14. Introducción a Aspen Plus Desarrollado en el MIT por L. Evans. Actualmente posiblemente sea el más extendido en la industria. (Compró a HYSIM/HYSIS en 2003) QUÉ ES ASPEN PLUS •Aspen Plus es un simulador estacionario. •Simulador secuencial modular (en las últimas versiones permite la estrategia orientada a ecuaciones) •Orientado a la industria de proceso: Química y petroquímica. •Modela y simula cualquier tipo de proceso para el cual hay un flujo continuo de materiales y energía de una unidad de proceso a otra. Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez 2 ¿DE QUÉ SE COMPONE ASPEN PLUS? El paquete de simulación se puede dividir en tres bloques fundamentales: ►Simulation Engine. Es el núcleo del programa, escrito en Fortran es el que soporta todo el modelo desde la lectura del archivo de entrada que describe el proceso hasta su resolución por algoritmos numéricos. Tiene diferentes módulos aparte del de simulación: optimización, estimación, regresión, ... ► Graphic User Interface. Es el entorno gráfico de modelado. ► Propiedades físicas. Bancos de datos con modelos termodinámicos y propiedades de un gran un número de componentes: orgánicos, inorgánicos, electrolitos y sólidos. Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez 3 Graphic User Interface: •Es la interface gráfica de usuario para la creación de modelos. •Posee una sistema experto que va guiando en la construcción de un modelo. •Posee ayuda con hiperlinks, de forma que se accede de forma rápida a los diferentes menús. •Menú de iconos que se identifican con los modelos de su librería. •Posee un modo de dibujo en el cual se puede ‘adornar’ la descripción del modelo (lo que se haga aquí no afecta al modelo) Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez Entalpías.. Energías libres. Entropías. Mezclas no polares Mezclas altamente no ideales. Las propiedades más empleadas son: Coeficientes de fugacidad. Modelado y simulación en Ingeniería Química. Se deben seleccionar según el tipo de componentes y condiciones de operación de trabajo: Mezclas ideales. Petróleo. Densidades.. Asociación y dimerización en fase vapor. Seleccionas directamente a los métodos que quieres emplear: NRTL Wilson Redlich-Kwong UNIFAC UNIQUAC . Aminas.4 Physical Properties: Son los métodos y modelos empleados para el cálculo denominados Option Sets. Hidrocarburos y gases de hidrocarburos. Manuel Rodríguez . Mezclas polares. absorción) .Alimentaciones y productos . directo De optimización: SQP (Programación cuadrática) De regresión: Britt-Luecke.Tuberías . Manuel Rodríguez . Secante. Newton. Wegstein.Flashes y Cambiadores .Sólidos .Mezcladores y Separadores .5 Simulation Engine: Librería de modelos: Aspen divide los modelos en las siguientes categorías: .Cristalización Para cada modelo escogido existen diferentes iconos.Reactores . Algoritmos de resolución: De simulación: Broyden. Deming (WLS) Modelado y simulación en Ingeniería Química.Bombas y compresores .Destilación Shortcut . extracción.Separaciones rigurosas (destilación. 3. Un proceso se modela en Aspen siguiendo los siguientes pasos: 0. (Opcional) Imponer condiciones de diseño de especificación: variar una expresión (varaiable o relación entre ellas) para alcanzar una especificación. separan. 2. (Opcional) Realizar estudios de sensibilidad o ‘case studies’. Elegir los modelos termodinámicos del banco de Aspen para representar las propiedades físicas. enfrian y convierten en unidades de operacion. 4. Especificar los componentes químicos en el proceso. 1. 5. (Opcional) Introducir sentencias Fortran para adecuar el modelo de la librería al modelo necesitado. calientan.6 ¿QUÉ ES UN MODELO DE SIMULACIÓN DE PROCESOS EN ASPEN PLUS? Un Proceso consiste en componentes que se mezclan. Especificar los caudales de flujo y las condiciones termodinámicas de las corrientes alimentación al proceso. Definir la topología de la flowsheet del proceso: Definiendo las unidades de operación del proceso Definiendo las corrientes de proceso que fluyen entre las diferentes unidades Seleccionando modelos de unidades de operación de la librería de Aspen. Manuel Rodríguez . 7. 6. Especificar las condiciones de operación para las unidades de la Flowsheet. Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez . .Operaciones con sólidos Modelado y simulación en Ingeniería Química.7 Otras tareas que permite ASPEN PLUS: .Calculos de costes de la planta .Exportar los resultados a hojas de calculo.Optimizaciones del proceso . .Generación de resultados de forma gráfica y en tablas .Reconciliación de datos de planta con los modelos de simulación .Estimación y regresión de propiedades físicas.Operaciones con electrolitos . Manuel Rodríguez . El Aspen se ha empleado para modelar procesos en industrias: químicas y petroquímicas. cambios tecnológicos. industrias del papel y la pulpa.. estudiar la flexibilidad de la planta para diferentes alimentaciones.. establecer cambios en condiciones de operación para diferentes especificaciones. metales y minerales. Los modelos se emplean en todas las fases de la vida de una planta. -En el diseño del proceso: Estudiar tendencias.....8 Usos de Aspen Plus. -En la planta existente: Mejorar operaciones de la planta. farmaceúticas y biotecnología. procesamiento de gas y aceites.. refino de petroleo. fueles sintéticos..Nuevos cambios en la planta (revamping) Modelado y simulación en Ingeniería Química. -En el desarrollo del proceso: Para estudiar los costes de un proceso conceptual. reducir consumos de energía. alimentación. generación de energía.. Manuel Rodríguez .9 Modelado y simulación en Ingeniería Química. VENTANAS PRINCIPALES Menús 10 Zona de trabajo Tipos de corrientes Librería de modelos Estado del diagrama de flujo (DOF) Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez . Manuel Rodríguez .DATA BROWSER I 11 Modelado y simulación en Ingeniería Química. ... corrientes.. Selección de opciones de convergencia en los métodos numéricos. Especificación de los componentes que participan. Modo orientado a ecuaciones Resumen de resultados: convergencia. si hay en el proceso. Selección de los métodos y modelos de propiedades físicas Definición de las corrientes de proceso (normalmente se hace en la zona de trabajo) Definición de los bloques de proceso (se puede hacer en la zona de trabajo) Definición de las reacciones...) Herramientas de análisis: sensibilidad. balances de masa/energía. Opciones de la hoja de flujo (diseño de especificaciones.DATA BROWSER y II 12 Especificaciones generales y selección de sistema de unidades. ajuste de parámetros. El El indica que ese apartado está completo. indica que ese apartado NO está completo.. Manuel Rodríguez . Modelado y simulación en Ingeniería Química.. optimización. Cada simulación parte como estado inicial para buscar la solución de los resultados anteriores. Modelado y simulación en Ingeniería Química.OPCIONES DEL SIMULADOR 13 Permite ejecutar sólo balances de materia. Manuel Rodríguez . Manuel Rodríguez . el usuario puede definir su propio sistema de unidades.SELECCIÓN DE SISTEMA DE UNIDADES 14 Selección de unidades entre las preconstruidas. Modelado y simulación en Ingeniería Química. Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez .OPCIONES DEL INFORME 15 Qué variables son interesantes para mostrar en los resultados. SELECCIÓN DE COMPONENTES 16 Nombre dado por el usuario Nombre “oficial” (inglés) Fórmula Se debe introducir uno de estos dos Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez . SELECCIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS 17 Parámetros de interacción Selección de un método entre los disponibles. Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez . Modelado y simulación en Ingeniería Química. p ej. pueden ser de 4 tipos. Manuel Rodríguez .REACCIONES 18 Química de electrolitos Reacciones. Powerlaw es Arrhenius y React-dist se emplea para destilación reactiva. SELECCIÓN DE MODELOS I 19 Diferentes ICONOS para un modelo. Manuel Rodríguez . Diferentes modelos de columnas Modelado y simulación en Ingeniería Química. botón derecho del ratón Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez .SELECCIÓN DE MODELOS II 20 •Drag and drop •Opciones. Manuel Rodríguez . 160 573 Modelado y simulación en Ingeniería Química.SELECCIÓN DE MODELOS III 21 •Doble click o con el databrowser se accede al menú de especificación del equipo. SELECCIÓN DE MODELOS y IV 22 Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez . Modelado y simulación en Ingeniería Química. en rojo corrientes principales Se arrastra la corriente hasta un terminal y se da un click. Manuel Rodríguez . En azul decantado de agua.DEFINIENDO CORRIENTES 23 Tipos de corrientes Entradas y salidas de los equipos donde conectar las corrientes. •Botón derecho del ratón. Manuel Rodríguez . menú de opciones Modelado y simulación en Ingeniería Química.DEFINIENDO CORRIENTES II 24 •Se numeran automáticamente. 523 160 100 Modelado y simulación en Ingeniería Química.DEFINIENDO CORRIENTES y III 25 •Doble click o con el databrowser se accede al menú de especificación de la corriente. Manuel Rodríguez . Manuel Rodríguez .EJECUCIÓN DE LA SIMULACIÓN I 26 Se ejecuta la simulación Todos los datos necesarios se han completado Modelado y simulación en Ingeniería Química. EJECUCIÓN DE LA SIMULACIÓN y II 27 Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez . Modelado y simulación en Ingeniería Química. rojo=errores. Manuel Rodríguez .RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN I 28 Resultados pueden ser: azul=OK. amarillo=Warnings. RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN II 29 Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez . Manuel Rodríguez .RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN y III 30 Tabla de resultados Modelado y simulación en Ingeniería Química. transferencia de variables y diseño de especificaciones. Manuel Rodríguez . Modelado y simulación en Ingeniería Química. ensayos de sensibilidad.OPCIONES AVANZADAS 31 3 de las más empleadas. Manuel Rodríguez .32 Modelado y simulación en Ingeniería Química. PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO I 33 Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez . Manuel Rodríguez .PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CICLOHEXANO II 34 RXNHEAT BFWPHT R-COOL AVAILH BFW SL115 STM115 BFWOUT H2RCY RX-COOL V-FLOW PURGE VAP H2IN FEED-MIX FEED-HTR REACT HP-SEP BZIN FEEDMIX RXIN RXOUT LTENDS COLUMN L-FLOW LIQ CHRCY COLFD PRODUCT Modelado y simulación en Ingeniería Química.