HYSYS Introduccion
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INTRODUCCIÓN A LAS PRACTICAS DE
DISEÑO DE PROCESOS
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Objetivo General:
Suministrar las herramientas necesarias para realizar simulaciones de procesos químicos, y proveer una experiencia de entrenamiento en el uso del software HYSYS.
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Desarrollo de las prácticas de Diseño de Procesos I
1. Introducción al entorno a HYSYS2. Equipos de transferencia de calor,
momentum y masa3. Reactores4. Equipos de separación5. Unidades lógicas6. Casos de estudio
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DISEÑO DE PROCESOS QUÍMICOS
Los ingenieros debe producir documentos que definan y describan el sistema a diseñar.
El diseño de plantas químicas se lleva a cabo en varias etapas:
1.Ingeniería BÁSICA2.Ingeniería DETALLADA
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1. INGENIERÍA BÁSICA
• Realizada principalmente por ingenieros químicos.
• Define los aspectos centrales de la planta.
• Genera los siguientes documentos: – descripción del proceso– diagrama entrada salida– Diagrama de bloques genéricos– BFD– PFD– Hojas de datos.
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• Descripción del proceso: documentos que describen la secuencia de operaciones que conforman el proceso.
• Diagrama entrada salida: incluye estequiometria de la reacción, materia primas y productos principales.
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• Diagrama de bloques genéricos: basado en el anterior incluye nuevos bloques que representan que representan las áreas de la planta (reacción, separación…).
• Diagrama de bloques (BFD): Incluye condiciones principales de operación, información importante (rendimientos, conversiones…), balances de materia y energía preliminares.
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• Diagrama de flujo de proceso (PFD): incluye los lazos de control principales, balances de materia y energía definitivos y especificación de equipos.
Este tipo de diseño se lleva a cabo en HYSYS
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• Hoja de datos (data sheet): especifica los equipos durante la ingeniería básica
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2. INGENIERÍA DETALLADACARACTERÍSTICAS:• Se lleva a cabo por un grupo interdisciplinario de
ingenieros.• Se genera toda la documentación para la construcción
física de la planta:
Diagrama de Tuberías e Instrumentación (PID O P&ID): se basa en el PFD y especifica además diámetro y longitud de tuberías, servicios industriales, drenajes, espesores, materiales, instrumentos de control,
Hojas de datos: especificaciones técnicas de los equipos.
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MODELACIÓN Y SIMULACIÓN• Modelación: representación matemática de
fenómenos físicos. Un modelo es un conjunto de ecuaciones que relacionan variables del proceso. Evalúa un proceso sin tenerlo fisicamente.
• Simulación: consiste en evaluar numéricamente el modelo para condiciones especificas. El simulador de procesos resuelve las variables desconocidas a partir de las conocidas o parámetros de diseños deseados.
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SIMULACIÓN DE PROCESOS Usa las relaciones físicas fundamentales:• Balances de masa y energía• Relaciones de equilibrio• Correlaciones de velocidad (Reacción y transferencia de masa y
calor)
Predice• Flujos, composiciones y propiedades de las corrientes• Condiciones de operación • tamaño de equipo Algunas aplicaciones• Diseño y optimización de procesos • Entrenamiento operativo de operarios• Para llevar a cabo control de procesos (estrategias de control predictivo
FF)
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Ventajas de la Simulación• Reduce el tiempo de diseño de una planta• Permite al diseñador examinar rápidamente
varias configuraciones de planta.• Ayuda a mejorar procesos actuales• Responde a las interrogantes en el proceso• Determina condiciones óptimas del proceso
dentro de las restricciones dadas
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Se debe tener en cuenta que los resultados de una simulación no son siempre fiables y estos se deben analizar críticamente.
Hay que tener en cuenta que los resultados dependen de:
- La calidad de los datos de entrada- De que las correlaciones empleadas sean las
apropiadas (escoger bien el paquete termodinámico)
- Elección adecuada el proceso.
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SIMULADORES DE PROCESOS QUÍMICOS
• Entre 1970 y 1990 comenzaron a surgir simuladores de procesos comerciales.
• Son herramientas básicas en los programas universitarios de ingeniería química
• Las tres empresas que se reparten casi la totalidad del mercado de la simulación de procesos son AspenTech, Honeywell y Simulation Sciences.
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• El sector del petróleo y gas ha sido uno de los preferidos por las empresas de simulación de procesos.
• Modelos forman parte del acervo privado de la compañía.
• Existen software de simulación privados (desarrollados por empresas) y académicos que poseen características de simulación especificas que pueden superar muchas veces a los paquetes comerciales.
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Algunos de los paquetes actuales de software para se muestran a continuación:
CHEMCAD creado en 1984
Paquete de módulos que abarca:–Cálculo y diseño de intercambiadores de calor –Simulación de destilaciones dinámicas –Simulación de reactores por lotes –Simulación de destilaciones por lotes–Simulación de redes de tuberías
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SuperPro-Designer, provee:• Simulación del proceso• Evaluación económica• Análisis avanzado del rendimiento específico• Programación del proceso• Valoración del impacto ambiental (incluyendo
cálculos rigurosos de la emisión de VOC).
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• Sistema Avanzado para Ingeniería de Procesos - Advanced System for Process Engineering (ASPEN).
• Desarrollado en los años 1970s por investigadores del MIT
• Comercializado desde 1980 por una compañía denominada AspenTech.
• AspenPlus tiene la base de datos más amplia entre los simuladores de procesos comerciales, e incluye comportamiento de iones y de electrolitos.
• Tiene muchos datos de propiedades a varias temperaturas y presiones
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- Adquirido por Aspentech en 2004.
- Software especializado para la industria petroquímica.
- Las principales ventajas de HYSYS son:
- Su facilidad de uso (interfaz amigable)
- Base de datos extensa (superada solo por la de AspenPlus)
-Utiliza datos experimentales para sus correlaciones. La mayoría de los datos son experimentales, aunque algunos son estimados (la mayoría de simuladores usa modelos predictivos como UNIFAC)
– Las principales desventajas de HYSYS son:– Pocas o nulas aplicaciones de sólidos
– Software de optimización limitado (el optimizer no es muy potente)
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HYSYS es un software para la simulación de plantas petroquímicas y afines.
Incluye herramientas para estimar:- Propiedades físicas - Equilibrios líquido vapor, - Balances de materias y energía - Simulación de muchos equipos de ingeniería química.
- Simula procesos en estado estacionario y dinámico.
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OTROS SIMULADORES DE PROCESOS COMERCIALES
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INDUSTRIA PETROQUÍMICAExtracción de cualquier sustancia química a partir de combustibles fósiles.
-Combustibles fósiles purificados: metano, propano, butano, gasolina, queroseno, gasoil, combustible de aviación. - Pesticidas- Herbicidas- Fertilizantes -Plásticos- Asfalto - Fibras sintéticas.
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Bibliografía:• Hyprotech. HYSYS.Process Documentación
Suite (1998). Calgary: Hyprotech.
• Henao, C., Vélez, J. Manual del laboratorio diseño de procesos químicos - Uso del paquete de simulación HYSYS.Process. UPB. Medellín. 2002