Simulasion ASPEN de Planta de Acido Sulfurico

7/22/2019 Simulasion ASPEN de Planta de Acido Sulfurico

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Milagros del Valle Arrieche Montero, Judith de FuentesSimulacin del sistema de absorcin, enfriamiento del cido y generacin de vapor de una planta de cido

sulfrico.

Revista INGENIERA UC, vol. 7, nm. 2, 2000, p. 0,

Universidad de Carabobo

Venezuela

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cabo de acuerdo al proceso de doble-contacto doble absorcin, tecnologa desarrollada por Krebs y patenpor la empresa francesa Produits Chemiques Ugine Kuhlmann el cual comprende tres etapas principales:

Oxidacin del azufre (Combustin).

El azufre lquido y el aire seco se llevan a un horno donde ocurre la combustin del azufre con el oxgcontenido en el aire, bajo la siguiente reaccin:

Oxidacin Cataltica del Dixido de Azufre (conversin de SO2a SO3).

El gas producido en el horno se enfra y es alimentado a un reactor de cuatro etapas catalticas donde se llecabo la reaccin entre el dixido de azufre y el oxgeno en presencia de un catalizador a base de pentxid

vanadio.

Absorcin del Trixido de azufre con cido Sulfrico.

El gas de salida del reactor, es absorbido con cido sulfrico al 98% de concentracin en 3 torres empacamediante un mecanismo de absorcin con reaccin:

A continuacin se presenta una descripcin ms detallada del proceso:

E1 proceso de produccin de la planta de cido sulfrico emplea azufre lquido como materia prima, el cuhace reaccionar con aire seco proveniente de una torre de secado en un horno donde se lleva a cabcombustin del azufre con el oxgeno contenido en el aire seco para producir dixido de azufre (SO2). LuegSO2(g) es enfriado y llevado a un convertidor de cuatro etapas, donde se produce la reaccin del dixidoazufre con oxgeno en presencia de un catalizador de pentxido de vanadio para producir trixido de az(SO3). E1 SO3(g)es absorbido en contracorriente en dos torres de absorcin, donde el SO 3reacciona con el acontenida en el cido sulfrico al 98%, la primera torre esta ubicada entre la tercera y cuarta de etapaconversin y la segunda torre a la salida de la cuarta etapa de conversin, adems existe una torre de ol

donde se absorbe el SO3proveniente de la tercera etapa de conversin con cido sulfrico al 106%.La corriente gaseosa de esta torre de absorcin final se descargan a la atmsfera, conteniendo N 2,O2y trazaSO2. La descarga a la atmsfera debe contener una cantidad de dixido de azufre menor o igual a 2,850 mg/segn las Normas de la Calidad del Aire y Control de la Contaminacin Atmosfrica, decreto N 638 del 26Abril de 1995.Durante la absorcin del SO3, ocurre una reaccin exotrmica entre el trixido de azufre y el agua contenidel cido sulfrico, debido a la formacin del cido, por lo que es necesario ajustar la concentracin en el fode las torres utilizando agua de proceso y cido sulfrico de dilucin. Posteriormente el cido es enfriado pretirar el calor producido por la reaccin y dilucin del cido.


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SIMULACIN DE PROCESOS QUMICOS

La simulacin de procesos es la actividad por la cual un conjunto de sub-programas (unidades de clcuescritos en lenguaje simblico, permiten, una vez ejecutados en el computador, la obtencin por clcul

valores realistas para las variables de operacin caractersticas de un proceso qumico. Este proceso puedeuna planta de tratamiento de minerales, una refinera, una industria de productos alimenticios o una planttratamiento de aguas residuales, puesto que todos ellos tienen en comn:

Algunas de las aplicaciones tcnicas ms frecuentes que justifican una simulacin:

Prediccin de los efectos producidos en el proceso por cambios en las condiciones operaciondistribucin y capacidad de los equipos.

Resolucin rpida de balances de masa y energa en procesos de gran envergadura. Optimizacin de la operacin rpida y con seguridad. Evaluacin de cambios en las condiciones de alimentacin (anlisis), de ciertas condiciones

operacin (optimizacin) y de la distribucin de redes corrientes-equipos (diseo). Identificacin de las unidades controlantes o cuellos de botellas en un proceso. Utilizacin como herramienta de entrenamiento para ingenieros y operadores (anlisis de sistemas). Estimacin de costos, control de presupuesto, y la planificacin de la produccin.

La metodologa para realizar una simulacin comprende las siguientes etapas:

Definir el problema y objetivos a lograr para decidir si se justifica la realizacin de la simulacinesta etapa es fundamental estudiar el proceso para identificar reas sensibles econmicamente, recoledatos de los balances de masa y energa, procedimientos de operacin y control.

Desarrollar inicialmente la simulacin con datos de diseo (caso base) y analizar la sensibilidadproceso, con el objetivo de identificar aquellas unidades y parmetros donde una pequea perturba

sobre las condiciones operaciones del caso base, producen un cambio apreciable con la que el morepresenta al proceso real.

Analizar los recursos requeridos para el logro de los objetivos de la simulacin, considerando la mde obra, el tiempo y dinero.

Desarrollar las unidades de clculo o modelo de simulacin. Validacin del modelo de simulacin o evaluacin de la precisin con la que el modelo represen

proceso real. Aplicacin del modelo, interpretacin y comprensin de los resultados.

ESQUEMA DE SIMULACIN

Para la realizacin de la simulacin de los sistemas de absorcin y enfriamiento del cido, y del sistemgeneracin de vapor de la planta de cido sulfrico, se emplea el paquete comercial ASPEN PLUS versinde Aspen Technology. Este es un simulador modular secuencial de procesos en estado estacionario, el cual tla capacidad de calcular propiedades termodinmicas y de transporte valindose de ecuaciones de estado, tade propiedades y correlaciones empricas.Con el propsito de verificar los datos de diseo, la simulacin se efecta inicialmente en cada uno deequipos de los sistemas, especificando las caractersticas de diseo de los mismos. Luego debido complejidad del proceso, se realiza la simulacin de los sistemas por separado, a fin de acelerar la convergey obtener los resultados y anlisis de sensibilidad en un tiempo razonable.


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El sistema de generacin de vapor est conformado por los siguientes equipos: horno (HB-O1), caldera (H-sobrecalentador (F-09), evaporados (F-01) y el economizados (F-02) adems se incluye la torre de sec(C-01) en este sistema, debido a que los gases que salen de dicha torre son alimentados al horno y la teretapa de conversin. La simulacin de este sistema se realiza en dos etapas. La primera etapa esta compu

por la torre de secado y los resultados de la corrida sern empleados para la siguiente etapa. La segunda etapdesarrolla tomando un programa realizado con anterioridad (Camejo, R, 2000) donde se simula el sistemconversin y sus equipos asociados como lo son: el intercambiados gas-gas de alta temperatura (F-intercambiados gas-gas de baja temperatura (F-04), evaporados (F-01) y el economizados (F-01) del procescido sulfrico y se le anexan el horno, la caldera y el sobrecalentador, esto se realiza con el objetorepresentar este sistema una manera confiable y ms precisa, Los esquemas de simulacin de cada etaprepresentan en las figuras N 1 y 2.El sistema de absorcin y enfriamiento del cido tambin se representa en dos etapa: la primera conformada por la torre de absorcin intermedia (C-02), y la segunda etapa por la torre de absorcin (C-03), para esta ultima etapa se requiere parte de los resultados de la corrida de la primera etapa para compsu informacin. Los esquemas de simulacin construidos para cada etapa se observan en las figuras N3 y 4

Figura N l. Esquema de simulacin de la torre de secado (C-01)


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Figura N 2. Esquema de simulacin del Sistema de Generacin de Vapor

Figura N3. Esquema de simulacin de la torre de absorcin intermedia (C-02)


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Figura N 4. Esquema de simulacin de la torre de absorcin foral (C-03)

VERIFICACIN DEL ESQUEMA

Como se indic anteriormente, para el desarrollo del esquema de simulacin se emplearon los datos de discomo caso base, los cuales incluyen las condiciones operacionales as como tambin las especificacitcnicas de los equipos involucrados.Para llevar a cabo la verificacin de la simulacin con datos operacionales, se tomaron dos das para los cula planta trabaj en condiciones normales. Estos das representaron dos condiciones diferentes y estables

consecuencia sirven para comprobar que el modelo se ajusta al comportamiento de la planta.Los das que se tomaron fueron el 29/10/99 y el 12/06/2000, para el primer da la produccin final fue 10TMD de HZS04 y el segundo da a 950.32 TMD. Se seleccion este rango de capacidad debido a que enormal de operacin de la planta y de este modo se puede verificar la flexibilidad del programa de simulacLa informacin que se utiliz para verificar la condicin operacional de cada da se tomar de las hojacontrol diario de operacin y de los resultados de producto de una modelo de simulacin del sistemaconversin de la planta de cido sulfrico.Como este esquema de simulacin fue dividido en dos secciones y estas a su vez en dos etapas, los resultadopresentan de la misma manera, tanto para los datos de diseo y para uno de los das con los cuales se verificesquema de simulacin como es el 12/06/2000.

APLICACIN DEL ESQUEMA DE SIMULACIN

Una vez desarrollado y verificado el esquema de simulacin, realizaron un anlisis de sensibilidad modificauna variable a la vez, y manteniendo constantes las condiciones de operacin, para observar esta manerefecto de esta variable sobre el proceso.Como la tendencia del comportamiento de las variables a las cuales se le realiz el anlisis de sensibilidaigual para las torres de absorcin C-02 y C-03 y para ambos das de validacin solo se represento para la tde absorcin C-02.


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Figura N 1. Efecto de la temperatura de entrada de los gases a la torre de absorcin C-02 sobre elcontenido de SO3en la corriente de salida de la torre

Figura N 2. Efecto de la presin de entrada de los gases a la torre de absorcin C-02 sobre el contende SO3en la corriente de salida de la torre

Figura N 3. Efecto de la recirculacin del H2SO4sobre el contenido del SO3en la corriente de salidala torre de absorcin C-02


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TABLA 1Verificacin con datos de diseo el sistema de secado

TABLA 2Verificacin del sistema de secado con datos operacionales del da. 12/06/2000


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TABLA 3Verificacin con datos de disco el sistema de generacin de vapor

TABLA 4Verificacin con datos operacionales para el sistema de generacin de vapor para el da 12/06/2000


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TABLA 5Verificacin con datos de diseo el sistema de absorcin intermedia

TABLA 6Verificacin del sistema de absorcin intermedia con datos operaciones del da 12/06/2000


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TABLA 7Verificacin con datos de diseo el sistema de absorcin final

TABLA 8Verificacin del sistema de absorcin final con datos operacionales para el da 12/06/2000


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CONCLUSIONES

El esquema de simulacin desarrollado con el programa ASPEN PLUS VERSIN 9.3, para represelos sistemas de absorcin y enfriamiento del cido y el sistema de generacin de vapor de la planta I

cido sulfrico del Complejo Petroqumico Morn, reproduce de manera satisfactoria los balancmateria y energa del proceso. La verificacin del esquema con datos de diseo arroj excelentes resultados en cada uno de las et

en las cuales se divide el esquema de simulacin, dando un error del 1.01% para el sistema de secadoaire, 1.50% para el sistema de generacin de vapor y errores del 0.35% y 0.40% para los sistemaabsorcin intermedia y absorcin foral respectivamente.

La verificacin del esquema con los dos das de operacin report errores para el sistema de secadoaire de 0.97% para el primer da y 0.47% para el segundo. El sistema de generacin de vapor preseerrores de 1.78% y 3.79%, el sistema de absorcin intermedio los errores fueron de 0.54% y 0.38finalmente el sistema de absorcin final presento errores de 0.59% y 0.86% para los das de verificac

Con el aumento de temperatura en la entrada de las corrientes gaseosas en las torres de absorcin C-C03, se comprob que disminuye la capacidad de absorcin del SO3en dichas torres, debido a queser un proceso exotrmico la solubilidad del gas disminuye al elevar la temperatura.

Con el aumento de la presin de entrada de las corrientes gaseosas, se verifico el mejoramiento ecapacidad de absorcin del SO3 en las torres de absorcin C-02 y C-03, debido al aumento de la preparcial del SO3en la mezcla gaseosa.

A1 aumentar el flujo de recirculacin de H2SO4en las torres de absorcin C-02 y C-03, se compque la capacidad de absorcin del SO3aumenta en dichas torres.

RECOMENDACIONES

Utilizar el esquema de simulacin para cada sistema al cual fue dividido, con el objeto de evalua

forma rpida y predecir de manera confiable el efecto que se presenta cuando hay variacionealimentacin.

Emplear el esquema de simulacin como herramienta para realizar evaluaciones peridicas a los equque conforman el proceso, para verificar el comportamiento adecuado de los mismos.

Desarrollar un esquema de simulacin nico para la planta II de cido sulfrico, el cual consistirunir todos los sistemas pertenecientes a la planta simulados por separados con el fin de contar conherramienta de anlisis predictiva y operacin de la planta en conjunto y poder determinar la capacoperacional de la misma.

Realizar el adecuado mantenimiento de las tomas de presin de las torres de absorcin C-0l, C-0C-03, con el objeto de proporcionar valores exactos de estas variables en el momento de corremodelo de simulacin,

Colocar un sistema de medicin de flujo de carga de azufre alimentado al horno con el fin de contarel valor exacto de esta variable en el instante que se realice una corrida de simulacin.

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