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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 3
ADMINISTRADOR BÁSICO DE LA SIMULACIÓN OBJETIVOS Seleccionar los elementos básicos requeridos para desarrollar la simulación
de un proceso químico en Aspen HYSYS. Manejar algunas herramientas incluidas en el simulador que posibilitan la
determinación de propiedades de componentes. BASES PARA UNA SIMULACIÓN Paquete Fluido Aspen HYSYS utiliza el concepto de paquete fluidos o “Fluid Packages” como el contenido de toda la información necesaria para desarrollar cálculos de propiedades físicas y evaporaciones espontáneas de corrientes. El paquete fluido permite definir toda la información (propiedades, componentes, componentes hipotéticos, parámetros de interacción, reacciones, datos tabulados, etc) dentro de un archivo muy sencillo. Son tres las ventajas de esto, que son: Toda la información asociada se define en un solo lugar, lo que permite la fácil
creación y modificación de la información. Los paquetes fluidos pueden almacenarse como un archivo con extensión
“fpk” para usarlos en cualquier simulación. Pueden usarse varios paquetes fluidos en 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 El “Administrador Básico de la Simulación” o “Simulation Basis Manager” es una ventana que permite crear y manipular cada paquete fluido en la simulación. Para desplegar esta ventana, abra un nuevo caso, haciendo clic en el botón “New Case” de la barra estándar de Aspen HYSYS. Observe en la Figura 1 que, por defecto, el “Administrador Básico de la Simulación” se despliega con la pestaña “Components” activa. En el “Administrador Básico de la Simulación”, el grupo “Component Lists” contiene los botones “View”, “Add”, “Delete”, “Copy”, “Import”, “Export” y “Refresh” con los cuales se observan, añaden, borran, copian, importan, exportan y actualizan los componentes incluidos en el paquete fluido. Acerque el puntero del Mouse a cada uno de estos botones y observe la anotación que aparece en la barra de estado. Debajo se observan las pestañas “Components”, “Fluid Pkgs”, “Hypotheticals”, “Oil Manager”, “Reactions”, “Component Maps” y “UserProperty”. En cada una de las ventanas correspondientes a las anteriores pestañas se agregan los componentes, las ecuaciones y las reacciones químicas que intervienen en el proceso químico a simular con el paquete fluido construido.
Curso Bás
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Curso Bás
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Curso Bás
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 11
2. Haga clic sobre el cuadro con un signo más a la izquierda de “Options”. Se desplegarán todas las propiedades físicas y termodinámicas disponibles en Aspen HYSYS para correlacionarlas con otras variables físicas.
3. Haga clic en el botón “Edit Properties” que se encuentra en la esquina inferior derecho y detalle las propiedades físicas y termodinámicas para cada uno de los componentes del sistema.
4. Cierre la ventana anterior, seleccione la propiedad “Latent Heat” que aparece en el cuadro derecho de la ventana “Tabular Package”
5. Haga clic sobre el cuadro con un signo más a la izquierda de “Information” y seleccione la opción “Latent Heat”.
6. Seleccione en el cuadro “Equation Shape” la opción polimérica o “Poly1”. Observe su escritura en el cuadro de abajo.
7. Haga clic en el botón “Cmp Plots”. Se desplegará una ventana con el título “LatentHeat” que muestra las curvas de calor latente en función de la temperatura para cada uno de los componentes de la lista.
8. Cierre la ventana anterior y haga clic sobre el botón “Cmp. Prop. Detail” para conocer mas detales sobre la propiedad. Se desplegará una ventana con el título “PropCurve: LatentHeat_Nitrogen” y con las pestañas “Variables”, “Coeff”, “Table”, “Plots” y “Notes”. Haga clic sobre cada una de ellas y detalle la información suministrada en cada una de ellas.
CASO DE ESTUDIO A continuación, despliegue la ventana “Component List View”, haga clic en la opción “Components” del grupo “Add Component”, seleccione los componentes n - heptano y n-octano y agréguelos a la lista de componentes seleccionados. Compare las propiedades del componente hipotético C7+ con las del n-C7 y n-C8 llenando la Tabla 1.
Tabla 1. Propiedades del n-Heptano, n-Octano y el compuesto hipotético C7+
PROPIEDAD C7+ C7 C8
Normal Boiling Point
Ideal Liquid Density
Molecular Weight
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 13
CORRIENTES Y MEZCLAS OBJETIVOS Especificar corrientes de materia y energía para desarrollar una simulación de
un proceso químico en Aspen HYSYS. Manejar algunas herramientas incluidas en el simulador que posibilitan la
determinación de propiedades de mezclas. INTRODUCCIÓN 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, de la 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 cantidad de energía intercambiada o transferida en dichas unidades. En Aspen HYSYS, la corriente de materia se observa, por defecto, de color azul, mientras que la corriente de energía es de color rojo. Corrientes de materia El elemento más simple que un diseñador de proceso debe especificar es una simple corriente homogénea. Las variables que definen a una corriente que contiene C componentes son:
Variables
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Expresando las concentraciones en fracciones molares, Xi, se cumple una restricción de suma entre ellas, es decir que:
1 (1)
Por lo tanto, el número de variables de diseño, , que se requieren para especificar completamente una corriente de materia es la diferencia entre el número de variables
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
14 Ing. José Luis Aguilar Salazar
y el número de restricciones, es decir:
2 (2) De acuerdo a la ecuación (2), 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 espontánea de una corriente de materia Cuando se especifica una corriente de materia con la información suficiente, Aspen HYSYS hace los cálculos apropiados de la evaporación espontánea. Es decir, si se especifican, por ejemplo, temperatura y presión calcula si la corriente es de una fase (líquida 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 los siguientes cálculos de evaporación espontánea:
1. Isotérmica: T-P 2. Isoentálpica: T-H o P-H 3. Isoentrópica: T-S o P-S 4. Fracción de vaporización conocida: T-VF o P-VF
En la evaporación espontánea a una fracción de vaporización conocida entre 0.0 y 1.0, Aspen HYSYS calcula la presión o la temperatura dependiendo de la que sea especificada como variable independiente. Si se despliega un error, en este tipo de cálculo, significa que la fracción de vapor especificada no existe a las condiciones de presión o temperatura especificadas. Es decir, la presión especificada es mayor que la presión cricondenbárica o la temperatura especificada es de un valor a la derecha de la temperatura cricondentérmica sobre la envolvente estándar de presión – temperatura. Punto de rocío 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 Aspen HYSYS calculará la presión del punto de rocío. En forma similar, si en vez de especificar la temperatura se especifica la presión Aspen HYSYS calculará la temperatura del punto de rocío de la mezcla. Los puntos de rocío retrógrados se calculan especificando una fracción de vapor de -1.0. Punto de burbuja de una corriente de materia / Presión de vapor Una especificación de una fracción de vapor de 0.0 para una corriente define un cálculo de punto de burbuja. Si además se especifica o la temperatura o la presión, Aspen HYSYS calculará la variable desconocida presión o temperatura. Al fijar una temperatura de 100 °F la presión correspondiente al punto de burbuja es la presión de vapor a 100 °F.
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 17
Evaporación isoentálpica, T-H o P-H, de la corriente “Gas” 11. Borre la temperatura y mantenga la presión asignada en el punto 9.
Especifique una entalpía molar de -15000 kJ/kgmole. ¿Cuánto es la temperatura, la fracción de vapor, y la entropía molar de la corriente?
12. Borre la presión asignada en el punto 9 y mantenga la entalpía molar. Especifique una temperatura de de 980 °C. ¿Cuánto es la presión, la fracción de vapor y la entropía molar de la corriente?
13. Borre la temperatura anterior y asigne un valor de 2000 °C. ¿Cómo se explica el error que reporta Aspen HYSYS?
Punto de rocío de la corriente “Gas” 14. Asigne una fracción de vapor de 1.0 y una presión de 7500 kPa. ¿Cuánto es la
temperatura de rocío de la corriente “Gas” a la presión de 7500 kPa? 15. Borre la presión asignada y mantenga la fracción de vapor. Asigne una
temperatura de 100 °C. ¿Cuánto es la presión de rocío a la temperatura de 100 °C?
16. Asigne una fracción de vapor de -1.0 y una presión de 5000 kPa. ¿Cuánto y qué significado tiene la temperatura calculada?
Punto de burbuja de la corriente “Gas” 17. 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? 18. Borre la presión asignada y mantenga la fracción de vapor. Asigne una
temperatura de -30 °C. ¿Cuánto es la presión de vapor de la corriente “Gas” a una temperatura de -30 °C?
19. Cambie la temperatura asignada en el punto 18 y asigne el valor de 100 °C. ¿Cómo se explica el error reportado por el simulador?
GUARDAR LA CORRIENTE “GAS” Se puede utilizar uno de varios métodos diferentes para guardar un caso en Aspen HYSYS.
1. Despliegue el menú “File” y seleccione la opción “Save As” para guardar el caso en una cierta localización y con el nombre “Gas”.
2. Despliegue el menú “File” y seleccione la opción “Save” para guardar el caso con el mismo nombre y en la misma localización.
3. Presione el botón “Save” en la barra estándar para guardar el caso con el mismo nombre.
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 calórico
Curso Bás
18
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lación de Proc
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spen Hysys
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ng. José Luis A
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Aguilar Salaz
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rgía
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ecificada.
zar
cla
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” e la
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 19
PROPIEDADES DE CORRIENTES DE MATERIA OBJETIVOS Construir diagramas de propiedades de estado de una mezcla. Determinar las propiedades críticas de una mezcla. Estimar propiedades físicas, termodinámicas y de transporte de una mezcla.
INTRODUCCIÓN Aspen HYSYS dispone de la opción “Utilities”, que es un conjunto de herramientas que interactúan con una corriente de materia suministrando información adicional para su análisis, como los diagramas presión-volumen-temperatura y otros. Después de instalada, la información anexada se convierte en parte del diagrama de flujo de tal manera que cuando cambian las condiciones de la corriente, automáticamente calcula los otros cambios en las condiciones afectadas. Los diagramas líquido-vapor disponibles para una corriente de composición desconocida son: Presión-Temperatura, Presión-Volumen, Presión-Entalpía, Presión-Entropía, Temperatura-Volumen, Temperatura-Entalpía y Temperatura-Entropía. Algunas otras facilidades incluidas dentro de la opción “Utilities” son las propiedades críticas, el diámetro o caída de presión en tuberías, tablas de propiedades, etc. DIAGRAMAS DE PROPIEDADES DE UNA CORRIENTE Para anexar un diagrama de propiedades a una corriente:
1. Instale un nuevo caso importando el paquete fluido “Planta de Gas” definido en la Práctica 1.
2. Instale una corriente de materia con el nombre de “Gas”, 10 °C, 7500 kPa, 100 kgmol/h y composición especificada como lo muestra la Figura 1.
3. Haga clic sobre la pestaña “Attachments” y luego haga clic sobre la página “Utilities”.
4. Dentro de la ventana desplegada, presione el botón “Create” para acceder a la ventana “Available Utilities” que se observa en la Figura 2.
5. Seleccione la opción “Envelope” y entonces presione el botón “Add Utility”. Se desplegará la ventana de título “Envelope: Envelope Utility-1” que se observa en la Figura 3. La página “Connections” de la pestaña del mismo nombre, muestra los valores máximos (Cricondenbárico y Cricondentérmico) y críticos de presión y temperatura para la envolvente de la corriente “Gas”.
6. Haga clic en la pestaña “Performance” y luego clic en la página “Plots” para observar el diagrama presión-temperatura que aparece por defecto, como se observa en la Figura 4. Compare los valores máximos y críticos de temperatura y presión de la Figura 3 con los determinados en el gráfico PT.
Curso Bás
20
7. P
de8. P
pádade
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sico de Simul
Figu
Figu
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lación de Proc
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cesos con As
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spen Hysys
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Aguilar Salaz
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Ing. Jo
Figu
10
11
12
osé Luis Aguil
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1. En el cuauna línea
2. Para editaopción “Gventana qgráfico co
lar Salazar
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Cu
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de Simulación
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s con Aspen
corriente “G
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Envelope Tsión-entalp
4 °C para ina Figura 6
y seleccione desplegaresentación
Hysys
21
Gas”
Type” ía de
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ne la ará la n del
Curso Bás
22
13. Ovog
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sico de Simul
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Figura 5. D
Figura
EDADES CR
piedades cde acuerd
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Datos numé
a 6. Diagram
RÍTICAS D
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cesos con As
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ma Presión
DE UNA CO
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spen Hysys
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In
presión – eatura – ent
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ng. José Luis A
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Aguilar Salaz
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Gas”
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zar
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Ing. Jo
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1. 2.
3. 4.
osé Luis Aguil
1. Haga desple
2. Repita
3. En la vpresioFiguracorrien
LA DE PRO
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dad calcula ble indepen
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lar Salazar
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a los pasos
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Figura 7. P
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Cu
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Propiedade
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urso Básico d
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CORRIEN
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de Simulación
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NTE
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n de Procesos
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nte “Gas”
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e independieC respectiv
s con Aspen
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tical Propee aparece docríticas d
una propiemo gráfica. o de valore
enú “Tools
Utilities. Add Utility”
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Hysys
23
para
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edad, Esta
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” con
”. Se Select
la de e que
En el
Curso Bás
24
cu5. S6. C7. E
kP8. H
vao
9. PO
10. S
p
sico de Simul
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Cambie al mn la matrizPa.
Haga clic enarias propiepropiedade
Presione el Observe Fig
Figura 8. V
eleccione lresione el b
lación de Proc
incrementsa Presión c
modo “Statez “State Va
n la página edades depes de fases
botón “Adura 9.
Ventana par
Figu
la opción “Mbotón “OK”.
cesos con As
s” digite el ncomo la sege”. alues” introd
“Dep. Proppendientess diferentesdd” para d
ra la constr
ura 9. Nave
Mass Dens.
spen Hysys
numero 4.gunda Varia
duzca los v
p” de la pes. Además,
s. desplegar
rucción de u
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In
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r de la lista
ng. José Luis A
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00, 5000,
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a “Variable
de Propieda
a del grupo
Aguilar Salaz
7500 y 900
sible escogades global
e Navigato
ades
o “Variable”
zar
00
ger es
or”.
” y
Ing. Jo
1112
13
14
osé Luis Aguil
1. Seleccion2. Presione
conductivmantenien
3. Haga clic donde se numéricam
4. Haga clicforma num
Figura
lar Salazar
ne la opciónel botón “Cidad térmndo temperen la pestpueden se
mente o grá
F
c sobre la mérica y tab
11. Densid
Cu
n “Thermal Calculate” pica a preraturas contaña “Perfo
eleccionar loáficamente
Figura 10. T
página “Tabular. Obse
dad y Cond
urso Básico d
Conductivitpara calculasiones de
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able” para erve Figura
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de Simulación
ty” y presioar las propiee 2500, 50
0, 25, 50, 7ara desple
alculados pa
ropiedades
desplegar 11.
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n de Procesos
one el botónedades den000, 750075 y 100 °Cgar la ventara visualiz
r los datos
a corriente
s con Aspen
n “OK”. nsidad más0 y 9000 C. tana, Figurazarlos tabul
s calculado
“Gas”
Hysys
25
sica y kPa
a 10, lados
os en
Curso Bás
26
15. Hplo
F
16. Cpo
DIMENS Dentro Sizing” especificunidad velocida
1. U2. S
deSpa
3. E
sico de Simul
Haga clic eresione el
os cálculos
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SIONAMIEN
de la herrque estim
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Utilice la teceleccione esplegará tream” perropiedadesparece selen el cuadro
lación de Proc
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Gráficas de
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NTO DE TU
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calcula el d y vicev
e fricción, v
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s. En nuestreccionada. o “Pressure
cesos con As
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rior, seleccew Plot”. L13.
UBERÍA DE
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versa y, adiscosidad,
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e Drop (kP
spen Hysys
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versus Pres
cione la proLas gráfica
E CORRIEN
e encuentraFlujo de umáximo condicionalmeetc.
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Aguilar Salaz
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Ing. Jo
osé Luis Aguil
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lar Salazar
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Figura
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14. Dimen
urso Básico d
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de Simulación
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n de Procesos
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Hysys
27
n los
Curso Bás
28
4. HFindey
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sico de Simul
Haga clic enlujo (Estrat
ncluye proensidad) y factor de fr
F
DE ESTUD
do el simula
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resiones enDetermine e
0 °C, 110 k
lación de Proc
n la pestañtificado) depiedades parámetrosricción). Ob
Figura 15. R
DIO
ador Aspen
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cesos con As
ña “Performla corrient
de transpos adicionalebserve la Fi
Régimen de
HYSYS:
ades críticaP-T y P-H
densidad dkPa y 9000 de flujo de
ujo de 100 k
spen Hysys
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e Flujo de la
s del bencedel amoníae una mezckPa a tempuna mezc
kmol/h.
In
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a corriente
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ng. José Luis A
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Aguilar Salaz
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Ing. Jo
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CCT
osé Luis Aguil
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lar Salazar
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urso Básico d
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de Simulación
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Hysys
29
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Curso Bás
30
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sico de Simul
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Figu
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cesos con As
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In
1
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ng. José Luis A
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Aguilar Salaz
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Figura 2.
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zar
nte es to, da se
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)
Ing. Jo
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Siendcomp
osé Luis Aguil
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Ec
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otal de var
sminuir las te de dos ático, es dcompletar lo
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ademas dtra en la Fig
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lar Salazar
Va
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e corriente
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de las fraccde otros cugura 3.
Figura 3
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Cu
ariables
y salida
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e se fija engiere asignde entrada.
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urso Básico d
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de Simulación
3
3
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n de Procesos
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Canti
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s con Aspen
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1) = 2C + 6
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cuya simularequieren dente en unfraccionado
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Hysys
31
6
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
32 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Un balance de materia de componente “i” se expresa mediante la ecuación:
(5) 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.
(6) El análisis de variables de diseño en un fraccionador de corrientes es el siguiente:
Variables Cantidad Corrientes de entrada y salida 3(C + 2) Corriente de energía 1 Total Variables 3(C + 2) + 1 = 3C + 7
Ecuaciones o Restricciones Cantidad Balances de materia C Balance de energía 1 Total Ecuaciones C + 1 Total de variables de diseño 3C+7 – (C+1) = 2C + 6
Al disminuir las C + 2 variables de la corriente de entrada, las variables que usualmente se fijan son “C” fracciones de recuperación de componentes en una corriente (por ejemplo, F1) y cuatro parámetros adicionales como las presiones o las temperaturas o las fracciones de vapor, Vf, de las corrientes de salida. SIMULACIÓN DE UN FRACCIONADOR DE CORRIENTES 1. Abra un nuevo caso, y defina el siguiente paquete fluido.
Ecuación: Peng Robinson Componentes: Etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano,
n-pentano y n-hexano Sistema de unidades: Field
2. Instale una corriente con las siguientes especificaciones:
Nombre: Uno Temperatura: 200 °F Presión: 500 psia Flujo Molar: 1000 lbmol/h
Ing. Jo
3. Ins
4. Ins
pe
5. Ha
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6. Ins4.
osé Luis Aguil
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stale otra c
Nombre: TemperaPresión: Flujo MolComposi
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stale un mestaña “Des
Nombre: EntradasSalida:
aga clic enugiere que orrientes destale un “S
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M- 100s: Uno, D
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33
de la
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Curso Bás
34
7. Hagapresi
8. HagacadaAspe
Figu
F 9. Haga
comp7 y 8
10. Insta“Des
sico de Simul
a clic en laones en las
a clic en laa uno de losen HYSYS c
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Figura 6. Fr
a clic en posiciones 8 ale un divisoign” de su v
Nombre: Entrada: Salida:
lación de Proc
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ecificacione
racciones d
la pestañde las corr
or de corrieventana de
D- 100 Pro 2 Tres, Cua
cesos con As
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s de presio
e recupera
ña “Worksrientes prod
entes (Tee)e propiedad
atro
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” y especificto como sea especificacorriente “Pcorrespond
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ción de cad
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In
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da uno de l
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ng. José Luis A
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vapor en el
os compon
as condicor. Observe
nections” duiente:
Aguilar Salaz
e vapor y lra 5. recuperacióFigura 6 q“Pro 2”
“Splitter”
nentes
iones y le las Figur
de la pesta
zar
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ón ue
as ras
ña
Ing. Jo
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osé Luis Aguil
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37
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
38 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Evaporador En el calentador que muestra la Figura 1, el propósito es vaporizar completamente la corriente “2”. Las corrientes “2” y “3” son de flujos y composiciones iguales, pero el calor suministrado a través del intercambiador de calor hace que sus temperaturas y presiones sean diferentes. Un balance de energía en el evaporador es el siguiente.
(1) Siendo F’s y h’s, los flujos de las corrientes y las entalpías de las corrientes y Q el flujo calórico cedido a la corriente “2”. El análisis entre variables, ecuaciones y especificaciones nos muestra que en un vaporizador hay C + 4 grados de libertad. Especificada la corriente de entrada, si se fija la caída de presión en el intercambiador, su especificación completa es posible alcanzarla de dos maneras a saber: Fijando el valor de “Q”, la ecuación (1) permite el cálculo de la entalpía de la
corriente “3” y Aspen HYSYS realiza un cálculo de evaporación espontánea P-H para su especificación completa.
Fijando el valor de la temperatura de la corriente “3”, Aspen HYSYS realiza un cálculo de evaporación espontánea T-P y, por lo tanto, de su entalpía. Con la ecuación (1) se calcula, entonces, el flujo calórico requerido en el evaporador.
Compresor El compresor que muestra la Figura 1 opera isoentrópicamente. Las corrientes “3” y “4” son de flujos y composiciones iguales pero se requiere un trabajo de compresión que se calcula con la siguiente ecuación:
11 (2)
Siendo k = Cp/Cv, P’s las presiones de las corrientes de entrada y salida y V3, el volumen específico de la corriente de entrada. Pero el trabajo real se calcula fijando una eficiencia isoentrópica para el compresor o mediante el cambio de entalpía entre las corrientes de salida y entrada en el compresor, es decir:
,ó
, (2)
En este tipo de compresor el número de grados de libertad es C + 4. Si se especifica completamente la corriente de entrada, el número de variables de diseño requeridas es dos.
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 39
Si se fija la presión de la corriente de salida (o el ΔP en el compresor) y la eficiencia del compresor, se calcula su trabajo isoentrópico con la ecuación (2) y su trabajo real con la primera igualdad de la ecuación. La entalpía de la corriente “4” se calcula con la segunda igualdad de la ecuación (3). Aspen HYSYS realiza un cálculo de evaporación espontánea P-H para la especificación completa de la corriente “4”. Condensador El análisis de los grados de libertad el condensador del ciclo de refrigeración de la Figura 1 es el mismo del evaporador, es decir, C+4. En este caso, se especifica la caída de presión y el ciclo converge satisfactoriamente. ¿Por qué converge con solo una especificación si se requieren dos adicionales a las C+2 de la corriente de entrada? SIMULACIÓN DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN
1. Abra un nuevo caso y añada el siguiente paquete fluido:
Ecuación: Peng Robinson Componente: Propano Unidades Field
2. Haga clic sobre el botón “Enter Simulation Environment” cuando esté listo para empezar a construir la simulación.
3. Presione la tecla clave F11 instalar una corriente y desplegar su vista de propiedades.
4. Introduzca las siguientes especificaciones:
Nombre 1 Fracción de vapor 0.0 Temperatura 120 °F Flujo molar 100 lbmol/h Composición (Fracción molar)
Propano 1.0
5. Instale una válvula de Joule-Thompson seleccionando de la paleta de objetos el icono de nombre “Valve” y conéctela como se observa en la Figura 2.
6. Instale un evaporador seleccionando de la paleta de objetos el icono de
nombre “Heater” y conéctelo como se observa en la Figura 3. ¿Cuántas variables se necesitan introducir para que el conjunto Válvula-Evaporador quede completamente especificado?
Curso Bás
40
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
42 Ing. José Luis Aguilar Salazar
dispone de otras opciones de análisis entre variables. En la página Tablas o “Tables” se observa información similar
13. Despliegue la ventana de propiedades de la Válvula y verifique si su operación es isoentálpica
14. Despliegue la ventana de propiedades del Compresor y verifique si su operación es isoentrópica. Si no es isoentrópica, entonces, ¿Qué tipo de operación se realizó en el compresor?
CASO DE ESTUDIO El distribuidor local propone a su planta la venta de una mezcla propano/etano de 95/5 (% molar). ¿Qué efecto, si lo hay, provoca esta nueva composición en el ciclo de refrigeración? Utilice el caso base para comparación y llene la siguiente tabla:
Propiedad
Caso Base: 100 % C3
Caso Base: 5 % C2, 95 % C3
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__________________
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Evaporador, KJ/h
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Ing. Jo
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osé Luis Aguil
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43
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(1)
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
44 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Balance de energía
(2) Relaciones de equilibrio (N Ecuaciones)
(3) Restricciones
(4)
(5) El análisis de grados de libertad es el siguiente:
Variables Cantidad Corriente Vapor C + 2 Corriente Liquido C + 2 Corriente Calor 1 Total Variables 2C + 5
Ecuaciones y Restricciones Cantidad Balances de materia C Relaciones de equilibrio C Balance de energía 1 Restricciones 2 Total Ecuaciones y Restricciones 2C + 3 Total grados de libertad 2
Una especificación común es la que corresponde a una separación isotérmica. En este caso, se especifican la presión y la temperatura del separador. Separación instantánea isotérmica El cálculo de las corrientes de vapor y líquido para este tipo de separación suelen realizarse utilizando la ecuación (6) propuesta por Rachford y Rice (1952) que permite calcular la fracción de alimento vaporizado, V/F, suponiendo que las constantes de equilibrio son independientes de las concentraciones y solo dependen de la temperatura y la presión.
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 45
1
1 10 (6)
Separación instantánea adiabática Una especificación muy común es la que corresponde a una separación instantánea adiabática (Q = 0). En este caso, fijado Q, solo queda por asignar una variable, por ejemplo, la presión de operación del sistema. De esta manera, quedan por calcularse la temperatura y demás propiedades de las corrientes de salida. Dado que se desconoce la temperatura, el balance de energía queda acoplado y debe resolverse simultáneamente con la ecuación (6). Para ello, la ecuación (2) se expresa como una función de temperatura y fracción vaporizada de la siguiente manera:
, 1 1 (7)
Para la solución simultánea de las ecuaciones (6) y (7) se puede proceder de la siguiente manera:
1. Se supone una temperatura. 2. Se calcula la fracción de vaporización con la ecuación (6) y 3. Se verifican dichos resultados con la ecuación (7) definiendo un error para la
función g(T, V/F). SIMULACIÓN DE UN SEPARADOR DE FASES INSTANTÁNEO
1. Abra un nuevo caso y añada el siguiente paquete fluido: Ecuación: Peng Robinson Componentes: Etano, Propano, n-Butano, n-Pentano, n-Hexano Unidades: Field
2. Haga clic sobre el botón “Enter Simulation Environment” para desplegar la ventana PFD de Aspen HYSYS.
3. Presione con el botón derecho del Mouse el icono de la corriente de materia y en forma sostenida arrastre el Mouse hasta la ventana del PFD.
4. Introduzca las siguientes especificaciones: Nombre: F Temperatura: 150 °F Presión: 50 psia Flujo: 125 lbmole/h
Curso Bás
46
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
48 Ing. José Luis Aguilar Salazar
2. Borre la presión especificada para la corriente “F” e introduzca un valor de 150 °F para la temperatura manteniendo la entalpía molar introducida anteriormente. ¿Explique lo realizado y los cambios observados en la simulación?
3. Simule la separación para una presión de 50 psia y una fracción de vaporización de 0.4. Analice los resultados.
4. Simule la separación para una temperatura de 150 °F y una fracción de vaporización de 0.6. Analice los resultados.
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 49
SEPARADOR DE TRES FASES OBJETIVOS Separar en forma instantánea una corriente con un contenido de
hidrocarburos y agua. Determinar los puntos de rocío y burbuja para una mezcla de hidrocarburos –
agua. INTRODUCCIÓN Una corriente que contiene hidrocarburos y agua puede presentarse en varias fases, dependiendo de sus condiciones de estado. Los cálculos para determinar sus puntos de rocío y burbuja se describen en libros como “Design of Equilibrium Stage Processes” de Smith Buford D., McGraw-Hill (1963) y son de un relativo interés académico. Aspen HYSYS dispone de una unidad para separar, en forma instantánea, una carga que se alimente con tres fases, vapor, líquida y acuosa. SEPARACIÓN DE UNA MEZCLA DE HIDROCARBUROS – AGUA
1. Abra un nuevo caso y defina el siguiente paquete fluido: Ecuación: Peng Robinson Componentes: C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, H2O Unidades: SI
2. Entre al ambiente de simulación e instale una corriente con el nombre de “Alimento” y las siguientes especificaciones: Temperatura: 20 °C Presión: 200 kPa Flujo: 100 kgmol/h Composición (Fracción Molar):
Metano 0.10 Etano 0.03 Propano 0.04 i-Butano 0.08 n-Butano 0.10 i-Pentano 0.12 n-Pentano 0.13 Agua 0.40
3. Maximice la ventana de propiedades de la corriente “Alimento” y observe las condiciones de las tres fases que la componen en la Figura 1.
4. Haga clic en la página “Composition” y observe las composiciones correspondientes a dicha corriente en la Figura 2.
5. Presione el icono de nombre “3-Phase Separator” que se encuentra en la
Curso Bás
50
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 53
PROCESOS CON RECICLO OBJETIVOS Especificar una corriente a partir de las especificaciones de otra corriente. Utilizar el botón Reciclo para estimar las propiedades de una corriente de
recirculación dentro de un proceso químico. INTRODUCCIÓN Los simuladores de proceso pueden clasificarse en modulares y orientados a ecuaciones. En el segundo modo de simulación, las ecuaciones de las unidades, corrientes y modelos termodinámicos se ensamblan y se resuelven simultáneamente. En el modo modular, los modelos termodinámicos y las ecuaciones de las unidades se almacenan como subprogramas o procedimientos que son llamados o requeridos en el orden de la conectividad de las corrientes para converger secuencialmente de acuerdo a la topología del diagrama de flujo. Este cálculo secuencial requiere de un procedimiento iterativo cuando existe una corriente de reciclo, dentro del proceso, que se asume como una material corriente abajo que debe ser de las mismas especificaciones que un material corriente arriba, conformándose lo que se denomina un lazo de reciclo o de recirculación. En Aspen HYSYS, un simulador modular secuencial, este procedimiento iterativo se realiza mediante la introducción de un bloque lógico denominado “Reciclo”, que se alimenta de la corriente abajo o “Corriente de Recirculación Calculada” y descarga la corriente arriba o “Corriente de Recirculación Asumida”. Los siguientes pasos se llevan a cabo durante el proceso de convergencia de un lazo de recirculación:
1. Aspen HYSYS utiliza las condiciones de la corriente asumida y resuelve el diagrama de flujo hacia delante hasta la corriente calculada.
2. Aspen HYSYS, entonces, compara los valores de la corriente calculada con los de la corriente asumida.
3. Basado en la diferencia entre los valores, Aspen HYSYS modifica los valores en la corriente calculada y traslada los valores modificados a la corriente asumida.
4. El proceso de cálculo se repite hasta que los valores en la corriente calculada se diferencien de los de la corriente asumida dentro de las tolerancias especificadas.
Para instalar la operación Reciclo en un proceso químico, seleccione el botón “Recycle” en la paleta de objetos, o haga clic sobre la opción Add Operation del menú Flowsheet y seleccione la opción Recycle.
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
54 Ing. José Luis Aguilar Salazar
PROCESO ESTUDIADO En el siguiente ejemplo, una corriente bifásica, F, es mezclada con una corriente de recirculación, RC, y alimentada al separador V-100. El vapor del V-100 es alimentado al expansor E- 100 y vaporizado nuevamente en el separador V- 101. La mitad del líquido que sale de este separador es alimentado a la bomba P-100 se recircula y mezcla con el alimento fresco. SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO
1. Abra un nuevo caso, seleccione el siguiente paquete fluido:
Ecuación: Peng Robinson. Componentes: Nitrógeno, bióxido de carbono, metano, etano,
propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano, n-hexano, n-heptano y n-octano.
Unidades: Field.
2. Instale una corriente de materia con nombre “F” y las siguientes especificaciones:
Pestaña Worksheet Página Conditions Temperatura: 60 °F Presión: 600 psia Flujo molar: 1 MMSCFH Pestaña Worksheet Página Compositions (Fracción molar): Nitrógeno 0.0069 CO2 0.0138 Metano 0.4827 Etano 0.1379 Propano 0.0690 i-Butano 0.0621 n-Butano 0.0552 i-Pentano 0.0483 n-Pentano 0.0414 n-Hexano 0.0345 n-Heptano 0.0276 n-Octano 0.0206
3. Instale un separador de fases con el nombre de “V-100” y las siguientes
especificaciones:
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 55
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4. Instale un expansor con el nombre de “E-100” y las siguientes
especificaciones:
Pestaña Design Página Connections Inlet V Outlet V1 Energy Qe Pestaña Worksheet Página Conditions Corriente V1 300 psia
5. Instale un separador con el nombre de “V-101” y las siguientes
especificaciones :
Pestaña Design Página Connections Inlets V1 Vapour Outlet V2 Liquid Outlet L2 Pestaña Design Página Parameters Pressure Drop 1.45 psia
6. Instale una Tee con el nombre de “TE-100” y las siguientes especificaciones:
Pestaña Design Página Connections Inlet L2 Outlets P, L3 Pestaña Design Página Parameters Flow Ratio 0.5
7. Instale una bomba con el nombre de “P-100” y las siguientes especificaciones:
Pestaña Design Página Connections Inlet P Outlet Rc Energy Qp Pestaña Design Página Parameters Efficiency 75% Pestaña Worksheet Página Conditions Corriente Rc 600 psi
Curso Bás
56
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57
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 59
COMPRESIÓN DE UN GAS EN TRES ETAPAS OBJETIVOS Especificar una corriente a partir de las especificaciones de otra corriente. Utilizar el botón Reciclo para calcular una corriente de recirculación dentro de
un proceso químico. Simular, en estado estacionario, un proceso de compresión de un gas en
varias etapas. PROCESO ESTUDIADO La corriente gaseosa de entrada y de nombre “Alimento” se encuentra a 50 °F y 80 psia y se comprime hasta 1000 psia en tres etapas. En cada una de las etapas de compresión el líquido que resulta después de un enfriamiento y separación de fases es recirculado a la entrada de la etapa de compresión que le antecede. Las condiciones de temperatura y presión son 120 °F y 200 psia después de la primera etapa de compresión, 120 °F y 500 psia después de la segunda etapa y 120 °F y 1000 psia después de la tercera etapa. La Figura 1 muestra el diagrama de flujo del proceso de compresión multietapa. PAQUETE FLUIDO COMPONENTES: Nitrógeno, Dióxido de carbono, Metano, Etano, Propano,
i-Butano, n-Butano, i-Pentano, n-Pentano, n-Hexano, n-Heptano y n-Octano.
ECUACIÓN: Peng-Robinson REACCIONES: No hay UNIDADES: Field SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Corriente de alimentación: Instale la corriente “Alimento” con las siguientes especificaciones en la página “Conditions” de la pestaña “Worksheet” Temperatura 50 °F Presión 80 psia Flujo molar 250 lbmole/h En la página “Composition” de la pestaña “Worksheet” especifique las siguientes concentraciones para el alimento en fracciones molares: Nitrogeno 0.0069 CO2 0.0138 Metano 0.4827 Etano 0.1379 Propano 0.0690
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
60 Ing. José Luis Aguilar Salazar
i-Butano 0.0621 n-Butano 0.0552 i-Pentano 0.0483 n-Pentano 0.0414 n-Hexano 0.0345 n-Heptano 0.0276 n-Octano 0.0206 Para construir este diagrama de flujo, un conjunto de separadores, compresores, enfriadores y mezcladores tienen que instalarse con las especificaciones que aparecen a continuación. Las corrientes de recirculación se añadirán después que las operaciones se hayan instalado. Instale las operaciones con las especificaciones descritas a continuación: Mezclador MIX-100 Pestaña Design Página Connections Inlet Alimento Outlet EntradaV- 100 Pestaña Design Página Parameters Automatic Pressure Assignment Set Outlet to Lowest Inlet La corriente de recirculación RC-100 se instalará a este mezclador después que hayan sido instaladas todas las operaciones Separador V-100 Pestaña Design Página Connections Inlets EntradaV-100 Vapour Outlet VaporV-100 Liquid Outlet Liquido V-100 Compresor K-100 Pestaña Design Página Connections Inlet VaporV-100 Outlet EntradaE-100 Energy QK-100 Enfriador E-100 (Cooler) Pestaña Design Página Connections Feed Stream EntradaE-100 Product Stream SalidaE-100 Energy Stream QE-100 Pestaña Design Página Parameters) Pressure Drop 5 psi Especifique la temperatura y la presión de la corriente SalidaE-100 con valores de 120 °F y 200 psia respectivamente.
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 61
Mezclador MIX-101 Pestaña Design Página Connections Inlet SalidaE-100 Outlet EntradaV-101 Pestaña Design Página Parameters Automatic Pressure Assignment Set Outlet to Lowest Inlet La corriente de recirculación RC-101 se instalará a este mezclador después que todas las operaciones hayan sido instaladas. Separador V-101 Pestaña Design Página Connections Feed EntradaV-101 Vapour Outlet VaporV-101 Liquid Outlet Liquido V-101 Compresor K-101 Pestaña Design Página Connections Inlet VaporV-101 Outlet EntradaE-101 Energy QK-101 Enfriador E-101 (Cooler) Pestaña Design Página Connections Feed Stream EntradaE-101 Product Stream SalidaE-101 Energy Stream QE-101 Pestaña Design Página Parameters Pressure Drop 5 psi Especifique en la corriente SalidaE-101, T = 120 °F y P = 500 psia. Mezclador MIX-102 Pestaña Design Página Connections Inlet SalidaE-101 Outlet EntradaV-102 Pestaña Design Página Parameters Automatic Pressure Assignment Set Outlet to Lowest Inlet La corriente de recirculación RC-102 se añadirá al mezclador después que todas las operaciones hayan sido instaladas. Separador V-102 Pestaña Design Página Connections Feed EntradaV-102 Vapour Outlet VaporV-102 Liquid Outlet Liquido V-102
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
62 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Compresor K-102 Pestaña Design Página Connections Inlet VaporV-102 Outlet EntradaE-102 Energy QK-102 Enfriador E-102 (Cooler) Pestaña Design Página Connections Feed Stream EntradaE-102 Product Stream SalidaE-102 Energy Stream QE-102 Pestaña Design Página Parameters Pressure Drop 5 psi Separador V-103 Pestaña Design Página Connections Feed SalidaE-102 Vapour Outlet VaporV-103 Liquid Outlet LiquidoV-103 Añada, ahora, las corrientes de recirculación, presione el botón “Define from other Stream” que se encuentra en el fondo de la ventana de propiedades de dichas corriente y utilice la ventana “Spec Stream As” para definirlas utilizando otras propiedades de las corrientes. Corrientes de recirculación 1. Especifique la corriente de recirculación RC-100 como la corriente LiquidoV-101 y
conéctela como un alimento al mezclador MIX-100. 2. Especifique la corriente de recirculación RC-101 como la corriente LiquidoV-102 y
conéctela como un alimento al mezclador MIX-101. 3. Especifique la corriente de recirculación RC-102 como la corriente LiquidoV-103 y
conéctela como un alimento al mezclador MIX-102. Las propiedades de las corrientes LiquidoV-101, LiquidoV-102 y LiquidoV-103 sirven como los estimativos iniciales para las corrientes de recirculación. Antes de instalar las operaciones Recycle, se sugiere colocar el resolvedor del diagrama de flujo en “Modo Holding”. Operaciones de recirculación RCY-1 – Feed: LiquidoV-101; Product: RC-100. RCY-2 – Feed: LiquidoV-102; Product: RC-101. RCY-3 – Feed: LiquidoV-103; Product: RC-102.
Coloque el revolvedor del diagrama de flujo en el “Modo Activo” haciendo clic en el icono “Solver Active” y la simulación convergerá satisfactoriamente.
Ing. Joosé Luis Aguil
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 65
AJUSTE DE VARIABLES OBJETIVOS Simular, en estado estacionario, un separador de fases isotérmico con ajuste
de una variable Ajustar el valor de una variable para especificar el valor de otra variable
mediante el botón “Ajuste” INTRODUCCIÓN Separador de fases isotérmico Un separador de fases isotérmico separa a una mezcla que contiene una fase líquida y otra de vapor de acuerdo a las condiciones de equilibrio definidas por la temperatura y la presión del alimento al separador y sin un requerimiento calórico externo. Operación AJUSTE La operación lógica “Adjust” varía el valor de una variable de una corriente (variable independiente) hasta encontrar la especificación o valor requerido (variable dependiente) en otra corriente u operación. En un diagrama de flujo, una cierta combinación de especificaciones puede requerirse y no puede resolverse directamente. Problemas de estos tipos deben resolverse por medio de procedimientos de ensayo y error. La operación “Adjust” puede usarse para desarrollar automáticamente las iteraciones de ensayo y error que se requieren resolver rápidamente en un diagrama de flujo. La operación “Adjust” es extremadamente flexible. Le permite vincular variables de corriente en el diagrama de flujo en direcciones que no son posibles usando las operaciones unitarias ordinarias. Puede usarse para resolver para el valor deseado de una sola variable dependiente o se pueden instalar múltiples Adjust para resolver para los valores deseados de varias variables simultáneamente. La operación “Adjust” puede desempeñar las siguientes funciones:
1. Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente encuentr el valor deseado
2. Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente se iguale al valor de la misma variable en otro objeto más un valor adicional
Para instalar el botón “Adjust”, seleccione el botón “Adjust” en la paleta de objetos. De otra manera, seleccione la opción “Add Operation” del menú “Flowsheet” y seleccione la opción “Adjust”.
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
66 Ing. José Luis Aguilar Salazar
PROCESO ESTUDIADO Una corriente de hidrocarburos saturados a -60 °F y 600 psia es alimentada a un separador de fases isotérmico con un flujo de 144 lbmol/h. Se requiere ajustar la temperatura del alimento para que el flujo del líquido que sale del separador sea de 100 lbmol/h PAQUETE FLUIDO COMPONENTES: Metano, Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, i-Pentano,
n-Pentano, n-Hexano, n-Heptano, n-Octano ECUACIÓN: Peng Robinson UNIDADES: Field SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Corriente de alimentación: Instale una corriente de nombre “Alimento” e introduzca las siguientes especificaciones: Pestaña Worksheet Página Conditions Temperatura -60 °F Presión 600 psia Flujo Molar 144 lbmol/h Pestaña Worksheet Página Composition Fracción Molar Metano 0.4861 Etano 0.1389 Propano 0.0694 i-Butano 0.0625 n-Butano 0.0556 i-Pentano 0.0486 n-Pentano 0.0417 n-Hexano 0.0486 n-Heptano 0.0278 n-Octano 0.0208 Separador de fases: Instale un separador de fases con nombre “V-100”, y especifique lo de la siguiente manera: Pestaña Design Página Connections Inlets Alimento Vapour Outlet Vapor Liquid Outlet Liquido
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 69
BALANCES DE MATERIA
OBJETIVOS Hacer un balance global de materia entre dos corrientes manteniendo
constante el flujo de materia. Analizar las especificaciones de las corrientes balanceadas y su influencia en
sus condiciones. Verificar algunos cálculos de flujos desarrollados por Aspen HYSYS.
INTRODUCCIÓN Aspen HYSYS dispone de una operación lógica para hacer cálculos de balance de materia y energía entre corrientes de un proceso químico. La operación Balance de Masa y la operación Balance de moles desarrollan balances globales de materia donde solamente se conserva el flujo másico o molar entre las corrientes. Operación Balance de masa o “Mass Balance” Esta operación desarrolla un balance global donde solamente se conserva el flujo másico. Una aplicación es el modelamiento de reactores con estequiometria desconocida y disponiendo de los análisis de todos los alimentos y productos. Si se especifican las composiciones de todas las corrientes y el flujo para todas excepto una de las corrientes conectadas, la operación “Mass Balance” determinará el flujo de la corriente desconocida. Esto es una aplicación muy común en unidades de alquilación, hidrotratadores y otros reactores no estequiométricos.
1. Deben especificarse las composiciones para todas las corrientes. 2. El flujo debe especificarse para todas las corrientes excepto una de ellas. Aspen
HYSYS determinará el flujo de dicha corriente mediante un balance de masa. 3. La operación Mass Balance determina las masas equivalentes de los
componentes que se han definido para las corrientes de entrada y salida de la operación.
4. Esta operación no traslada presión ni temperatura. Operación Balance de moles o “Mole Balance” Esta operación desarrolla un balance global de moles sobre unas corrientes seleccionadas sin hacer balance de energía. Puede usarse para establecer balances de materia en secciones del diagrama de flujo o para transferir el flujo y composición de una corriente de proceso en una segunda corriente.
1. La composición no necesita especificarse en todas las corrientes. 2. No tiene consecuencias la dirección del flujo de la corriente desconocida. Aspen
HYSYS calculará el flujo molar del alimento a la operación basado en lo especificado para los productos o viceversa.
3. Esta operación no traslada presión ni temperatura
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
70 Ing. José Luis Aguilar Salazar
CASOS DE ESTUDIO BALANCE DE MASA En el siguiente ejemplo todos los componentes de una corriente gaseosa “Alimento” se convierten a propano puro en la corriente de salida “Producto. Seleccione a la ecuación Peng Robinson y los siguientes componentes: metano, etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano, n-hexano, n-heptano y n-octano. Especifique la corriente “Alimento” de la siguiente manera: Pestaña Worksheet - Página Conditions Nombre Alimento Temperatura 60 °C Presión 4000 kPa Flujo Molar 100 Kgmole/h Pestaña Worksheet - Página Composition (Fracción Mol) Metano 0.9271 Etano 0.0516 Propano 0.0148 i-Butano 0.0026 n-Butano 0.0020 i-Pentano 0.0010 n-Pentano 0.0006 n-Hexano 0.0001 n-Heptano 0.0001 n-Octano 0.0001 Especifique la composición de la corriente “Producto” como 100 % en Propano. Inserte una operación de balance de masa o “Mass Balance”. En la pestaña “Connections” de la ventana de propiedades de la operación Balance, introduzca las conexiones como muestra la ventana “BAL-1” de la Figura 1. Haga clic en la pestaña “Parameters” y seleccione la opción Masa o “Mass” como el tipo de balance o “Balance Type”. El balance resuelto corresponde a la siguiente ecuación:
, Siendo El flujo másico de la corriente “Alimento”, 3856 lb/h.
, La fracción molar de propano en el producto, 1. El flujo molar de producto desconocido. El peso molecular del propano o 44.10 lb/lbmol.
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
72 Ing. José Luis Aguilar Salazar
La corriente “Producto” se encuentra subespecificada. ¿Por qué? Calcule y compruebe el flujo volumétrico. Agregue algunas condiciones para una especificación completa de la corriente “Producto”. BALANCE DE MOLES En el siguiente ejemplo, el balance en moles se usará para crear una corriente que tiene la misma composición molar y el mismo flujo de otra corriente pero a una diferente presión y temperatura. Abra un nuevo caso seleccionando los componentes metano, etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano, n-hexano y elija a la Ecuación de Peng Robinson para el cálculo de las propiedades. Instale una corriente de nombre “Gas” e introduzca las siguientes especificaciones Pestaña Worksheet - Página Conditions Nombre Gas. Temperatura 10 °C Presión 3930 kPa Flujo Molar 30 kgmole/h Pestaña Worksheet - Página Compositions (Fracción Mol) Metano 0.8237 Etano 0.1304 Propano 0.0272 i-Butano 0.0101 n-Butano 0.0059 i-Pentano 0.0016 n-Pentano 0.0009 n-Hexano 0.0002 Seguidamente, instale una corriente de material de nombre “Rocio” sin especificar ninguna información para ella en este punto. Ahora instale una operación Balance y en la pestaña “Connections” anexe las corrientes como se muestra en la Figura 4. Haga clic en la pestaña “Parameters” y seleccione la opción “Mole” en la sección donde se selecciona el tipo de balance o “Balance Type”. Haga clic en la pestaña “Worksheet” y observe en la Figura 5, que el Botón BAL-2 ha trasladado los datos correspondientes a los flujos de la corriente “Gas” a la corriente “Rocio” y si se despliega la página “Composition” se observa que también ha trasladado la información sobre las concentraciones. La corriente no muestra información de temperatura, presión o fracción de vapor requerida para completar su especificación.
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 75
BALANCES DE CALOR OBJETIVOS Calcular el flujo global de calor de varias corrientes de un proceso químico,
mediante la opción HEAT del botón BALANCE. Verificar el resultado del cálculo hecho por el simulador Aspen HYSYS.
INTRODUCCIÓN Aspen HYSYS dispone de una operación lógica para hacer cálculos de balance de materia y energía entre corrientes de un proceso químico. La operación Balance de Calor desarrolla balances globales de calor donde solamente se conserva el flujo másico o molar entre las corrientes. Operación Heat Balance Esta operación desarrolla un balance global de calor sobre unas corrientes. Puede usarse para establecer balances de calor en secciones del diagrama de flujo o para transferir la entalpía de una corriente de proceso en una segunda corriente.
1. Deben especificarse los flujos de materia y las composiciones para todas las corrientes de materia. El flujo de calor no será trasladado a corrientes que no tengan especificadas las composiciones y el flujo, aún cuando haya solo un flujo de calor desconocido.
2. No tiene consecuencias la dirección del flujo de la corriente desconocida. Aspen HYSYS calculará el flujo de calor del alimento a la operación basado en lo especificado para los productos o viceversa.
3. Esta operación no traslada presión ni temperatura. 4. No se puede balancear el calor en una corriente material.
CASO DE ESTUDIO Abra un nuevo caso, seleccione la Ecuación de Peng Robinson y los componentes metano, etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano y n-pentano. Considere que dos corrientes calientes y dos corrientes frías intercambian calor y se necesita determinar el flujo total de calor al sistema. Instale las corrientes calientes y frías con las siguientes especificaciones: Corriente Caliente: “Cal-1” Pestaña Design – Página Conditions Temperatura 30 °C Presión 5000 kPa Flujo Molar 50 kgmol/h
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
76 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Pestaña Design – Página Composition (Fracción Mol) Metano 0.95 Etano 0.05 Corriente Caliente: “Cal-2” Pestaña Design – Página Conditions Temperatura 20 °C Presión 5000 kPa Flujo Molar 100 kgmol/h Pestaña Design – Página Composition (Fracción Mol) Metano 0.5386 Etano 0.1538 Propano 0.0769 i-Butano 0.0692 n-Butano 0.0615 i-Pentano 0.0538 n-Pentano 0.0462 Corriente Fría: “Frio-1” Pestaña Design – Página Conditions Fracción de vapor 1.0 Presión 2000 kPa Flujo Molar 75 kgmol/h Pestaña Design – Página Composition (Fracción Mol) Metano 0.95 Etano 0.05 Corriente Fría: “Frio-2” Pestaña Design – Página Conditions Fracción de vapor 0.0 Presión 250 kPa Flujo Molar 100 kgmol/h Pestaña Design – Página Composition (Fracción Mol) Metano 0.02 Etano 0.98 Ahora instale el botón “Balance”, haga clic en la pestaña “Connections” y anexe las corrientes calientes y frías en la sección de las corrientes de entrada o “Inlet Streams” y en la sección de las corrientes de salida o “Outlet Streams” introduzca la corriente de nombre “QTotal”, como se observa en la Figura 1.
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 79
BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA OBJETIVOS Calcular el flujo molar de una corriente de proceso enfriada en dos
intercambiadores en serie. Calcular la temperatura de la corriente entre los dos intercambiadores. Verificar los resultados anteriores con los obtenidos con la operación
BALANCE de Aspen HYSYS. INTRODUCCIÓN Operación Balance La operación Balance es una facilidad de propósito general para desarrollar balances de materia y calor. Solamente requiere los nombres de las corrientes que entran y salen a una operación. Para el Balance General pueden especificarse, también, las relaciones entre los componentes. La operación Balance puede usarse en paralelo con otras unidades para desarrollar balances de materia y energía globales debido a que Aspen HYSYS permite que corrientes entren y salgan a más de una operación. La operación Balance resolverá tanto en direcciones hacia delante como hacia atrás. CASO DE ESTUDIO ENFRIADORES EN SERIE Una corriente “Alimento” que contiene hidrocarburos saturados, nitrógeno y dióxido de carbono a 60 °F y 600 psia y de flujo desconocido se quiere enfriar hasta -60 °F mediante dos enfriadores en serie, E-100 y E-101. Las cargas calóricas y las caídas de presión en cada uno de los intercambiadores de calor son 1.2x106 Btu/h y 5 psi en el E-100 y 5x106 Btu/h y 2.5 psi en el E-101. Se requiere determinar el flujo molar a través de los enfriadores y la temperatura de la corriente “EntradaE-101”. La carga calórica en el intercambiador E-100 cumple la ecuación:
(1)
La carga calórica en el intercambiador E-101 cumple con la ecuación:
(2)
El flujo molar a través de los enfriadores es constante y desconocido, y el calor específico se puede asumir que también es constante pero es calculado por Aspen HYSYS, mediante la ecuación utilizada en el paquete fluido. Por lo tanto, se tiene un par de ecuaciones con dos incógnitas, a saber, el flujo y la temperatura de la corriente “EntradaE-101”. Aspen HYSYS resuelve este tipo de problema con la opción “Mole and Heat Balance”.
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
80 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Abra un nuevo caso, seleccione los componentes: nitrógeno, anhídrido carbónico, metano, etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano, n-hexano, n-heptano y n-octano y la Ecuación de Peng Robinson como el paquete de propiedades. CORRIENTE DE ALIMENTACIÓN: Instale una corriente de nombre “Alimento” con las siguientes especificaciones: Pestaña Worksheet – Página Conditions Temperatura 60 °F Presión 600 psi
Pestaña Worksheet – Página Composition (Fracción Mol) Nitrógeno 0.0149 CO2 0.0020 Metano 0.9122 i-Pentano 0.0010 Etano 0.0496 n-Pentano 0.0006 Propano 0.0148 n-Hexano 0.0001 i-Butano 0.0026 n-Heptano 0.0001 n-Butano 0.0020 n-Octano 0.0001 ENFRIADOR E-100: Instale un enfriador de nombre E-100 e introduzca las siguientes especificaciones en la ventana de propiedades: Pestaña Design – Página Conections Inlet Alimento Outlet EntradaE-101 Energy QE-100
Pestaña Design – Página Parameters Caída de presión 5 psi Carga Calórica 1.2e+06 Btu/h ENFRIADOR E-101 Instale un enfriador de nombre E-101 e introduzca las siguientes especificaciones en su ventana de propiedades: Pestaña Design – Página Conections Inlet EntradaE-101 Outlet Producto Energy QE-101
Pestaña Design – Página Parameters Caída de presión 5 psi Carga calórica 2.5e+06 Btu/h
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 83
BALANCE GENERAL OBJETIVOS Calcular, mediante Aspen HYSYS, los flujos y las composiciones
desconocidas en un mezclado de dos corrientes. Verificar los resultados reportados por Aspen HYSYS en cálculos de balances
de materia entre corrientes mezcladas. Calcular, mediante Aspen HYSYS, los flujos globales entre corrientes en las
que se conserva el flujo global de materia. Verificar los resultados reportados por Aspen HYSYS en cálculos globales de
balances de materia entre corrientes especificadas en composición y flujos. INTRODUCCIÓN Operación Balance La operación Balance es una facilidad de propósito general para desarrollar balances de materia y calor. Solamente requiere los nombres de las corrientes que entran y salen a una operación. Para el Balance General pueden especificarse, también, las relaciones entre los componentes. La operación Balance puede usarse en paralelo con otras unidades para desarrollar balances de materia y energía globales debido a que Aspen HYSYS permite que corrientes entren y salgan a más de una operación. La operación Balance resolverá tanto en direcciones hacia delante como hacia atrás. Operación Balance General La opción “General Balance” es capaz de resolver problemas de mayor envergadura. Resolverá un conjunto de “n” ecuaciones con “n” incógnitas desarrolladas a partir de las corrientes conectadas a la operación. Esta operación, a causa del método de solución, es considerablemente potente para los tipos de problemas que puede resolver. No solo puede resolver flujos y composiciones desconocidas en las corrientes conectadas, sino también relaciones que pueden establecerse entre los componentes en las corrientes. Cuando la operación determina la solución, la relación preestablecida entre los componentes se mantendrá.
1. La operación “General Balance” resolverá balances de materia y energía independientemente. Es aceptable una corriente de energía como entrada o salida.
2. La operación resolverá flujos y composiciones desconocidos y puede tener relaciones especificadas entre componentes en una de las corrientes.
3. Las relaciones pueden especificarse en base molar, másica o volumen de líquido
Curso Bás
84
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
86 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Ejercicios A continuación se observan las ecuaciones que expresan los balances de materia y energía, además de la restricción entre las concentraciones de metano y agua en la corriente “Alimento”. Haga un análisis de grados de libertad y verifique que el sistema se encuentra completamente especificado, lo cual explica el por qué Aspen HYSYS desarrolla los cálculos. Compare los resultados obtenido entre sus cálculos y los obtenidos por Aspen HYSYS. Balances de materia y energía y restricciones: Balance de agua:
Balance de Metano:
Balance de monóxido de carbono:
Balance de dióxido de carbono:
Balance de energía:
Relación entre agua y metano en la corriente “Alimento”
1
COLUMNA DE DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA Una mezcla de benceno y ciclohexano es separada en una columna que utiliza acetona como agente de arrastre. Benceno casi puro es producido en el fondo, mientras que una mezcla azeotrópica de acetona y ciclohexano se produce en el tope de la columna.
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 87
Se quiere determinar la cantidad necesaria de acetona para separar lo suficientemente la mezcla benceno – ciclohexano. El cálculo del flujo de acetona requerido, en base a un alimento fijo de benceno y ciclohexano, implica la solución de un conjunto de ecuaciones lineales, lo que significa que puede usarse la opción “General Balance”. Utilice la ecuación UNIQUAC como modelo de actividad e introduzca las siguientes corrientes Corriente “Alimento”: El flujo másico y las composiciones especificadas de la mezcla “Alimento” son 85 kg/h, 51.8 % en masa de benceno y 48.2 % en masa de ciclohexano. Corriente “Acetona”: La acetona utilizada es pura y solo se especifica su composición. Corriente “Azeótropo”: El producto de cabeza de la columna se especifica como una mezcla azeotrópica que contiene 68.76 % en masa de acetona y 31.24 % en masa de ciclohexano. Corriente “Benceno”: La corriente de fondo de la columna es benceno puro y se especifica solamente su composición. Operación Balance General La operación “General Balance” desarrollará balances de componentes individualmente, mientras que las operaciones “Mole o Mass Balances” solamente desarrollan balances de flujo globales y no pueden resolver este problema. Instale la operación General Balance con “Alimento” y “Acetona” como corrientes de entrada o “Inlet Streams” y “Azeótropo” y “Benceno” como corrientes de salida o “Outlet Streams”. Esta operación no realizará una solución completa pero calcula los flujos másicos de “Acetona”, “Azeótropo” y “Benceno” como se puede observar en el libro de trabajo. El flujo másico de acetona requerido es de 90.18 kg/h. Plantee los balances de materia y verifique los flujos de las corrientes “Acetona”, “Azeótropo” y “Benceno” que aparecen calculados en el libro de trabajo. Observe que se si se está usando la opción General Balance de esta forma, se debe borrarla antes de correr la columna. El diagrama de las corrientes balanceadas junto con la operación “General Balance” se muestra en la Figura 5. ¿Por qué las corrientes no están completamente especificadas? ¿Qué se puede hacer para especificarlas completamente? Ejercicios
1. Escriba las ecuaciones de balances y restricciones, si las hay, y verifique los flujos y las composiciones de las corrientes obtenidos por Aspen HYSYS.
2. Agregue algunas especificaciones requeridas para especificar completamente las cuatro corrientes.
Curso Bás
88
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
92 Ing. José Luis Aguilar Salazar
PAQUETE FLUIDO COMPONENTES: Nitrógeno, Sulfuro de Hidrógeno, Dióxido de carbono, Metano, Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, i-Pentano, n-Pentano, n-Hexano, Agua y C7+ (Hipotético, Temperatura de ebullición Normal 110 °C, (230 °F)) ECUACIÓN: Peng-Robinson SISTEMA DE UNIDADES: SI SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Adicione las siguientes corrientes de materias: GasWell1, GasWell2, GasWell3 y GasWell4:
GasWell1 GasWell2 GasWell3 GasWell4
Temperatura °C 40 45 45 35
Presión kPa 4135 3450 <empty> <empty>
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H2S 0,0405 0,0237 0,0141 0,0000
CO2 0,0151 0,0048 0,0205 0,0000
C1 0,7250 0,6800 0,5664 0,0724
C2 0,0815 0,1920 0,2545 0,1288
C3 0,0455 0,0710 0,0145 0,2765
i‐C4 0,0150 0,0115 0,0041 0,1895
n‐C4 0,0180 0,0085 0,0075 0,1145
i‐C5 0,0120 0,0036 0,0038 0,0648
n‐C5 0,0130 0,0021 0,0037 0,0548
C6 0,0090 0,0003 0,0060 0,0329
C7+ 0,0252 0,0000 0,0090 0,0658
H2O 0,0000 0,0000 0,0909 0,0000
Agregando los segmentos de tuberías: El segmento de tubería se utiliza para simular una amplia variedad de situaciones de transporte de fluidos desde unas tuberías monofásico/multifásico con estimaciones rigurosas de transferencia de calor, hasta problemas de tuberías con gran capacidad de recirculado. Ofrece las comunes correlaciones más comunes de caídas de presión desarrollados por Gregory, Aziz, & Mandhane y Beggs & Brill. Una tercera opción, OLGAS, también está disponible como un método gradiente. Además están disponibles un gran número de correlaciones especializadas de caídas de presión. Cuatro niveles de complejidad en la estimación de transferencia de calor permiten encontrar una solución tan rigurosa como sea requerida aún cuando permite soluciones generalizadas rápidas para problemas muy bien conocidos.
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_________
In
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__________
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otro segme
on los sigu
__________
__________
ng. José Luis A
n los siguien
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__________
Aguilar Salaz
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__________
__________
bería con
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__________
__________
zar
__
__
la
__
__
Ing. Jo
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ANAL En lasuma SISTE Haga (100 ° Para columanalic
osé Luis Aguil
mento de ente informa
LIZANDO L
a página Prrio para el s
EMA DE SE
los cambio°F) y 7457
el sistemamna estabilce ¿cuáles
lar Salazar
tubería “Bación:
LOS RESU
rofiles sobsegmento d
EPARACIÓ
os necesarkPa (1080
a de separizadora deserían las p
Cu
Branch 7”
GUAR
LTADOS
bre la pestde tubería.
ÓN GAS – P
rios para qpsia).
ración se e condensapresiones d
urso Básico d
”: Adiciona
RDE SU CA
taña PerfoAnalice y c
PETRÓLEO
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de Simulación
ar un segm
ASO
ormance secomente es
O – AGUA
ente “B7 O
n dos etapendo los lión? justifiqu
n de Procesos
mento de
e encuentrstos resulta
Out”, se enc
pas de sepneamientos
ue ¿Por qué
s con Aspen
tubería co
ra una tabldos.
cuentre a 3
paración ys del instré?
Hysys
99
on la
la de
38 °C
y una ructor
Ing. Jo
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INTRO En essimulacontacon ucontadel coaminaregendesecunos Paqu El paqRobinequilibacuospaqueexperD.B. R El paespecrealescompintern
osé Luis Aguil
ETIVOS
Simular tProporciocomponeUsar la o
ODUCCIÓN
ste ejemplado. Una cctor de am
una concenctor consisontactor dea rica/pobrenerador. El chado del r110 °C. La
ete de pro
quete de Anson & Assbrio de sosas de alcaete de proprimentales Robinson, v
quete de pcializado pas. El modeonentes H2
as calculad
lar Salazar
ENDULZ
torres de amonar dimenente por lasoperación “S
N
o, una inscorriente deina, Para entración deste en 20 ete 6900 kPae, donde eregenerad
regeneradoamina pob
piedad de
Aminas consociates palubilidad deno-aminas
piedad. El pextensos rvarias fuent
propiedad dara permitielo de efic2S y CO2 das de la to
Cu
ZAMIENTO
mina en Asnsiones des torres de ASET”
stalación tíe gas naturaeste ejemploe 28 % entapas realea hasta 62es calentad
or tambiénor a 50 °C, bre es enfria
aminas
ntiene los mara su propel gas áciden contact
paquete derecogidos dtes inéditas
de aminasr la simulaiencia de basado en
orre, para a
urso Básico d
O DE GAS Á
pen Hysys.e las etapAmina.
ípica de tral saturadoo, una solun peso es es. La amin0 kPa anteo hasta 95
n consta demientras q
ado y recicl
modelos terpio simuladdo y los pato con H2S e propiedadde una coms y numeros
incorpora ación de coetapas cal las dimenmbas torre
de Simulación
ÁCIDO CO
. pas para c
ratamiento o con agua ción acuosusado com
na rica es fles que ing5 °C para ie 20 etapaque la aminlado al con
rmodinámicdor de planarámetros y CO2 han
d de aminambinación sas referen
un modeloolumnas socula la efi
nsiones de s: absorbed
n de Procesos
ON DEA
calcular las
de gas nes aliment
sa de Dietanmo medio lasheada drese al inteingresar co
as reales. Ena pobre etactor.
cos desarrontas de am
cinéticos psido incorp
a ha sido ajde los da
ncias técnic
o de eficieobre una bciencia delas etapas
dor y conta
s con Aspen
s eficacias
atural agritado a una nolamina (Dabsorbent
desde la preercambiadoomo alimenEl gas acides regenera
ollados por mina, AMSIMpara soluciporados enjustado a dtos interno
cas.
encia de etbase de et etapas des y condiciactor.
Hysys
101
s del
o es torre
DEA) e. El esión or de nto al do es ado a
D.B. M. El iones
n este datos os de
tapas tapas e los iones
Curso Bás
104
CONSTR Definien Para estlos siguiy DEAmEisenbe Adicion
1. Asi
sico de Simul
RUYENDO
ndo la base
te caso, usentes com
mine. Use rg y el mod
ando las c
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lación de Proc
O LA SIMUL
e de la sim
sted deberáponentes: Nel modelo
delo de la fa
corrientes
na nueva alores:
cesos con As
LACIÓN
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ase vapor n
de aliment
corriente d
spen Hysys
aquete de O2, C1, C2,
ámico en sno ideal.
tos
de materia
In
propiedad C3, i-C4, n
solución ac
para el g
ng. José Luis A
de aminas n-C4, i-C5, ncuosa de a
as de entr
Aguilar Salaz
“Amine” con-C5, C6, H2
amina: Ken
rada con l
zar
on 2O nt-
os
Ing. Jo
2.
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osé Luis Aguil
Adicionar al contact
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onando las
ARADOR
quier agua O TK. Adici
lar Salazar
una seguntor de amin
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s operacio
libre arrasonar un se
Cu
nda corriena con los s
orriente de ación “Recy
ones unitar
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urso Básico d
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de Simulación
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n de Procesos
l alimento d
ntactor” sercalculado.
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s con Aspen
de amina p
rán actualiz
n un separ
Hysys
105
pobre
zados
ador,
Curso Bás
106
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sico de Simul
s el flujo de
CTOR
ctor de am
ar una colum
lación de Proc
e agua en F
ina es simu
mna de abs
cesos con As
FWKO? ___
ulado usand
sorción con
spen Hysys
__________
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n las siguien
In
__________
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ng. José Luis A
__
Aspen Hysy
ificaciones:
Aguilar Salaz
ys.
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zar
Ing. Jo
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1.
2. 3.
4.
osé Luis Aguil
quete de pctor y regncias espede la eta
mna como petapa para
lados las equido en laucir las dim
meters, pág
Introduzcadimension
Ejecute laUna vez etiqueta dSeleccioneficiencia
lar Salazar
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a las dimenes en unid
a columna. la Column
de Paramenar el radio
de los com
Cu
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es.
ensiones mdades de ca
a ha conveeters.
botón Commponentes.
urso Básico d
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o. Las dimes de los co
de residelos de ami
mostradas ampo “Field
ergido, vay
mponent en
de Simulación
ue etapas en Aspen
ra el H2S ya propia s
eben propoensiones d
omponentesencia del vnas, camb
en la figud”.
ya a la pág
n el grupo E
n de Procesos
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de las etapas por estimvapor en eie los datos
ra de abaj
gina de Ef
Efficiency T
s con Aspen
n usados ese requierena etapa pcionados eas dimensias permiten
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jo. Se dan
ficiencies e
Type para v
Hysys
107
en el e las por la en la iones n ser altura Para
queta
n las
en la
ver la
Curso Bás
108
5. Ir
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VÁLVUL La aminreduce h Adiciona
sico de Simul
r a la etiqueorriente de
ál es la con
__________
LA
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ar una válvu
lación de Proc
eta Workshproducto d
centración
_________
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ula con los
cesos con As
heet para vde la Colum
de H2S y C
___ CO2___
se dirige astá cerca de
siguientes
spen Hysys
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__________
una Válvue la presión
valores:
In
ncentracion
as dulce?
________
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ng. José Luis A
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00, donde lción del Reg
Aguilar Salaz
y CO2 en
la presión generador.
zar
la
se
Ing. Jo
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INTER El AliRica/Prompeser re Adicio
osé Luis Aguil
ARADOR F
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onar un Sep
RCAMBIAD
mento al RPobre, L/R er los enlaceciclado al c
onar un inte
lar Salazar
FLASH
son despque flash paración.
parador con
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ces de gas contactor.
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Cu
rendidos, pde amina
n la informa
ALOR
or se caliees de entrar
ácido – am
or de calor c
urso Básico d
por flasheorica, Flash
ación mostr
enta a 95 r en el Regmina, por c
con los sigu
de Simulación
o, de la ah TK, que
rada a cont
°C en el generador donsiguiente
uientes valo
n de Procesos
amina rica e es instal
tinuación:
intercambdónde se ae permitién
ores:
s con Aspen
son removado como
iador de aaplica calor dole a la a
Hysys
109
vidos una
amina para
amina
Curso Bás
110
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sico de Simul
ERADOR
nerador dereales, de r y un Condonstantes dr deben qtradas. Un vergencia m
ar una colum
lación de Proc
e Amina eslos cuales
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mna de des
cesos con As
s modelados 18 son eSe asumenH2S y 0.15mo 1.0, s
Amortiguamy más esta
stilación co
spen Hysys
o como unaetapas en e las eficacia5 para CO2
sólo las emiento “Damable.
n la siguien
In
a Columna el cuerpo das del com
2. Las eficaetapas 1-1mping Facto
nte informa
ng. José Luis A
de Destilade la colum
mponente pacias del Co18 tendránor” de 0.4 p
ción.
Aguilar Salaz
ación. Hay 2mna más ara esta torondensadorn eficienciproporciona
zar
20 un rre r y as
ará
Ing. Jo
Ejecu MEZC La reen la aminase me
1.
2.
¿C ENFR Adicio
osé Luis Aguil
te la colum
CLADOR
posición decorriente d
a pobre, proezclan a las
Adicionar
Adicionar
Cuál es el fl
RIADOR
onar un enf
lar Salazar
mna.
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lujo de “Ma
friador con
Cu
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a corriente d
con la sigu
akeup H2O”
los valores
urso Básico d
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de materia.
uiente inform
”?________
dados aba
de Simulación
e se perdea operaciónagua de re
mación:
_________
ajo:
n de Procesos
erá agua enn de mezcleposición.
_________
s con Aspen
n el Contacado combiEsas corrie
Hysys
111
ctor y na la entes
Curso Bás
112
BOMBA Adiciona
Adicion SET El “SET”Variablemismas dos corrÁrea) de
1. Dco
2. Ir
-3
sico de Simul
A
ar una bom
ando oper
” es una oe de Proces
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Doble clic somo se mu
r a la etique35 kPa com
lación de Proc
ba con la s
raciones u
peración eso específicde proceso materia, o ecambiadore
sobre el icoestra en la
eta de Paramo se mues
cesos con As
iguiente inf
nitarias lóg
n estado eca en relaci
en dos objel UA (Coes de calor.
ono del “Ssiguiente f
ameters. Fijstra a contin
spen Hysys
formación:
gicas
estacionarioión con otrajetos igualeficiente Glo
ET”. Compfigura:
ar el multipnuación:
In
o, usado paa variable. es; por ejemobal de Tra
plete la etiq
plicador a 1
ng. José Luis A
ara fijar el La relaciónmplo, la temansferencia
queta de C
1, y el desp
Aguilar Salaz
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a de calor p
Connection
plazamiento
zar
na as en
por
ns
o a
Ing. Jo
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En esinicialto Rerecirc
1.
osé Luis Aguil
CLO
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ste caso, mente será
ecycle” y eulación con
Doble cliclas conex
lar Salazar
a un bloqucionado a circulación onvergencia
ysys usa de flujo ha
ysys compasumida. n la diferente asumidao del cálcuen a los adas.
la corrientá remplazael Contactonverja.
c sobre el icxiones desd
Cu
ue teórico ela corrienteasumida.
a:
las condicasta la corriepara los va
ncia entre lo. lo se repitede la co
te de amindo por la nor y Rege
cono “Recde la lista de
urso Básico d
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e hasta queorriente as
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ycle”. En lesplegable
de Simulación
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e los valoresumida de
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la etiqueta como se m
n de Procesos
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e asumida
e calculada
sys modific
es en la corentro de
Contactor” mina pobre án hasta q
Connectiomuestra a c
s con Aspen
alimento el producto ugar duran
a y resuelv
a con los d
a los valore
riente calculas toleran
que se escalculada “
que el cicl
ons selecciontinuación
Hysys
113
en el es la
nte el
va el
de la
es en
ulada ncias
stimó “DEA o de
ones n:
Curso Bás
114
2. Ir
de
ANALIZ El Gas Nentrada aproximaCO2 y Hde 2.0 % ¿Cuál es ¿Cuál es ¿Se han
sico de Simul
r a la etiquee abajo:
ZANDO LOS
Natural Ácide gas
adamente H2S. Las es% (volumen
s el % (v) d
s el nivel de
n cumplido
lación de Proc
eta Parame
S RESULT
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de CO2 en e
e H2S en pp
las especifi
cesos con As
eters. Comp
GUARD
TADOS
e contuvo Kmol/h (2
so) de Diennes de tran4 ppm (vol
el gas dulce
pm (v)?___
icaciones?_
spen Hysys
plete la etiq
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4.1 % CO2
5 MMSCFntanolaminansporte de umen) de H
e?________
__________
_________
In
queta como
SO
2 y 1.7 H2SFD), una a (DEA) fugas por tu
H2S.
_________
_________
__________
ng. José Luis A
o se muestr
S. Para nuesolución c
ue usado pberías no p
__________
__________
_________
Aguilar Salaz
ra en la figu
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_________
_________
__________
zar
ura
de de ver ás
_
_
_
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 115
DESHIDRATACIÓN DE GAS NATURAL CON TEG OBJETIVOS Simular una unidad típica de deshidratación con TEG. Determinar el punto de rocío de agua en un gas.
INTRODUCCIÓN En la industria del proceso de gas natural, es necesario deshidratar o remover el vapor de agua presenta en el gas natural porque en cabeza del pozo, los fluidos del reservorio generalmente están saturados con agua. El vapor de agua en el gas natural puede causar los siguientes problemas: Formación de hidratos sólidos, a bajas condiciones de temperatura, esto
puede causar obstrucción de válvulas, accesorios o tuberías. La presencia de agua junto a H2S y CO2 puede causar problemas de
corrosión. El agua puede condensarse en la línea de tubería causando problemas de
erosión o corrosión. Generalmente, una unidad de deshidratación es usado en plantas de gas para acondicionarlo a especificaciones de venta. Existen muchos procesos diferentes disponibles para la deshidratación entre ellos están: Glicoles, Sílica Gel o Tamices Moleculares. Formación de Hidratos En las líneas de gas se producen condensados por efecto de la caída de la temperatura, que se acumulan en los puntos bajos de la instalación. Si el condensado contiene agua libre, se pueden formar cristales de hidratos. Para que se formen cristales de hidratos, debe existir además de agua, C1, C2 y en menor medida C3 y C4. Existen varias formas de predecir en qué condiciones se formarán los hidratos. El software de simulación predice, para una determinada composición del gas, a que presión y temperatura se formarán. Existe un método basado en la constante de equilibrio sólido vapor para C1, C2 y C3. Existen también varios métodos gráficos. La deshidratación del gas es la forma más efectiva de evitar la formación de hidratos y hielo que provocan obstrucciones. También se inhibe la formación de hidratos por calentamiento o inyectando productos anticongelantes, según el caso. Como inhibidores se usan el Etilén Glicol, recuperable o el Metanol, no recuperable.
Ing. Jo
PROC En es(TEG8 etapTEG sde es(900 p PAQU COMPEtanoECUASISTE SIMU Adici Adicioespec
Adiciolos sig
osé Luis Aguil
CESO EST
ste ejemplo), un gas sapas, el TEGse utiliza ute ejemplo psia).
UETE FLUI
PONENTESo, Propano,ACIÓN: PeEMA DE UN
LACIÓN E
onando las
onar una ccificaciones
onar una seguientes va
lar Salazar
UDIADO
o estudiareaturado con
G utilizado ena torre dees bajar el
IDO
S: Nitrógen i-Butano, nng-RobinsoNIDADES:
EN ESTADO
s corriente
corriente ds:
egunda coralores:
Cu
emos un pn agua ingres una solu
e una sola el punto de r
no, Sulfuron-Butano, i-on SI
O ESTACIO
es de mate
de materia
riente de m
urso Básico d
roceso de resa a una ución al 99 etapa y operocío del ag
o de Hidró-Pentano, n
ONARIO
eria
para el g
materia para
de Simulación
deshidratatorre de co% en peso
era a presiógua hasta -
geno, Dióxn-Pentano,
gas de en
a el aliment
n de Procesos
ación con ontacto con o. Para la reón atmosfé-10 °C (-14
xido de ca Agua y TE
ntrada con
to de TEG a
s con Aspen
Tri-Etilén GTEG, que
egeneracióérica. El obj
°F) a 6200
rbono, MeEG.
las siguie
al contacto
Hysys
117
Glicol tiene
ón del jetivo 0 kPa
tano,
entes
r con
Curso Bás
118
Los valode recirc Mezcladseca. Paentrar al“Water to
¿Cuál ede que e Separadprimero
sico de Simul
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dor “Saturaara asegural contactor.o Saturate”
s la fraccióel gas se en
dor “FWKOen un sepa
lación de Proc
corriente “Tya sido inst
ate”: La coar la satura Adicionar
”.
ón de vaponcuentre sa
O TK”: Cuarador, adic
cesos con As
TEG Feed” talado y ca
omposición ación con aun mezclad
r de la coraturado?___
ualquier agcionar un se
spen Hysys
serán actualculado.
del gas naagua, el gasdor para m
riente “Gas_________
ua libre areparador y
In
alizados un
atural se has es mezcl
mezclar las
s+H2O”? ¿__________
rrastrado cproveer la
ng. José Luis A
na vez que
proporcionlado con agcorrientes:
Cómo nos _________
con el gas siguiente in
Aguilar Salaz
la operació
nado en bagua antes d“Inlet Gas”
aseguram__________
es removidnformación
zar
ón
se de ” y
os __
do :
Ing. Jo
¿Cuá¿Cuá Contaadiciocolum
VálvuVLV-1con lo
Interc105 °antessiguie
osé Luis Aguil
nta agua esl es la temp
actor “TEGone una colmna.
ula “VLV-1100. La preos siguiente
cambiador°C (220 °F de ingres
entes valore
lar Salazar
s removidaperatura de
G Contactlumna de a
00”: La coesión de saes valores:
r de calor “F) en el intsar al regees:
Cu
a por el sepe formación
tor”: Ahorabsorción c
orriente “Ralida será c
“L/R HEX”tercambiadoenerador. A
urso Básico d
arador?___ de hidrato
ra puede scon las sigu
Rich TEG” ecalculada p
: El alimenor de TEGAdicionar u
de Simulación
_________ del “Gas to
ser simulauientes esp
es flasheadposteriorme
to al regenG Pobre/Ricun intercam
n de Procesos
__________o Contacto
ado la torrpecificacion
da a travéente. Adicio
nerador es cco (Lean/Rmbiador de
s con Aspen
__________r”?_______
re de contnes y ejecut
és de la váonar una vá
calentado hRich), L/R He calor con
Hysys
119
_____ ____
tacto, tar la
álvula álvula
hasta HEX, n los
Curso Bás
120
Columncon unarehervid
1. A
2. P
“Pm
3. E Mezcladregeneraque el ba
sico de Simul
na de Destia columna or y una eta
Agregue una
Ponga el FParameters
más rápida pjecute la co
dor “Makeador, por taalance de m
lación de Proc
ilación “TEde destilacapa ideal.
a columna d
Factor Ams”) a Adaptapara esta columna.
eup TEG”:anto una comateria se
cesos con As
EG Regeneción. El re
de destilaci
mortiguaciónable “Adapolumna.
: El TEG orriente de rmantenga.
spen Hysys
erator”: El generador
ión al caso
n (en la ptive”. Esto
se pierde reposición
In
regeneradconsiste e
, con los sig
página “Sproducirá
en pequede TEG se
ng. José Luis A
dor de TEGen un cond
guientes da
Solver” de la converg
eñas cantide requiere p
Aguilar Salaz
G es simuladdensador,
atos:
la pestaencia muc
dades en para asegur
zar
do un
ña ho
el rar
Ing. Jo
1.
2.
¿Cuá Bombque e
Intercpara con la
osé Luis Aguil
Adicionar
Agregar u
l es el flujo
ba “P-100”entre en el C
cambiadorenfriar el T
a siguiente
lar Salazar
una corrien
un mezclad
de “Makeu
”: Una bomContactor. A
r de calor “TEG que reinformación
Cu
nte de mate
or con la si
up TEG”?__
mba se instAgregue un
“E-100”: Unetorna al cn:
urso Básico d
eria:
guiente info
__________
tala para lena bomba c
n segundo contactor. A
de Simulación
ormación:
__________
evantar la pcon la siguie
intercambiAdicionar u
n de Procesos
__________
presión deente inform
ador de can intercam
s con Aspen
_________
l TEG antemación:
lor es agrembiador de
Hysys
121
____
es de
gado calor
Curso Bás
122
RECICLestimó oRecycle”recircula
1. Dco
2. Ir
de
sico de Simul
LO: En estoriginalmen” calculada
ación conve
Doble clic soonexiones t
r a la etiquee abajo:
lación de Proc
e caso, la nte se rempa y el contaerja.
obre el icontal como m
eta Parame
cesos con As
corriente dplazará conactor y rege
no “Recycleuestra la si
eters. Comp
spen Hysys
de materian la nueva enerador se
e”. Sobre laiguiente fig
plete la etiq
In
a TEG pobcorriente d
e ejecutará
a pestaña ura:
queta como
ng. José Luis A
bre “TEG Fde TEG po
án hasta qu
Conection
o se muestr
Aguilar Salaz
Feed” que obre “TEG ue el ciclo d
ns, realice l
ra en la figu
zar
se to
de
as
ura
Ing. Jo
Utilidcorrie
Ligueventasobreentonsobrepestaen las
osé Luis Aguil
¿Cuál es ¿Cómo ccorriente
dad de Forente en Asp
Clic sobredisponiblePresione Doble clicUtilities. aparecerá
e una utilidna de utilid
e el botón Aces la vent
e el botón ña Perform
s figuras:
lar Salazar
la temperacompara es“Gas to Co
rmación depen HYSYS
e el menú des aparecerCTRL + U c sobre unClic en e
á.
dad de fordades dispoAdd Utility.tana de forSelect Str
mance. Aq
Cu
tura de formsto con lantactor”?
e HidratosS.
de Tools yrá. y la ventan
na corrienteel botón C
rmación deonibles, sel Si la utilida
rmación de ream y seuí se verá
GUAR
urso Básico d
mación de ha temperatu
s: Hay tres
y selecciona
na de utilidae. Sobre la
Create y la
e hidratoseccionar Had no se enhidratos inleccionar lel reporte
RDE SU CA
de Simulación
hidratos enura de for
s formas de
ar Utilities
ades dispona pestaña Aa ventana
s a la corriHydrate Fro
ncuentra asndica que rea corrientede los cálc
ASO
n de Procesos
n la corrientrmación de
e ligar una
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
124 Ing. José Luis Aguilar Salazar
ANALIZANDO LOS RESULTADOS Uno de los criterios usados para determinar la eficiencia de la unidad de deshidratación es el punto de rocío del agua en el gas seco, también es normal determinar la cantidad de agua presente en el gas en libras de agua por millón de pies cúbicos estándar de gas Verifique las condiciones del gas seco. CASO DE ESTUDIO Para optimizar la regeneración de TEG, es frecuente agregar un gas de corte “Stripping Gas”, agregue un gas de corte que provenga de la corriente “Sales Gas” que tenga los siguientes datos: Flujo = 50 Kgmol/h T = 70 °C P = 110 kPa Comente los resultados.
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 125
PLANTA DE GAS REFRIGERADA OBJETIVOS Simular, en estado estacionario, una versión simplificada de una planta de
enfriamiento de un mezcla de hidrocarburos gaseosa Ajustar la temperatura la corriente de alimento a un separador de fases al
valor del punto de rocío de otra corriente a una determinada presión Especificar un intercambiador de calor de carcasa y tubos para completar sus
grados de libertad Analizar relaciones entre variables del proceso mediante la opción Databook
del Aspen HYSYS INTRODUCCIÓN En este ejercicio se modelará una versión simplificada de una planta de gas refrigerada. Una mezcla gaseosa que contiene hidrocarburos, agua, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno y dióxido de carbono a 15 °C y 6200 kPa se enfría hasta conseguir condensarlo completamente a una temperatura de 15.18 °C. Se utiliza como medio enfriante una fracción fría del mismo alimento que es recirculada para extraer calor del vapor en un intercambiador de calor. Después de un segundo enfriamiento, dicho vapor se condensa parcialmente, la mezcla de dos fases se separa, se recoge el líquido como el producto enfriado y se aprovecha el vapor para el primer enfriamiento. Grados de libertad de un intercambiador de calor incluyendo su configuración Las variables del sistema son las 4(C + 2) de las cuatro corrientes de materia, el flujo calórico intercambiado entre ellas y las dos variables de dimensionamiento del intercambiador (coeficiente global y área de transferencia de calor), es decir, 4C + 11. Las ecuaciones del sistema son C balances de materia, C igualdades en concentraciones en ambas corrientes intercambiando calor, un balance de energía y una ecuación de diseño, es decir, 2C +2. Las variables de diseño son, por lo tanto, 2C + 9 Si se especifican las dos corrientes de entrada, se reducen a cinco los grados de libertad requeridos para especificar completamente al intercambiador. Aspen HYSYS, en su ventana de propiedades, asiste para la introducción de estas cinco especificaciones faltantes. PROCESO ESTUDIADO La corriente “Alimento” a 15 °C y 6200 kPa, se somete a una separación de fases, en el recipiente V-100, incluido para eliminar la posible formación de condensado. El vapor “VaporV-100” se enfría en dos intercambiadores en serie, E-100 y E-101,
Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
126 Ing. José Luis Aguilar Salazar
condensando una fracción de dicho vapor. La mezcla líquido-vapor, “Liquido Vapor”, a una temperatura de -15.18 y 6130 kPa °C se separa en el recipiente V-101, recogiéndose el líquido como el producto enfriado y el vapor se recircula como medio enfriante en el intercambiador E-100. El intercambiador E-101 es un enfriador de especificaciones simplificadas disponible en Aspen HYSYS. Un objetivo de la simulación es ajustar la temperatura de la corriente, “LiquidoVapor”, que alimenta al separador V-101 a la temperatura de rocíode la corriente “Vapor”. El punto de rocío de la corriente gaseosa producto “Vapor” no debe exceder de – 15°C a 6000 kPa. Una operación Balance se utilizará para evaluar el punto de rocio del producto gaseoso “Vapor” a 6000 kPa. PAQUETE FLUIDO COMPONENTES: Nitrógeno, Sulfuro de Hidrógeno, Dióxido de carbono, Metano, Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, i-Pentano, n-Pentano, n-Hexano, Agua y C7+ (Hipotético, Temperatura de ebullición Normal 110 °C, (230 °F)) ECUACION: Peng-Robinson SISTEMA DE UNIDADES: SI SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO Corriente de alimentación: Instale la corriente de nombre “Alimento” e introduzca en su ventana de propiedades las siguientes especificaciones:
Nombre: Temperatura: Presión: Flujo Molar:
Alimento 15°C (60°F) 6200 kPa (900 psia) 1440 kgmole/hr (3175 lbmole/hr)
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
130 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Página Connections: Pestaña Connections Inlet Streams Vapor Outlet Streams VaporRocio Página Parameters: Pestaña Parameters Balance Type Mole En la página “Conditions” de la pestaña “Worksheet” especifique una presión de 6000 kPa (875 psia) a la corriente “VaporRocio” y asigne el valor de la fracción de vapor correspondiente a temperatura de punto de rocío, es decir uno (1.0) ¿Cuánto es la temperatura de rocío de la corriente “Vapor”? La temperatura de rocío requerida es de – 15°C. El obtenido a 6000 kPa es
¿mayor o menor? Asumiendo que se fija la presión, ¿Qué otro parámetro afecta a la temperatura
de rocío? ¿Cómo se puede cambiar la temperatura de rocío en la simulación?
AJUSTE DE LA TEMPERATURA DE LA CORRIENTE “LIQUIDOVAPOR” QUE ALIMENTA AL SEPARADOR V-101 Un objetivo de la simulación es alimentar al separador de fases V-101 a una temperatura correspondiente al punto de rocío de la corriente “Vapor” a 6000 kPa, es decir, -19.48 °C. Para ello se introduce un botón de ajuste y se despliega su ventana de propiedades para la introducción de sus especificaciones. En la página “Connections” de la pestaña del mismo nombre, seleccione la variable a ajustar presionando el botón “Select Var...” en el grupo “Adjusted Variable” para abrir el navegador de variables o “Variable Navigator”. De la lista de objetos u “Object” seleccione la corriente “LiquidoVapor”. De la lista de variables o “Variable” que está ahora visible seleccione la temperatura y presione OK para aceptar la variable y regresar a la vista de propiedades del botón de ajuste. Para seleccionar la variable objetivo presione ahora, el botón “Select Var...” en el grupo “Target Variable” para desplegar la ventana “Select Target Variable for ADJ-1”, seleccione “VaporRocio” en la lista de objetos u “Object” y Temperatura en la lista de variable o “Variable” y presione OK para aceptar la variable y regresar a la vista de propiedades del botón de ajuste. Escribe el valor de – 19.48 °C en el cuadro “Specified Target Value”. Abra la página “Parameters”, mantenga los parámetros que aparecen por defecto y presione el botón “Start” para empezar los cálculos. Para observar el progreso de la operación ajuste abra la pestaña “Monitor”. La Figura 5 muestra las especificaciones introducidas para la operación de ajuste. ¿Cuánto es la temperatura de la corriente de salida del E-100 para alcanzar la
especificación del punto de rocío?
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
132 Ing. José Luis Aguilar Salazar
1. Despliegue la ventana de propiedades del intercambiador y haga clic en la pestaña “Rating” y observe el dimensionamiento global en cuanto a configuración de la unidad y la información calculada sobre la geometría y el coeficiente global de transferencia que Aspen HYSYS está proponiendo.
2. Haga clic sobre el radio botón “Shell” y observe la información sugerida por Aspen HYSYS sobre el banco de tubos, la carcasa y los bafles.
3. Haga clic sobre el radio botón “Tube” y observe la información sugerida por Aspen HYSYS sobre las dimensiones y las propiedades de los tubos.
4. Haga clic sobre la pestaña “Performance” y observe en la página “Details” información global y detallada sobre el desempeño del intercambiador.
5. Haga clic sobre la página “Plots” y observe el gráfico de Flujo calórico versus Temperatura de las corrientes que intercambian calor a través del intercambiador.
6. Despliegue el cuadro “Plot Type” y observe los diferentes gráficos que muestran el desempeño del intercambiador.
7. Haga clic sobre la página “Tables” y observe la información numérica correspondiente al perfil de las corrientes por carcasa y tubo.
8. Haga clic en la pestaña “Worksheet” y observe las condiciones de las corrientes de entrada y salida y verifique que se cumplen las especificaciones introducidas para la simulación de la operación del intercambiador.
CASO DE ESTUDIO: Variación de la temperatura de la corriente “VaporRocío” debida a cambios en la temperatura de la corriente “LiquidoVapor” La herramienta “Case Study” de Aspen HYSYS permite monitorear la respuesta en estado estacionario de variables de proceso claves ante cambios en otras variables en el proceso. Se seleccionan las variables independientes a cambiar y las variables dependientes a monitorear. Aspen HYSYS varia las variables independientes al mismo tiempo y con cada cambio calcula los valores de las variables dependientes. En vez de utilizar la operación Ajuste para hallar la temperatura de la corriente “LiquidoVapor” requerida para alcanzar el punto de rocío del producto gaseoso “Vapor” se puede utilizar la herramienta “Case Study” para examinar un intervalo de valores de temperaturas de la corriente “LiquidoVapor” y de temperaturas de punto de rocío. Antes de instalar el “Case Study”, el botón Ajuste tiene que desactivarse de tal manera que no cause conflictos con el Case Study. Para ello abra la ventana de propiedades del botón Ajuste, señale el cuadro de verificación correspondiente a la opción “Ignored” y cierre la ventana. Del menú “Tools” seleccione la opción “Databook”, para abrir su ventana de especificaciones. En la página “Variables” presione el botón “Insert” para abrir la ventana “Variable Navigator”. Seleccione “LiquidoVapor” de la lista de objetos u “Object” y Temperatura de la lista de variables y presione OK para completar la selección de la primera variable. Repita
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139
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Curso Bás
140
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Aguilar Salaz
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141
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Curso Bás
142
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
Ing. José Luis Aguilar Salazar 143
TREN DE FRACCIONAMIENTO DE LÍQUIDOS DEL GAS NATURAL OBJETIVOS Determinar los grados de libertad requeridos para especificar una columna de
absorción o destilación y una bomba. Simular columnas de destilación o de absorción. Simular una planta que transforma dos corrientes de gas natural en varios
productos hidrocarbonados enriquecidos en alguno de ellos. PROCESO ESTUDIADO En el proceso a simular a continuación se utiliza un tren de tres columnas separadoras que utilizan como materia prima dos corrientes con un cierto contenido de hidrocarburos saturados. En la primera se obtiene un gas natural de alto contenido en metano; en la segunda se obtienen dos productos en forma de vapor y líquido enriquecidos en etano y en la tercera se obtienen dos productos líquidos concentrados, el uno en propano y el otro en los hidrocarburos más pesados. La primera columna es un absorbedor con rehervidor, la segunda es una columna de destilación con condensador parcial y la tercera es una columna con condensador total. La Figura 1 muestra el diagrama de flujo final de la planta descrita. La primera columna o de-metanizadora es un absorbedor con rehervidor, dos alimentos y una carga calórica. El vapor producido es rico en metano y los fondos son bombeados a una segunda columna. Para C componentes y N etapas de equilibrio, los grados de libertad requeridos para una completa especificación en esta columna son:
2 2 10 (1) Si se especifican, completamente, la dos corrientes de alimentación los grados de libertad requeridos para el diseño están dados por:
2 6 (2) Por lo tanto, se requieren seis especificaciones si el simulador asigna 2N especificaciones por defecto. La bomba utilizada para impulsar los fondos, requiere de C + 4 especificaciones. Si se conocen las condiciones de la corriente de entrada, queda en definitiva un faltante de dos especificaciones. La segunda columna o de-etanizadora y la tercera columna o de-propanizadora requieren de nueve especificaciones. La recuperación de líquidos del gas natural es muy común en el procesamiento de este. Tiene como propósito, usualmente:
Curso Bás
144
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Hysys
145
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Curso Bás
146
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147
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
148 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Observe el comportamiento y desempeño de la columna desplegando las ventanas de las pestañas “Parameters”, “Performance” y “Worksheet”. Instale una bomba para impulsar los fondos de la columna de-metanizadora como alimento a la columna de-etanizadora y especifíquela de la siguiente manera: Pestaña Design – Página Connections Name P-100 Inlet F3 Outlet F4 Energy W1 Pestaña Worksheet – Página Conditions Corriente F4 Pressure 405 psia
Instale la columna de-etanizadora, haciendo doble clic sobre el icono “Distillation Column” que se encuentra en la paleta de objetos. Esta columna opera a 2760 kPa, contiene 14 etapas de equilibrio y su objetivo es producir un producto de fondo que contenga etano en una relación de 0.01 con respecto al propano. Introduzca la siguiente información: Connections Página 1 de 4 Name T-101 No. of Stages 14 Feed Stream/Stage F4 / 6 Condenser Type Partial Overhead Outlets V1, D1 Bottoms Liquid Outlet F5 Reboiler Energy Stream Qr1 Condenser Energy Stream Qc1 Pressure Profile Página 2 de 4 Condenser Pressure 395 psia Condenser Pressure Drop 5 psi Reboiler Pressure 405 psia Optional Estimates Página 3 de 4 Optional Condenser Temperature Estimate 25 °F Optional Reboiler Temperature Estimate 200 °F Presione el botón “Done” en la página 4 y haga clic sobre la página “Monitor” de la ventana de propiedades de la columna e introduzca las siguientes especificaciones verificadas como activas:
Ing. Jo
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osé Luis Aguil
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n – Página V- 100
heet – Pág5 psia
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esactive lacreada. L
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urso Básico d
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de Simulación
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ura 7.
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149
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Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys
150 Ing. José Luis Aguilar Salazar
Instale la columna de-propanizadora, haciendo doble clic sobre el icono “Distillation Column” que se encuentra en la paleta de objetos. Esta columna opera a 1520 kPa, contiene 24 etapas de equilibrio. Se buscan dos objetivos con esta columna. El primero es producir un producto de cabeza que no contenga más del 1.5 % molar de i-C4 y n-C4, y el segundo es que la concentración de propano en el producto de fondo debe ser menor que 2 % molar. Introduzca la siguiente información: Connections – Página 1 de 4 Name T-102 No. of Stages 24 Feed Stream/Stage F6 / 11 Condenser Type Total Overhd Liquid Outlet D2 Bottoms Liquid Outlet F7 Reboiler Energy Stream Qr2 Condenser Energy Stream Qc2 Pressure Profile – Página 2 de 4 Condenser Pressure 230 psia Condenser Pressure Drop 5 psi Reboiler Pressure 240 psia Presione el botón “Done” y haga clic sobre la página “Monitor” de la ventana de propiedades de la columna e introduzca las siguientes especificaciones verificadas como activas. Distillate Rate 240 kgmole / hr Reflux Ratio 1.0 (Molar) Presione el botón “Run” para correr la columna. ¿Cuánto es la fracción molar de propano en las corrientes de tope y fondo de la columna de-propanizadora? Abra la página “Specs” y presione el botón “Add” para crear dos nuevas especificaciones. Para especificar la composición de los butanos en el tope de la columna, seleccione la opción “Column Component Fraction” como el tipo de especificación e introduzca la información que aparece en la Figura 8. Para especificar la concentración de propano en el fondo, seleccione la opción “Column Component Fraction” como el tipo de especificación e introduzca la información que aparece en la Figura 9.
Ing. Jo
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