SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADOS A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0 PDF

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SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADOS A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SANCHEZ CARRIÓN Edgar Jamanca Antonio - [email protected]  En los últimos años, la simulación de procesos ha llegado a ser una herramienta de apoyo para el diseño y evaluación de distintos ...

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SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADOS A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SANCHEZ CARRIÓN Edgar Jamanca Antonio - [email protected]

 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.

INTRODUCCIÓN A LOS SIMULADORES DE PROCESO

 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

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ESQUEMA DEL PAQUETE ASPENONE HYSYS

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 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.

VENTAJAS DEL USO DE SOFTWARE DE SIMULACIÓN

 Permite el diseñador examinar rápidamente varias configuraciones de planta  Permite la experimentación en condiciones que podrían ser peligrosas en el sistema real.  Reduce el tiempo de diseño de una planta.  Desventajas del uso de software de simulación  Un buen modelo de simulación puede resultar bastante costoso; a menudo el proceso a desarrollar un modelo es largo y complicado para su validación.  Por error se producen diferentes resultados en repetidas corridas en el computador.  Cada modelo de simulación es único, las soluciones e inferencias no son usualmente transferibles a otros problemas.  Se requiere gran cantidad de corridas para encontrar “Soluciones óptimas”.  Aplicación de softwares de simulación

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 Aplicación de softwares de simulación  Detección de cuellos de botella en la producción.

VENTAJAS DEL USO DE SOFTWARE DE SIMULACIÓN

 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. Edgar Jamanca Antonio - [email protected]

MAPA DE RUTA

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 Permite evaluar las diferentes alternativas de configuración del proceso y/o determinar la sensibilidad de las variables claves del proceso con respecto a cambios “factible” en el proceso.

SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO

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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.

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SIMULACIÓN EN ESTADO DINÁMICA

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MÓDULO I MÓDELOS TERMÓDINAMICOS, COMPONENTES Y PROPIEDADES Edgar Jamanca Antonio - [email protected]

Administración básico de la Simulación.

Propiedades de mezcla

 Ingreso de componentes

Administración básico de la simulación

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 Componente hipotético Un componente hipotético puede ser:

Administración básico de la simulación

   

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.

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 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.

Administración básico de la simulación

 La información mínima requerida por Aspen Hysys para estimar las propiedades del componente hipotético se resumen en la tabla siguiente: Punto normal de Menor a 700ªF Mayor a 700ªF

No se conoce o es un solido

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Información mínima Punto normal de ebullición Punto normal de ebullición Densidad del liquido Densidad del liquido Peso molecular

Administración básico de la simulación

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Sub-

Adicionar

CH3

3

CH2

4

-C-

1

CH

1

 Paquete de fluido  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:

Administración básica de la simulación

 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.  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 simulación.  Antes de iniciar la simulación se debe considerar la selección de un sistema de unidades

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Administración básica de la simulación

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 Ejemplo N° 1:

Propiedades de mezcla  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”. Edgar Jamanca Antonio - [email protected]

 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?  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?

Propiedades de mezcla

 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? Edgar Jamanca Antonio - [email protected]

 Punto de Roció de la corriente “Gas”

Propiedades de mezcla

 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?

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Propiedades de mezcla

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 Propiedades criticas de una corriente

Propiedades de mezcla

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 Tabla de propiedades de una corriente

Propiedades de mezcla

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 Ejemplo N° 2  Seleccione la independiente

Propiedades de mezcla

Temperatura

como

la

primera

variable

 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”

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Propiedades de mezcla

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 Dimensionamiento de tubería de una coriente

Propiedades de mezcla

 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.

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