50366663 Manual Chemcad 1 Equipos Estacionarios 1era Parte PDF

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5.1.3

By Collantes Acuña WilmerGENIO

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Chemistry Engineer

Cyrius Performance

Measurement, Simulation & Control

Handbook of Unit Operations using Chemcad5.1.3 Manual de funcionamiento de unidades usando chemcad 5.1.3 Steady State units - Unidades en estado estacionario By Collantes A. Wilmer S. Cyrius Technology, Inc.

This chapter describes the input for all unit operation modules except distillation, reactors, solids handling, and batch/dynamic units. Este capitulo describe las entradas para todas los funcionamiento de los módulos de unidades excepto destilación, reactores, tratamiento de sólidos y unidades batch/dinamicos. COMP CSET DIVI EXPN EXTR

Compresor de una corriente. Separador de componentes Divisor de corrientes. Modulo de expansión. Extractor liquido/liquido.

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FIRE FLAS HTXR LNGH LLVF MIXE PGEN PIPE PUMP VALV VESL

Calentador de llamas. Modulo flash multi/propósito. Intercambiador de Calor. Intercambiador de Calor LNG Modulo flash liquido-liquido-vapor. mezclador de corrientes. Generador de fases. Línea de conductos tamaño/posición. bomba para liquido. Modulo válvula. Flash múltiples salidas.

Estas unidades: CONT, EXCEL, LOOP, SREC, SREF, se especifican en otro handbook.

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1.

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COMPRESOR / EXPANSOR

1.1 DESCRIPCIÓN DE UNIDADES. El modulo compresor/ expansor simula una operación isentropica o politropica. Puede ser especificado la presión de salida, razón de presión (P salida/P in) o el trabajo real requerido/generado por el compresor/expansor si la presión de salida o la razón de presión son especificadas, las condiciones de la corriente de salida y el trabajo real son calculados, si el trabajo real es especificado, la presión de salida tan bien como las condiciones de

las corrientes de salida son calculadas. La eficiencia adiabática del compresor/expansor puede también ser calculada si la presión de salida y el trabajo real son especificadas. El usuario también puede especificar una curva de operación y permitir que el programa calcule el trabajo y la presión de salida. Para una operación isentropica. Las corriente de entrada es trasmitida isentropicamente para determinar el trabajo teórico de la maquina. La eficiencia adiabática, es entonces dado dentro de un informe para calcular el trabajo real. El trabajo real es especificado para determinar las condiciones térmicas de la corriente de salida.

1.2 ESPECIFICACIONES.

1.2.1. Modo de operación: será usada como una estimación de la presión de salida durante el cálculo. 0- Especifique la presión de salida y la eficiencia 2- Especifique la Psalisa/Pin, la razón de la del compresor/expansor. El Trabajo real será presión de salida y la presión de entrada, tan calculado. bueno como la eficiencia. 1- Especifique el trabajo real y la eficiencia del 3- Especifique la Psalida y el trabajo real., la compresor/expansor. La presión de salida será eficiencia adiabatica será calculada.. calculado. El trabajo actual sería positivo para 4- Especifique la Psalida, el trabajo real y la la compresión y negativa para la expansión. Si eficiencia. La razón de flujo será calculado. la presión de salida también es ingresada, esto GENio by Collantes A. Wilmer – Cyrius Technology Inc.2006 – Course of CHEMCAD for Students 21

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Esta opción es diseñada para usar en modo automático, pero también funciona en modo secuencial 5- Especifique la curva de eficiencia (eficiencia vs. Calor y calor vs. flujo). Si este modo es seleccionado. El programa mostrara un segundo menú (después de hacer clic en O.K.) para que la curva de eficiencia pueda ser ingresada. Usando este modo, CHEMCAD calcula el trabajo y la presión de salida. 1.2.2. Tipo de Compresor/Expansor 1- Compresor/Expansor adiabático (por defecto) 2- Compresor/Expansor politropico 1.2.3. P salida o razón de Presión. La presión de salida del Compresor/Expansor o Psalida/Pentrada será ingresada para los modos 0, modo 2 o modo 3. Si ingresa para el modo 1, esto proporcionará una estimación inicial para el cálculo. 1.2.4. Razón de Presión. Cualquiera de estos dos: la razón de presión (Psalida/Pentrada) del Compresor/Expansor o la presión de salida (arriba) será ingresada para los modos 0, modo 2, o modo 3. Si ingresa para el modo 1, esto proporcionara una estimación inicial para el cálculo.

RESULTADOS DE LOS CALCULOS 1.2.10. Ideal Cp/Cv Esto es el valor para Cp/Cv si el comportamiento del compresor es asumido como un gas ideal, semejante que: Cp = Cv – R 1.2.11. Calculo del Cp/Cv La razón de las capacidades calorificas es calculada por el programa y guardada en este campo. Este valor no asume la ley de los gases ideales, es el resultado del calculo independiente de Cp y Cv de la ley de los gases ideales simplificado. 1.2.12. Presión de salida. La presión de salida, calculada para el modo de operación seleccionado. 1.2.13. Potencia teórica. El cálculo de la potencia teórica es guardado aquí. La potencia real es igual a la potencia teórica dividida por la eficiencia. 1.3. MÉTODO. Para un compresor politropico, el trabajo real es calculado por las siguientes ecuaciones:

1.2.5. Eficiencia. La eficiencia del Compresor/Expansor Adiabático (tipo 1) o politrópico (tipo 2). Será usado un valor positivo entre 0 y 1. Por defecto la eficiencia es 0.75 para ambos tipos. 1.2.6. Potencia Real La potencia real requerida para el Compresor/ Expansor o generada por el expansor (negativo). Esto será ingresado para el modo 1 y el modo3 1.2.7. Opción de propiedad. Los modelos de compresores usan cada uno las propiedades físicas en las condiciones de entrada, o un promedio de las propiedades físicas en las condiciones de entrada y salida. 1.2.8. Nº de velocidad de líneas Para múltiples curvas de velocidad – eficiencia. Se especifican el Nº de curvas que se tienen. 1.2.9. RPM real. Revoluciones por minutos GENio

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(k − 1) polyc =

k peff

Donde: polyc = coeficiente politropico k = cp/cv (razón de capacidades caloríficas) peff = eficiencia politropica polyc   T    P _ sal  −1  F.Z.R.  .     polyc    P _ in    Trabajo _ real = peff y F = razón de flujo. Z = Factor de compresibilidad. R = Constante ideal de los gases. T = Temperature de la corriente. P_sal = Presión de salida. P_in = Presión de entrada.

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1.4. TOPOLOGÍA

1.5. SUGERENCIA.

Un compresor/expansor puede tener una corriente de entrada. Si la separación de fases es requerida en la salida del compresor/expansor, la unidad puede tener más que un corriente de salida. La convención de la distribución de la fases es el mismo como el modulo FLASH, la primera salida es el vapor, la segunda salida es el liquido orgánico, y la tercera salida (si esta presente) es el liquido acuoso.

El compresor/expansor puede ser usado con un controlador para pasar el trabajo a/desde otros compresores/expansor. Varios módulos de compresor combinados con intercambiadores de calor te permiten simular una compresión múltiples etapas con gran flexibilidad. Ver módulos de intercambiadores de calor para las especificaciones de las condiciones del intercambiador (entre enfriadores).

1.6. COSTEO DEL COMPRESOR

CHEMCAD calcula el costo de compra y instalación de compresores y sus componentes (controladores y/o motores). Antes de calcular el costo de un compresor y sus otros componentes, hay varios parámetros que necesitan ser especificadas en el pantalla del equipo compresor. El programa calcula, costo centrifugo, reciprocante y compresor de tornillo mediante los caballos de fuerza y tipo de compresor. Los caballos de fuerza del compresor son calculados desde la cantidad de 23

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trabajo del compresor que puede desarrollar. Los tipos y costos del motor y/o controlador son también incluidos en la estimación. El Compresor centrifugo sin motor puede ser estimado para un rango de caballos de fuerza de 200 a 30,000 HP. Los compresores reciprocantes sin controladores puede ser analizados para un rango de 100 a 20,000 HP. Los compresores de tornillo con controladores pueden ser estimados para un rango de 100 a 20,000 HP.

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1.6.1 Definición de Parámetros Indicador de Estimación de Costo Check esta caja para cumplir las rutinas de estimación de costo. Necesitarías especificar información adicional es esta pantalla para desarrollar el costo de estimación. Tipo de Compresor. 0 = Compresor centrifugo. 1 = Compresor reciprocante. 2 = Compresor de tornillo.

Factor de Instalación: El factor para la escala del precio de compra para el precio de instalación es introducida en este campo. Si un numero no es suministrado, CHEMCAD proporcionara un factor por defecto de 1.3. CALCULO DE RESULTADOS: Costo Básico del Compresor. Costo del compresor es calculado y guardado en este campo

Tipo de motor. 0 = Abrir corregir-goteo. 1 = Totalmente encerrado, ventilador enfriamiento. 2 = Prueba-explosión.

RPM del Motor: 0 = 3600 rpm. 1 = 1800 rpm. 2 = 1200 rpm.

Costo básico del Motor: Costo del motor del compresor es calculado y guardado en este campo. Costo basico del controlador: Costo del controlador del compresor es calculado y guardado en este campo. Costo total de Compra: Costo total de compra del compresor es calculado y guardado en este campo.

Controlador: 0 = Acoplamiento de controlador de correa. 1 = Acoplamiento de controlador de cadena 2 = Acoplamiento de cont. de variable de velocidad

Costo de Instalación total: Costo de compra es multiplicado por el factor de instalación y guardado en este campo.

Ejemplo 01- compresor En la extracción supercrítica se utiliza CO2 a altas presiones, este caso a 100 atmósferas, la cual es necesario utilizar un compresor para obtener dicha presión. Diseño del diagrama de equipos, para que aparezca la barra de equipos, este icono de la barra de herramienta

debe estar activado. Pasamos a la simulación grafica, mediante el icono en la barra de herramienta Para especificarlos componentes presentes en este proceso, clic en definir componentes, , luego se mostrara una cuadro de dialogo, donde en el cuadro de seach for (buscar por) se escribe el nombre del componente en ingles, la formula o el item:

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Cuando se encuentra el componente en la bases de datos se da clic en el botón añadir (Add) , si no hay otro componentes que añadir, se acepta el cuadro de dialogo en OK.

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Luego se especifican las unidades en las que se va a trabajar

La cual mostrara un cuadro de dialogo con unidades en sistema internacional SI, en siguiente cuadro han sido modificado las unidades para este ejemplo.

Doble clic en la corriente 1, para especificar las condiciones en que se encuentra dichas corriente

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Modo de operación Tipo de modelo de compresor Presión de out (pressure out) Eficiencia (efficiency)

: : : :

Modo 0 (especificar la salida de la presión y la eficiencia) Modo 1 (compresión adiabática) 100 atm 0.75

Check en “run the costind report alter calculating unit” ejecutar el reporte de costeo despues de calcular la unidad. Tipo de compresor : Screw Compressor Tipo de motor : Totally enclosed, fan cooled. Tipo de controlador : belt drive coupling. RPM del Motor : 3600 Factor de instalación : 1.3 27

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Para especificar que modelo termodinámico queremos utilizar para calcular la constante de equilibrio, en los en vez de SRK (Soave Redlich Kwong) que aparece como defecto, clic en cuadro de dialogo.

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, aparecera el siguiente

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Podemos utilizar el modelo de peng robinson, que es el mas actual (1976), produce resultados mas exactos. Luego de aceptar este cuadro, aparecerá otro con información All streams should be reinitializaed. Proceed with reimitialization? (todas las corrientes serán reiniciadas, ¿proceder con la reinicialización?), la cual se acepta. El siguiente icono , muestra un cuadro de dialogo, para especificar que ecuación queremos utilizar para determinar las entalpías de las corrientes, so no especificamos CHEMCAD utiliza el modelo termodinámico de SRK. Para ejecutar todos los cálculos y costeo del proceso, clic en el siguiente icono: Resultados: Los reportes se muestran en el worpad, Donde las composiciones y propiedades de las corrientes se muestran dando clic en los iconos respectivamente:

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Para una mayor especificación de los resultados, se procede a ir al menú results, d Grupo de unidades de flujo Composición de corrientes Propiedades de corrientes Unidad de operación Topología Termodinámica Propiedades de la torre Composición de los platos Propiedades de los platos Transferencia de maza en la torre. Curvas de destilación. Resultados semicontinuo. Distribución y tamaño de particula. Convergencia.

En el CD del handbook, encontrara el video del procedimiento de este ejemplo “compresor”

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Ejemplo 02-Compresor Para la combustión del metano se necesita aire a una presión de 7 atm, si inicialmente se encontraba a 1 atm, y 15 ºC consideres que compresor tiene una eficiencia de 0.82. En este proceso se tratan los componentes siguientes: nitrógeno, oxigeno, argon dióxido de carbono e hidrogeno del aire y metano como combustible. El combustible entra por una corriente particular del aire, la cual se mezclan estas dos corrientes. Aire Nitrógeno Oxigeno Argon Dióxido de carbono Hidrogeno

Modo de operación: 0 Especificar la presión de salida y la eficiencia Modo de compresor: modo 2 ( Politropico ) Pressure out 7 atm Efficiency 0.82

2963.739 797.463 36.083 1.1390 0.0000

Para este problema no considere la corriente de metano, pero si se debe especificar como componente presente 0.000

En el CD del handbook, encontrara el video del procedimiento de este ejemplo “compresor 02”

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2.

EXPANSOR

La descripción de las unidades, especificaciones,método, topología, sugerencia son iguales a las descritas para el compresor, simplemente disminuyen el numero de variables para especificar, en lo que si difiere es en el costero.

Ejemplo 03 - Turbina En un ciclo de ranking, la turbina tienen una presión de escape de 0.08 atm y una temperatura de entrada de 520 ºC, si la presión de entrada es 120 atm para el vapor recalentado, determinar la potencia generada.

2.1 COSTEO DEL TURBINA/EXPANSOR CHEMCAD calcula el costo de compra y instalación de la turbina/expansor. Antes de calcular el costo de un expansor, hay varios parámetros que necesitan ser especificados en la pantalla del equipo expansor. Note que hay ciertos parámetros de diseño a un lado de los parámetros de costeo que necesitan ser ingresados en orden para calcular el costo de una turbina/expansor, para ello se necesita calcular los caballos de fuerza.

Modo de operación Tipo de Expansor P out Efficiency

:0 Espec. P_out y eficiencia. :2 Expansor politropico. :0.08 atm :0.82

El programa calcula, costo de turbina como una función de tipo de diseño (presión de descarga o descarga al vació) y caballos de fuerza. La presión de descarga para el rango de turbinas desde 20 a 5,000 HP y el rango de turbinas de descarga al vacío de 200 a 8,000 HP.

En el CD del handbook, encontrara el video del procedimiento de este ejemplo “Turbina 01” GENio

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3.

SEPARADOR DE COMPONENTES

3.1.- DESCRIPCIÓN

El separador de componentes sirve como una separador cajanegra que separa un corriente de entrada en 2 corrientes de salidas de diferentes composiciones y condiciones térmicas. Para especificar la fracción de separación o la razón de flujo de separación de componente por componente, casi todo los tipos

de separación pueden ser desarrollados. Varios especificaciones de temperatura de salida son proporcionados para las corrientes de productos incluyendo el punto de burbuja, punto de roció, sub-enfriado y condiciones súper calientes. Este modulo puede ser usado para modelar un separador resumido, como separar un componente puro desde una mezcla o separación del componente sólido de una corriente de proceso antes de ser ejecutado un riguroso calculo de equilibrio V-L

3.2.- SPECIFICATIONS

Para este caso la corriente de entrada tiene agua y metanol

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3.2.1.- Corriente de tope - Modo

Temperatura para los productos de tope. 0-Especificar la temperatura de los productos de tope. Los productos de tope serán flash en la temperatura especificada para determinar esta condición térmica. 1-Especifique la temperatura del producto de tope como el punto de burbuja. El producto de tope será totalmente líquido.

3, Ingrese los grados de subcooling.(sub-enfriado) La temperatura de tope será el punto de burbuja menos la especificación de los grados de subcooling. 4, Ingrese los g...