Introducción y Tema 1 Equip Para Transf de Fluidos y Calor

Dar una visión global de las técnicas de simulación de procesos

Motivar a los ingenieros a utilizar con frecuencia estas herramientas de cálculo en el trabajo diario, a fin de mejorar su productividad y tiempo de respuesta, sin dejar de lado los cálculos manuales.

Suministrar los fundamentos y herramientas necesarias para realizar simulaciones de plantas de procesos.

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Tema 1

Introducción a los simuladores de procesos. Configuración de

unidades. Configuración de reportes y tablas. Selección de

componentes, clasificación.

Tema 2

Selección de métodos termodinámicos. Ecuaciones de estado.

Correlaciones generalizadas. Coeficientes de actividad para fase

líquida. Electrolitos. Polímeros. Paquetes especiales: Glicoles, Aminas,

Alcohol, etc. Curvas de equilibrio binario. Consistencia

termodinámica.

Tema 3

Accesorios y equipos presurizados: válvulas, compresores, bombas,

tuberías, expansores. Separación flash. Mezcla y separación de

corrientes

3

Tema 4 Intercambiadores de calor. Cálculo sencillo y riguroso.

Tema 5 Tipos de reacciones. Reactores: Gibbs, conversión, equilibrio,

mezcla completa, pistón. Tema 6 Columnas de destilación, absorción. Columnas empacadas.

Especificaciones de diseño. Algoritmos de convergencia. Tema 7 Cristalizadores y ciclones como opciones para el manejo de

sólidos. Tema 8 Controladores, calculador y optimizadores. Tema 9 Análisis de sensibilidad. Hojas de especificaciones

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Trabajos teóricos - prácticos (20%)

Exposiciones (20%)

Evaluación práctica (30%)

Proyecto final (30%)

5

Modelaje:

Representación

matemática de

fenómenos físicos.

Un modelo es un conjunto de

ecuaciones que

relacionan

variables del

proceso. Evalúa un

proceso sin tenerlo

físicamente.

Simulación:

Consiste en evaluar

numéricamente el

modelo para

condiciones específicas. El

simulador de procesos

resuelve las variables

desconocidas a partir

de las conocidas o

parámetros de diseños

deseados.

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Tema # 1: Principios Básicos

Un simulador de procesos es la herramienta

más importante del ingeniero químico junto

a las técnicas de optimización en la etapa

de análisis de un proceso.

Usa las relaciones físicas fundamentales:

› Balances de masa y energía

› Relaciones de equilibrio

› Correlaciones de velocidad (reacción,

transferencia de masa y calor)

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Predice: › Flujos, composiciones y propiedades de las

corrientes

› Condiciones de operación

› Tamaño de los equipos

Algunas aplicaciones › Diseño y optimización de procesos

› Evaluación técnica de procesos

› Control de procesos (estrategias de control, entonación de controladores, etc.)

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Reducción del tiempo de trabajo

Permite al equipo de diseñadores probar rápidamente entre diferentes configuraciones de equipos.

Permite mejorar procesos existentes, ya que responde a la pregunta ¿Y que ocurre si…?. Puede variarse alguna condición del proceso y observar su comportamiento antes de llevarlo al caso real, ya que esta representaría un riesgo para la planta.

Determina las condiciones óptimas de proceso, respetando las restricciones.

Asiste en la detección de cuellos de botella del proceso.

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Se debe tener en cuenta que los resultados de una

simulación no son siempre fiables y estos se deben

analizar críticamente.

Los resultados obtenidos dependen de:

› La calidad de los datos de entrada (“garbage in, garbage

out”)

› Que las correlaciones empleadas sean las apropiadas

(escoger bien el paquete termodinámico)

› Elección adecuada del proceso.

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Son herramientas básicas tanto en los programas universitarios de ingeniería química como en la industria.

Entre los años 1966 y 1968, aparecieron los primeros paquetes de simulación de procesos, encaminados a la realización de balances de materia y de energía para redes de procesos en estado estacionario. Los primeros paquetes medianamente difundidos fueron el PACER y el CHESS (desarrollados en universidades norteamericanas)

En el año 1974 aparece el primer simulador de procesos químicos, el FLOWTRAN, un desarrollo privado de la empresa Monsanto Co.

A partir de allí se ha generado una sucesión de acontecimientos que permiten en la actualidad la existencia de varios y eficientes simuladores comerciales.

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El sector petrolero y gas ha sido uno de los

preferidos por las empresas de simulación de

procesos.

Los modelos desarrollados forman parte del

“kwon-how” privado de cada empresa.

Existen software de simulación privados

(desarrollados por empresas operadoras o de

ingeniería) y académicos que poseen

características de simulación específicas que

pueden superar muchas veces a los paquetes

comerciales.

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Entre 1970 y 1990 comenzaron a surgir simuladores

de procesos comerciales.

Algunos simuladores comerciales son: Aspen Plus,

Aspen Dynamic (Speed up), Pro II (Process), Hysys

(Hysim), Unisim, Chemcad, Design II, entre otros.

Las tres empresas que actualmente se reparten

casi la totalidad del mercado de la simulación de

procesos son Aspen Technology, Simulation

Science y Honeywell.

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Lenguajes de programación

Paquetes comerciales y monopolio

Software libre

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Generales

Específicos

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Pro II con

Provision

Inplant - Pipephase

Aspen Plus (estacionario)

Aspen Dynamics (dinámico)

Hysys Process

Hysys Plant

Hextran

Visual Flow HTRI


Accesos › Aspen (Programas/Aspentech/Process

Modeling/Aspen Plus/Aspen Plus User Interfase)

› Códigos de identificación (colores de ayuda)

› Botones de acceso rápido

› Ayuda de contenidos

Configuración general=Run Type › Análisis de propiedades

› Regresión

› Simulación = Flowsheet (default)

› Estimación de propiedades

› Estacionario o dinámico 21


Tipo de corriente

Tolerancia de la simulación

Límites de presión y temperatura

Ciclos de iteración

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Sistema Internacional (SI)

Sistema métrico (MET)

Sistema Inglés (ENG)

Configuración personal › Standard (relacionadas con flujo, molar,

volumétrico)

› Calor

› Transporte

› Calor

› Tamaño

› Precio

› Misceláneos 23


Base de datos de los componentes

Clasificación por categorías

Búsqueda por fórmula, nombre.

› Tipo de componente: alquenos, aldehídos, aminas, alcoholes, aromáticos, aromáticos, epóxidos, cetonas, nitroaminas, peróxidos, poliolefinas, mercaptanos, elementos, entre otras.

› Búsqueda avanzada: Pesos moleculares, puntos de ebullición

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Revisión de propiedades de componentes reales - REVIEW › Pesos moleculares, densidad estándar, punto de

ebullición normal, temperatura, presión y volumen crítico, constantes moleculares, calores de formación, factor acéntrico, etc.

Propiedades adicionales › Parámetros de interacción binaria

› Determinación de propiedades adicionales (Property)

Pseudocomponentes › Curvas ASTM D86, 1160, 2887, TBP (True Boiling

Point) 25


Corriente de componentes reales › Temp= 40.6ºC

› Presión=2.4 bar

› Flujo= 248.2 kg/h

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Crudo: ASTM D86

%LV ºC Component %LV

0 27.78 Etano 0.2

5 61.11 Propano 4.2

10 99.44 I-Butano 7.6

30 201.11 n-Butano 20.8

50 348.33 I-Pentano 12.1

70 454.44 n-Pentano 18.7

90 593.33 n-Hexano 36.4

95 676.67

Gravedad API prom 39.4

Corriente de pseudocomponentes › Temp=235ºC

› Presión=6.2 bar

› Flujo= 193.2 kg/h

Configure un grupo de unidades propias donde se reporte la presión en unidades mezcladas (caso real de la mayoría de las plantas), donde:

P[kg/cm2] T[°C] flujo másico [kg/h]

Configure en un “Property set” el cálculo de la viscosidad dinámica d[Pa•s] para ser reportadas con las corrientes.

Configure además para el reporte la generación de las composiciones tanto molares como másicas.

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