Post on 28-Dec-2015
SIMULACIÓN DE PROCESOS
APLICADO A LA INDUSTRIA
USANDO ASPEN HYSYS V8.0 Ingenieria de Procesos
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 1
Contenido INTRODUCCIÓN A LOS SIMULADORES DE PROCESOS ..................................................................................................... 2
MODELOS TERMODINAMICOS, COMPONENTES Y PROPIEDADES .................................................................................. 5
Administrador básico de la simulación ...................................................................................................................... 5
PROPIEDADES DE MEZCLA ........................................................................................................................................ 16
MÓDULO II..................................................................................................................................................................... 22
SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO ..................................................................................................................... 22
Divisor de corrientes (Tee) ....................................................................................................................................... 22
Mezclador de Corrientes (Mixer) .............................................................................................................................. 24
Fraccionador de corrientes (Splitter) ....................................................................................................................... 27
Bombas (Pump) ......................................................................................................................................................... 29
Compresor (compressor) – Expansor (Expander) .................................................................................................... 35
Tuberías (Pipe) y Válvulas (Valv) ............................................................................................................................. 41
Separación de fases Instantáneas (Separator & Tank) ............................................................................................. 51
SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO (Transferencia de calor) ............................................................................ 57
Air cooler ................................................................................................................................................................... 57
Cooler/Heater ........................................................................................................................................................... 60
Horno (Furnace) ........................................................................................................................................................ 63
Heat Exchanger ......................................................................................................................................................... 70
Simulación de reactores: .............................................................................................................................................. 74
Reactor de conversión ............................................................................................................................................... 74
Reactor de Equilibrio ................................................................................................................................................ 78
Reactor CSTR, ............................................................................................................................................................ 82
Reactor PFR ............................................................................................................................................................... 82
SIMULACIÓN DE COLUMNAS DE DESTILACIÓN ............................................................................................................. 86
Columnas de destilación corta .................................................................................................................................. 86
Columna de destilación simplificada ........................................................................................................................ 89
Columnas de Absorbedor .......................................................................................................................................... 92
MODULO VI: CASOS DE ESTUDIO .................................................................................................................................. 94
Caracterización de crudos de refinerías ................................................................................................................... 94
Eficiencia de Hornos o calderas ................................................................................................................................ 99
Sistema multiefecto de evaporadores ..................................................................................................................... 107
Planta de producción de etanol .............................................................................................................................. 109
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 2
INTRODUCCIÓN A LOS SIMULADORES 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
Figura Nº1: Esquema del paquete AspenOne – Hysys
VENTAJAS DEL USO DE SOFTWARE DE SIMULACIÓN
La simulación interfiere en sistema del mundo real.
Es un proceso relativamente eficiente y flexible.
Hace posible analizar y sintetizar una compleja y extensa situación real.
Permite el diseñador examinar rápidamente varias configuraciones de planta
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 3
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.
MAPA DE RUTA
Figura Nº2: Ruta para definir una simulación
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 4
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.
Figura Nº3: Simulación estacionaria – UPD Crudo
SIMULACIÓN EN ESTADO DINÁMICA
La simulación Dinámica puede ayudar a mejor el diseño, optimizar y operar procesos. Las plantas
nunca están en estado estacionario. Los disturbios de la carga y del medio ambiente, el mal
intercambio de calor y la degradación catalítica continuamente afectan las condiciones de un
proceso estable.
El comportamiento de los sistemas de procesos es mejor estudiado usando una simulación
dinámica. 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. Definiendo detalladamente las
especificaciones de los equipos, en la simulación dinámica, 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 APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 5
Figura Nº4: Simulación dinámica
MODELOS TERMODINAMICOS, COMPONENTES Y PROPIEDADES
Administrador básico de la simulación
Ingreso de componentes
Aspen Hysys V8.0 contiene una gran variedad de base de datos de componentes químicos, se
iniciara el programa Aspen Hysys V8.0, “File”, “New”, “case” y obtendremos la siguiente ventana.
Figura Nº5: Entorno del administrador de propiedades
Luego de iniciar el programa en la parte inferior Aspen Hysys V8.0 muestra un panel de mensajes
“Message Panel” en el cual indica los errores durante la simulación; para ingresar los
componentes para la simulación se ira a “Components Lists”, “Add” y se obtendrá la siguiente
ventana
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 6
Figura Nº6: Vista de ingreso de componentes
Figura Nº7: Filtro para seleccionar componentes
Para seleccionar componentes se utiliza los filtros1 para el tipo de familia o ingresando el nombre
o formula del componente en el buscador (Nombre de los componentes en idioma ingles)1
Figura Nº8: Vista de ingreso de componentes puros
Componente hipotético
Un componente hipotético puede ser:
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, esta no será
ubicada
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 7
Componentes puros
Mezclas definidas
Mezclas indefinidas
Solidos
Que no se encuentra en la base de datos de Aspen Hysys V8.0; se tiene varios métodos de
estimación para asegurar la representación adecuada del comportamiento de os componentes
hipotéticos adicionados. También hay métodos para estimar los coeficientes binarios entre
componentes hipotéticos.
También sirve para clonar los componentes de la lista disponibles en Aspen Hysys y luego
modificar sus especificaciones, estos compuestos se pueden usar en reacciones.
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. Debido a que estos componentes
no pertenecen a un paquete específico estos pueden ser compartidos por varios paquetes en la
misma simulación.
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
Mayor a 700ªF Punto normal de ebullición Densidad del liquido
No se conoce o es un solido Densidad del liquido 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 Nº10: Vista de ingreso de componentes hipotéticos
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 8
Se construirá la estructura de la molécula en base a
los sub-grupos.
Sub- Adicionar CH3 3 CH2 4 -C- 1 CH 1
Figura Nº11: Entorno de componentes hipotéticos
Figura Nº12: Vista de estructura de un componente hipotético
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 9
Figura Nº13: Propiedades calculadas - UNIFAC
Figura Nº14: Definición completa de un componente hipotético
Paquete de fluido
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 10
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. El paquete de fluido permite definir toda la información (propiedades,
componentes hipotéticos, parámetros de interacción, reacciones, datos tabulados, etc.) dentro de
un archivo muy sencillo. Son tres las ventajas de esto, a saber:
Toda información asociada se define en una sola localidad, lo que permite la fácil
creación y modificación de la información.
Los paquetes fluidos pueden almacenarse como un archivo completo para usarlos en
cualquier simulación.
Pueden usarse varios paquetes fluidos n una misma simulación. Sin embargo, todos los
paquetes definidos se encuentran dentro del administrador básico de la simulación.
Administrador del paquete básico de la simulación
Este paso es muy importante y no se debe tomar al a ligera, ya que definir la base de la simulación.
Si tenemos una buena base, tendremos una buena simulación, pero si introducimos un error
desde el principio, este se agravara con el desarrollo de la simulación2.
Figura Nº15: Vista de definición de un paquete de fluidos – PR
Corrientes de mezclas Clases de corrientes en Aspen Hysys
Aspen Hysys utiliza el concepto de corrientes de materia y corrientes de energía. Las corrientes
de materia requieren, para su completa definición, del a especificación del flujo y de aquellas
variables que permitan la estimación de todas sus propiedades físicas y termodinámicas. Las
corrientes de energía se utilizan para representar los requerimientos energéticos en unidades
como intercambiadores de calor, bombas, etc. Y se especifican, completamente con solo la
2 Antes de iniciar la simulación se debe considerar la selección de un sistema de unidades
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 11
cantidad de energía intercambia o transferida en dichas unidades. En Aspen Hysys la corriente de
materia se observa, por defecto de color azul, mientras que las corrientes de energía es de color
rojo.
Corrientes de Energía
El elemento más simple que de un diseñador de proceso debe especificar es una simple corriente
homogénea. Las variables que definen a una corriente que contiene C componentes son:
Variables Cantidad Concentraciones C Temperatura 1 Presión 1 Flujo 1 Total de Variables C + 3
Expresando las concentraciones en fracciones molares, Xi, se cumple una restricción de suma
entre ellas, es decir que:
∑ 𝑋𝑖 = 1
𝑁
𝑖=1
Por lo tanto, el número de variables de Diseño, 𝑁𝑖𝑒 , que se reuqiern para especificar
completamente una corriente de materia es de la diferencia entre el número de variables y el
número de restricciones, es decir:
𝑁𝑖𝑒 = 𝐶 + 2
De acuerdo a la ecuación anterior, se define el estado termodinámico de una corriente de materia
al conocerse la composición de una corriente de materia y otras dos propiedades, (fracción de
vapor, temperatura, presión, entalpía o entropía) una de las cuales debe ser o la temperatura o la
presión.
Evaporación espontanea de una corriente de materia
Cuando se especifica una corriente de materia con la información suficiente, Aspen Hysys haces
los cálculos apropiados de la evaporación espontanea. Es decir, si se especifican, por ejemplo,
temperatura y presión calcula si la corriente es de una fase (liquida o vapor) o de dos fases líquido
y vapor, etc. Dependiendo de las dos propiedades conocidas de la corriente de materia Aspen
Hysys desarrolla uno de os siguientes cálculos de evaporación espontanea:
Isotérmica : T – P
Isoentálpica : T – H o P – H
Isoentrópica : T – S o P – S
Fracción de vaporación conocida : T – Vf o P – Vf
En la evaporación espontanea a una fracción de vaporación conocida entre 0.0 y 1.0, Aspen Hysys
calcula la presión o la temperatura dependiendo de la que sea especificada como variable
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 12
independiente. Si se despliega un error, en este tipo de cálculos, significa que la fracción de vapor
específica no existe a las condiciones de presión o temperatura especificadas. Es decir, la presión
especificada es mayor que la presión cricondenbárica3 o la temperatura especifica es de un valor
a la derecha de la temperatura criconentérmica 4 sobre la envolvente estándar de presión –
temperatura.
Punto de roció de una corriente de materia
Si, además de la composición de una corriente de materia, se especifica una fracción de vapor de
1.0 y su temperatura Hysys calculara la presión del punto de roció. Enforna similar, si en vez d
especificar la temperatura se especifica la presión Hysys calculará la temperatura del punto de
roció de la mezcla. Los puntos de roció retrógrados se pueden calcular especificando una fracción
de vapor de 1.0
Punto de burbuja de una corriente de materia/Presión de vapor
Una especificación d una fracción de vapor de 0.0 para una corriente define un cálculo de punto
de burbuja. Se además se especifica la temperatura o la presión, Hysys calculara la variable
desconocida presión o temperatura. Al fijar una temperatura de 100ªF la presión
correspondiente al punto de burbuja es la presión de vapor a 100ªF
INGRESO DE UNA CORRIENTE DE MATERIA EN ASPEN HYSYS5
Para la instalación de corrientes de materia, se ingresa desde el Simulation dando clic, es la
pantalla principal del simulador donde realizaremos las simulaciones en este medio se hace muy
visual y fácil de llevar,
3 Máxima presión en la cual coexisten equilibradamente la fase liquida y la fase gaseosa 4 Máxima temperatura en la cual coexisten equilibradamente la fase liquida y gaseosa. 5 Antes de iniciar la simulación, se sugiere guardar el trabajo a simular
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 13
Figura Nº16 Vista de pantalla de simulación
En la versión 8.0 la paleta de objetos se divide en 6 pestañas; Columns, Dynamics, Refining,
Common, Custom, Upstream
Para adicionar corrientes, hay dos tipos de corrientes, materia y energía
(deben especificarse.
A continuación se realizara el ingreso para un corriente de gas y se aplicara
todas las aplicaciones que contienen una corriente de materia, utilizando las
propiedades de utilities, gráficas y extensiones.
Figura Nº17: Paleta de objetos
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 14
Paleta de Objetos
Panel de Mensajes
Panel de
navegacion
Panel de Simulación
Botones del entorno
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 15
Figura Nº18: Estructura del simulador – Aspen Hysys V8.0
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 16
PROPIEDADES DE MEZCLA
Ejemplo Nª1:
Ingresar una corriente de gas que contiene la siguiente composición:
Figura Nº19: Definición de componentes de un corriente de materia
Figura Nª20: Definición de condiciones de operación de una corriente – “Gas”
Evaporación espontanea isotérmica, T – P, dela corriente “Gas”
Asigne una presión de 7500 kPa y una temperatura de 10ºC, ¿Cuánto es la fracción
vaporizada? ¿Por qué la corriente “Gas” no está completamente especifica?
Asigne un flujo molar de 100 kgmol/h y observe el “ok” que aparece en la banda vede que
significa que la corriente “Gas” se encuentra completamente especificada”.
Evaporación isoentálpica, T – H o P – H, de la corriente “Gas”
Asigne una presión de 7500 kPa, ingrese una entalpia molar de -1500 kJ/kgmole. ¿Cuánto
es la T, la fracción de vapor, y la entropía molar de la corriente?
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 17
Borre la presión asignada en el punto anterior y mantenga la entalpia molar. Especifique
una temperatura de 980ºC. ¿Cuánto es la presión, la fracción de vapor y la entropía molar
de la corriente?
Asigne una temperatura de 2000ºC ¿Cómo se explica el error que reporta Aspen Hysys?
Punto de Burbuja de la corriente “Gas”
Asigne una fracción de vapor de 0.0 y una presión de 7500 kPa. ¿Cuánto es la temperatura
de burbuja de la corriente “Gas” a la presión de 7500 kPa?
Asigne una Temperatura de -30. ¿Cuánto es la presión de vapor de a corriente “Gas” a un
temperatura de -30?
Cambie la temperatura asignada en el punto anterior y asigne el valor de 100ºC. ¿Cómo
se explica el error reportado por Aspen Hysys?
Punto de Roció de la corriente “Gas”
Asigne una fracción de vapor de 1.0 y una presión de 7500kPa. ¿Cuánto es la temperatura
de roció de la corriente “Gas” a la presión de 7500 kPa?
Borre la presión asignada anteriormente y mantenga la fracción de vapor. Asigne una
temperatura de 100ºC. ¿Cuánto es la presión de roció a la temperatura de 100ºC?
Asigne una fracción de vapor de -1.0 y una presión de 5000 kPa. ¿Cuánto y qué significado
tiene la temperatura calculada?
Instalación de una corriente de energía en Aspen Hysys
Una corriente de energía se instala mediante el mismo procedimiento que una corriente de
materia y solo necesita de una especificación que es el flujo calorífico correspondiente
Figura Nº21: Definición de una corriente de energía
Ingrese el valor de -10000 kJ/h en el cuadro “Heat Flow(kJ/h)”. Observe que la corriente esa
completamente especificada
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 18
Ingresando corrientes desde el Worbook
Al abrir el Worbook nos permite ingresar los datos no solo de una corriente, sino de n corrientes
Figura Nº22: Ingreso de composición y condiciones de operación mediante Worbook
Propiedades de corrientes de materia Para anexar un diagrama de propiedades a una corriente:
Instale un nuevo caso importando el paquete fluido “Planta de Gas” definido en el ejemplo
Nº1
Instale una corriente de materia con el nombre de “Gas”, 10ºC, 7500 kPa, 100 kgmol/h y
composición especificada como lo muestra la Figura Nº19
Haga clic sobre la pestaña “Attachments” y luego haga clic sobre “Analysis”, “Create”,
“Boiling Point Curves”
Figura Nº23: Valores máximos y críticos de temperatura y presión de la corriente “Gas”
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 19
Figura Nº24: Diagrama Presión – Temperatura de la corriente “Gas”
Propiedades críticas de una corriente Las propiedades críticas y seudocriticas de una mezcla son estimadas por Aspen Hysys de
acuerdo a la ecuación elegida en el paquete de fluido. La opción “Critical Property” de a
herramienta “Analysis” facilita dicha información para la corriente seleccionada.
Figura Nº25: Propiedades críticas de la corriente “Gas”
Tabla de propiedades de una corriente La herramienta “Property Table” permite examinar las tendencias de una propiedad, dentro de
un intervalo de condiciones, tanto en forma tabular como gráfica. Esta facilidad calcula variables
dependientes para un intervalo o conjunto de valores de variable independiente especificada.
Esta tabla se encuentra dentro de cada corriente “Attachaments”, “Create”, “Property Table”
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 20
Figura Nº26: Ventana para la construcción de una Tabla de Propiedades
Ejemplo Nº2
Seleccione la Temperatura como la primera variable independiente
Cambie el límite inferior y superior a 0ºC y 100ºC respectivamente. En el cuadro “# of
increments” digite el numero 5
Seleccione la presión como la segunda variable independiente
Cambie al modo “State”
En la matriz “Sate Values” introduzca los valores 2000, 4000, 6000, 8000 y 10 000 kPa
Ahora introduciremos la propiedad dependiente “Dep. Prop”, seleccionar “Mass Density”
Figura Nº27: Navegador de variables
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 21
Figura Nº28: Grafica de densidad vs Presión para la corriente “Gas”.
Dimensionamiento de tubería de una corriente Dentro de la herramienta “Analysis” se encuentra una opción denominada “Pipe Sizing” que
estima el Régimen de Flujo de una corriente a las condiciones especificadas. Se calcula el diámetro
máximo conociendo la caída de presión por unidad de longitud y viceversa y adicionalmente
propiedades de flujo como velocidad, factor de fricción, viscosidad, etc.; para ello seleccionaremos
“Pipe Sizing”, para especificar la tubería, asumiéramos que la caída de presión es de 10 kPa/m.
Figura Nº29: Dimensionamiento de la Tubería
En la sección de “Performance” se observa el cálculo del Régimen de Flujo (estratificado) de la
corriente “Gas” a las condiciones especificadas que incluye propiedades de transporte (Fase,
viscosidad, densidad, Flujo y densidad) y parámetros adicionales del régimen de flujo (Numero
de Reynolds y factor de fricción)
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 22
Figura Nº30: Régimen de Flujo de la corriente “Gas”
MÓDULO II
SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO
Divisor de corrientes (Tee)
La operación Tee divide una corriente de alimentación en varios productos arroyos con las
mismas condiciones y composición como la alimentación transmitir, y se utiliza para simular
tuberías en T y colectores.
Figura Nº31: Divisor de corrientes
Parámetros y split Para los cálculos de estado estacionario, especifique la relación de flujo deseada (la relación de
flujo de la corriente de salida para el flujo de entrada total). Usted puede alternar entre ignorar o
reconocer cuando un flujo negativo se produce al seleccionar la casilla de verificación Advertir
sobre flujo negativo.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 23
Figura Nº32: Divisor de corrientes
Una relación de flujo es generalmente de entre 0 y 1, sin embargo, que uno se puede dar una
relación de reater. En ese caso al menos un los arroyos salida tienen relación flujo negativo y flujo
negativo (reflujo).
Figura Nº33: Divisor de corrientes
Para corrientes de salida de n de la T, debe especificar N-1 relaciones de flujo. HYSYS calcula el
flujo de la corriente desconocida ratio y los caudales de salida.
∑ 𝑟𝑖 = 1.0
𝑁
𝑖=1
𝑟𝑖 =𝑓𝑖
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.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 24
Se recomienda encarecidamente que la elevación 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 a la Tierra en el Campo de
elevación.
Figura Nº34: Divisor de corrientes
Ejemplo N° 03
De la corriente de Gas situado en el ejemplo nº , dividir la corriente en 4 corrientes de Gas
divididas proporcionalmente (Split) 0.2, 0.4, 0.1, 0.3.
Figura Nº35: Mezclador de corrientes
Mezclador de Corrientes (Mixer)
La operación del mezclador combina dos o más flujos de entrada para producir un corriente de
salida única. Un equilibrio del calor y material de completa se realiza con el Mixer. Es decir, 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
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 25
(temperatura, presión, y composición), de las propiedades de la corriente de salida es calculado
automáticamente desde la composición, la presión y la entalpía es conocida por esa corriente.
La presión de la mezcla y la temperatura son por lo general las incógnitas que se determinen. No
obstante, 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 debe ser conocida por todos los arroyos.
Figura Nº36: Mezclador de corrientes
Conexiones y parámetros En la página Conexiones, puede especificar lo siguiente:
cualquier número de corrientes de entrada al mezclador
una corriente de salida única
Nombre de la mezcladora
paquete de fluido asociada a la mezcladora
Figura Nº37: 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.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 26
Figura Nº38: 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 Nº39: Mezclador de corrientes
Ejemplo Nº 4
Mezclar 3 corrientes, todas las corrientes de limitación está a temperatura ambiente y presión
atmosférica
Las composiciones están e Flujo molar (kg/h) y son:
Componentes Corrientes 1 Corrientes 2 Corrientes 3
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 27
Benceno 10 20 30 Tolueno 0.5 1 1.5 Xileno 0.25 0.5 0.75
Simulación
Figura Nº40: Mezclador de corrientes
Fraccionador de corrientes (Splitter)
Aspen Hysys dispone de un fraccionador de corrientes o “Splitter” cuya simulación representa la
separación de una corriente en dos corrientes que requieren de la especificación de las fracciones
de recuperación de cada componente en una de ellas, además de otros cuatro parámetros. Un
esquema d este fraccionador se muestra en la Figura Nº37
Figura Nº41: Divisor de corrientes
Siendo F’s los flujos de las corrientes, “z”, y “y” e “x” las fracciones molares de los componentes en
cada una de las corrientes y “Q” el calor requerido
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 28
𝐹𝑧𝑖 = 𝐹1𝑦𝑖 + 𝐹2𝑦𝑖 (7)
Para C componentes, i=1,…, C y, por lo tanto, se plantean C ecuaciones de balance de materia de
componentes
Un balance de energía se expresa mediante la ecuación
𝐹ℎ𝐹 + 𝑄 = 𝐹1ℎ1 + 𝐹2ℎ2 (8)
Split Permite realizar divisiones de los componentes en fracciones.
Figura Nº42: Split
Punto de corte TBP La página de punto de corte TBP le permite especificar las composiciones de las corrientes de
producto, proporcionando el punto de corte TBP entre los , y suponiendo que no hay separación
definida en el punto de corte.
Figura Nº43: TBP Cut Point
Ejemplo N° 5
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 29
Se desea dividir 226000 lb/h de Amoniaco (-9ºF y 225psig) en dos corrientes una con 30% y otra
con 70% de la cantidad de masa. (Seleccionar Peng Robinson)
Figura Nº44: TBP Cut Point
Figura Nº45: TBP Cut Point
Bombas (Pump)
Los cálculos se basan en la ecuación de la bomba estándar de potencia, que utiliza el aumento de
la presión, el caudal del líquido y la densidad.
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 =(𝑃𝑜𝑢𝑡 − 𝑃𝑖𝑛)𝑥𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜
Donde:
𝑃𝑜𝑢𝑡 : Presion de salida de la bomba
𝑃𝑖𝑛 : Presion de entrada a la bomba.
La ecuación anterior define la potencia ideal necesaria para elevar la presión del líquido, el líquido,
el requisito de potencia real de la bomba se define en términos de la eficiencia de la bomba.
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (%) =𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙𝑥100%
Cuando la eficiencia es inferior a 100%, el exceso de energía entra en elevar la temperatura de la
corriente de salida.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 30
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, 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, W, para aumentar la presión de un fluido incompresible es:
𝑊 =(𝑃2 − 𝑃1) ∗ 𝐹 ∗ (𝑀𝑊)
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 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊2 + 𝐷 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊3 + 𝐸 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊4 + 𝐹 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊5
Figura Nº46: ingreso de los coeficientes para la ecuación de cabeza
Añadir curvas
Velocidad de 50 rpm, flujo de ingreso de 200 m3/h
Flujo (GPM) Head(ft) % Eficiencia 400 74.7 20
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 31
800 70.5 48 1200 65.2 65 1600 58.6 70 2000 50.1 63 2400 39.5 48 2800 26.4 30
Figura Nº47: perfiles de la 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. Para especificar directamente en NPSHrequerido, primero debe borrar la
casilla de verificación y habilitar curvas NPSH (Enable NPSH curves)
NPSHdisponible puede calcularse explícitamente de las condiciones de diagramas de flujo haciendo
clic en el botón de calcular la cabeza, el NPSHdisponible se calcula como sigue:
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 =𝑃1 − 𝑃𝑣𝑎𝑝
𝜌𝑔+ (
𝑉12
2𝑔)
Donde:
P1 : presión de la corriente de entrada a la bomba.
Pvap : presión de vapor de la corriente de entrada.
𝜌 : Densidad del fluido
V1 : velocidad de la corriente de entrada
g : constante de gravedad
Velocidad de 40 rpm
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 32
Flujo (barrel/day
Head (ft) % Efficiency
10000 40 50 20000 35 40 30000 30 30 40000 25 20
Figura Nº48: ingreso de curvas 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. Estos esfuerzos de torsión vs curvas de
velocidad o bien se puede obtener del fabricante para el tipo de motor. Para la mayoría de
aplicaciones de la industria de procesos, se utiliza un tipo NEMA A o B del motor eléctrico.
Cuando se utiliza la opción del motor eléctrico el esfuerzo de torsión (y potencia) generada por
el motor es equilibrada contra el par consumida por el equipo de rotación.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 33
Figura Nº49: Evaluación de curvas (Speed vs Torque)
Ejemplo N° ..
Realizar la simulación de un sistema de bombeo.
Condiciones de operación, a 26°C y 14.7 psia, utilizando un flujo de 1359 m3/h. la corriente se
separa en tres corrientes con el mismo caudal en forma paralela, siendo impulsadas cada
corriente con una bomba. A continuación se detalla la curva característica de las bombas 1, 2 y
3.
Speed: 1480 rpm, eficiencia adiabática 47.08%, teniendo una caída de presión de 173.9 psi
Flow (m3/h)
Head(m) % Eficiencia
Flow (m3/h)
Head(m) % Eficiencia
0.00 135.00 0.00 1100.00 107.00 78.25
100.00 133.00 9.60 1200.00 105.00 79.50
200.00 130.00 21.20 1300.00 101.00 80.75
300.00 125.00 31.80 1400.00 98.00 82.00
400.00 123.00 42.30 1500.00 95.00 80.30
500.00 120.00 51.60 1600.00 90.00 78.70
600.00 117.00 58.00 1700.00 80.00 77.00
700.00 115.00 63.60 1790.00 74.00 74.00
800.00 113.00 68.00
900.00 110.50 72.00
1000.00 110.00 74.30
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 34
Figura N° 50 Sistema de Bombeo
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 35
Compresor (compressor) – Expansor (Expander)
El compresor se utiliza para aumentar la presión del gas a su entrada. Dependiendo de la
información facilitada, calculará o una propiedad dela corriente (presión o temperatura), o la
eficacia de compresión.
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. Un proceso de expansión implica convertir la energía interna
del gas en energía cinética y finalmente en trabajo.
Eficiencia Isoentrópica: relación entre potencial Isoentrópica (ideal) requerida para la
compresión a la potencia real requerido:
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎(%) =(𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑖𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑐𝑜)
(𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙)𝑥100%
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 (%)
Centrifugal
2 000 69 5 000 72
10 000 73 20 000 74 50 000 75
100 000 76 Ratio Presure Eficiencia Politrópico (%)
Reciprocating
1.5 73 2.0 79 3.0 83 5.0 85
Head vs la capacidad de flujo
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 36
Figura Nº51: Perfiles de curvas en el compresor (Curvas de cabeza)
Eficiencias Eficiencia
s Compresor Expansor
Adiabático
𝑊𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
𝑊𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
=(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛)𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛)𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
𝑊𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
𝑊𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
=(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛)𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛)𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
Politrópico
[(𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛
)(
𝑛−1𝑛
)
− 1] 𝑥 [(𝑛
𝑛 − 1) 𝑥 (𝑘 − 1
𝑘)]
[(𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛
)(
𝑘−1𝑘 )
− 1]
Donde:
𝑛 =𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡/𝑃𝑖𝑛)
𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙/𝜌𝑖𝑛)
𝑘 =𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡/𝑃𝑖𝑛)
𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙/𝜌𝑖𝑛)
Donde:
H= entalpia másica Out = salida del producto Inf = corriente de alimentación
[(𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛
)(
𝑘−1𝑘
)
− 1]
[(𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛
)(
𝑛−1𝑛
)
− 1] 𝑥 [(𝑛
𝑛 − 1) 𝑥 (𝑘 − 1
𝑘)]
Donde:
𝑛 =𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡/𝑃𝑖𝑛)
𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙/𝜌𝑖𝑛)
𝑘 =𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡/𝑃𝑖𝑛)
𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙/𝜌𝑖𝑛)
Donde:
P = presión 𝜌 = Densidad másica n = exponente politrópico k = exponente Isoentrópica
Cabeza del compresor
Las cabezas adiabáticas y politrópicas prestados después de los cálculos de la compresora
centrifuga se han completado, solo cuando la página de resultados del compresor centrifuga es
selecto. La simulación exigirá esta mención (real) es el flujo de energía del compresor (flujo de
calor). 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, solo cuando se selecciona la página de resultados del expansor produce el
trabajo (real) de la corriente de energía expansor (flujo de calor).
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 37
Ejemplo Nº 5
Calcular el flujo volumétrico de una corriente de “Suministro de Gas” teniendo una eficiencia
politrópica de 75% en el compresor.
Condiciones de operación
Figura Nº52: condiciones de operación
Curvas de cabeza del compresor
14 300 rpm 14 000 rpm Volume
Flow Head (m3) %Efficiency Volume
Flow Head (m3) %Efficiency 0.00 211.00 77.00 0.00 199.00 77.00
3050.00 195.93 77.00 2900.00 187.93 77.00 3100.00 193.93 77.00 3000.00 185.93 77.00 3200.00 192.93 77.00 3100.00 184.93 77.00 3300.00 191.93 78.00 3200.00 183.93 78.00
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 38
3400.00 189.93 78.50 3300.00 181.93 78.50 3500.00 187.93 78.50 3400.00 179.93 78.50 3600.00 185.93 78.20 3500.00 177.93 78.50 3700.00 183.93 79.00 3600.00 175.93 79.00 3800.00 181.93 79.00 3700.00 173.94 79.00 3900.00 179.93 79.00 3800.00 171.94 79.00 4000.00 176.93 79.00 3900.00 167.94 79.00 4100.00 173.94 79.00 4000.00 165.94 79.00 4200.00 169.94 79.00 4100.00 163.94 79.00 4300.00 166.94 78.80 4200.00 159.94 79.00 4400.00 163.94 78.50 4300.00 155.94 78.50 4500.00 159.94 78.20 4400.00 151.94 78.50 4600.00 155.94 78.00 4500.00 147.94 78.00 4700.00 149.94 77.50 4600.00 143.95 77.00 4800.00 145.95 77.30 4700.00 137.95 77.00 4900.00 138.95 75.80 4800.00 131.95 75.00 5000.00 130.95 74.00 4900.00 123.95 74.00 5100.00 119.95 70.00 5000.00 115.96 72.00 5200.00 110.96 70.00 5100.00 107.96 70.00 5350.00 0.00 1.01 5200.00 0.00 1.01
13 000 rpm 12 000 rpm
Volume Flow
Head (kJ/kg) %Efficiency
Volume Flow
Head (kJ/kg) %Efficiency
0.00 170.00 77.00 0.00 145.00 77.00 2520.00 162.24 77.00 2180.00 138.95 77.00 2600.00 161.94 77.50 2200.00 137.95 77.00 2700.00 159.94 77.80 2300.00 137.75 77.50 2800.00 158.94 78.00 2400.00 135.95 78.00 2900.00 157.94 78.50 2500.00 135.45 78.00 3000.00 155.94 78.50 2600.00 133.95 78.50 3100.00 153.94 78.50 2700.00 131.95 79.00 3200.00 151.94 79.00 2800.00 130.95 79.00 3300.00 149.94 79.00 2900.00 128.95 79.00 3400.00 147.94 79.00 3000.00 126.95 79.00 3500.00 145.95 79.00 3100.00 124.95 79.00 3600.00 144.95 79.00 3200.00 121.95 79.00 3700.00 139.95 79.00 3300.00 119.95 79.00 3800.00 135.95 79.00 3400.00 116.46 79.00 3900.00 132.95 78.80 3500.00 113.96 79.00 4000.00 129.95 78.50 3600.00 109.96 78.50 4100.00 125.95 78.00 3700.00 101.96 78.00 4200.00 121.95 77.00 3800.00 97.96 77.00 4300.00 115.96 76.00 3900.00 91.96 76.00 4400.00 111.96 74.00 4000.00 85.97 74.00 4500.00 103.96 73.00 4100.00 79.90 73.00 4600.00 97.96 71.00 4250.00 77.97 70.00 4700.00 91.96 70.00 4700.00 0.00 1.00 4950.00 0.00 1.01
10 000 rpm 11 000 rpm
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 39
Volume Flow
Head (kJ/kg) %Efficiency
Volume Flow
Head (kJ/kg) %Efficiency
0.00 120.00 77.00 0.00 101.00 77.00 1900.00 116.46 77.00 1700.00 95.96 77.00 2000.00 115.96 77.50 1800.00 95.46 77.50 2100.00 114.96 77.50 1900.00 94.46 78.00 2200.00 113.96 78.50 2000.00 93.96 78.50 2300.00 112.96 79.00 2100.00 91.96 79.00 2400.00 110.96 79.00 2200.00 89.96 79.00 2500.00 109.96 79.00 2300.00 87.96 79.00 2600.00 107.96 79.00 2400.00 86.97 80.00 2700.00 105.96 80.00 2500.00 84.97 80.00 2800.00 103.96 80.00 2600.00 81.97 79.00 2900.00 101.96 79.00 2700.00 79.97 79.00 3000.00 97.96 79.00 2800.00 75.97 79.00 3100.00 95.96 79.00 2900.00 73.97 78.00 3200.00 91.96 78.50 3000.00 69.97 77.00 3300.00 87.96 78.00 3100.00 65.97 76.00 3400.00 84.97 77.00 3200.00 61.97 75.00 3500.00 79.97 76.00 3300.00 57.98 72.00 3600.00 75.97 75.00 3400.00 53.98 70.00 3700.00 69.97 72.00 4050.00 0.00 1.00 3800.00 63.97 70.00 4350.00 0.00 1.00
9 000 rpm 8 000 rpm Volume
Flow Head
(kJ/kg) %Efficiency Volume
Flow Head
(kJ/kg) %Efficiency 0.00 82.00 77.00 0.00 68.00 77.00
1550.00 76.97 77.00 1360.00 60.97 77.00 1600.00 76.77 77.00 1400.00 60.47 77.00 1700.00 75.97 78.00 1500.00 59.97 78.00 1800.00 74.97 79.00 1600.00 57.98 79.00 1900.00 73.47 79.00 1700.00 56.98 79.00 2000.00 71.97 80.00 1800.00 55.98 80.00 2100.00 69.97 80.00 1900.00 53.98 80.00 2200.00 67.97 79.00 2000.00 51.98 79.00 2300.00 65.97 79.00 2100.00 49.98 79.00 2400.00 63.97 78.00 2200.00 46.98 78.00 2500.00 59.97 76.00 2300.00 43.98 76.00 2600.00 57.98 74.00 2400.00 41.48 74.00 2700.00 53.98 76.50 2500.00 36.99 72.00 2800.00 49.98 74.00 2590.00 33.99 70.00 2900.00 45.98 72.00 3100.00 0.00 1.00 2950.00 42.98 70.00 3550.00 0.00 1.00
7 600 rpm Volume Flow Head (kJ/kg) %Efficiency
0.00 62.00 77.00
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 40
1300.00 54.08 77.00 1400.00 53.98 78.50 1500.00 52.98 79.00 1600.00 52.78 79.00 1700.00 49.90 80.00 1800.00 47.98 79.00 1900.00 45.98 79.00 2000.00 43.98 78.00 2100.00 40.08 77.00 2200.00 37.99 76.00 2300.00 35.99 73.50 2400.00 31.99 70.00 2800.00 0.00 1.00
Figura Nº53: Grafica de las curvas de cabeza
Figura Nº54: Proceso de compresión de una corriente “Gas”
Ejemplo Nº 6
De la misma corriente de gas Expandir un corriente de 50 bar_g a 10 bar_g, calcular la eficiencia
y la energía necesaria.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 41
Figura Nº50: Parámetros de operación
Tuberías (Pipe) y Válvulas (Valv)
Tuberías (Pipe Segment) 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,
para una gran capacidad de bucle problemas de tuberías. 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.
Independientemente del modo que utilice, debe especificar el número de incrementos en el tubo.
Los cálculos se realizan en cada incremento, por ejemplo, para determinar la caída de presión, los
cálculos de los balances de energía y de masa se realizan en cada incremento, y la presión de
salida.
Incremental Balances de materia y energía
El algoritmo general consta de tres bucles anidados. El exterior estructura se repite en los
incrementos (de presión, longitud o de flujo Modo), el bucle medio resuelve para la temperatura,
y el bucle interior resuelve por presión. Los bucles medio e interno implementar un método de la
secante para acelerar la convergencia.
La presión y la temperatura se calculan como sigue:
𝑄 = 𝑈 ∗ 𝐴 ∗ ∆𝑇𝐿𝑀
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 42
𝑄 = 𝑄𝑖𝑛 − 𝑄𝑜𝑢𝑡
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 Nº55: Conexión de corrientes
Resumen de métodos
Los métodos anteriores han sido desarrollados para la predicción de dos fases caídas de presión.
Algunos métodos se desarrollaron exclusivamente para el flujo en tuberías horizontales, otros
exclusivamente para flujo en tuberías verticales, mientras que algunos se pueden usar para
cualquiera. 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. Algunos de los métodos
de calcular el líquido esperado atraco en el flujo de dos fases mientras que otros asumen una
homogénea mezcla.
La siguiente tabla resume las características de cada modelo.
Información más detallada sobre cada modelo se presenta más adelante en esta sección.
Figura Nº56: Modelos para cálculos de mecánica cuántica
Modelo Flujo Horizontal Flujo
vertical Almacenamiento
de flujo Mapa
de flujo Aziz, Govier & Fogarasi No Si Si Si Baxendell & Thomas Utilizar con cuidado Si No No
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 43
Begg & Brill Si Si Si Si Duns & Ros No Si Si Si Greogory, Aziz, 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 Orkisewki No Si Si Si Poettman & Carpenter No Si No No Tacite Hydrodynamic Module
Si Si Si Si
Tulsa No Si Si Si
El procedimiento para el modelado de una longitud de tubería se ilustra usando el Diagrama se
muestra a continuación. En el diagrama, la longitud del tubo de AD está representada por
segmentos, y tres accesorios
Figura Nº57: 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 - y1 - x2 - √𝑥32 + 𝑌
Elevación 0 - y1 - 0 - y2
Seleccione una de las siguientes
Actual. el diámetro nominal no se puede especificar
Cédula 40
Cedula 80
Cedula 160
Tipo de material de la tubería Rugosidad absoluta, m Drawn Tube Dibujar tubo 0.0000015 Mild Steel Acero dulce 0.0000457 Asphalted Iron Acero asfaltado 0.0001220 Galvanized Iron Acero galvanizado 0.0001520 Cast Iron Hierro fundido 0.0002590
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 44
Smooth Concrete Hormigón liso 0.0003050 Rough Concrete Hormigón rugoso 0.0030500 Smooth Steel Acero liso 0.0009140 Rough Steel Acero rugoso 0.0091400 Smooth Wood Stave Madera lisa 0.0001830 Rough Wood Stave Madera rugosa 0.0009140
Pérdida de presión apropiada
La pérdida de presión accesorios se caracteriza por una ecuación de dos constantes como se
muestra a continuación
𝐾 = 𝐴 + 𝐵𝑥𝑓𝑇
Donde
A : constante, también conocido como factor de carga de velocidad
B : constante, 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
∆𝑃 = 𝐾𝜌𝑣2
2
Donde
∆𝑃 : caída de presion
𝜌 : densidad
v : velocidad
El factor K6 de la ecuación anterior se calcula a partir de las siguientes ecuaciones:
Para reductores:
𝐾𝑜𝑢𝑡 = 0.8 sin𝜃
2(1 − 𝛽2) 𝑝𝑎𝑟𝑎 (𝜃 ≤ 450)
𝐾𝑜𝑢𝑡 = 0.5(1 − 𝛽2)√sin𝜃
2 𝑝𝑎𝑟𝑎 (450 ≤ 𝜃 ≤ 1800)
Donde:
𝛽 =𝑑𝑜𝑢𝑡
𝑑𝑖𝑛
Para agrandada
6 Ecuaciones para K han sido tomados de Crane, Flujo de Fluidos, 410M de publicación, Apéndice A-26
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 45
𝐾𝑜𝑢𝑡 =2.6 sin
𝜃2
(1 − 𝛽2)2
𝛽4
Donde:
𝛽 =𝑑𝑖𝑛
𝑑𝑜𝑢𝑡
𝜃 en las ecuaciones anteriores se conoce como ángulo de estampación. Ángulo Swage se muestra
en la siguiente figura:
Figura Nº58: Parámetros de operación
Heat loos
Si se conoce la exigencia de calor total de la tubería, el balance de energía puede calcularse
inmediatamente. Cada incremento se supone tener la misma pérdida de calor. Usted entra a la
pérdida de calor de la tubería en el campo de la pérdida de calor. Esta suposición es válida cuando
el perfil de temperatura es plana, lo que indica las bajas tasas de transferencia de calor en
comparación con los flujos de calor de las corrientes. Este es el más rápido método de solución.
Si se especifican tanto las temperaturas de entrada y salida, lineal perfil se asume y HYSYS puede
calcular el calor total deber. 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, el calor riguroso cálculos de transferencia se llevan a cabo en cada incremento.
Figura Nº59: Perdida de calor
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 46
Segment HTC7
Si el coeficiente de transferencia de calor y un ambiente representativo temperatura son
conocidos para cada segmento. Se puede especificar la temperatura ambiente y HTC para cada
segmento de tubería que ha sido creado en la página acerca. HYSYS realiza calor riguroso
transferir cálculos en cada incremento.
Cuando se selecciona el botón de radio Estimación HTC, el Heat Transferir los cambios de página
a la ventana de propiedades se muestra en la figura a continuación.
Métodos se utilizarán únicamente para tuberías monofásicas que operan a números de Reynolds
alto (> 10.000).
Los métodos Profes y HTFS deben proporcionar mucho mejor resultados para dos y tres sistemas
de fase, y en el flujo laminar región a costa de cierto incremento en el tiempo de cálculo. En general
la opción Profes se recomienda para la mayoría de tuberías aplicaciones, ya que tiene en cuenta
plenamente el régimen de flujo en la tubería y es razonablemente eficiente en el cálculo. La opción
es HTFS más cálculo intensivo, sobre todo en dos aplicaciones en fase donde se requieren cálculos
de flash adicionales. 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.
Las cinco correlaciones proporcionadas son:
Petukov (1970)
ℎ =𝑘
𝑑∗
(𝑓 8⁄ )𝑅𝑒𝑑𝑃𝑟
1.07 + 12.7(𝑓 8⁄ )1 2⁄ (𝑃𝑟2 3⁄ − 1)
Dittus and Boelter (1930)
ℎ =𝑘
𝑑∗ 0.023𝑅𝑒𝑑
0.8𝑃𝑟𝑛
Donde:
𝑛 =0.3→𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜0.4→𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
Sieder and Tate (1936)
Para flujo de 2 fases
7 El HTC general y Estimación HTC se pueden utilizar juntos para definir la información de transferencia de calor
para el tubo. Si sólo conoce la temperatura ambiente, puede suministrarla en la sección general de HTC y
tienen el valor global de HTC calculado por la sección Estimación HTC. Del mismo modo, es necesario para
especificar la temperatura ambiente en la estimación de HTC sección para el segmento de tubería para tener
la transferencia de calor suficiente información para resolver.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 47
Para flujo de una sola fase
Profes
Implementa los métodos utilizados por el programa Profes Pipe Simulación (antes PLAC).
Los métodos se basan en los mapas de flujo Profes para flujo horizontal y vertical, y las
correlaciones apropiadas se utilizan para determinar el HTC en cada región del mapa de
flujo.
HTFS.
Implementa los métodos utilizados por los programas HTFS.
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.
Usted puede optar por incluir la resistencia térmica de la tubería en su Cálculos HTC
seleccionando la casilla de verificación Incluir pared del tubo.
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. Los valores por
defecto de conductividad térmica se proporcionan para los materiales estándar que se pueden
seleccionar en el segmento de tubería.
Figura Nº60: Segmento HTC
Estimate HTC
Figura Nº61: Calculo de transferencia de calor
Conducción Fuera / convección
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 48
Fuera de convección ya sea aire, agua o tierra pueden ser incluidos mediante la selección de la
casilla de verificación Incluir HTC exterior. Para el aire y agua, la velocidad del medio ambiente
está por defecto en 1 m/s, y es modificable por el usuario. La transferencia de calor por
convección fuera coeficiente de correlación es para el flujo pasado tubos horizontales (JP Holman,
1989):
Si se selecciona el suelo como el medio ambiente, el tipo de suelo, entonces se puede seleccionar.
La conductividad térmica de este medio aparece, pero también es modificable escribiendo encima
del valor predeterminado.
Los tipos de tierra y sus correspondientes conductividades se tabulan a continuación:
Tipo de Tierra Conductividad (W/mK)
Tipo de Tierra Conductivida
d (W/mK)
Dry Peat Turba seca 0.17 Frozen Clay
Arcilla congelada 2.50
Wet Peat Turba húmeda
0.54 Gravel Grava 1.10
Icy Peat Turba helada 1.89 Sandy Gravel
Grava arenosa 2.50
Dry Sand
Arena seca 0.50 Limestone Caliza 1.30
Moist Sand
Arena húmeda
0.95 Sandy Stone
Piedra arenosa 1.95
Wet Sand
Arena mojada
2.20 Ice Hielo 2.20
Dry Clay Arcilla seca 0.48 Cold Ice Helada 2.66 Moist Clay
Arcilla húmeda
0.75 Loose Snow
Nieve suelta 0.15
Wet Clay Arcilla mojada
1.40 Hard Snow Nieve dura 0.80
En HYSYS, 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.
Ks : conductividad térmica tubería – material circundante (aire, agua, suelo)
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 49
Dot : diámetro exterior de la tubería, incluyendo el aislamiento
Conducción a través de aislamiento
Conducción a través del aislamiento o cualquier otro revestimiento de la tubería también se
puede especificar. Varios materiales representativos se proporcionan, con sus respectivas
conductividades térmicas. Debe especificar un grosor para este recubrimiento.
Profes Método Ceras
La deposición de la cera del aceite a granel sobre la pared de la tubería es supone que sólo ser
debido a la transferencia de masa, la dispersión de cizallamiento no es considera que es un factor
significativo. La tasa de deposición es descrito por:
Aislamiento/tubería Conductividad
(W/mK) Aislamiento/Tubería
Conductividad (W/mK)
Evacuated Annulus
Anillo evacuado
0.005 Asphalt Asfalto 0.700
Urethane Foam
Espuma de uretano
0.018 Concrete Hormigón 1.00
Glass Block Bloque de vidrio
0.080 Concrete Insulated
Hormigón con aislamiento
0.500
Fiberglass Block
Bloque de fibra de vidrio
0.035 Neoprene Neopreno 0.250
Fiber Blanket
Manta de fibra
0.070 PVC Foam Espuma de PVC
0.040
Fiber Blanket – Vap Barr
Manta de fibre
0.030 PVC block Bloque de PVC
0.150
Plastic Block
Bloque de plastico
0.036 PolyStyrene Foam
Espuma de poliestireno
0.027
Ejemplo,
Mostrar el balance de energía de la figura 57
Utilizar agua con una presión de 100 psia y Temperatura de 25°C y un flujo de 20 m3/h.
considerar una temperatura de ambiente de 25°C, y el sistema de tuberías se encuentran sobre
arena seca, la tubería es cedula 40 y el diámetro interno 254.5 mm.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 50
Figura Nº62: Transporte de Fluido
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 51
Separación de fases Instantáneas (Separator & Tank)
El separador puede tener múltiples entradas, hay dos boquillas de producto
Vapor
Liquido
Cuando está en régimen estacionario se define a continuación el balance de energía:
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.
𝐴𝑡𝑟𝑎𝑐𝑜 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑥 𝑃𝑉(%𝐹𝑢𝑙𝑙)
100
Donde
PV(%full) : nivel de líquido en el recipiente en el tiempo t
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 52
Figura Nº63: Ventana de conexiones de un separador y tanque
Figura Nº64: Ventana de WorkBook de un separador y un tanque
Sizing Se utiliza esta ventana para caracterizar la orientación del separador o tanque
Figura Nº65: Sizing, geometría del equipo
Weir (Vertedero) Un vertedero puede especificarse para el separador de cilindro plano horizontal al seleccionar
Enable Weir8
8 La casilla de verificación permitir vertedero solo está disponible para la opción de forma
de cilindro plano
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 53
Figura Nº66: Instalando las posiciones del vertedero
La vista inicial atraco propiedad permite especificar la altura del vertedero y la posición. La
posición del vertedero es la distancia de la presa es desde el lado de alimentación del vaso.
Cuando Aspen Hysys simula, el vertedero tiene dos volúmenes en el interior del separador,
llamados ángulo de caída 1 y la cámara 2, pero todavía hay sólo un mayor volumen atraco y moles
hasta el solucionador de flujo de presión se refiere. Esto significa que las composiciones y
propiedades de las fases en los dos volúmenes son los mismos
Figura Nº67: vertedero y los ángulos de caída
Boquillas (Nozzles)
Figura Nº68: Dimensión del separador, diámetro de las boquillas
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 54
Pérdida de calor (Heat Loss) Modelo simple
𝑄 = 𝑈𝐴(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎𝑚𝑏)
Figura Nº69: Perdida de calor, modelo simple
Modelo detallado
El modelo detallado le permite especificar los parámetros más detallados de transferencia de
calor
Figura Nº70: Perdida de calor, modelo detalloso
Grifos9 de nivel (Level Taps) Ya que el contenido en un recipiente se puede, distribuidos en diferentes fases, la página de 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
9 La información disponible en la página solo de da en casos dinámicos
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 55
Figura Nº71: Especificación de grifos de nivel
PV : límite r de la sección a ser monitoreados. Se expresa en metros
OP : límite de la salida de la escala de normalización
Carry Over Model
Figura Nº72: Carry Over, Feed Basis
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 56
Figura Nº73: Resultados de Cover over model
Ejemplo N°
Separar la siguiente corriente en una fase liquida y otra vapor
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 57
Figura Nº74: Composición de la corriente
A una presión de 658.8 kPa y una temperatura de 25°C utilizando un flujo molar de 100
kgmole/h
Figura Nº75: Resultados de la separación
SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO (Transferencia de calor)
Air cooler
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. Uno o más ventiladores circulan el aire a través de haces de tubos
para enfriar fluidos de proceso. El flujo de aire Se pueden especificar o derivado de los datos de
características del ventilador.
El refrigerador de aire puede resolver muchos conjuntos diferentes de especificaciones
incluyendo la:
En general, el coeficiente de transferencia de calor, UA
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 58
El flujo de aire total
Temperatura de la corriente de salida
Estado Estacionario Utiliza la misma ecuación básica y el Intercambiador de calor, funcionamiento de la unidad, sin
embargo, la operación del refrigerador de aire puede calcular el flujo de aire sobre la base de la
información de clasificación del ventilador.
Los cálculos de aire más frío se basan en un balance de energía entre las corrientes de aire y de
proceso. Para un aire contracorriente Enfriador, 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, Q, se define en términos del calor global coeficiente de
transferencia, el área disponible para intercambio de calor, y el registro de diferencia de
temperaturas media:
𝑄 = −𝑈𝐴∆𝑇𝐿𝑀𝐹𝑡
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, Ft., se calcula a partir de la geometría y la configuración del
refrigerador de aire.
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. Los cálculos de aire más frío se basan en un
balance de energía entre el proceso de aire y arroyos.
Para una corriente transversal del refrigerador de aire, se muestra el balance energético como de
la siguiente manera:
𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜(𝐻𝑖𝑛 − 𝐻𝑜𝑢𝑡)𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 − 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛)𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝜌𝑑(𝑉𝐻𝑜𝑢𝑡)𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜
𝑑𝑡
Donde:
𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 : caudal másico de la corriente de aire
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 59
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.
• Definir una relación de flujo de presión en el enfriador de aire por especificando un valor k.
Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el refrigerador
de aire, un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y el flujo a través
del intercambiador. Este relación es similar a la ecuación de la válvula en general:
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 = √𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ √𝑃1 − 𝑃2𝑘
La ecuación de flujo general utiliza la caída de presión a través de la Intercambiador de calor y sin
ninguna contribución de cabeza estática. La cantidad, P1 - P2, se define como la pérdida de
presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del enfriador de aire con un valor k.
Ejemplo N° 7
Condiciones de operación, 100 bar_g, Temperatura 191°F y un flujo molar de 100 kgmole/h, se
requiere enfriar la corriente en un refrigerador de aire, se quiere enfriar la corriente a una
temperatura de 110.5°F, se desprecia la caída de presión, solo utilizar un ventilador, determinar
la temperatura de la salida del aire
Figura Nº75: Composición molar de la corriente
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 60
Figura Nº75: Parámetros de Operación
Figura Nº75: Resultados del gas enfriado
Cooler/Heater10
Las operaciones del refrigerador y el calentador son el calor de un solo lado intercambiador. La
corriente de entrada se enfría (o calentado) a la condiciones de salida requeridos, y los absorbe
corriente de energía (o proporciona) la diferencia de entalpía entre las dos corrientes.
10 La diferencia entre el enfriador y el calentador es la convención de signos balance energético.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 61
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, pero usted no está
interesado en las condiciones de la utilidad en sí.
Estado Estacionario La diferencia principal entre un enfriador y un calentador es el signo convención. Se especifica el
flujo de la energía absoluta de la utilidad corriente, y luego se aplica HYSYS que el valor de la
siguiente manera:
Para una, 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, 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.
Definir una relación de flujo de presión en el enfriador o calentador por especificando un
valor k.
Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el enfriador o
calentador, un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y el flujo a través
del enfriador / calentador.
La relación es similar a la ecuación de la válvula en general:
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 = √𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ √𝑃1 − 𝑃2𝑘
Pérdida de calor Página Valoración información con respecto a la pérdida de calor es relevante sólo en El modo dinámico.
La página de la pérdida de calor contiene la pérdida de calor parámetros que caracterizan a la
cantidad de calor perdido a través de la pared del vaso.
En el grupo de pérdida de calor de modelo, se puede elegir entre una simple o Modelo de pérdida
de calor detallada o ninguna pérdida de calor a través del vaso paredes.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 62
Modelo simple El modelo simple le permite especificar la pérdida de calor directamente, o haber la pérdida de
calor a partir de los especificados valores:
Buen valor U
Temperatura ambiente
El área de transferencia de calor, A, y la temperatura del fluido, Tf, son calculado por HYSYS
usando la siguiente ecuación:
𝑄 = 𝑈𝐴(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎𝑚𝑏)
Para un portátil, los parámetros disponibles para el modelo simple aparecen en la siguiente figura.
Figura Nº76: Perdida de calor
Los parámetros simples de pérdida de calor son los siguientes:
En general Coeficiente de Transferencia de Calor
Temperatura ambiente
En general Área de Transferencia de Calor
Flujo de calor
El flujo de calor se calcula como sigue:
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 :
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 63
El flujo de calor se define como el calor que fluye en el recipiente. El calor área de transferencia
se calcula a partir de la geometría del vaso. La temperatura ambiente, Tamb, y el coeficiente global
de transferencia de calor, U, se puede modificar los valores por defecto que se muestran en rojo.
Ejemplo N°
Se requiere enfriar una corriente de agua de 90°C a 40°C a 14.7 psi, se requiere calcular la energía
que se libera, y de igual manera calentar dicha corriente y elevar a 90°C y calcular la perdida de
energía.
Figura Nº77: Esquema de simulación
Horno (Furnace)
El calentador dinámico Fired operación (Horno) realiza la energía y balances de materia para
modelar un tipo de calentador de fuego directo horno. Este tipo de equipo requiere una gran
cantidad de calor de entrada. 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.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 64
Figura Nº78: Esquema de un horno (Zona radiante, convectiva, zona ecomizador)
En general, un calentador encendido11 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, y selecciones de la zona de convección. La operación
incorpora una sola modelo de quemador, y una sola entrada y la salida en el gas de combustión
de alimentación lado.
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. Por
ejemplo, la zona radiante y convectivo zona o economizador. Calentador de Fired
Diferente configuraciones pueden ser modelados o personalizar mediante tee, mezclador,
y operaciones unitarias intercambiador de calor.
Una opción de indicación de presión - 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. Posible inversión del flujo Por lo tanto, las
situaciones pueden ser modelados.
11 Para definir el número de zonas que requiere el calentador encendido, introduzca el
número en # External Pases campo en Conexiones
la página de la ficha Diseño.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 65
Un cálculo inclusivo integral calor radiante, convección y conducción de transferencia de
calor en la zona radiante nos permitirá predecir la temperatura del fluido del proceso,
Despedido Temperatura del gas de temperatura de la pared del calentador y de
combustión.
Un modelo dinámico que representa energía y materiales atracos en cada zona. La
transferencia de calor en cada zona depende de las propiedades de los gases de escape,
tubo y Fired Propiedades de la pared del calentador, propiedades de la superficie de metal,
el calor pérdida para el ambiente y la física corriente de proceso propiedades.
Un modelo de combustión que representa mezcla imperfecta de combustible, y 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.
La medida de la combustión depende de la disponibilidad de oxígeno que normalmente se rige
por la relación de aire a combustible.
Relación aire-combustible (AF) se define de la siguiente manera
Puede establecer los límites de la combustión, como la máxima AFand la AF mínimo, para
controlar la llama del quemador. La llama no se puede encender si el aire calculado a combustible
cae por debajo del aire mínimo especificado para combustible. El aire mínima para combustible
y el máximo de aire a combustible se puede encontrar en la Página Parámetros de la ficha Diseño.
El calor liberado por el proceso de combustión es el producto de velocidad de flujo molar, y el
calor de formación de los productos menos el calor de formación de los reactivos a la combustión
la temperatura y la presión. En la operación de la unidad de calentador encendido, un conjunto
reacción tradicional para las reacciones de combustión no es requerida. Usted puede elegir los
componentes combustibles (el hidrocarburos y de hidrógeno) para ser considerado en la
combustión reacción. Usted puede ver el mixingefficiency de cada combustible componente en la
página de 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. El lado de la carcasa del calentador encendido contiene cinco atracos:
tres de la zona radiante
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 66
una zona de convección
un atraco zona economizador como se indica anteriormente
Por el lado del tubo, cada flujo de individuo que pasa a través de las zonas respectivas se considera
como una sola atraco. Términos de calor importantes que subyacen al modelo de calentador
encendido son se ilustra en la siguiente figura.
Los términos de calor relacionados con la tuve side se ilustran en la figura siguiente.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 67
Tomando zona radiante como un sobre, el siguiente de la energía aplica ecuación de balance
TRANSFERENCIA DE CALOR RADIANTE Para un objeto caliente en una habitación grande, la energía radiante emitida es dado como
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 68
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:
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, lo
que se prevé que la proporción con bajo caudal región. Para la operación del calentador
Despedido, el caudal mínimo a escala factor puede ser expresada sólo como un valor positive
Por ejemplo, si el factor de escala caudal mínimo es 0,001 (0,1%), cuando se logra esta relación
de flujo de masa, los Uusedstays como un valor constante. 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 - delta P.
Definir una relación de flujo de presión para cada pasada por especificando un valor k
Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el paso
calentador encendido, un kvalue se utiliza para relacionar la caída de presión por fricción y el
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 69
flujo molar, Fthrough la Despedido del calentador. 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 cantidad, (P1-P2) se define como la pérdida
de presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del flujo. 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), el kvalue
permanecen sin cambios. 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.
Si el flujo del sistema es menor que el kref , La K valor viene dado por:
Donde:
Factor = valor está determinado por HYSYS internamente para tener en consideración la
relación gota flujo y la presión para las regiones de bajo flujo. El efecto de kref es aumentar
la estabilidad mediante el modelado de un más relación lineal entre el flujo y la presión.
Este es también más realista con bajo caudal
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 70
Heat Exchanger
El intercambiador de calor se realiza de energía y material de doble cara equilibrar los cálculos.
El intercambiador de calor es muy flexible, y puede calcular temperaturas, presiones, flujos de
calor (incluyendo pérdida de calor y la fuga de calor), los flujos de corriente de material, o UA.
En HYSYS, usted puede elegir el Intercambiador de Calor Modelo para su análisis. Sus opciones
incluyen un diseño de análisis Punto Final modelo, un ideal (Ft = 1) contracorriente modelo de
diseño ponderado, un método de clasificación de estado estacionario, y un método de clasificación
dinámica para utilizar en simulaciones dinámicas. El método de clasificación dinámica es
disponible como un modelo básico o detallado, y también puede ser utiliza en el modo de estado
estacionario por calificar Intercambiador 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, 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. Er. :a especificación del intercambiador de calor que es igual a cero para la maypria
de las aplicaciones.
Hot,cold: fluidos calientres y frios
In,out : corriente de entrada y de salida.
El calor total transferido entre los lados del tubo y concha (Intercambiador de calor deber) se
puede definir en términos de la global coeficiente de transferencia de calor, el área disponible
para intercambio de calor, y el registro de diferencia de temperaturas media
𝑄 = 𝑈𝐴∆𝑇𝐿𝑀𝐹𝑡
Donde:
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 71
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. La LMTD y su factor de corrección se definen
en la sección Rendimiento
Caída de presión
La caída de presión del intercambiador de calor se puede determinar en una de tres maneras:
• Especificar la caída de presión.
• Calcular la caída de presión basado en el intercambiador de calor la geometría y la configuración.
• Definir una relación de flujo de presión en el intercambiador de calor por especificando un valor
k.
Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el
intercambiador de calor, un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y
fluir a través del intercambiador. 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. la cantidad, P1 - P2 , 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, Intercambiador de calor
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 72
El UpdateButton le permite actualizar el intercambiador de calor cálculo en el modo dinámico.
Por ejemplo, si usted hace un cambio de configuración en el intercambiador de calor, haga clic 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, U es constante.
Los calores específicos de los flujos tanto de carcasa y tubos secundarios son constante.
El modelo de Punto Final trata a las curvas de calor tanto para calor Lados Intercambiador como
lineal. Para problemas simples, donde no es cambio de fase y los IPC relativamente constante, esta
opción puede ser suficiente para modelar su intercambiador de calor. Para el calor no lineal
problemas de flujo, el modelo ponderado se debe utilizar en su lugar.
Los siguientes parámetros están disponibles cuando el punto final se selecciona el modelo
El modelo ponderado es un excelente modelo para aplicar a los no-lineal problemas de la curva
de calor tales asthe cambio de fase de pura componentes en uno o ambos lados intercambiador
de calor. con el Modelo ponderado, las curvas de calentamiento se divide en intervalos,
y un balance de energía se realiza a lo largo de cada intervalo. A LMTD y UA se calculan para cada
intervalo en la curva de calor, y sumados para calcular el intercambiador general UA.
El modelo ponderado sólo está disponible para los contra-corriente intercambiadores, y es
esencialmente la energia y balance de materiales modelo. Las configuraciones de geometría que
afectan al pie factor de corrección no se tienen en cuenta en este modelo.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 73
Cuando se selecciona el modelo ponderado, la página de Parámetros aparece como se muestra en
la figura siguiente
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 74
Simulación de reactores:
Reactor de conversión
El reactor de conversión es un recipiente en el que se llevan a cabo reacciones de conversión. Sólo
se puede adjuntar conjuntos de reacción que contienen las reacciones de conversión. Cada
reacción en el conjunto continúa hasta que la conversión especificada se alcanza o reactivo
limitante se agota.
Ingreso de reacción:
Ventana de resultados de reacción
El grupo Resultados Reactor Resumen muestra los siguientes resultados para un reactor de
convergencia:
Resultado Descripción Posición Muestra la posición actual de la reacción. Para múltiples reacciones de
menor rango se producen en primer lugar. Cuando hay múltiples reacciones en conjunto de reacción, HYSYS clasifica automáticamente las reacciones. Una reacción con un menor rango de valor que ocurra primero. 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, que ha sido consumido en la reacción.
Componente base El reactivo para el que basa el cálculo de la conversión.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 75
Rxn Extensión Muestra el consumo de tasa molar del componente de base en la reacción dividido por su coeficiente estequimetrico aparecido en la reacción.
Equilibrio de reacción
Cuando se selecciona el botón de opción de balance de reacción, la opción de balance de reacción
proporciona un componente global resumen para el reactor de conversión. Todos los
componentes que aparecer en el envase de líquidos se muestran aquí.
Los valores aparecen después de la solución del reactor que ha convergido. La tasa de flujo de
entrada total que reacciono total y el total de tasa de flujo de salida para cada componente se
proporcionan sobre una base molar. Los valores negativos indican el consumo de un reactivo,
mientras los valores positivos indican la aparición de un producto.
Ejemplo N°…
Se requiere encontrar la masa necesaria de aire para obtener una reacción completa y consumir
todo el metano al 100%.
1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 1𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 76
Utilizamos Adjuste o realizamos un balance químico a mano y obtenemos que se requiere aprox.
400kg/h de oxígeno para consumir todo el metano.
Ejemplo N°..
Composición de la corriente Gas Combustible
Componente Fracción molar
Metano (C4) 0.8837 Etano (C2) 0.1032 Propano (C3) 0.0015 i-Butano (iC4) 0.0005 n-Butano (nC4) 0.0007 i-Pentano (iC5) 0.0002 n-Pentano (nC5) 0.0003
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 77
Agua (H2O) 0.0000 Oxigeno (O2) 0.0000 Dióxido de Carbono (CO2) 0.0024 Nitrógeno (N2) 0.0075
Exceso de aire O2%: 2% Vol. O2 en base seca.
Reacción de conversión: 100%
1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 1𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 1
1𝐶2𝐻6 + 7 2⁄ 𝑂2 → 2𝐶𝑂2 + 3𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 2
1𝐶3𝐻8 + 5𝑂2 → 3𝐶𝑂2 + 4𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 3
1𝐶4𝐻10 + 13 2⁄ 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 4 (𝑖𝐶4)
1𝐶4𝐻10 + 13 2⁄ 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 5 (𝑛𝐶4)
1𝐶5𝐻12 + 8𝑂2 → 5𝐶𝑂2 + 6𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 6 (𝑖𝐶5)
1𝐶5𝐻12 + 8𝑂2 → 5𝐶𝑂2 + 6𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 7 (𝑛𝐶5)
PDF Final
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 78
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. El conjunto de
reacciones que usted adjunta al reactor de equilibrio puede contener un número ilimitado de
reacciones de equilibrio, que son simultáneamente o secuencialmente resuelto. Ni los
componentes ni la mezcla de proceso tienen por qué ser ideal, ya que HYSYS puede calcular la
química la actividad de cada componente en la mezcla a base de la mezcla y fugacidades
componentes puros.
También puede examinar la conversión real, la base componente, la constante de equilibrio, y el
grado de reacción en el conjunto de selección de la reacción. La conversión, 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.
Página de detalles
La página de detalle consiste primordial para los botones de relación:
Stoichiometry
Basis
Ln[K]
Table
Estequimetria
Cuando se selecciona el botón de relación estequimetria, aparece la información estequimetrico
del grupo. El grupo estequimetria le permite ver la formula estequimetrica de la reacción
seleccionada en la lista desplegable de reacción.
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.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 79
Basis
Cuando seleccionas el botón Basis, muestra el grupo básico de la reacción.
El grupo base le permite ver o editar (a nivel local) varias informacines para cada reacción en 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.
Keq
Cuando se selecciona el botón de radio Keq, el grupo (Keq) Ln y K aparece la tabla.
El grupo Ln(Keq) muestra la relación Ln(Keq) que puede variar dependiendo de la Ln(K) valor
de origen seleccionado para la reacción.
Cuando se selecciona el botón de radio Ln(Keq) la ecuación en el Ln(K) grupo fuente, los
parámetros de la constante de equilibrio aparece en la ecuación, estos valores se especifican o
bien cuando la reacción se crea o se calculan en HYSYS. Si un fijo se presto constante de
equilibrio, que se muestra aquí.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 80
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. Después de un cambio se ha hecho, usted puede tener y HYSYS devolverá el
original valor calculado seleccionando el uso por defecto apropiado.
Approach
Cuando se selecciona el botón de opción Approach, el grupo fraccional de enfoque y el grupo de
enfoque de temperatura aparecen:
Para cada reacción en el conjunto de reacción un efonque fraccional se proporciona la ecuación
como una función de la temperatura. Calquiera de los parámetros de la ecuación de
aproximación% se pueden modificar en esta pagina. Los cambios realizados en los parámetros
solo afectan a la seleccionada reacción en el reactor. Después del cambio actual que se ha hecho
usted puede tener que HYSYS devuelve el valor calculado original seleccionador el apropiado
uso Defaultcheckbokx.
Puede editar una reacción haciendo clic en el ver “Reaction Button”, apareceera la ventana de
propiedades para la reacción resaltado.
Resultados
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 81
Cuando se selecciona el botón de opción de balance de reacción, ofrece un resumen global de
componentes para el reactor de equilibrio. Todos los componentes que aparecen en la lista de
componentes relacionados con el paquete de fluido se muestra aquí.
Los valores aparecen después de la solución del reactor ha convergido, la tasa global de flujo de
entrasa, la tasa total que reacciono, y la tasa total de flujo de salida para cada componente se
proporcionan sobre una base molar.
Los valores negativos indican el consumo de un reactivo, mientras que los valores positivos
indican la aparición de un producto.
Resultado Descripcion Actual % conversion
Muestra el porcentaje de compoente de base en la alimenteacion corriente(s) que ha sido consumido en la reacción. La conversión real se calcula como el porcentaje del componente base que se consume en la reacción.
𝑋 =𝑁𝐴𝑖𝑛
− 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡
𝑁𝐴𝑖𝑛
𝑥100%
Donde: X : Conversion real % 𝑁𝐴𝑖𝑛
: Componente del caudal de base en el reactor
𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡 : Caudal del componente base (mismas condiciones que el entrada
de índice) del reactor. Componente base El reactivo al que se aplica la conversión Constante de Equlibrio
La constante de equilibrio se calcula a la temperatura del reactor por la ecuacuin siguiente:
𝐿𝑛𝐾 = 𝐴 +𝐵
𝑇+ 𝐶 𝐿𝑛𝑇 + 𝐷𝑇
Donde: T : Temperatura del reactor, K A,B,C,D : parámetros de la ecuación Los cuatros parámetros en la ecuación anterior se calcula como el HYSYS si no se especifican durante la instalacon de la reacción de equilibrio. Los cuatro parámetros para cada ecuación de equilibrio se enumeran en la pagina de Rxn Ln(K)
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 82
Rxn Extns. Lista el consumo de tasa molar del componete de base en la reacción divido por su coeficiente estequimetrico aparecido en la pagina de reacción.
Reacciones de equilibrio incluidas en HYSYS
Ejemplo
Reactor CSTR,
Reactor PFR
CSTR
El CSTR es un recipiente en el que Kinetic, heterogénea catalítica, y reacciones Puntúa simples se
pueden realizar. La conversión en el reactor depende de la rateexpression de las reacciones
asociado con el tipo de reacción. Se supone que la corriente de entrada para ser perfectamente (y
de forma instantánea) mezclado con el material ya en el reactor, de modo que la composición de
la corriente de salida es idéntica a la de los contenidos del reactor. Teniendo en cuenta el reactor
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 83
volumen, una velocidad consistente expressionfor cada reacción y la estequiometría de la
reacción, el CSTR calcula la la conversión de cada componente de entrar en el reactor.
En la ficha reacciones, se puede seleccionar una reacción fijada para la peración. También puede
ver los resultados del reactor resuelto incluyendo la conversión real del componente de base. la
conversión real se calcula como el porcentaje de la base componente que se consume en la
reacción.
𝑋 =𝑁𝐴𝑖𝑛
− 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡
𝑁𝐴𝑖𝑛
𝑥 100%
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.
Reactor de equilibrio
El reactor de Equilibrio es un recipiente que los modelos de equilibrio reacciones. Las corrientes
de salida Ofthe del reactor están en un estado de química y equilibrio físico. El conjunto de
reacción que usted adjuntar a la Equilibrium reactor puede contener un número ilimitado
número de reacciones de equilibrio, que son simultáneamente o secuencialmente resuelto. Ni los
componentes ni la mezcla proceso tiene por qué ser ideal, ya HYSYS puede calcular la química la
actividad de cada componente en la mezcla a base de la mezcla y fugacidades componentes puros.
También puede examinar la conversión real, la base componente, la constante de equilibrio, y el
grado de reacción para cada reacción en el conjunto selectedreaction. La conversión, 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
Las reacciones de los reactores de Gibbs
El reactor de Gibbs calcula las composiciones que salen de tal manera que la fase y químicas
equilibrios de las corrientes de salida son alcanzado. Sin embargo, el Gibbs reactor no necesita
para hacer utilizar de una estequiometría de la reacción especificada para calcular la salida
composición de la corriente. La condición de que la energía libre de Gibbs de el sistema de
reacción está en un mínimo en el equilibrio se utiliza para calcular la composición de la mezcla
producto. Al igual que con la Equilibrio reactor, ni los componentes puros ni la reacción mezcla
se supone que se comportan muy bien.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 84
Reactor de flujo de piston (PFR)
El PFR (Plug Flow Reactor o Reactor tubular) generalmente consiste en un banco de tubos
cilíndricos o tubos. El campo de flujo es modela como flujo de pistón, lo que implica que el flujo
es radial isotrópica (sin masa o energygradients). Esto también implica que la mezcla axial es
insignificante.
Como los reactivos fluyen de la longitud del reactor, que están consumido continuamente, por lo
tanto, hay una variación axial en concentración. Dado que la velocidad de reacción es una función
de la concentración, la velocidad de reacción también varía axialmente (a excepción de orden cero
reacciones).
Para obtener la solución para el PFR (perfiles axiales de composiciones, temperatura, y así
sucesivamente), el reactor se divide en varios subvolúmenes. Dentro de cada volumen secundario,
la velocidad de reacción es considera que es espacialmente uniforme. Un balance molar se realiza
en cada subvolumen j
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 85
𝐹𝑗0 − 𝐹𝑗 + ∫ 𝑟𝑗𝑑𝑉 =𝑑𝑁𝑗
𝑑𝑡
Debido a que la velocidad de reacción se considera espacialmente uniforme en cada uno
subvolumen, el tercer término se reduce a RJV. En el estado estacionario, la
lado derecho de este equilibrio equalszero, y la ecuación se reduce
a
𝐹𝑗 = 𝐹𝑗0 + 𝑟𝐽𝑉
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 86
SIMULACIÓN DE COLUMNAS DE DESTILACIÓN
Columnas de destilación corta
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.
Correlación de Gililand
𝑁 − 𝑁𝑚
𝑁 + 1= 0.75 ∗ [1 − (
𝑅 − 𝑅𝑚
𝑅 + 1)
0.5688
]
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
𝑁𝑚 =𝑙𝑛 [(
𝑋𝐷,𝐿𝐾
𝑋𝐷,𝐻𝐾) (
𝑋𝑊,𝐻𝐾
𝑋𝑊,𝐿𝐾)]
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, la relación de reflujo mínimo
en una columna de destilación puede calcularse mediante dos ecuaciones:
∑𝛼𝑖𝑋𝑖,𝐹
𝛼𝑖 − 𝜃
𝑛
𝑖=1
= 1 − 𝑞
Donde:
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 87
n : número de componentes
q : calidad del alimento
La segunda ecuación se utiliza el valor 𝜃, calculado con la ecuación nº ….., para estimar la relación
de reflujo mínimo.
∑𝛼𝑖𝑋𝑖,𝐷
𝛼𝑖 − 𝜃
𝑛
𝑖=1
= 1 + 𝑅𝑚
Relación de reflujo12
La experiencia ha demostrado que el valor óptimo de la relación de reflujo se encuentra en un
intervalo dado por:
1.03 < 𝑅𝑅𝑚
⁄ < 1.3
Ejemplo N°
Se quiere destilar la siguiente composición a las condiciones siguientes T 200ºF, presión 100 psia
y 1300 lbmole/h
Composición Fracción Molar Etano 0.0148
Propano 0.7315 i-Butano 0.0681 n-Butano 0.1462 i-Pentano 0.0173 n-Pentano 0.0150 n-Hexano 0.0071
Se determina las corrientes de entrada y los productos, para calcular el número de platos y el
plato de la alimentación.
12 Una regla de diseño sugiere que se asigne, para una separación deseada, una relación
de reflujo de 1.2 veces la mínima
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 88
Se determina los productos ligeros y pesados en el destilado y en los fondos
El reflujo externo se calcula mediante la multiplicación de 0.997*1.3, y de inmediato la simulación
calculara el número de platos, plato de alimentación y las demás variables de operación.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 89
Columna de destilación simplificada
Se presente 3 tipos de equipos:
Destilación simple (absorbedor)
Destilación con reboiler
Destilación con condensador.
Para la convergencia, del siguiente equipo, se debe determinar el número de platos de la columna,
el número de platos en el cual deberá ingresar la corriente de alimentación, configurar las
corrientes de productos y de energía, las condiciones operaciones, y determinar los grados de
libertad en la simulación para que ello converja.
Página de configuración del reboiler
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 90
Ejemplo:
Se requiere destilar un mezcla de 100 kgmol/h de agua y 50 kmolg/h de etanol a condiciones
normales, determinar la composición del destilado y de los fondos, la columna es de 15 platos y
la alimentación ingresa en el plato 8.
Comportamiento de la composición en los platos
PFD del proceso de destilación
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 91
Ambiente de la columna de destilación
Ventana de configuración del reboiler
Ventana de configuración del condensador total.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 92
Dentro del ambiente de la configuración de la columna de destilación, se encuentra una paleta de
herramientas especialmente para esta operación, cuenta con reboiler, condensadores total,
columna absorbedor, condensador parcial, condensador reflux, Cooler, Heater, bombas, válvulas,
separadores, intercambiadores, mixer, tee.
Ejercicio N°
El propano y propileno son muy difíciles de separa uno de otro, ya que son componentes con
puntos de ebullición cercanos. No obstante, la destilación a presión elevada es una tecnologia
Columnas de Absorbedor
El absorbedor tiene cuatro corrientes de contorno y así requiere cuatro especificaciones de flujo
de presión. Una especificación de presión siempre se requiere para la corriente de producto
líquido que sale de la parte inferior de la columna. Una segunda especificación de presión debe
añadirse a la del producto de vapor de la columna, con las dos corrientes de alimentación que
tiene especificaciones de flujo
Laa única operación de la unidad contenida en el absorbedor es la sección de la bandeja, y las
únicas corrientes son de vapor de cabeza y los productos líquidos de fondo.
En conclusión la absorción de gases es una operación en la cual una mezcla de gases se pone en
contacti con un liquido, a fin e disolver de forma selectiva uno o mas componente en el gas y
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 93
obtener un solución de estos en el liquidi. En HYSYS están disponibles columnas de absorción de
gases.
ejemplo
El CO2 es absorbido en carbonato de propileno (propylenearbonato), la corriente de gas de
entrada es 20% mol de CO” y 80% mol de metano, este fluye a razón de 2m3/s y la columna
funciona en 60°F y 60.1 atm; el flujo de solventee de la entrada es 2000 kmol/h.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 94
MODULO VI: CASOS DE ESTUDIO
Caracterización de crudos de refinerías
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.
Estimar las principales condiciones de operación en la Columna de Destilación de interés,
para luego completar el balance de materia y energía correspondiente
Bases de simulación
Modelo Termodinámico: Peng-Robinson
Método de Corte de crudo: Autocortes
Método de Extrapolación: Mínimos cuadrados
Especificación de Cortes
Corte PFE (°C) Gases de Refinería 32 Gasolina (NL) 150 Solvente3 (NP) 210 Kerosene 300 Diesel 385
Columna de fraccionamiento de crudo
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 95
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.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 96
Especificaciones mínimas de equipos complementarios
Pumparound
Plato de extracción
Plato de retorno
Stripper de Vapor
Plato de extracción
Plato de retorno
Convergenvia y monitoreo
Los parámetros de convergencia y monitoreo se definirán desde el monitor hysys.
Extracción de los productos de destilación
Flujos de pumparound
Variación de temperatura en el pumparound
Overflash
GAP entre cortes
Temperatura de cortes
Temperatura de los platos correspondientes a los productos obtenidos
Temperatura de las corrientes de extracción y retorno correspondiente a los pamparound
Calidad de los cortes (PIE, 10%, 50%, 90%, PFE, Flasf point)
Duty del sistema de condensación y de los pamparound
Datos de partida
Carga de la UDP Tipo de Crudo Crudo A Carga (BPD) 20, 000 T (°F) 630 P (psig) 23
UDP Presion cond. (psig) 8 Variacion de presion (psi)
6
Pesion fondo (psig) 19
Strippers N° Platos 6
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 97
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
Datos de convergencia
Gas Refinería (GPM) 0.5 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 PIE NP (°C) 149
50% NP (°C) 177 90% NP (°C) 199 PFE NP (°C) 210
T (°F) plato 27
350
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 98
T (°F) plato 20
400
T (°F) plato 12
600
PFE Kerosene (°C) 300 90% Diesel (°C) 357 PFE Diesel (°C) 385
Crudo A:
°API@60°F : 23.6
Viscosidad Cinematica T(°F) 100 cSt 59.87 T(°F) 122 cSt 33.06
TBP
%V destilado °F 0.98 82 6.92 200 13.14 300 16.63 350 20.55 400 28.18 500 32.41 550 41.69 650 46.09 700 52.93 800 61.95 900 73.93 1050
Comp. Ligeros %V Methane 0 Ethane 0
Propane 0.24 i-butane 0.16 n-butane 0.58 i-pentane 0.59 n-pentane 0.69
BSW
Agua 0
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 99
Eficiencia de Hornos o calderas
Objetivos Construir un paquete de reacciones en el entorno básico del simulador
Utilizar un reactor de combustión, divisor de corrientes entre otros equipos y la
herramienta Spreadsheet, así como el operador lógico “Adjust”.
Calcular la eficiencia de un horno que utilice gas combustible.
Ecuaciones de cálculo de eficiencia:
𝐸 =𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠
𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑥 100
𝑥𝑟 =𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑡𝑒
𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑥 100
𝐸 =(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) − (𝑄𝑠, 𝑟 + 𝑄𝑠, 𝑐) − 𝑄𝑟
(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓)𝑥 100
𝑥𝑟 =(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) − (𝑄𝑠, 𝑟) − 𝑄𝑟
(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓)𝑥 100
𝑥𝑐 = 𝐸 − 𝑥𝑟
Esquema del horno
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 100
Condiciones de proceso
Variables de proceso
T, entrada gas combustibles 77 °F
T, entrada de aire 77 °F
T, salida productos del combustible 808°F
%Vol. O2 en exceso, base seca 3.0
T, zona de choque (BWT) 1440°F
Composición del gas combustible
Metano 0.8832
Etano 0.1052
Propano 0.0014
N2 0.0078
CO2 0.0024
Consideraciones
2.5% 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, se utilizara el modelo termodinámico PR.
Ingreso de los componentes
Ingresando las reacciones – reacción de combustión (100%)
𝟏𝑪𝑯𝟒 + 𝟐𝑶𝟐 → 𝟏𝑪𝑶𝟐 + 𝟐𝑯𝟐𝑶
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 101
Se observa con la cantidad de 10000lbmol/h la reacción no converge y se obtiene 18.66% de
Oxigeno en la corriente de combustión, y también se observa que no se encuentra en base seca,
ya que se encuentra 2.07% de agua.
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. De oxígeno.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 102
Usando la herramienta Adjust se calcula un flujo másico de aire de 3.485x104 lb/h
Para verificar si el producto de combustión se encuentra en base seca se utilizara un Splitter
para verificar la composición, esta herramienta nos permite hacer un análisis de transferencia
de masa.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 103
Se especifica en la corriente base seca 0 Agua
Para converger el Splitter, 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 3.58% en la corriente de base seca
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 104
La temperatura de la corriente de producto de combustión es 3294.2°F, esto se requiere enviar
hasta 808°F, para ello utilizaremos un cooler.
Para enfriar la corriente se requiere 29.67 MMBTU/h.
La corriente que se enfrio a 808°F, se tiene que enfriar a 77°F para ello se necesita otro cooler
para bajar la temperatura.
La corriente enfriada, se separara mediante un splitter para separar el agua de la corriente, la
corriente de agua que se separe tiene que estar a una temperatura de 77°F
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 105
Siendo Q-101, viene hacer calor de perdida
A la corriente de agua se requiere calcular el calor latente y sensible para realizar el cálculo de la
eficiencia del horno
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 106
Utilizando un Spreadsheet para el cálculo de la eficiencia de calor, esta herramienta nos permitirá extraer los datos de la simulación.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 107
La eficiencia del horno es 78.33%
Sistema multiefecto de evaporadores
Realizar un sistema de evaporación triple efecto paralelo, que permita concentrar el jugo en
60°brix, para ello calcular el vapor vivo suficiente para tener la concentración final en °brix.
Datos de Partida
Jugo mezclado
Flujo másico : 40 TN
Brix : 15°
Presión : 14.7 psia
Temperatura : 30°C
El vapor vivo viene de la caldera a una presión de 100 psia y 167°C, pasando por una válvula y
reduciendo su presión a 25psia, el vapor se introduce a un sistema de precalentamiento para el
jugo mezclado de 48 a 105 y la diferencia ingresa al primer tacho
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 108
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 109
Planta de producción de etanol
El objetivo del presente trabajo es presentar un programa de simulación para obtener etanol a
partir de un sistema de purificación, haciendo el uso de la tecnología de HYSYS, con el cual se
puedo dar solución del sistema plantado.
El plato óptimo de salida de la corriente “Fusel”, es el plato 20, siendo el componente que contiene
una mayor concentración de 1 – Propanol, que es el componente principal de extracción de tal
corriente.
Se determinó un perfil de flujos molares y másicos de corriente de condensado y rehervidor, en
función a la relación de reflujo en un rango de 2300 a 10000. De manera análoga también se
determinaron perfiles de calor a agregar al rehervidor y calor a retirar del condensador. Esto con
objetivo de en un futuro analizar el reflujo óptimo, teniendo en consideración el aspecto
económico.
Solución:
Modelado
Considerar la columna de absorción de gas mostrada en la Figura Nº 01. Los componentes que
entran al fondo de la columna en la corriente de alimentación de gas son absorbidos por la
corriente de líquido, de tal manera que la corriente de gas producto (saliendo por el tope de la
columna) es más "puro". Las columnas de absorción a menudo contienen "platos" con una
corriente de líquido fluyendo a través de los platos; estos platos son a menudo modelados como
etapas de equilibrio.
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 110
DEFINICIÓN DE VARIABLES
Usamos las siguientes definiciones de las variables:
L = moles de liquido / tiempo
V = moles de vapor / tiempo
M = moles de liquido / etapa
W = moles de vapor / etapa
xij = fracción molar componente i en liquido (etapa j)
yij = fracción molar componente i en gas (etapa j)
ETAPA DE EQUILIBRIO
El concepto de una etapa de equilibrio es importante para el desarrollo de un modelo dinámico
de la columna de absorción. Una etapa de equilibrio es representada esquemáticamente
1. Balances de materia para cada componente (c ecuaciones para cada etapa):
𝑀𝑖𝑗 = 𝐿𝑗−1𝑥𝑖,𝑗−1 + 𝑉𝑗+1𝑦𝑖,𝑗+1 − 𝐿𝑗𝑥𝑖,𝑗 − 𝑉𝑗𝑦𝑖,𝑗 = 0 … (1)
2. E- relaciones de equilibrio entre fases para cada componente (c ecuaciones por etapa):
𝐸𝑖𝑗 = 𝑦𝑖𝑗 − 𝐾𝑖𝑗𝑥𝑖𝑗 … (2)
3. S - Sumatorios de las fracciones molares (una para cada etapa):
(𝑆𝑦)𝑗
= ∑ 𝑦𝑖𝑗 − 1.0
𝐶
𝑖=1
= 0 … (3)
(𝑆𝑥)𝑗 = ∑ 𝑥𝑖𝑗 − 1.0
𝐶
𝑖=1
= 0 … (4)
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 111
4. H- Balance de energía (uno para cada etapa):
𝐻𝑗 = 𝐿𝑗−1𝐻𝐿𝑗−1+ 𝑉𝑗+1𝐻𝑉𝑗+1
− 𝐿𝑗𝐻𝐿𝑗− 𝑉𝑗𝐻𝑉𝑗
= 0 … (5)
Frecuentemente, los sistemas de ecuaciones que resultan al aplicar los métodos componente a
componente suelen dar lugar a una matriz de coeficientes en forma de matriz tridiagonal, y se
resuelven mediante un método de eliminación progresiva que recibe el nombre de algoritmo de
Thomas.
A continuación se plantea el sistema de ecuaciones MESH.
NOMENCLATURA SISTEMA DE ECUACIONES MESH
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 112
FLUJO CALOR RETIRADO DEL CONDENSADOR Y CALOR AGREGADO EN EL REHERVIDOR VS RELACIÓN DE
REFLUJO
FLUJO MÁSICO DEL CONDENSADOR Y REHERVIDOR VS RELACIÓN DE REFLUJO
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 113
FIGURA Nº 12 – FLUJO MOLAR DEL CONDENSADOR Y REHERVIDOR VS RELACIÓN DE REFLUJO
FLUJO MÁSICO DE 1-PROPANOL EN FUSEL VS. PLATO DE EXTRACCIÓN DE FUSEL
SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0
EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 114
Atentamente:
Ing. Edgar Martin Jamanca Antonio
UNJFSC – Ingenieria Química
https://www.facebook.com/jamancaantonio
https://www.youtube.com/channel/UCkchegYyLut6GKaxEONmW5Q