entrada y salida son iguales para esta operación de la unidad. sin embargo. 2 ING.4 Figura Nº25: Divisor de corrientes Una relación de flujo es generalmente de entre 0 y 1. En ese caso al menos un los arroyos salida tienen relación flujo negativo y flujo negativo (reflujo). SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. la pieza de equipo se puede mover mediante la modificación de la Base de Elevación con respecto a la Tierra en el Campo de elevación. Si desea modelar la cabeza estática. que uno se puede dar una relación de reater. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. La presión de la mezcla y la temperatura son por lo general las incógnitas que se determinen. la Mezclador también calcula hacia atrás y determinar la temperatura que falta para una de las corrientes de entrada si el enchufe está completamente definido. En este último caso. la presión y la entalpía es conocida por esa corriente. de las propiedades de la corriente de salida es calculado automáticamente desde la composición. y composición).4 Figura Nº27: Divisor de corrientes MEZCLADORES La operación del mezclador combina dos o más flujos de entrada para producir un corriente de salida única. presión. No obstante. Un equilibrio del calor y material de completa se realiza con el Mixer. la temperatura desconocida entre las corrientes de entrada y de salida se calcula siempre rigurosamente. Si se conocen las propiedades de todas las corrientes de entrada al mezclador (temperatura. Es decir. EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 . 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 2 ING. Figura Nº28: Mezclador de corrientes Conexiones y parámetros En la página Conexiones. la presión debe ser conocida por todos los arroyos. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Figura Nº29: Mezclador de corrientes La página de Parámetros le permite indicar el tipo de asignación automática de la presión, HYSYS debe usar para las secuencias unidas al mezclador. Figura Nº30: Mezclador de corrientes 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 la corriente de salida. Página de boquillas La página de boquillas contiene información con respecto a la elevación y el diámetro de las boquillas. Se recomienda encarecidamente que el alzado de las boquillas de entrada y salida son iguales para 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. Figura Nº31: Mezclador de corrientes 2 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 SEPARADORES Y TANQUES 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: 𝐻𝑓𝑒𝑒𝑑 ± 𝐷𝑢𝑡𝑡𝑦 = 𝐻𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 + 𝐻ℎ𝑒𝑎𝑣𝑦 + 𝐻𝑙𝑖𝑔ℎ𝑡 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: 𝑃 = 𝑃𝑙 = 𝑃𝑓𝑒𝑒𝑑 − ∆𝑃 = 𝑃ℎ𝑒𝑎𝑑 + 𝑃𝑣 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 la cantidad de atraco, en el recipiente en cualquier momento viene dado por la siguiente expresión. 𝑃𝑉(%𝐹𝑢𝑙𝑙) 𝐴𝑡𝑟𝑎𝑐𝑜 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑥 100 Donde PV(%full) : nivel de líquido en el recipiente en el tiempo t Figura Nº32: Ventana de conexiones de un separador y tanque 2 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Figura Nº33: Ventana de WorkBook de un separador y un tanque Sizing Se utiliza esta ventana para caracterizar la orientación del separador o tanque Figura Nº34: Sizing, geometría del equipo Weir (Vertedero) Un vertedero puede especificarse para el separador de cilindro plano horizontal al seleccionar Enable Weir5 Figura Nº35: 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 moles hasta el solucionador de 5 La casilla de verificación permitir vertedero solo está disponible para la opción de forma de cilindro plano 2 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 4 flujo de presión se refiere. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 . modelo simple Modelo detallado El modelo detallado le permite especificar los parámetros más detallados de transferencia de calor 3 ING. Esto significa que las composiciones y propiedades de las fases en los dos volúmenes son los mismos Figura Nº36: vertedero y los ángulos de caída Boquillas (Nozzles) Figura Nº37: Dimensión del separador. diámetro de las boquillas Pérdida de calor (Heat Loss) Modelo simple 𝑄 = 𝑈𝐴(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎𝑚𝑏 ) Figura Nº38: Perdida de calor. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 . la página de los grifos de nivel le permite controlar el nivel de Líquido y acuosa contenidos que coexisten en la zona especificada en un tanque o un separador Figura Nº40: Especificación de grifos de nivel PV : límite r de la sección a ser monitoreados. modelo detalloso Grifos6 de nivel (Level Taps) Ya que el contenido en un recipiente se puede. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Se expresa en metros OP : límite de la salida de la escala de normalización 6 La información disponible en la página solo de da en casos dinámicos 3 ING. distribuidos en diferentes fases.4 Figura Nº39: Perdida de calor. 4 Carry Over Model Figura Nº41: Carry Over. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Feed Basis Figura Nº42: Resultados de Cover over model 3 ING. y la ecuación se reduce a Fj = Fj0 + rJ V 3 ING. Teniendo en cuenta el reactor volumen. la velocidad de reacción también varía axialmente (a excepción de orden cero reacciones). La conversión en el reactor depende de la rateexpression de las reacciones asociado con el tipo de reacción. Esto también implica que la mezcla axial es insignificante.4 TANQUE REACTOR DE AGITACIÓN CONTINUA CSTR El CSTR es un recipiente en el que Kinetic. el reactor se divide en varios sub volúmenes. la velocidad de reacción es considera que es espacialmente uniforme. Dado que la velocidad de reacción es una función de la concentración. lado derecho de este equilibrio equals zero. 𝑁𝐴𝑖𝑛 − 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡 𝑋= 𝑥 100% 𝑁𝐴𝑖𝑛 Donde X : conversión real 𝑁𝐴𝑖𝑛 : componente caudal de base en el reactor 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡 : caudal componente base (misma base que la tasa de entrada) del reactor. En la ficha reacciones. hay una variación axial en concentración. el tercer término se reduce a RJV. El campo de flujo es modela como flujo de pistón. REACTOR TUBULAR PFR El PFR (Plug Flow Reactor o Reactor tubular) generalmente consiste en un banco de tubos cilíndricos o tubos. Se supone que la corriente de entrada para ser perfectamente (y de forma instantánea) mezclado con el material ya en el reactor. y así sucesivamente). heterogénea catalítica. Un balance molar se realiza en cada sub volumen j dNj Fj0 − Fj + ∫ rj dV = dt Debido a que la velocidad de reacción se considera espacialmente uniforme en cada uno Sub volumen. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 . una velocidad consistente expressionfor cada reacción y la estequiometría de la reacción. la conversión real se calcula como el porcentaje de la base componente que se consume en la reacción. y reacciones Puntúa simples se pueden realizar. Para obtener la solución para el PFR (perfiles axiales de composiciones. lo que implica que el flujo es radial isotrópica (sin masa o energy gradients). SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. el CSTR calcula la la conversión de cada componente de entrar en el reactor. por lo tanto. En el estado estacionario. Como los reactivos fluyen de la longitud del reactor. de modo que la composición de la corriente de salida es idéntica a la de los contenidos del reactor. También puede ver los resultados del reactor resuelto incluyendo la conversión real del componente de base. Dentro de cada volumen secundario. que están consumido continuamente. se puede seleccionar una reacción fijada para la peración. temperatura. EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Rxn Extensión Muestra el consumo de tasa molar del componente de base en la reacción dividido por su coeficiente estequimetrico aparecido en la reacción. Cada reacción en el conjunto continúa hasta que la conversión especificada se alcanza o reactivo limitante se agota. Componente base El reactivo para el que basa el cálculo de la conversión. Una reacción con un menor rango de valor que ocurra primero. Sólo se puede adjuntar conjuntos de reacción que contienen las reacciones de conversión. Ingreso de reacción: Figura Nº43: Ventana de reactantes y productos El grupo Resultados Reactor Resumen muestra los siguientes resultados para un reactor de convergencia: Resultado Descripción Posición Muestra la posición actual de la reacción. Cada grupo de reacciones de igual rango puede tener una conversión global especificado entre 0% y 100% % de conversión Muestra el porcentaje del componente base de la corriente de alimentación. Todos los componentes que aparecer en el envase de líquidos se muestran aquí. la opción de balance de reacción proporciona un componente global resumen para el reactor de conversión. Para múltiples reacciones de menor rango se producen en primer lugar.4 REACTOR DE CONVERSIÓN El reactor de conversión es un recipiente en el que se llevan a cabo reacciones de conversión. Equilibrio de reacción Cuando se selecciona el botón de opción de balance de reacción. HYSYS clasifica automáticamente las reacciones. que ha sido consumido en la reacción. Cuando hay múltiples reacciones en conjunto de reacción. 3 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. mientras los valores positivos indican la aparición de un producto. La tasa de flujo de entrada total que reacciono total y el total de tasa de flujo de salida para cada componente se proporcionan sobre una base molar.4 Los valores aparecen después de la solución del reactor que ha convergido. 1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 1𝐶𝑂2 + 2𝐻2 𝑂 3 ING. Los valores negativos indican el consumo de un reactivo. Ejemplo N 01 Se requiere encontrar la masa necesaria de aire para obtener una reacción completa y consumir todo el metano al 100%. 0007 i-Pentano (iC5) 0.4 Utilizamos Adjuste o realizamos un balance químico a mano y obtenemos que se requiere aprox. 400kg/h de oxígeno para consumir todo el metano.0005 n-Butano (nC4) 0. EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 .0003 Agua (H2O) 0.1032 Propano (C3) 0.0015 i-Butano (iC4) 0.0000 Oxigeno (O2) 0.0075 Exceso de aire O2%: 2% Vol.0002 n-Pentano (nC5) 0. Ejemplo N°2 Composición de la corriente Gas Combustible Componente Fracción molar Metano (C4) 0. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.8837 Etano (C2) 0. O2 en base seca.0000 Dióxido de Carbono (CO2) 0. Reacción de conversión: 100% 1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 1𝐶𝑂2 + 2𝐻2 𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 1 1𝐶2 𝐻6 + 7⁄2 𝑂2 → 2𝐶𝑂2 + 3𝐻2 𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 2 1𝐶3 𝐻8 + 5𝑂2 → 3𝐶𝑂2 + 4𝐻2 𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 3 1𝐶4 𝐻10 + 13⁄2 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 4 (𝑖𝐶4 ) 1𝐶4 𝐻10 + 13⁄2 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 5 (𝑛𝐶4 ) 1𝐶5 𝐻12 + 8𝑂2 → 5𝐶𝑂2 + 6𝐻2 𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 6 (𝑖𝐶5 ) 1𝐶5 𝐻12 + 8𝑂2 → 5𝐶𝑂2 + 6𝐻2 𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 7 (𝑛𝐶5 ) PDF Final 3 ING.0024 Nitrógeno (N2) 0. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Ni los componentes ni la mezcla de proceso tienen por qué ser ideal. El error de balance (para la estequimetria de la reacción) y el calor de reacción (calor de reacción a 25°C) se muestran también para la reacción actual. y el grado de reacción en el conjunto de selección de la reacción. 3 ING. que son simultáneamente o secuencialmente resuelto. Basis Cuando seleccionas el botón Basis.4 Reactor de equilibrio El reactor de equilibrio es un recipiente que los modelos de reacciones de equilibrio. Las corrientes de salida del reactor están en un estado químico y equilibrio físico. También puede examinar la conversión real. La conversión. aparece la información estequimetrico del grupo. 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. El grupo estequimetria le permite ver la formula estequimetrica de la reacción seleccionada en la lista desplegable de reacción. la constante de equilibrio. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 . la constante de equilibrio y la extensión están calculados en base en la información de reacción de equilibrio que ya ha proporcionado cuando se creó el conjunto de reacción. El conjunto de reacciones que usted adjunta al reactor de equilibrio puede contener un número ilimitado de reacciones de equilibrio. la base componente. muestra el grupo básico de la reacción. ya que HYSYS puede calcular la química la actividad de cada componente en la mezcla a base de la mezcla y fugacidades componentes puros. usted puede tener y HYSYS devolverá el original valor calculado seleccionando el uso por defecto apropiado. estos valores se especifican o bien cuando la reacción se crea o se calculan en HYSYS. El grupo Ln(Keq) muestra la relación Ln(Keq) que puede variar dependiendo de la Ln(K) valor de origen seleccionado para la reacción. Approach Cuando se selecciona el botón de opción Approach. el grupo fraccional de enfoque y el grupo de enfoque de temperatura aparecen: 3 ING. Caulquiera de los parámetros en el grupo Ln(K) esta ecuación se puede modificar en esta pagina. los cambios realizados en los parámetros solo afecte a la reacción seleccionado en el reactor actual. el grupo (Keq) Ln y K aparece la tabla. Keq Cuando se selecciona el botón de radio Keq. Cuando se selecciona el botón de radio Ln(Keq) la ecuación en el Ln(K) grupo fuente.4 El grupo base le permite ver o editar (a nivel local) varias informacines para cada reacción en el conjutno 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 equilibrio El intervalo de temperatura para la constante de equilibrio. y el fuente para el calculo de la constante de equilibrio es también se muestra. Si un fijo se presto constante de equilibrio. que se muestra aquí. Después de un cambio se ha hecho. EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. los parámetros de la constante de equilibrio aparece en la ecuación. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 . la tasa total que reacciono. 3 ING. mientras que los valores positivos indican la aparición de un producto. Los cambios realizados en los parámetros solo afectan a la seleccionada reacción en el reactor. la tasa global de flujo de entrada. La conversión real se calcula como el porcentaje del componente base que se consume en la reacción. Después del cambio actual que se ha hecho usted puede tener que HYSYS devuelve el valor calculado original seleccionador el apropiado uso Defaultcheckbokx. y la tasa total de flujo de salida para cada componente se proporcionan sobre una base molar. apareceera la ventana de propiedades para la reacción resaltado. Puede editar una reacción haciendo clic en el ver “Reaction Button”. Todos los componentes que aparecen en la lista de componentes relacionados con el paquete de fluido se muestran aquí. Los valores aparecen después de la solución del reactor ha convergido. Calquiera de los parámetros de la ecuación de aproximación% se pueden modificar en esta pagina.4 Para cada reacción en el conjunto de reacción un efonque fraccional se proporciona la ecuación como una función de la temperatura. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Resultados Cuando se selecciona el botón de opción de balance de reacción. Resultado Descripción Actual % conversión Muestra el porcentaje de componente de base en la alimentación corriente(s) que ha sido consumido en la reacción. Los valores negativos indican el consumo de un reactivo. ofrece un resumen global de componentes para el reactor de equilibrio. Componente base El reactivo al que se aplica la conversión Constante de Equilibrio La constante de equilibrio se calcula a la temperatura del reactor por la ecuación siguiente: 𝐵 𝐿𝑛𝐾 = 𝐴 + + 𝐶 𝐿𝑛𝑇 + 𝐷𝑇 𝑇 Donde: T : Temperatura del reactor.4 𝑁𝐴𝑖𝑛 − 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡 𝑋= 𝑥100% 𝑁𝐴𝑖𝑛 Donde: X : Conversión real % 𝑁𝐴𝑖𝑛 : Componente del caudal de base en el reactor 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡 : Caudal del componente base (mismas condiciones que el entrada de índice) del reactor. K A.B.C. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 . Reacciones de equilibrio incluidas en HYSYS Ejemplo 4 ING.D : parámetros de la ecuación Los cuatros parámetros en la ecuación anterior se calcula como el HYSYS si no se especifican durante la instalación de la reacción de equilibrio. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Los cuatro parámetros para cada ecuación de equilibrio se enumeran en la página de Rxn Ln(K) Rxn Extns. Lista el consumo de tasa molar del componente de base en la reacción divido por su coeficiente estequimetrico aparecido en la pagina de reacción. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 . calculado con la ecuación nº …. la relación de reflujo mínimo en una columna de destilación puede calcularse mediante dos ecuaciones: 𝑛 𝛼𝑖 𝑋𝑖. Correlación de Gililand 𝑁 − 𝑁𝑚 𝑅 − 𝑅𝑚 0..𝐻𝐾 𝑙𝑛 [( )( )] 𝑋𝐷.4 COLUMNAS DE DESTILACIÓN Uno de los procedimientos más usualmente utilizados para obtener estimativos simplificados de numero de etapas teóricas requeridas en una separación por destilación es el propuesto por Fenske. Underwood y Gililand. 4 ING. para estimar la relación de reflujo mínimo.5688 = 0.𝐿𝐾 𝑁𝑚 = 𝑙𝑛𝛼𝐿𝐾/𝐻𝐾 Donde: D : destilado W : Fondos LK : componente como clave liviano HK : componente como clave pesado 𝛼 : volatilidad Ecuación de Underwood para calcular la relación de reflujo mínimo Para mezclas multicomponentes con volatilidad relativa constante.𝐹 ∑ =1−𝑞 𝛼𝑖 − 𝜃 𝑖=1 Donde: n : número de componentes q : calidad del alimento La segunda ecuación se utiliza el valor 𝜃.75 ∗ [1 − ( ) ] 𝑁+1 𝑅+1 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 𝑋𝐷.𝐻𝐾 𝑋𝑊. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.𝐿𝐾 𝑋𝑊.. 3 𝑚 Ejemplo N° Se quiere destilar la siguiente composición a las condiciones siguientes T 200ºF. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 . Se determina los productos ligeros y pesados en el destilado y en los fondos 7 Una regla de diseño sugiere que se asigne. para calcular el número de platos y el plato de la alimentación.𝐷 ∑ = 1 + 𝑅𝑚 𝛼𝑖 − 𝜃 𝑖=1 Relación de reflujo7 La experiencia ha demostrado que el valor óptimo de la relación de reflujo se encuentra en un intervalo dado por: 1.1462 i-Pentano 0.4 𝑛 𝛼𝑖 𝑋𝑖. una relación de reflujo de 1.0681 n-Butano 0.0071 Se determina las corrientes de entrada y los productos. para una separación deseada.0148 Propano 0.0173 n-Pentano 0. presión 100 psia y 1300 lbmole/h Composición Fracción Molar Etano 0.03 < 𝑅⁄𝑅 < 1. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.0150 n-Hexano 0.7315 i-Butano 0.2 veces la mínima 4 ING. las condiciones operaciones.3. plato de alimentación y las demás variables de operación. se debe determinar el número de platos de la columna.997*1. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. configurar las corrientes de productos y de energía.4 El reflujo externo se calcula mediante la multiplicación de 0. el número de platos en el cual deberá ingresar la corriente de alimentación. del siguiente equipo. Para la convergencia. y de inmediato la simulación calculara el número de platos. COLUMNA DE DESTILACIÓN SIMPLIFICADA Se presente 3 tipos de equipos: Destilación simple (absorbedor) Destilación con reboiler Destilación con condensador. 4 ING. y determinar los grados de libertad en la simulación para que ello converja. 4 Página de configuración del reboiler Ejemplo: Se requiere destilar un mezcla de 100 kgmol/h de agua y 50 kmolg/h de etanol a condiciones normales. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. determinar la composición del destilado y de los fondos. 4 ING. la columna es de 15 platos y la alimentación ingresa en el plato 8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 .4 Comportamiento de la composición en los platos PFD del proceso de destilación Ambiente de la columna de destilación 4 ING. En HYSYS. y puede calcular temperaturas. columna absorbedor. intercambiadores. se encuentra una paleta de herramientas especialmente para esta operación. bombas. un ideal (Ft = 1) contracorriente modelo de diseño ponderado. usted puede elegir el Intercambiador de Calor Modelo para su análisis. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Sus opciones incluyen un diseño de análisis Punto Final modelo. INTERCAMBIADOR DE CALOR El intercambiador de calor se realiza de energía y material de doble cara equilibrar los cálculos. flujos de calor (incluyendo pérdida de calor y la fuga de calor). El método de clasificación dinámica es disponible como un modelo básico o 4 ING. Heater. válvulas. tee. y un método de clasificación dinámica para utilizar en simulaciones dinámicas. cuenta con reboiler.4 Ventana de configuración del reboiler Ventana de configuración del condensador total. Dentro del ambiente de la configuración de la columna de destilación. o UA. Cooler. condensadores total. condensador reflux. El intercambiador de calor es muy flexible. un método de clasificación de estado estacionario. los flujos de corriente de material. separadores. presiones. mixer. EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 . condensador parcial. el área disponible para intercambio de calor.out : corriente de entrada y de salida. :a especificación del intercambiador de calor que es igual a cero para la maypria de las aplicaciones. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 . y el registro de diferencia de temperaturas media 𝑄 = 𝑈𝐴∆𝑇𝐿𝑀 𝐹𝑡 Donde: U : coeficiente global de transferencia de calor A : Superficie del área disponible de transferencia de calor ∆𝑇𝐿𝑀 : Diferencia logarítmica de temperatura (LMTD) 𝐹𝑡 : factor de corrección LMTD El coeficiente de transferencia de calor y el área de la superficie son a menudo combinados por conveniencia en una sola variable denominada UA. Hot. y también puede ser utiliza en el modo de estado estacionario por calificar Intercambiador de calor.4 detallado. el fluido caliente suministra el calor Intercambiador deber para con el fluido frío 𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑀𝑐𝑜𝑙𝑑 [𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 ]𝑐𝑜𝑙𝑑 − 𝑄𝑙𝑒𝑎𝑘 ) − (𝑀ℎ𝑜𝑡 [𝐻𝑖𝑛 − 𝐻𝑜𝑢𝑡 ]ℎ𝑜𝑡 − 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 ) Donde: M : caudal másico del fluido H : Entalpia Qleak : fuga de calor Qloss : perdida de calor Bal. El calor total transferido entre los lados del tubo y concha (Intercambiador de calor deber) se puede definir en términos de la global coeficiente de transferencia de calor. La unidad operación también permite el uso de 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 fluidos caliente y frío Estado estacionario: En las siguientes relaciones generales. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. La LMTD y su factor de corrección se definen en la sección Rendimiento Caída de presión 4 ING.cold: fluidos calientres y frios In. Er. Por ejemplo. un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y fluir a través del intercambiador. la cantidad. si usted hace un cambio de configuración en el intercambiador de calor. • Calcular la caída de presión basado en el intercambiador de calor la geometría y la configuración. 4 ING. Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el intercambiador de calor. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.P2 . U es constante. Se define como la pérdida de presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del Intercambiador de calor con un valor k Se muestra la ventana de propiedades. P1 . EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 . Intercambiador de calor El UpdateButton le permite actualizar el intercambiador de calor cálculo en el modo dinámico. Este relación es similar a la ecuación general de la válvula 𝑓 = √𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝑘√𝑃1 − 𝑃2 Esta ecuación de flujo de caída generalizada de presión a través de la usesthe Intercambiador de calor y sin ninguna contribución de cabeza estática. • Definir una relación de flujo de presión en el intercambiador de calor por especificando un valor k.4 La caída de presión del intercambiador de calor se puede determinar en una de tres maneras: • Especificar la caída de presión. haga clic en este botón para restablecer las ecuaciones aroundthe intercambiador de calor antes de ejecutar el cálculo de simulación en el modo dinámico Los principales supuestos del modelo son las siguientes: En general. el coeficiente de transferencia de calor. las curvas de calentamiento se divide en intervalos. Para el calor no lineal problemas de flujo. Cuando se selecciona el modelo ponderado. donde no es cambio de fase y los IPC relativamente constante. y es esencialmente la energia y balance de materiales modelo. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Para problemas simples. El calor se genera por la combustión de combustible y transferido a procesar streams. Un diagrama esquemático simplificado de un calentador de fuego directo se ilustra en la siguiente figura. A LMTD y UA se calculan para cada intervalo en la curva de calor. el modelo ponderado se debe utilizar en su lugar. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 . y un balance de energía se realiza a lo largo de cada intervalo. El modelo ponderado sólo está disponible para los contra-corriente intercambiadores. con el Modelo ponderado. 4 ING. El modelo de Punto Final trata a las curvas de calor tanto para calor Lados Intercambiador como lineal. esta opción puede ser suficiente para modelar su intercambiador de calor. la página de Parámetros aparece como se muestra en la figura siguiente HORNOS El calentador dinámico Fired operación (Horno) realiza la energía y balances de materia para modelar un tipo de calentador de fuego directo horno. y sumados para calcular el intercambiador general UA. 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 curva de calor tales asthe cambio de fase de pura componentes en uno o ambos lados intercambiador de calor. Este tipo de equipo requiere una gran cantidad de calor de entrada. Las configuraciones de geometría que afectan al pie factor de corrección no se tienen en cuenta en este modelo.4 Los calores específicos de los flujos tanto de carcasa y tubos secundarios son constante. y operaciones unitarias intercambiador de calor. 8 Para definir el número de zonas que requiere el calentador encendido. Posible inversión del flujo Por lo tanto. y selecciones de la zona de convección. mezclador. las situaciones pueden ser modelados. un calentador encendido8 se puede dividir en tres zonas: Zona radiante Zona convectiva Zona del economizador Las conexiones de corriente allowsmultiple operación calentador encendido en el lado de los tubos en cada zona y economizador opcional. introduzca el número en # External Pases campo en Conexiones la página de la ficha Diseño. la zona radiante y convectivo zona o economizador. Por ejemplo. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 .flujo en cada lado y pasar realista modelos fluyen a través de calentador encendido funcionamiento de acuerdo con el gradiente de presión en la totalidad de red de la presión de la planta. convectiva. Las siguientes son algunas de las principales características de la dinámica Funcionamiento del calefactor usado: Conexión flexible de fluido de proceso asociado en cada Zona calentador encendido. y una sola entrada y la salida en el gas de combustión de alimentación lado. La operación incorpora una sola modelo de quemador. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. zona ecomizador) En general.4 Esquema de un horno (Zona radiante. Una opción de indicación de presión . 5 ING. Calentador de Fired Diferente configuraciones pueden ser modelados o personalizar mediante tee. un conjunto reacción tradicional para las reacciones de combustión no es requerida. Relación aire-combustible (AF) se define de la siguiente manera Puede establecer los límites de la combustión. y el calor de formación de los productos menos el calor de formación de los reactivos a la combustión la temperatura y la presión. El aire mínima para combustible y el máximo de aire a combustible se puede encontrar en la Página Parámetros de la ficha Diseño. TRANSFERENCIA DE CALOR Los cálculos de transferencia de calor calentador encendido se basan en la energía saldos de cada zona. Despedido Temperatura del gas de temperatura de la pared del calentador y de combustión. el calor pérdida para el ambiente y la física corriente de proceso propiedades. 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 5 ING. para controlar la llama del quemador. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. La medida de la combustión depende de la disponibilidad de oxígeno que normalmente se rige por la relación de aire a combustible. propiedades de la superficie de metal. Un modelo de combustión que representa mezcla imperfecta de combustible. La llama no se puede encender si el aire calculado a combustible cae por debajo del aire mínimo especificado para combustible. La transferencia de calor en cada zona depende de las propiedades de los gases de escape. En la operación de la unidad de calentador encendido.4 Un cálculo inclusivo integral calor radiante. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 . Usted puede elegir los componentes combustibles (el hidrocarburos y de hidrógeno) para ser considerado en la combustión reacción. convección y conducción de transferencia de calor en la zona radiante nos permitirá predecir la temperatura del fluido del proceso. El calor liberado por el proceso de combustión es el producto de velocidad de flujo molar. y permite que la llama de encendido automático o extinguido basado en la disponibilidad de oxígeno en el combustible mezcla de aire REACCION DE COMBUSTION La reacción de combustión en el modelo del quemador del calentador encendido realiza puro de hidrocarburos (CxHy ) Cálculos de combustión solamente. Un modelo dinámico que representa energía y materiales atracos en cada zona. tubo y Fired Propiedades de la pared del calentador. como la máxima AFand la AF mínimo. Usted puede ver el mixingefficiency de cada combustible componente en la página de parámetros de la ficha Diseño. Los términos de calor relacionados con la tuve side se ilustran en la figura siguiente. Términos de calor importantes que subyacen al modelo de calentador encendido son se ilustra en la siguiente figura.4 Por el lado del tubo. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. 5 ING. cada flujo de individuo que pasa a través de las zonas respectivas se considera como una sola atraco. el siguiente de la energía aplica ecuación de balance TRANSFERENCIA DE CALOR RADIANTE Para un objeto caliente en una habitación grande. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. la energía radiante emitida es dado como TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN La transferencia de calor por convección participar entre un fluido y una de metal se da en la siguiente El U realmente varía con el flujo de acuerdo con el siguiente flujo de U relación si se utiliza este método de flujo escamado: 5 ING.4 Tomando zona radiante como un sobre. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 . Para la operación del calentador Despedido. el kvalue permanecen sin cambios. Este es también más realista con bajo caudal 5 ING. La K valor viene dado por: Donde: Factor = valor está determinado por HYSYS internamente para tener en consideración la relación gota flujo y la presión para las regiones de bajo flujo. si el factor de escala caudal mínimo es 0.delta P. El kvalue se calcula sobre la base de dos criterios: Si el flujo de la islarger sistema que el valor en kref (k flujo de referencia). la cantidad. Fthrough la Despedido del calentador.001 (0. EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 . cuando se logra esta relación de flujo de masa.4 La relación de flujo de masa en el tiempo t para hacer referencia de flujo de masa es también conocida como factor de flujo reducido. El factor de escala caudal mínimo es el valor más bajo. es recomienda que el flujo kreference se toma como 40% de diseño de estado estacionario flowfor mejor flujo de presión la estabilidad en el rango de caudal bajo. un kvalue se utiliza para relacionar la caída de presión por fricción y el flujo molar. Si el flujo del sistema es menor que el kref . por lo tanto CAÍDA DE PRESIÓN La caída de presión a través de cualquier paso en la unidad de calentador encendido la operación se puede determinar en una de dos maneras: Especificar la caída de presión . El efecto de kref es aumentar la estabilidad mediante el modelado de un más relación lineal entre el flujo y la presión. lo que se prevé que la proporción con bajo caudal región. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. 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 paso calentador encendido. el caudal mínimo a escala factor puede ser expresada sólo como un valor positive Por ejemplo.1%). (P1-P2) se define como la pérdida de presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del flujo. los Uusedstays como un valor constante. Esta relación es similar a la válvula en general ecuación: Esta ecuación de flujo de caída generalizada de presión a través de la usesthe Despedido pase calentador sin ninguna contribución carga estática. La corriente de entrada se enfría (o calentado) a la condiciones de salida requeridos. Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el enfriador o calentador. La página de la pérdida de calor contiene la pérdida de calor parámetros que caracterizan a la cantidad de calor perdido a través de la pared del vaso. Modelo simple 5 ING. COOLER Las operaciones del refrigerador y el calentador son el calor de un solo lado intercambiador.4 CHILLER. Se especifica el flujo de la energía absoluta de la utilidad corriente. se añade el flujo de calor de la corriente de energía: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 + 𝐷𝑢𝑡𝑦ℎ𝑒𝑎𝑡𝑒𝑟 = 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 Caída de presión La caída de presión del enfriador / calentador se puede determinar en una de dos maneras: Especificar la pérdida de carga de forma manual. Estado Estacionario La diferencia principal entre un enfriador y un calentador es el signo convención. pero usted no está interesado en las condiciones de la utilidad en sí. y los absorbe corriente de energía (o proporciona) la diferencia de entalpía entre las dos corrientes. Definir una relación de flujo de presión en el enfriador o calentador por especificando un valor k. La relación es similar a la ecuación de la válvula en general: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 = √𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝑘√𝑃1 − 𝑃2 Pérdida de calor Página Valoración información con respecto a la pérdida de calor es relevante sólo en El modo dinámico. se puede elegir entre una simple o Modelo de pérdida de calor detallada o ninguna pérdida de calor a través del vaso paredes. la entalpía o calor de flujo del refrigerador de la energía corriente se resta de la de la corriente de entrada: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 − 𝐷𝑢𝑡𝑦𝑐𝑜𝑜𝑙𝑒𝑟 = 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 Para un calentador. EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 . Estas operaciones son útiles cuando usted está interesado sólo en cómo Se requiere mucha energía para enfriar o calentar una corriente de proceso con una utilidad. y luego se aplica HYSYS que el valor de la siguiente manera: Para una. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y el flujo a través del enfriador / calentador. En el grupo de pérdida de calor de modelo. Tamb.4 El modelo simple le permite especificar la pérdida de calor directamente. los parámetros disponibles para el modelo simple aparecen en la siguiente figura. EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 . La temperatura ambiente. El calor área de transferencia se calcula a partir de la geometría del vaso. son calculado por HYSYS usando la siguiente ecuación: 𝑄 = 𝑈𝐴(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎𝑚𝑏 ) Para un portátil. 5 ING. y la temperatura del fluido. U. se puede modificar los valores por defecto que se muestran en rojo. y el coeficiente global de transferencia de calor. A. o haber la pérdida de calor a partir de los especificados valores: Buen valor U Temperatura ambiente El área de transferencia de calor. 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: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 = 𝑈𝐴(𝑇𝑎𝑚𝑏 − 𝑇) 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. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Tf. Para un aire contracorriente Enfriador. Transferencia de Calor El refrigerador de aire utiliza las mismas ecuaciones básicas del balance de energía como la operación de la unidad de intercambiador de calor. y el registro de diferencia de temperaturas media: 𝑄 = −𝑈𝐴∆𝑇𝐿𝑀 𝐹𝑡 Donde U : coeficiente global de transferencia de calor A : área de superficie disponible para la transferencia de calor ∆𝑇𝐿𝑀 : iniciar diferencia media de temperatura 𝐹𝑡 : factor de corrección El factor de corrección LMTD. el área disponible para intercambio de calor. 5 ING. El flujo de aire Se pueden especificar o derivado de los datos de características del ventilador. sin embargo. el balance de energía se calcula como sigue: 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 (𝐻𝑖𝑛 − 𝐻𝑜𝑢𝑡 )𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 Donde: 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 : caudal másico de la corriente de aire 𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 :caudal másico de la corriente de proceso H :entalpía El deber del refrigerador de aire. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. funcionamiento de la unidad. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 . la operación del refrigerador de aire puede calcular el flujo de aire sobre la base de la información de clasificación del ventilador. UA El flujo de aire total Temperatura de la corriente de salida Estado Estacionario Utiliza la misma ecuación básica y el Intercambiador de calor. se define en términos del calor global coeficiente de transferencia. Uno o más ventiladores circulan el aire a través de haces de tubos para enfriar fluidos de proceso.. El refrigerador de aire puede resolver muchos conjuntos diferentes de especificaciones incluyendo la: En general. Los cálculos de aire más frío se basan en un balance de energía entre las corrientes de aire y de proceso. Ft. el coeficiente de transferencia de calor. se calcula a partir de la geometría y la configuración del refrigerador de aire.4 AERO REFRIGERANTES El funcionamiento de la unidad del refrigerador de aire utiliza una mezcla ideal de aire como el calor transferir medio para enfriar (o calor) una corriente de proceso de entrada a un necesaria condición corriente de salida. Q. Los cálculos de aire más frío se basan en un balance de energía entre el proceso de aire y arroyos. determinar la temperatura de la salida del aire Composición molar de la corriente 5 ING. solo utilizar un ventilador.5°F. se muestra el balance energético como de la siguiente manera: 𝑑(𝑉𝐻𝑜𝑢𝑡 )𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 (𝐻𝑖𝑛 − 𝐻𝑜𝑢𝑡 )𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 − 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝜌 𝑑𝑡 Donde: 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 : caudal másico de la corriente de aire 𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 :caudal másico de la corriente de proceso 𝜌 : Densidad 𝐻 : Entalpia 𝑉 : volumen de tubo enfriador de aire Caída de presión La caída de presión del refrigerante del aire se puede determinar en una de dos maneras: Especificar la caída de presión. se requiere enfriar la corriente en un refrigerador de aire. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Ejemplo N° 7 Condiciones de operación. se define como la pérdida de presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del enfriador de aire con un valor k. Temperatura 191°F y un flujo molar de 100 kgmole/h. 100 bar_g. se desprecia la caída de presión. Definir una relación de flujo de presión en el enfriador de aire por especificando un valor k. La cantidad.4 Para una corriente transversal del refrigerador de aire. Esta relación es similar a la ecuación de la válvula en general: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 = √𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝑘√𝑃1 − 𝑃2 La ecuación de flujo general utiliza la caída de presión a través de la Intercambiador de calor y sin ninguna contribución de cabeza estática. Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el refrigerador de aire. se quiere enfriar la corriente a una temperatura de 110. un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y el flujo a través del intercambiador.P2. P1 . EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 . 4 Parámetros de Operación Eficiencia de Hornos Objetivos Construir un paquete de reacciones en el entorno básico del simulador Utilizar un reactor de combustión. 𝑟) − 𝑄𝑟 𝑥𝑟 = 𝑥 100 (𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) 𝑥𝑐 = 𝐸 − 𝑥𝑟 Esquema del horno 5 ING. 𝑟 + 𝑄𝑠. Ecuaciones de cálculo de eficiencia: 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝐸= 𝑥 100 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑥𝑟 = 𝑥 100 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 (𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) − (𝑄𝑠. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 . así como el operador lógico “Adjust”. divisor de corrientes entre otros equipos y la herramienta Spreadsheet. Calcular la eficiencia de un horno que utilice gas combustible. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. 𝑐) − 𝑄𝑟 𝐸= 𝑥 100 (𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) (𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) − (𝑄𝑠. 5% de pérdidas de calor al ambiente por radiación Combustión completa de gas natural Solución Dentro de la simulación hay que incluir al Agua y oxigeno que aparecerán durante el proceso mediante las reacciones que se darán. entrada gas combustibles 77 °F T.0078 CO2 0. base seca 3. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. O2 en exceso. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 . Ingreso de los componentes 6 ING. entrada de aire 77 °F T.0024 Consideraciones 2.1052 Propano 0.0014 N2 0. se utilizara el modelo termodinámico PR.0 T.4 Condiciones de proceso Variables de proceso T.8832 Etano 0. zona de choque (BWT) 1440°F Composición del gas combustible Metano 0. salida productos del combustible 808°F %Vol. 6 ING.4 Ingresando las reacciones – reacción de combustión (100%) 𝟏𝑪𝑯𝟒 + 𝟐𝑶𝟐 → 𝟏𝑪𝑶𝟐 + 𝟐𝑯𝟐 𝑶 Se observa con la cantidad de 10000lbmol/h la reacción no converge y se obtiene 18. ya que se encuentra 2.07% de agua. y también se observa que no se encuentra en base seca.66% de Oxigeno en la corriente de combustión. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Para ello se utilizara la herramienta lógica “Adjust” para obtener la cantidad de aire suficiente para que en la corriente de producto de combustión se obtenga 3%vol. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 . De oxígeno. 485x104 lb/h Para verificar si el producto de combustión se encuentra en base seca se utilizara un Splitter para verificar la composición. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. esta herramienta nos permite hacer un análisis de transferencia de masa. Se especifica en la corriente base seca 0 Agua 6 ING.4 Usando la herramienta Adjust se calcula un flujo másico de aire de 3. 58% en la corriente de base seca La temperatura de la corriente de producto de combustión es 3294.2°F. se especifica que la corriente calcular la temperatura igual (sólo dos productos) e igualar todas las presiones corrientes Se observa la composición de oxigeno de 3. esto se requiere enviar hasta 808°F. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. para ello utilizaremos un cooler. 6 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 .4 Para converger el Splitter. la corriente de agua que se separe tiene que estar a una temperatura de 77°F Siendo Q-101. viene hacer calor de perdida 6 ING.4 Para enfriar la corriente se requiere 29. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. se tiene que enfriar a 77°F para ello se necesita otro cooler para bajar la temperatura. EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 . se separara mediante un splitter para separar el agua de la corriente. La corriente que se enfrio a 808°F. La corriente enfriada.67 MMBTU/h. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. esta herramienta nos permitirá extraer los datos de la simulación. Columna Primaria de destilación Objetivos Obtener el rendimiento y determinar las propiedades más importantes de cada uno de los cortes establecidos para cualquier tipo de Crudo o mezclas de diferentes tipos de Crudo. EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 . 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 6 ING.4 A la corriente de agua se requiere calcular el calor latente y sensible para realizar el cálculo de la eficiencia del horno Utilizando un Spreadsheet para el cálculo de la eficiencia de calor. EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Especificación de Cortes Corte PFE (°C) Gases de Refinería 32 Gasolina (NL) 150 Solvente3 (NP) 210 Kerosene 300 Diesel 385 Columna de fraccionamiento de crudo 6 ING. 4 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. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 . 6 ING. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. (psig) 8 Carga (BPD) 20. 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. 90%. 000 Variacion de presion (psi) 6 T (°F) 630 Pesion fondo (psig) 19 P (psig) 23 Strippers N° Platos 6 Vapor despojante Equipo UDP Stripper – NP Stripper – Kerosene Stripper – Diesel Flujo (lb/h) 800 330 100 100 T (°F) 350 350 350 350 P(psig) 100 100 100 100 6 ING. Flasf point) Duty del sistema de condensación y de los pamparound Datos de partida Carga de la UDP UDP Tipo de Crudo Crudo A Presion cond.4 Especificaciones mínimas de equipos complementarios Pumparound Plato de extracción Plato de retorno Stripper de Vapor Plato de extracción Plato de retorno Convergencia y monitoreo Los parámetros de convergencia y monitoreo se definirán desde el monitor hysys. 50%. EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 . PFE. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. 10%. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.6 Viscosidad Cinematica T(°F) 100 cSt 59.87 T(°F) 122 cSt 33.5 Naphta Ligera (GPM) 60 Naphta Pesada (GPM) 40 Kerosene (GPM) 52 Diesel (GPM) 66 Reflujo PA (GPM) 170 ∆T PA °F) 200 Flash NP (°C) 40 T (°F) plato 27 350 PIE NP (°C) 149 T (°F) plato 20 400 50% NP (°C) 177 T (°F) plato 12 600 90% NP (°C) 199 PFE NP (°C) 210 PFE Kerosene (°C) 300 90% Diesel (°C) 357 PFE Diesel (°C) 385 Crudo A: °API@60°F : 23.06 6 ING.4 Datos de convergencia Gas Refinería (GPM) 0. 24 28. caudal másico y sobre todo la temperatura del gas en el sistema y en la corriente gaseosa purgada a través del orificio de restricción El tiempo de despresurización depende del tamaño del orificio. para acero al carbono es -29°C.1% más alta. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Especificación Valor Longitud 4.98 82 6.69 52. permite una mayor velocidad de despresurización y un mayor tiempo de exposición del material a temperaturas muy bajas.14 300 Methane 0 16.95 900 73.59 46.097 m Diámetro interno 2.5 horas.92 200 omp. se realizara un aumento del tamaño del orificio de 2 a 6 pulg.41 550 n-butane 0.63 350 Ethane 0 20.731 m Material Acero al carbono Densidad 7801 kg/m3 Calor especifico 473 J/kg°K Conductividad térmica 43 W/m°C 7 ING. Ligeros %V 13.93 1050 BSW Agua 0 Despresurización de tanques de alta presión Para minimizar los riesgos asociados con la despresurización rápida de un tanque de gas natural presurizado.18 500 i-butane 0. Se ha observado que incluso cuando la presión inicial es 7. el tiempo de despresurización hasta una misma presión final tarda lo mismo 2.55 400 Propane 0. El parámetro mas importante del material es su temperatura minima de resistencia.16 32. se debe predecir la evolución de la presión.09 700 n-pentane 0.4 TBP %V destilado °F 0. y no de las condiciones medioambientales.93 800 61.69 650 i-pentane 0.58 41. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 . ASME (2006). EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. barg 7 7 7 7 Para los casos de 70 barg. el caudal es 2800 kg/h Para los casos de 75 barg.4 Casos Condiciones en el tanque A B C D Temperatura inicial. el caudal es 30000 kg/h 7 ING. °C 20 25 30 35 Presión inicial. barg 70 70 75 75 Presión final. 51 kgf en el lado tubos. el gas entra a 73.15ºC. 7000kg/h de gas natural a 10ºC hasta los 83.4 Dimensionamientos de intercambiadores tubo coraza Diseñaremos un cambiador de carcasa y tubos para calentar con agua caliente (110ºC). El factor de ensuciamiento es de 0. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.0002 Definimos las opciones de diseño: 7 ING.51 kgf/cm2 en el lado carcasa y una caída de 0. El agua entra a 5.099 kgf/cm2.122 kgf/cm2. Considerar una caída de presión de 0. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 . El agua debe enfriarse hasta los 90ºC. 51 kgf/cm2 Caída de presión admisible en ambos lados = 0.122 kgf/cm2 Caída de presión estimada = 0.71 kgf/cm2 Factor de ensuciamiento = 0.099 kgf/cm2 Caída de presión estimada = 0. definimos la composición: 7 ING. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.15ºC Presión operación entrada = 73.4 Definimos las condiciones de Proceso: Lado carcasa: Temperatura entrada = 110ºC Temperatur salida = 90ºC Presión operación entrada = 5.0004 m2*h*ºC/kcal Para el lado caliente. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 .0002 m2*h*ºC/kcal Lado tubo: Caudal total = 7000 kg/h Temperatura de entrada =10ºC Temperatura de salida = 83.51 kgf/cm2 Factor de ensuciamiento = 0. 4 Para el lado frío definir la composición del gas (ver figura) y bases termodinámicas: Paquete termodinámico = Peng Robinson Paquete termodinámico agua = Steam – TA Solubilidad = 0 Simular condiciones flash L-V 7 ING. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 . 98 in 7 ING. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 .4 Estimar las propiedades del gas natural que circula por lado tubos: Definimos la geometría del cambiador de calor. Especificación TEMA: AEU Espesor de tubo = 2mm Separación radial tubos = 0. No usamos la opción diseño específico de boquillas en lado tubos. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 .4 No usamos la opción diseño específico de boquillas en lado carcasa. 7 ING. 4 Definimos las especificaciones de diseño: Presión de diseño carcasa lado caliente = 12. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.237 kgf/cm2 Tº de diseño carcasa lado caliente = 130ºC Tº de diseño tubos lado frío = 80ºC 7 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 . 4 En métodos de correlaciones no no usamos de trasnferencia de calor de líquido subenfriado: PLANO MECÁNICO DEL EQUIPO: 7 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. 4 COSTOS DEL EQUIPO: Puesta en marcha de planta de gas DESARROLLO DE LA INGENIERÍA BÁSICA E INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE DETALLE DE UN SISTEMA DE INYECCIÓN DE GAS NATURAL DESDE UNA FUENTE A 50BARG Y 25ºC MEDIANTE SISTEMAS DE COMPRESIÓN EN SERIE Y ENFRIAMIENTO CON AEROREFRIGERANTES Y CAMBIADORES DE CARCASA Y TUBOS. IMPUTS: En la primera etapa instalamos 2 tanques de separación con los siguientes imputs: 7 ING. HOJA DE DATOS DE EQUIPOS. DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y PROCESOS. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 . DISEÑO ESPECÍFICO DE EQUIPOS Y PREPARACIÓN DE DIAGRAMA DE FLUJOS. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Una vez inicializado el sistema seleccionamos la opción usar curva característica.4 Instalamos válvulas aguas abajo y aguas arriba y una válvula de descarga de condensados con altos cv’s. especificamos una potencia de turbinas de 5612kW e introducimos punto a punto la curva del compresor en función de cada velocidad de giro. Instalamos un compresor con una presión de descarga de 100barg y simulamos el conjunto especificándole una eficiencia adiabática del 75% y una velocidad de turbina de 600rpm. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 . El compresor será tipo reciprocante de desplazamiento positivo. 8 ING. 4 8 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 .SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. 4 8 ING.SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 . EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 .4 8 ING.SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 8 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 . EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 .4 Instalar válvulas on/off antes del sistema de enfriamiento y definir la presión de descarga en 100barg. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. 8 ING. Observar la evolución del punto de operación en la curva del compresor. La presión debe mantenerse en 100barg simulando la pérdida de carga del equipo. Lo imputs son los siguientes: 8 ING.4 Instalamos el sistema de refrigeración con aeros hasta conseguir unos 45ºC de salida. EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. esto implica simular el intercambio convectivo debido a la circulación del aire en el sistema. Para ello instalamos coolers asociados a hojas de cálculo en HYSYS simulando la energía que es capaz de enfriar el aire a su paso por los tubos del aero.4 Posteriormente instalamos pulsadores de apagado manual de los ventiladores. 8 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. 4 Pulsadores: Cooler: 8 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.2/a8)*0. Convirtiendo de kcal/h a kW se calcula la cantidad de calor a enfriar por el cooler: =(a7*a4*(a5-45)*0. La lógica es la siguiente: =@if(a2=0)then(@if(a3=0)then(d5)else(0))else(0) Sabiendo que: Q= W*cp*(T-Tref)/PM.4 Hoja de cálculo: SPREADSHEET Las celdas A2 y A3 indican si el ventilador esta conectado (1) o apagado (0). en la celda B6 se exporta en función de las condiciones del ventilador la cantidad de calor calculada en la celda D5.001163 8 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 9 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 . 2 kPa = 2. Seguir la siguiente secuencia de simulación: . Instalar el gasoducto como un tanque horizontal ingresando los siguientes imputs: 9 ING. Simular la pérdida de carga mediante una válvula con CV = 900USGPM: Observar que esta válvula genera una pérdida de 219. .19 bar.4 De la primera etapa de compersión de gas simulamos un gasoducto marino de 30km hasta una 2º etapa de compresión. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Es importante simular la pérdida de carga del gasoducto y aislar el sistema de compresión de 1º etapa. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 . 4 9 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 .SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Estos tanques deberán tener los siguientes imputs: Instalar una válvula manual completamente abierta y de alto CV aguas arriba del tanque de separación para cada tren. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.5 barg. Instalar la válvula de control de nivel LVC 3 y una válvula de aislamiento del equipo SDV12.4 Instalar la válvula que aisle la 1º etapa de compresión y una válvula circunstancial. 9 ING. La segunda deberá estar completamente cerrada. El sistema deberá quedar de la siguiente forma: Fijamos la presión de salida de la 1º etapa de compresión en 99. la primera deberá estar abierta al 100% y con un CV muy alto. Procedemos a simular la 2º etapa de compresión instanado en primer lugar 3 trenes de tanques separadores de succión de compresores. 4 9 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 .SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 . instalar los compresores de 2º etapa definiendo como presión de descarga 202barg.4 A la salida de los tanques. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Especificar los siguientes imputs en los compresores: ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 .4 Definir las curvas de los compresores para distintas velocidades de giro de las turbinas según los siguientes puntos: ING. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 .4 ING.SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Esto se ajustará posteriormente con un control de caudal variable. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Observar que a la ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 .4 Es importante que nosotros definamos la potencia de suministro al compresor para obtener la presión de descarga buscada (como la definimos debemos comprobar que operamos dentro de la curva). EDGAR JAMANCA ANTONIO 4 .4 descarga del compresor la temperatura aumenta con lo cual es necesario enfriar el gas. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. Para ello se simulará en este caso un cambiador de carcasa y tubos en donde el fluido refrigerante será el agua proveniente de un sistema de bombeo. Agua de refrigeración: ING. Para cada cambiador de calor definir: . 4 Definimos la presión de entrada del agua a 12barg y 26.biador: ING.4 bar a su paso por el cambiador y la corriente de salida tendrá las siguientes propiedades: Instalamos la válvula de control de temperatura previo al diseño del controlador de lazo cerrado: . El agua perderá 0. Los imputs del ca. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.32ºC. EDGAR JAMANCA ANTONIO 5 . EDGAR JAMANCA ANTONIO 6 .4 Definimos la presión a la cual deseamos suministrar el gas. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. ING. 4 Para instalar el sistema de bombeo mediante un siubflowsheet definimos colectores de suministro y recepción: Instalamos el subflowsheet para el sistema de bombeo de agua: ING. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 7 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Bomeamos agua desde la presión atmosférica a 26ºC: ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 8 SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 - A partir de la curva característica de la bomba introducimos los puntos de la misma: ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 9 SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 En la pestaña de diseño dinámico de la bomba marcamos la velocidad de giro de la curva y que el programa use dicha curva. Instalamos la válvula de suministro completamente abierta y con CV alto. Finalmente instalamos los siguientes controladores: 1º Control de nivel en tanques 1º etapa. 1 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 0 SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 2º Control de presión en compresores de 1º etapa: 1 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO 1 . SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Realizar el mismo control de presión para compresores de 2º etapa: Finalmente instalamos el control de temperatura a la salida de los cambiadores con un set de 45ºC y lo asociamos a la válvula de control instalada. EDGAR JAMANCA ANTONIO 2 . 1 ING. SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8. EDGAR JAMANCA ANTONIO 3 .4 IMPORTANTE: DEFINIR TIEMPOS Y ACELERACIÓN DE SIMULACIÓN HACIENDO CTRL+I: 1 ING.