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• Socrates Andrade Merubia

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CURSO:

ASPEN HYSYS, NIVEL: B.I. Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

LA PAZ - BOLIVIA

CURSO:

ASPEN HYSYS y TERMODINÁMICA PROPIEDADES TERMODINÁMICAS, PARTE I FACTOR Z POR PENG ROBINSON - HYSYS Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

INCOTEGAS

CURSO:

ASPEN HYSYS y TERMODINÁMICA PROPIEDADES TERMODINÁMICAS, PARTE II CALCULOS DE FASE POR PENG ROBINSON - HYSYS Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

INCOTEGAS

PRESENTACIÓN DEL CURSO ASPEN HYSYS 3. Presentación del curso 3.3. Contenido:

1

• Introducción a Aspen HYSYS

2

• La interfaz grafico del usuario

3

• Procedimiento de simulación

4

• Separadores

5

• Intercambiadores de calor

6

• Equipos rotativos

7

• Accesorios

8

• Filtros

9

• Reactores

10 • Columnas 11 • Simulación de plantas existentes

PRESENTACIÓN DEL CURSO ASPEN HYSYS 3. Presentación del curso 3.5. Recursos por parte de Incotegas Software adicionales

Videos por capítulos Guía del participante

Plataforma virtual

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo I: Introducción a Aspen HYSYS

Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

I. INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS Contenido: ,

1.1. 1.2. 1.3. 1.4.

1.5. 1.6.

• Aspen HYSYS • Características de HYSYS

• Estructura global • Algunas aplicaciones • Versiones • Actividad 1 (Ponderación 4 %)

I. INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS 1.1. Aspen HYSYS , Aspen HYSYS

Herramienta de modelado de procesos Diseño conceptual

Optimización

Planificación empresarial

Gestión de activos

Producción de petróleo y gas

Supervisión de rendimiento para:

Procesamiento de gas

Refinación de petróleo

Industrias de separación de aire

I. INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS 1.2. Características de Aspen HYSYS Simulación de procesos Modo estacionario y dinámico

I. INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS 1.2. Características de Aspen HYSYS Simulación de procesos Modo estacionario y dinámico

MODELADO DE PROCESOS EN:

Estacionario y dinámico

Producción de petróleo y gas

Procesamiento de gas

Refinación de petróleo

Industrias de separación de aire

I. INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS 1.3. Estructura global de Aspen HYSYS Estructura de HYSYS

, Entorno de inicio

Entorno de propiedades

Entorno de simulación

Análisis de seguridad

Análisis de energía

Iniciar un nuevo proyecto

Componentes químicos

Workbook

Operaciones unitarias

Servicios industriales

Abrir proyectos existentes

Modelos termodinámicos

Modelos de operaciones unitarias

Corrientes desatascadas

Costos

Modelos de corrientes

Protección del tanque de almacenamiento

Esenarios optimos

Ensayos de petroleo Ensayos de destilación

Reacciones

Mapa de componentes Propiedades de usuario

Analisis de corrientes

Diseño de equipos

Modelos de análisis Casos de estudio y otras

I. INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS 1.3. Estructura global de Aspen HYSYS ,

Base de datos Lo que incorpora un simulador

Componentes quimicos

Modelos termodinamicos

Modelos de caidas de presion

Reacciones

Operaciones unitarias

Opciones avanzadas

Puros

Ecuaciones de estados

Gases

Cineticos

Separadores

Métodos numéricos

Hipoteticos

Modelos de actividad

Liquidos

No cineticos

Bombas

Diseño de equipos

y otros

Compresores y otros

Plantillas de refinación

Metodos especificos

I. INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS Ops. Unit.

1.3. Estructura global de Aspen HYSYS ,

Componentes

Ensayos de destilación

Reacciones

Simulación dinámica y estacionaria

Op. Ad.

I. INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS 1.4. Algunas aplicaciones específicas  Detección de cuellos de botella en la producción.  Predicción de los efectos de cambios en las condiciones de operación y capacidad de la planta.  Optimización de las variables de operación.  Optimización del proceso cuando las características de insumos y las condiciones económicas cambian.  Análisis de nuevos procesos para nuevos productos.  Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo de energía.  Análisis de condiciones críticas de operación.  Transformación de un proceso para desarrollar otras materias primas.  Análisis de factibilidad y viabilidad de nuevos procesos.  Optimización del proceso para minimizar la producción de desechos y contaminantes

I. INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS Procesos del gas natural Metano Pozo

H2O CO2 H2S N2

Gas Asociado Pozo

C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 nC6 C7+ N2

Estaciones de compresión

H2O CO2 H2S N2

LGN

P1 1 atm

Chao Seader, y Grayson Streed

P? Vacío

BK-10, Ideal

II. LA INTERFAZ DEL USUARIO 2.4. Entorno de Propiedades. Cuadro de navegación  Lista de componentes  Modelos termodinámicos  Ensayos de Petróleo  Oil Manager (Administrador de Petróleo)  Reacciones  Mapas de componentes

II. LA INTERFAZ DEL USUARIO 2.5. Entorno de Simulación. Paleta de modelos

II. LA INTERFAZ DEL USUARIO 2.6. Entorno de Análisis de Seguridad. ,

II. LA INTERFAZ DEL USUARIO 2.7. Entorno de Análisis de Energía. ,

II. LA INTERFAZ DEL USUARIO 2.8. Actividad 2, Ponderación 6 %. ,

Nº 1 2 3 4 5 6 7

8

Preguntas y respuestas

¿Cómo definirías la interfaz gráfico de usuario de Aspen HYSYS? ¿Para qué se usa el Entorno de propiedades? ¿Para qué se usa el Entorno de Simulación? ¿Cuántos tipos de corrientes están disponibles en HYSYS? ¿Cuántas operaciones unitarias están disponibles en la categoría Vessels? ¿Los compuestos químicos por defecto en Aspen HYSYS, en cuántas familias de esta divididos? ¿Diferencia principal entre ecuaciones de estado y modelos de actividad? ¿Cuántos tipos de reacciones incorpora HYSYS?

Hay alguien tan inteligente que aprende de la experiencia de los demás” Voltaire

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo III: Procedimiento de simulación Parte II Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN Contenido: ,

3.1.

3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6.

3.7.

• Introducción • Descripción de los pasos • Guardar el proyecto • Tipos de extensiones

• Ejemplo propuesto 3.2 • Actividad 3.1, ponderación 5% • Actividad 3.2, ponderación 5%

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 2.1. Introducción. ,

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.2. Descripción de los pasos. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)

Iniciar un nuevo caso Definir componentes Definir paquete de fluidos Definir propiedades adicionales Definir sistema de unidades Insertar y definir corrientes de alimentación Insertar y definir operaciones unitarias Análisis adicionales Análisis y reporte de resultados

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.2. Descripción de los pasos. 3.2.1. Ejemplo resuelto 3.1. Modelar el proceso de una etapa de compresión como se muestra en el PFD de la figura 3.2 y determinar: a) Generar la envolvente de la corriente 1 b) Flujo de vapor en la corriente 2 c) Determine si el compresor de una etapa es adecuado para elevar la presión hasta 505 psia d) Cual es la potencia (hp) que requiere el compresor e) Flujo de calor a extraer en el enfriador f) Guarde el modelo en un archivo .hsc

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.2. Descripción de los pasos. 3.2.1. Ejemplo resuelto 3.1.

Componentes Frac. Molar Metano 0,8 Etano 0,1 Agua 0,04 C3+ 0,03 Nitrógeno 0,01 Decano 0,02 Componente hipotético C3+ (NBP) 20 (ºF)

80

Temperatura (ºF)

100

Presión (psia) Flujo molar (lbmol/h)

2

K-100 80

Q

V-100

E-100

3

5

4

100 1

500 505

100

130

E

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.2. Descripción de los pasos.

80 100

Temperatura (ºF)

97,81

3.2.1. Ejemplo resuelto 3.1.

Presión (psia) Flujo molar (lbmol/h)

2

Potencia (hp) 105,37 E

Componentes Frac. Molar Metano 0,8 Etano 0,1 Agua 0,04 C3+ 0,03 Nitrógeno 0,01 Decano 0,02 Componente hipotético C3+ (NBP) 20 (ºF)

K-100

80

130

505

500

97,81

100

2

100 1

344,6

V-100

80 100 2,19 3

Q

97,81 2

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.3. Guardando el proyecto de simulación. , Clic en: File Save (Ctrl + S) Definir nombre y ruta

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.4. Tipos de extensiones en Aspen HYSYS. Caso de Simulación de HYSYS (.hsc) Plantillas de HYSYS Plantilla de columnas de HYSYS HYSYS HSP File (.hsp – imagen generada durante una simulación dinámica.) HYSYS HFL File (.hfl, Guarda una parte seleccionada del Flowsheet, el archivo puede importar a otro flowsheet.) HYSYS XML File Las simulaciones del respaldo HYSYS (*. bk) HYSYS Combine Archivo (.hscz)

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.5. Ejemplo propuesto 3.2. Modelar el proceso de una etapa de compresión como se muestra en el PFD de la figura 3.21, para la cual debe encontrar los siguientes resultados: a) Generar la envolvente de la corriente 1 b) Flujo de vapor en la corriente 2 c) Determine si el compresor de una etapa es adecuado para elevar la presión hasta 405 psia d) Cual es la potencia (hp) que requiere el compresor e) Flujo de calor a extraer en el enfriador f) Guarde el modelo en un archivo .hsc Para la solución de este problema debe seguir los pasos descritos, en la sección 3.1 y también puede utilizar el archivo Excel programada con las ecuaciones empíricas, para respaldar los resultados.

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.5. Ejemplo propuesto 3.2. ,

90 90

Componentes

Frac. Molar

Etano

0,8

Propano

0,1

Agua

0,04

C4+

0,03

CO2 Decano

K-100

0,01

90

0,02

90

Componente hipotético

C4+ (NBP)

2

100 (ºF)

400 Q

405

V-100

E-100

Modelo termodinámico: Peng Robinson

Temperatura (ºF)

Presión (psia) Flujo molar (lbmol/h)

3

5

4

500 1

130

E

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.6. Actividad 3.1, ponderación 5% ,

Nº 1 2 3 4

5 6

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿El peso molecular de la mezcla de la corriente de alimentación (1), del ejemplo propuesto 3.2 es? ¿Cuál es el flujo molar de la corriente 2, para el ejemplo propuesto 3.2? ¿Cuál es la potencia requerida para el compresor K-100, para el ejemplo propuesto 3.2? ¿La fracción molar de agua de la corriente 3, del ejemplo propuesto 3.2 es? Cuál es la presión (psia) critica para el componente hipotético C4+ generado en Aspen HYSYS, por modelos por defecto. ¿Cuál es la fracción de vapor en la corriente 5, en el ejemplo propuesto 3.2?

III. PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN 3.7. Actividad 3.2, ponderación 5% Preguntas y respuestas:

Subir al aula virtual Word de resultados de la actividad 3.2

Nº 1

PREGUNTAS/RESPUESTAS Inserte el PFD del ejemplo resuelto 3.1, con sus respectivas variables de op.

2

Inserte el PFD del ejemplo propuesto 3.2, con sus respectivas variables.

3

Archivo .hsc de Aspen HYSYS (ejemplo 3.1 y 3.2) Excel de resultados (3.1 y 3.2)

4

Generar la envolvente de la corriente 2 del ejemplo propuesto 3.2. Generar la línea de formación de Hidratos para la corriente 2 del ejemplo 3.2.

“Los años enseñan muchas cosas que los días jamás llegan a conocer” Emerson

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo IV: Separadores

Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

IV: SEPARADORES 4.1. Definición. Es un equipo generalmente metálico que sirve para separar mezclas que están en distintos estados, (Gas, Liquido y partículas de solidos).

IV: SEPARADORES 4.2. Procesos de separación. ,

Separación primaria V-100

Separación secundaria. Separación por coalescencia

IV: SEPARADORES 4.3. Clasificación. ,

Por su configuración

Por su forma

Trifásico

Vertical

Bifásico

Horizontal Esférico

IV: SEPARADORES 4.4. Fundamentos de balance. Se realiza un flash P-H para determinar las condiciones y fases del producto. La presión a la que se aplica el flash es la presión de la corriente de alimentación más baja, menos la caída de presión en el recipiente. • Balance de materia. Para flujos en estado estacionario, el balance de masa del separador se define: Balance de global 𝐹1 = 𝑉2 + 𝐿3 Balance de componentes Fzi = Vyi + Lxi 4.4.2.

Balance de energía

𝐹𝐻𝐹 ± 𝑄 = 𝑉𝐻𝑉 + 𝐿𝐻𝐿

IV: SEPARADORES 4.5. Ejemplo resuelto 4.1. Modelar:

150 50 2

Componentes Etano Propano n-Butano n-Pentano n-Hexano

Frac. Molar 0,05 0,15 0,25 0,2 0,35

150 50 100 1

Temperatura (ºF) Presión (psia) Flujo molar (lbmol/h)

V-100

3

IV: SEPARADORES 4.5. Ejemplo resuelto 4.1. ,

Nº

1 2 3 4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿La fracción de vapor en la alimentación es? ¿El flujo molar en la corriente de fondo del separador es?

¿Las dimensiones del separador vertical, altura y diámetro son? ¿De acuerdo a la envolvente generada de la corriente de alimentación, en qué fase se encuentra la mezcla de hidrocarburos? ¿Determine el punto de roció y burbuja a una presión de 50 psia (C. 1)?

IV: SEPARADORES 4.6. Ejemplo propuesto 4.2, para el participante. Modelar: Frac. Molar

20 200 100

Metano

0,10

1

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

Componentes

Temperatura, ºC) Presión, kPa Flujo molar, kmol/h

200 2

200 4

200

3

IV: SEPARADORES 4.6. Ejemplo propuesto 4.2, para el participante. ,

Nº 1 2 3 4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿La fracción de vapor en la alimentación es? ¿El flujo molar en la corriente 3 del separador es? ¿Las dimensiones del separador horizontal, longitud y diámetro son? ¿De acuerdo a la envolvente generada de la corriente de alimentación, en qué fase se encuentra la mezcla de hidrocarburos? ¿Determine el punto de roció y burbuja a una presión de 200 kPa (C. 1)?

IV: SEPARADORES 4.7. Actividad 4.1, ponderación 5%. ,

Nº 1 2

3 4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿La fracción de vapor en la alimentación (1), del ejemplo propuesto 4.2 es? ¿El flujo molar en la corriente de tope (2) del ejemplo propuesto 4.2 es? ¿Las dimensiones del separador horizontal, diámetro y longitud del ejemplo propuesto 4.2 son? ¿De acuerdo a la envolvente generada de la corriente de alimentación (1), del ejemplo propuesto 4.2, en qué fase se encuentra la mezcla de hidrocarburos? ¿Determine el punto de roció y burbuja a una presión de 200 kPa de la corriente 1, del ejemplo 4.2?

IV: SEPARADORES 4.8. Actividad 4.2, ponderación 5%. ,

Subir al aula virtual Word de resultados de la actividad 4.2

Archivo .hsc de Aspen HYSYS (ejemplo 4.1 y 4.2) Excel de resultados (4.1 y 4.2)

Nº 1

PREGUNTAS/RESPUESTAS Insertar el PFD, del ejemplo 4.1 simulado, con sus variables de operación.

2

Insertar el PFD, del ejemplo 4.2 simulado, con sus variables de operación.

3

Generar la envolvente de la corriente 2 (vapor), del ejemplo propuesto 4.2.

4

Definir la fracción molar de todas las corrientes del sistema simulado, del ejemplo propuesto 4.2.

“Me lo contaron y lo olvidé; lo vi y lo entendí; lo hice y lo aprendí.” Confucio

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo V: Intercambiadores de calor

Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR Contenido:

5.1.

, 5.2. 5.3.

5.4. 5.5. 5.6. 5.7.

• Definición • Tipos de Intercambiadores de calor • Diseño de intercambiadores • Ejemplo 5.1

• Ejemplo 5.2, para el participante. • Actividad 5.1 (ponderación 5%). • Actividad 5.2, (ponderación 5%).

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.1. Definición. Los intercambiadores de calor, son equipos en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluyen sin mezclarse con el objetivo de enfriar una de ellas o calentar la otra o ambas cosas a la vez.

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.2. Tipos de intercambiadores en Aspen HYSYS. Los intercambiadores de calor, son equipos en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluyen sin mezclarse con el objetivo de enfriar una de ellas o calentar la otra o ambas cosas a la vez.

1

2

3

4

5

6

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.3. Normas para diseño de intercambiadores. ,

AEL

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.3. Normas para diseño de intercambiadores. 5.3.1. Métodos de diseño de intercambiadores. Entre los métodos más utilizados se tiene los siguientes (más detalles se desarrolla en el curso de Diseño de intercambiadores de calor): Método LMTD, de análisis Método de ε-NTU para el análisis. Método P-NTU. Método ψ-P Método de Bell - Delaware

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.4. Ecuaciones básicas de diseño. Para el diseño de intercambiadores de calor carcasa y tubo, se plantea los siguientes pasos y correlaciones, según Sadik, Serth y Kuppan. Paso 1. Especificaciones iniciales. 1) Especificar propiedades de los fluidos 2) Colocación de fluidos 3) Tipos de carcasa y cabeza 4) Tubería 5) Esquema del tubo 6) Deflectores 7) Tiras de sellado 8) Materiales de construcción

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.5. Ejemplo resuelto 5.1. Modelar: 90 5 50000

25 6 ¿?

1

3

Temperatura, ºC Presión, atm Flujo másico, kg/h Flujo de calor, kJ/h

E-100

40 4,5 2

E-101

10 4 5

4

40 5,4

Corrientes Variables Metanol (1) Agua (3) Temperatura (ºC) 90 25 Presión (atm) 5 6 Flujo (kg/h) 50000 ¿? Componentes metanol Agua Intercambiador E-100 Lado tubo Lado casco Δ𝑇𝑖 (ºC) 50 15 Δ𝑃𝑖 (atm) 0,5 0,6 Intercambiador E-101 𝑇𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝐸−101 (ºC) 10 Δ𝑃𝑖𝑛𝑡.𝐸−101 (atm) 0,5

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.5. Ejemplo resuelto 5.1. , Nº 1 2

3 4

5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es el flujo másico del agua que se requiere para enfriar hasta 40 ºC de la corriente de metanol en el intercambiador E-100? ¿Cuál es el coeficiente de transferencia de calor U y LMTD (en el intercambiador E-100? ¿El UA calculado en el intercambiador E-100 es? ¿Cuál es el área del intercambiador E-100? ¿Cuál es el flujo de calor extraído en el intercambiador E-101?

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.6. Ejemplo propuesto 5.2, para el participante. Modelar: 150 4 1000

25 5 ¿?

1

3

Temperatura, ºC Presión, atm Flujo másico, kg/h Flujo de calor, kJ/h

E-100

100 3,5 2

E-101

60 3 5

4

40 4,4

Corrientes Variables Mezcla (1) Agua (3) Temperatura (ºC) 150 25 Presión (atm) 4 5 Flujo (kg/h) 1000 ¿? Componentes metanol Agua Fracción molar de las corrientes Cumeno 0,5 Agua 0,1 1 Amoníaco 0,2 H2S 0,2 Intercambiador E-100 Lado tubo Lado casco Δ𝑇𝑖 (ºC) 50 25 Δ𝑃𝑖 (atm) 0,5 0,6 Intercambiador E-101 𝑇𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝐸−101 (ºC) 60 Δ𝑃𝑖𝑛𝑡.𝐸−101 (atm) 0,5

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.6. Ejemplo propuesto 5.2, para el participante. , Nº 1 2

3 4

5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es el flujo másico del agua que se requiere para enfriar hasta 40 ºC de la corriente de metanol en el intercambiador E-100? ¿Cuál es el coeficiente de transferencia de calor U y LMTD (en el intercambiador E-100? ¿El UA calculado en el intercambiador E-100 es? ¿Cuál es el área del intercambiador E-100? ¿Cuál es el flujo de calor extraído en el intercambiador E-101?

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.7. Actividad 5.1, ponderación 5%. , Nº 1 2 3

4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es el flujo másico del agua que se requiere para enfriar hasta 100 ºC de la corriente mezcla en el intercambiador E-100? ¿Cuál es el coeficiente de transferencia de calor U y LMTD en el intercambiador E-100? ¿El UA calculado en el intercambiador E-100 es? ¿Cuál es el área requerida del intercambiador E-100? ¿Cuál es el flujo de calor extraído en el intercambiador E-101?

CAPÍTULO V: INTERCAMBIADORES DE CALOR 5.8. Actividad 5.2, ponderación 5%. Preguntas y respuestas:

Subir al aula virtual Word de resultados de la actividad 5.2

Archivo .hsc de Aspen HYSYS (ejemplo 5.1 y 5.2) Excel de resultados (5.1 y 5.2)

Nº 1

PREGUNTAS/RESPUESTAS Insertar el PFD del ejemplo 5.1 simulado, con sus variables de operación.

2

Insertar el PFD del ejemplo 5.2 simulado, con sus variables de operación.

3

Insertar el PFD, del ejemplo 5.2 modelado en Aspen HYSYS, mostrando cambios de temperatura.

4

Definir las fracciones de vapor de todas las corrientes del ejemplo 5.2.

“Si quieres aprender, enseña” Cicerón

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo VI: Equipos rotativos

Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS Contenido: ,

6.1. 6.2. 6.3.

6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8.

• Introducción • Bombas • Compresores • Expansores • Ejemplo 6.1. • Ejemplo 6.2, para el participante • Actividad 6.1 (ponderación 5%). • Actividad 6.2, (ponderación 5%).

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.1. Introducción. ,

En Aspen HYSYS

Bombas Expansor Compresor

1

2

3

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.2. Bombas. Las bombas son los que incrementar la presión de la corriente líquida de entrada.

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.2. Bombas. 6.2.1. Fundamentos teóricos para bombas. HYSYS usa los siguientes supuestos y ecuaciones para calcular las variables de operación desconocidas de la unidad de bombeo Potencia requerida ideal 𝑊𝑟𝑒𝑞.𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 =

𝑃2 − 𝑃1 ∗ 𝑚 𝜌𝐿

𝑊=

Potencia requerida actual 𝑊𝑟𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 =

𝑃2 − 𝑃1 ∗ 𝑛 ∗ 𝑀𝑊 𝜌𝐿

𝑃2 − 𝑃1 ∗ 𝑚 𝜌𝐿 𝜂

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.3. Compresores. Son equipos que incrementa la presión de un fluido en fase gaseosa, a través de la disminución del volumen específico del gas, en su paso por el compresor.

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.3. Compresores

Compresores

Clasificación. Desplazamiento positivo

Reciprocantes

Simple-etapa Multi-etapa Gas integral Accionado por motor Separable cilindros opuestos equilibrados

Diafragma

Dinámico

Rotativos

Lóbulo recto Lóbulo helicoidal Paletas deslizantes

Anillo liquido

Térmico

Flujo radial

Flujo axial

Simple-etapa

Multi-etapa

Multi-etapa

Paletas fijas del estator

Carcasa dividido horizontal Engranaje integral

Flujo mixto

Variable Paletas del estator

Flujo mixto

Eyectores

Simple-etapa

Multi-etapa

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.3. Compresores 6.3.1. Fundamentos teóricos para compresores. Para el diseño de compresores está basado en la aplicación de la primera y segunda ley de la termodinámica. Balance: 𝑚𝑣 2 𝑚𝑔𝑧 ´ ∆𝐻 + ∆

2𝑔𝑐

+∆

Ecuación básica de trabajo 𝑊=

𝑃2 𝑃1

6.3.2.

𝑉𝑑𝑃

𝑔𝑐

=𝑄+𝑊

𝑊 = 𝐻2 − 𝐻1 = 𝐶𝑃 𝑇2 − 𝑇1

Trabajo isentrópica 𝑅𝑘𝑇1 𝑊is = 𝑍𝑝𝑟𝑜𝑚 𝑀 𝑘−1

𝑃2 𝑃1

𝑘−1 𝑘

Trabajo real 𝑃𝑖𝑠 = 𝑚 ∆His −1

Estimación de la temperatura de descarga. 𝑇2 = 𝑇1 + 𝑇1

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑃2 𝑃1

𝑘−1 𝑘

𝑚 ∆His ηis.

−1

1 𝜂𝑠

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.3. Compresores 6.3.3. Ejemplo 6.1. Se desea elevar la presión de una corriente de propano hasta 200 psia, la cuál está a las siguientes condiciones de operación: presión de 50 psia Temperatura 77 ºF Flujo molar (base de cálculo 100 lbmol/h), Determine la potencia requerida del compresor (eficiencia 75%) y la temperatura de descarga. El PFD para el ejemplo, se muestra en la figura 6.3. La solución del problema, se describe paso a paso en el video complementario de este capítulo.

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.3. Compresores 6.3.4. Ejemplo 6.2. Se desea analizar el funcionamiento de un compresor isentrópico con una eficiencia de 75 %, que comprime una mezcla de gas (metano 0,9, etano 0,08 y propano 0,02) hasta alcanzar una presión de 100 psia, Datos: Caudal de 60 MMPCND Presión de 20 Temperatura 77 ºF Determine la potencia requerida del compresor (eficiencia 75%) y la temperatura de descarga. El PFD para el ejemplo, se muestra en la figura 6.4. La solución del problema, se describe paso a paso en el video complementario de este capítulo.

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.3. Compresores 6.3.3.

Ejemplo 6.1. 77 50 100 1

6.3.4.

Temperatura, ºF Presión, psia Flujo molar, lbmol/h Potencia, HP

Ejemplo 6.2.

77 20 60

1

Temperatura, ºF Presión, psia Flujo de gas, MMPCND Potencia, HP

-

K-100 𝜂𝑖𝑠 = 0,75

-

E

200 2

K-100 𝜂𝑖𝑠 = 0,75

E 100 2

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.4. Expansores. La operación de expansión es empleada para disminuir la presión de una corriente gaseosa a alta presión para obtener una salida a baja presión y alta velocidad

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.5. Ejemplo 6.3.

2

Modelar: TBP a 1 atm % Vol ºF 6,5 120 10 200 20 300 30 400 40 470 50 550 60 650 70 750 80 850 90 1100 95 1300 98 1475 100 1670

K-100 Curva de gravedad % Vol API 2 150 5 95 10 65 20 45 30 40 40 38 50 33 60 30 70 25 80 20 90 15 95 10 98 5

Ligeros Ligeros % Vol Agua 0,001 Metano 0,005 Etano 0,002 Propano 0,005 i-Butano 0,01 n-Butano 0,01 i-Pentano 0,005 n-Pentano 0,025

E1

𝜂𝑖𝑠 = 0,75

317 15 100

50 4

1

Temperatura, ºF Presión, psia Flujo vol, MBPD Potencia, HP

V-100

200 5

15 3

𝜂𝑖𝑠 = 0,75

P-100 E2

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.5. Ejemplo 6.3. ,

Nº 1

2 3

4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es la fracción molar de la nafta a condiciones estándar? ¿Cuál es la potencia requerida en el compresor HP?

¿Cuál es la temperatura de descarga en el compresor y relación de etapa? ¿Cuál es la potencia que requiere la bomba en HP?

¿Cuál es la Altura Neta Positiva de Aspiración, en la bomba?

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.6. Ejemplo 6.4, para el participante.

2

Modelar: TBP a 1 atm % Vol ºF 6,8 130 10 180 30 418 50 650 62 800 70 903 76 1000 90 1255 95 1400

K-100 Curva de gravedad % Vol API 5 90 10 68 15 59,7 20 52 30 42 40 35 45 32 50 28,5 60 23 70 18 80 13,5 90 10

Ligeros Ligeros % Vol Agua 0 Metano 0,0015 Etano 0,001 Propano 0,009 i-Butano 0,004 n-Butano 0,016 i-Pentano 0,012 n-Pentano 0,017

E1

𝜂𝑖𝑠 = 0,75

320 15 80

40 4

1

Temperatura, ºF Presión, psia Flujo vol, MBPD Potencia, HP

V-100

150 5

15 3

𝜂𝑖𝑠 = 0,75

P-100 E2

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.6. Ejemplo 6.4, para el participante. ,

Nº 1

2 3

4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es la fracción molar de la nafta a condiciones estándar? ¿Cuál es la potencia requerida en el compresor HP?

¿Cuál es la temperatura de descarga en el compresor y relación de etapa? ¿Cuál es la potencia que requiere la bomba en HP?

¿Cuál es la Altura Neta Positiva de Aspiración, en la bomba?

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.7. Actividad 6.1, ponderación 5%. ,

Nº 1

2 3

4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es la fracción molar de la nafta a condiciones estándar? ¿Cuál es la potencia requerida en el compresor en HP?

¿Cuál es la temperatura de descarga en el compresor y relación de etapa? ¿Cuál es la potencia que requiere la bomba en HP? ¿Cuál es la Altura Neta Positiva de Aspiración de la bomba?

CAPÍTULO VI: EQUIPOS ROTATIVOS 6.8. Actividad 6.2, ponderación 5%. Preguntas y respuestas:

Subir al aula virtual Word de resultados de la actividad 6.2

Archivo .hsc de Aspen HYSYS (ejemplo 6.3 y 6.4) Excel de resultados (6.3 y 6.4)

Nº 1

PREGUNTAS/RESPUESTAS Insertar el PFD del ejemplo 6.3 simulado, con sus variables de operación.

2

Insertar el PFD del ejemplo 6.4 simulado, con sus variables de operación.

3

Muestre las características del crudo y sus porcentajes de los derivados del ejemplo 6.4.

4

Muestre los componentes hipotéticos generados por AH, en el ejemplo 6.4.

“Me lo contaron y lo olvidé; lo vi y lo entendí; lo hice y lo aprendí.” Confucio

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo VII: Filtros de procesos

Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS Contenido: ,

7.1.

7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7. 7.8.

• Introducción • Tuberias • Valvulas • Mixer y Tee • Ejemplo 7.1 • Ejemplo 7.2, para el participante

• Actividad 7.1 (ponderación 5%). • Actividad 7.2 (ponderación 5%).

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.1. Introducción. Los accesorios son un conjunto de piezas moldeadas o mecanizadas que unidas a los tubos mediante un procedimiento determinado, forman las líneas estructurales de tuberías de una planta de proceso, que permiten transportar fluidos bajo diferentes escenarios de superficie, y en las plantas de procesos, interconectar fluidos entre los equipos o unidades de operación.

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.2. Tipos de tuberías y accesorios en AH. Tuberías y accesorios disponibles en Aspen HYSYS se muestran en la figura 7.1: 1) Tubería de gas 2) Segmento de tubería 1 2 3 3) Válvula 4) Válvula de seguridad 5) Mixer (mezclador) 4 5 6 6) Tee (divisor de flujo)

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.3. Tubería de gas. El modelo compresible Gas Pipe (CGP) utiliza un algoritmo que soluciona un sistema vectorial utilizando el método de dos pasos Lax-Wendroff con Boris & Book anti-difusión.

La ecuación de caída de presión, se deriva de la ecuación general de energía, en su forma más simple, tenemos: 𝑑𝑃 𝑑𝑃 = 𝑑𝐿 𝑑𝐿

+ 𝑒𝑙𝑒𝑣.

𝑑𝑃 𝑑𝐿

+ 𝑓𝑟𝑖𝑐.

𝑑𝑃 𝑑𝐿

𝑎𝑐𝑒𝑙.

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.4. Segmento de tubería. El segmento de tubería se utiliza para simular una amplia variedad de situaciones de tuberías que van desde un segmento de tubería y sistemas de tuberías, para fluidos monofásicos y multifase, con una rigurosa estimación de transferencia de calor, hasta problemas de tuberías en bucle de gran capacidad.

La ecuación de caída de presión, se deriva de la ecuación general de energía, en su forma más simple, tenemos: 𝑑𝑃 𝑑𝑃 = 𝑑𝐿 𝑑𝐿

𝑑𝑃 + 𝑑𝐿 𝑒𝑙𝑒𝑣.

𝑑𝑃 + 𝑑𝐿 𝑓𝑟𝑖𝑐.

𝑎𝑐𝑒𝑙.

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.5. Válvulas. HYSYS realiza un balance de materia y energía en las corrientes de entrada y salida de la operación de la válvula

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.6. Válvula de seguridad. La operación de la unidad de la válvula de alivio se puede utilizar para modelar varios tipos de válvulas de alivio cargadas por resorte.

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.7. Mixer (mezclador). La operación mezclador combina dos o más flujos de entrada para producir un solo flujo de salida.

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.8. Tee (divisor). La operación en T divide una corriente de alimentación en múltiples corrientes de productos con las mismas condiciones y composición que la corriente de alimentación, y se utiliza para simular tees y colectores de tuberías.

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.9. Ejemplo 7.1. Modelar:

0,5

4

505

6

1

2

K-100

80 200 900

9

K-101

𝜂𝑖𝑠 = 0,75

140 8

E2

PIPE-100 DN 2”, SCH 40 L 500 ft. E 50 ft

12

Q

E1

505

V-100

11 AC-100

𝜂𝑖𝑠 = 0,75

3

Temperatura, ºF Presión, psia Flujo molar, lbmol/h Potencia, HP

10

8

7 90 150 100

130 500

Comp. Molar N2 CO2 C1 C2 C3 I-C4 n-c4 i-c5 n-c5 C6 C7+

1 1,85 0,941 92,316 4,502 0,349 0,002 0,01 0,005 0,007 0,003 0,015

2 0,583 0,079 87,047 7,134 3,088 0,431 0,842 0,222 0,233 0,184 0,117

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.9. Ejemplo 7.1. Modelar: Nº 1 2

3 4 5 6 7 8

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es la fracción molar del gas metano en la corriente 3? ¿Cuál es la temperatura en el separador V-100? ¿Potencia requerida en el compresor K-100? ¿Cuál es la fase de la mezcla de gas en la corriente 11?

¿Cuál es la presión en la corriente 12 para diámetro nominal 2 pul cedula 40? ¿Cuál es la presión en la corriente 12 si se cambia la tubería por una

¿Cuál es la temperatura en la corriente 3? ¿Cuánto es el LMTD, en el aeroenfriador?

de 4 pulgadas cedula 40?

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.10. Ejemplo 7.2, para el participante. 130

Modelar:

0,5

4

1000

1

K-100

80 400 2

9

V-100

K-101

𝜂𝑖𝑠 = 0,75

290 8

E2

PIPE-100 DN 4”, SCH 40 L 1000 ft. E 100 ft

12

Q

E1 1005

3

11 AC-100

𝜂𝑖𝑠 = 0,75

1500

Temperatura, ºF Presión, psia Flujo molar, lbmol/h Potencia, HP

10

8

7 100 300

1000

1005

6

Comp. Molar N2 CO2 C1 C2 C3 I-C4 n-c4 i-c5 n-c5 C6 C7+

1 2,546 0,623 85,38 6,343 3,103 0,372 0,919 0,215 0,225 0,141 0,106

2 0,31 5,79 86,11 7,23 0,51 0,02 0,1 0,1 0,1 0 0

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.11. Actividad 7.1, ponderación 5%. ,

Nº 1 2 3 4 5 6 7 8

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es la fracción molar del gas metano en la corriente 3? ¿Cuál es la temperatura en el separador V-100? ¿Potencia requerida en el compresor K-100?

¿Cuál es la fase de la mezcla de gas en la corriente 11? ¿Cuál es la presión en la corriente 12 para diámetro nominal 4 pul cedula 40? ¿Cuál es la presión en la corriente 12 si se cambia la tubería por una ¿Cuál es la temperatura en la corriente 3? ¿Cuánto es el LMTD, en el aeroenfriador?

de 6 pulgadas cedula 40?

CAPÍTULO VII: ACCESORIOS 7.12. Actividad 7.2, ponderación 5%. Preguntas y respuestas:

Subir al aula virtual Word de resultados de la actividad 7.2

Nº 1

PREGUNTAS/RESPUESTAS Insertar el PFD del ejemplo 7.1 simulado, con sus variables de operación.

2

Insertar el PFD del ejemplo 7.2 simulado, con sus variables de operación.

3

Archivo .hsc de Aspen HYSYS (ejemplo 7.1 y 7.2) Excel de resultados (7.1 y 7.2)

4

Defina la composición molar de la corriente 3, del ejemplo 7.2. Defina el perfil de presión y temperatura en la tubería, para un diámetro nominal de 6 pulgadas cedula 40.

“Lo que de raíz se aprende nunca del todo se olvida” Séneca

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo VIII: Filtros de procesos

Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS Contenido: ,

8.1. 8.2. 8.3. 8.4.

8.5. 8.6. 8.7.

8.8.

• Definición • Separador simple de solidos

• Ciclón • Hidrociclón • Rotativo. • Baghouse

• Ejemplo 8. • Actividad 8 (ponderación 5%)

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS 8.1. Definición. Las operaciones de separación de sólido de fluidos, puede darse de diferentes maneras, tales como: sedimentación, filtración y centrifugación. Tipos de filtros en AH Separador Simple de sólidos.

1

2

3

4

5

6

Ciclón Hidrociclon Rotativo Baghouse

Hidrociclon Liquido Liquido

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS 8.2. Separador simple de sólidos. El separador simple de solidos (Simple Filter) realiza una separación no-equilibrio de una corriente que contiene sólidos

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS 8.3. Ciclón. El ciclón se utiliza para separar los sólidos de una corriente de gas y se recomienda sólo para tamaños de partícula mayores de 5 micras.

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS 8.4. Hidrociclon. El hidrociclón es esencialmente el mismo que el ciclón, siendo la principal diferencia que esta operación separa el sólido de una fase líquida, en lugar de una fase gaseosa.

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS 8.4. Hidrociclon. 8.4.1. Hidrociclon liquido – liquido. unidad de limpieza de agua aceitosa

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS 8.5. Filtro de vacío rotativo. El filtro de vacío rotatorio asume que hay una extracción del 100% del sólido de la corriente de disolvente.

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS 8.6. Filtro baghouse. El modelo de filtro Baghouse, se basa en ecuaciones empíricas. Contiene una curva interna relativa eficiencia de separación de tamaño de partícula.

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS 8.7. Ejemplo 8. Una mezcla de compuestos químicos contiene la siguiente composición: Metano 80%, etano 10%, CO2 5%, Urea 3% y carbón 2%, en % másica, a las siguientes condiciones de temperatura 500 ºF, presión 100 psia y Flujo másico 700 lb/h. Comp. másica C1 C2 CO2 Urea Carbón

1 0,8 0,1 0,05 0,03 0,02

500 100 700

2

1 Temperatura, ºF Presión, psia Flujo máss, lb/h Potencia, HP

3

CAPÍTULO VIII: FILTROS DE PROCESOS 8.9. Actividad 8, ponderación 5%. , Nº 1

2 3

4 5 6 7 8

PREGUNTAS/RESPUESTAS (falso o verdadero) Separador simple de sólidos, se puede definir como: filtro para separar por sedimentación, filtración y centrifugación. Filtro ciclón, se recomienda solo para separar partículas mayores a 5 micras. Algunos tipos de separación de solidos se pueden dar por: sedimentación, filtración y centrifugación Hidrociclon liquido - liquido, se puede utilizar para separar gases y líquidos En la corriente 2 (vapor) solo salen metano, etano y CO2

La caída de presión en los filtros baghouse, por defecto en Aspen HYSYS es de 0,2900754 psi En la corriente 3 (sólido) del ejemplo resuelto en Aspen HYSYS, se obtiene Urea, Carbón y CO2 El flujo másico obtenido en la corriente 2 es 665,00 lb/h

“¡Estudia! No para saber una cosa más, sino para saberla mejor” Séneca

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo X: Reactores

Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

CAPITULO IX: REACTORES Contenido ,

9.1. 9.2 9.3. 9.4.

9.5. 9.6.

9.7. 9.8.

• Definición • Clasificación de reactores • Reactores ideales • Reactores general • Ejemplo 9.1

• Ejemplo 9.2, para el participante • Actividad 9.1 (ponderacion 5%)

• Actividad 9.2 (ponderacion 5%)

CAPITULO IX: REACTORES 9.1. Definición. Es una unidad procesadora, diseñada para que en su interior se lleve a cabo una o varias reacciones químicas Reacciones

Reactores

Reacciones

Conversion Equilibrio

Ideales

Cinéticos

Heterogéneo catalítico

Cinetico

Generales

No cinéticos

Flujo simple

CAPITULO IX: REACTORES 9.2. Clasificación de reactores en HYSYS. Es Aspen HYSYS se puede clasificar de dos maneras.

Reactores Ideales CSTR

Generales PFR

GIBBS

Equilibrio

Conversión

Rendimiento

CAPITULO IX: REACTORES 9.3. Reactores ideales. Este tipo de reactores únicamente se asocia con cualquiera de los modelos de reacción que emplean parámetros cinéticos Características Reacciones cinéticos

PFR

Dimensiones Modelos adiabático y no adiabáticos

CSTR

CAPITULO IX: REACTORES 9.4. Reactores Generales. Estos reactores trabajan con modelos de reacciones que no emplean parámetros cinéticos

Reacciones Rxn Gibbs

Rxn Equilibrio

Rxn Conversión

Conversión

CAPITULO IX: REACTORES Reacciones Conversión Reacciones que no emplean parámetro s cinéticos

Equilibrio  

 

Gibbs Van’t Hooff K vs. T K fixed

Cinética Reacciones que emplean parámetro s cinéticos

Heterogénea catalítica

Flujo simple

H

H

R R

R R R R R R

R R R

Reactores Conversión

Rendimiento Reactores generales GIBBS

Equilibrio

CSTR Reactores Ideales PFR

CAPITULO IX: REACTORES 9.5. Ejemplo 9.1. Cinética

Ecuación de la reacción 𝑟𝐸𝐵 = 4,24 ∗ 103

𝐶8 𝐻10 ↔ 𝐶8 𝐻8 + 𝐻2

1𝐶8 𝐻10 ↔ 1𝐶8 𝐻8 + 1𝐻2

PFD

300

880

1,378 152,2

1,378

1

2

E-100

𝑚𝑜𝑙 𝐸𝐵 21708 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙 𝑃𝐸𝐵 𝑒𝑥𝑝 − 𝑐𝑎𝑙 𝐿𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑃𝑎 𝑠 1,987 𝑇 𝑚𝑜𝑙 𝐾

Temperatura, K Presión, bar Flujo molar, gmol/s V = 0,77 m3 L = 3,00 m ΔP = 0

R-100

3

CAPITULO IX: REACTORES 9.5. Ejemplo 9.1. Preguntas y respuestas: Nº 1

2 3 4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es la calor de la reacción (25 ºC) kJ/kgmol? ¿Cuál es la temperatura de vapores a de salida del reactor? ¿La fracción másica de estireno en la corriente de vapor 3 es? ¿Cuál es el flujo de calor requerido en el calentador E-100? ¿Cuánto es el flujo molar (gmol/h) de la corriente 3?

CAPITULO IX: REACTORES 9.6. Ejemplo 9.2, para el participante. Ecuación de la reacción

𝐶8 𝐻10 ↔ 𝐶8 𝐻8 + 𝐻2 1𝐶8 𝐻10 ↔ 1𝐶8 𝐻8 + 1𝐻2

300

800

506,6 10

506,6

1

2

PFD 3

E-100 Temperatura, ºC Presión, kPa Flujo molar, kmol/h

V = 5 m3 ΔP = 0 Adiabático

Cinética 𝑟𝐸𝐵 = 50000

𝑚𝑜𝑙 𝐸𝐵 100 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙 𝑃𝐸𝐵 𝑒𝑥𝑝 − 𝑐𝑎𝑙 𝐿𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑃𝑎 𝑠 1,987 𝑇 𝑚𝑜𝑙 𝐾

R-100 4

CAPITULO IX: REACTORES 9.6. Ejemplo 9.2, para el participante. Preguntas y respuestas: Nº 1

2 3 4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es la calor de la reacción (25 ºC) kJ/kgmol? ¿Cuál es la temperatura de vapores a de salida del reactor? ¿La fracción másica de estireno en la corriente de vapor 3 es? ¿Cuál es el flujo de calor requerido en el calentador E-100? ¿Cuánto es el flujo molar (gmol/h) de la corriente 4?

CAPITULO IX: REACTORES 9.7. Actividad 9.1, ponderación 5%. Preguntas y respuestas: Nº

1 2 3 4 5

PREGUNTAS/RESPUESTAS ¿Cuál es la calor de la reacción (25 ºC) kJ/kgmol? ¿Cuál es la temperatura de vapores a de salida del reactor? ¿La fracción másica de estireno en la corriente de vapor 3 es? ¿Cuál es el flujo de calor requerido en el calentador E-100?

¿Cuánto es el flujo molar (gmol/h) de la corriente 4?

CAPITULO IX: REACTORES 9.8. Actividad 9.2, ponderación 5%. Preguntas y respuestas:

Subir al aula virtual Word de resultados de la actividad 9.2

Archivo .hsc de Aspen HYSYS (ejemplo 9.1 y 9.2) Excel de resultados (9.1 y 9,.2)

Nº

PREGUNTAS/RESPUESTAS Insertar el PFD del ejemplo 9.1 simulado, con sus 1 variables de operación.

Insertar el PFD del ejemplo 9.2 simulado, con sus 2 variables de operación. Defina la composición molar de la corriente 3, del 3 ejemplo 9.2. Inserte la tabla de las dimensiones del reactor, del 4 ejemplo 9.2.

“La única defensa contra el mundo es un conocimiento perfecto de él” John Locke

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo X: Columnas de destilación

Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN Contenido ,

10.1 10.2 10.3 10.4

10.5 10.6 10.7 10.8

• Definición • Columnas en Aspen HYSYS • Metodo corto

• Modelos pre-diseñadas • Ejemplo 14 • Ejemplo 15 para el participante • Actividad 10.1 (ponderación 5%) • Actividad 10.2 (ponderación 5%)

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.1. Definición. Una columna de destilación es una estructura cerrada en la cual se realiza la separación física de un fluido en dos o más fracciones

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.2. Columnas en Aspen HYSYS. En Aspen HYSYS de forma general están compuestas por dos modelos o métodos

Columnas en AH

Método corto

Columna método corto

Divisor de component es

Prediseñadas

Columnas laterales 3

Columnas laterales 4

Absorbedor

Destilación

FCCU

Extractor liquidoliquido

Destilación de petróleo

Absorbedor con rehervidor

Absorbedor con reflujo

Destilación de tres fases

Columna residuos al vacío

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.3. Método corto. Método o modelo corto de Aspen HYSYS se clasifica en dos: Diseño en Aspen HYSYS Método corto

Columna método corto

Divisor de componentes

Diseño manual

Fenske

McCabe

Underword

Ponchon Sabarit

Gililan

Fenske

Underword Gililan

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.4. Modelos pre-diseñadas Los métodos pre-diseñados se pueden clasificar de la siguiente manera: Clasificación Binaria

Crudo

Absorbedor

Columnas 3

Destilación

Columnas 4

Extractor L-L

Destilador de petroleo

Absorbedor con Rehervi.

Destilador de 3 fases

Absorvedor con Conden.

Destilador al vacio

Craqueo catalitico

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.5. Ejemplo 10.1. Modelar el proceso de Destilación por los modelos corto y prediseñadas

Comps. Etanol N-Propanol Total

Frac. molar 0,5 0,5 1

288 1,5 100

298 1,5

1

2

1 ΔP = 0,5 atm RR = 1,5

3

E-100 Temperatura, K Presión, atm Flujo molar, kmol/h Potencia, HP

T-100

1,5 4

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.5. Ejemplo 10.1. Preguntas y respuestas: Nº 1

2 3

4 5

6 7

8

PREGUNTAS/RESPUESTAS Número total de etapas (por método corto). Número mínimo de etapas (por método corto). Ubicación de la etapa de alimentación (por método corto). Relaciones de reflujo mínimo y calculado (por método corto). Facción molar de etanol en la corriente de tope (3), por método corto.

Cargas de rehervidor (reboiler) y condensador. Facción molar de etanol en la corriente de tope (3), por el modelo riguroso.

Facción molar de n-Propanol en la corriente de fondo (4), por el modelo riguroso.

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.6. Ejemplo 10.2, para el participante. Modelar el proceso de Destilación por los modelos corto y prediseñadas

Componentes Benceno, kmol/h Tolueno, kmol/h Total

1 90 0,5 90,5

TBP 1 1

MIX-100

2 1 80 81

1 ΔP = 0 atm RR = 1,5

4

Temperatura, K Presión, atm Flujo molar, kmol/h

3

TBP 1 2

T-100

1 5

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.6. Ejemplo 10.2, para el participante. Preguntas y respuestas: Nº 1

2 3

4 5

6 7 8

PREGUNTAS/RESPUESTAS Número total de etapas (por método corto). Número mínimo de etapas (por método corto). Ubicación de la etapa de alimentación (por método corto). Relaciones de reflujo mínimo y calculado (por método corto). Facción molar de etanol en la corriente de tope (3), por método corto.

Cargas de rehervidor (reboiler) y condensador. Facción molar de etanol en la corriente de tope (3), por el modelo riguroso.

Facción molar de n-Propanol en la corriente de fondo (4), por el modelo riguroso.

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.7. Actividad 10.1, ponderación 5%. Preguntas y respuestas: Nº 1

2 3

4 5

6 7 8

PREGUNTAS/RESPUESTAS Número total de etapas (por método corto). Número mínimo de etapas (por método corto). Ubicación de la etapa de alimentación (por método corto). Relaciones de reflujo mínimo y calculado (por método corto). Facción molar de etanol en la corriente de tope (3), por método corto.

Cargas de rehervidor (reboiler) y condensador. Facción molar de etanol en la corriente de tope (3), por el modelo riguroso.

Facción molar de n-Propanol en la corriente de fondo (4), por el modelo riguroso.

CAPÍTULO X: COLUMNAS DE DESTILACIÓN 10.8. Actividad 10.2, ponderación 5%. Preguntas y respuestas:

Subir al aula virtual Word de resultados de la actividad 10.2 Archivo .hsc de Aspen HYSYS (ejemplo 10.1 y 10.2)

Excel de resultados (10.1 y 10.2)

Nº

PREGUNTAS/RESPUESTAS Insertar el PFD del ejemplo 10.1 simulado, con sus 1 variables de operación. Insertar el PFD del ejemplo 10.2 simulado, con sus 2 variables de operación. Inserte la fracción molar de todas las corrientes del 3 del ejemplo 10.2 modelado.

Inserte la tabla de la fracción molar, de la fase gaseosa, en cada etapa de la columna de destilación, 4 del ejemplo 10.2.

“Mediocre alumno el que no sobrepase a su maestro” Leonardo Da Vinci

CURSO: ASPEN HYSYS, NIVEL: BÁSICO INTERMEDIO Capítulo XI: Plantas existentes

Facilitador: Edy Gonzalo Aspi Quispe

CAPITULO XI: PLANTAS EXISTENTES Contenido: Preguntas y respuestas:

11.1. 11.2.

• Ejemplo 11.1.

• Ejemplo 11.2.

11.3.

• Actividad 11.1 (ponderación 7%).

11.4.

• Actividad 11.2 (ponderación 8%).

11.5.

• Conclusión del curso

CAPITULO XI: PLANTAS EXISTENTES 11.1. Ejemplo 11.1. En el siguiente ejemplo se plantea el PFD de la planta de fraccionamiento ULE, para ser modelado con Aspen HYSYS, y caracterizar ciertas propiedades, mediante la ecuación de estado Peng Robinson Comp. Frac. Molar Methane Ethane Propane i-Butane n-Butane i-Pentane n-Pentane n-Hexane n-Heptane CO2

0,000033 0,013999 0,403695 0,116259 0,223591 0,06643 0,086223 0,062309 0,027393 0,000066

, ,

CAPITULO XI: PLANTAS EXISTENTES

90 90

1

2

81

124 269

40770

14

40

9 RR = 4 𝑥𝑖𝐶4 = 0,0182

V-100

3

4

P-100

381

306

5

6

VLV-100

126 296

184 291

7

8

E-100 E

120 82

25

30

E-101

12 E

RR = 2,5 𝑥𝑖𝐶5 = 0,014

T-100 1

264 270

90

10

11 19

Temperatura, ºF Presión, psia Flujo molar, lbmol/h Flujo vol., BPD

T-101

204 86

13

1

CAPITULO XI: PLANTAS EXISTENTES 11.2. Ejemplo 11.2. Sistema de obtención de glicol

V = 280 ft3 ΔP = 0 %vol 85

T-100 Relación de reflujo = 1 X de H2O fondo = 0,005 15

4

75 16,17

-

150 1

Fracción molar

1

2

C3H6O H2O C3H8O2

1 0 0

0 1 0

3

R-100 V = 0,77 m3 L = 3,00 m ΔP = 0

T-100

5

280 2

17

Temperatura (ºF) Presión (psia) Flujo molar (lb/h)

Flujo volu. (BPD)

6

5

75 16,17

1

140 16,17

10 7

CAPITULO XI: PLANTAS EXISTENTES 11.3. Actividad 11.1, ponderación 7%. , Nº 1 2 3 4 5 6 7

PREGUNTAS/RESPUESTAS Cuál es la potencia de la bomba P-100 en el ejemplo 11.1 en HP Cuál es el flujo de calor requerido en el intercambiador E-101 del ejemplo 11.1 en BTU/h Cuál es la facción molar de propano en la corriente 9 del ejemplo 11.1 Cuál es la facción molar de i-Butano en la corriente 12 del ejemplo 11.1

Cuál es el la conversión de óxido de propileno a Glicol, en el ejemplo 11.2 Moles de glicol formado en la corriente 5 del ejemplo 11.2 Cuál es el flujo másico (lb/h) obtenido en la corriente 7 del ejemplo 11.2

CAPITULO XI: PLANTAS EXISTENTES 11.4. Actividad 11.2, ponderación 8%. Preguntas y respuestas:

Subir al aula virtual

Nº

1

Word de resultados de la actividad 11.2 Archivo .hsc de Aspen HYSYS (ejemplo 11.1 y 11.2)

Excel de resultados (11.1 y 11.2)

PREGUNTAS/RESPUESTAS Insertar el PFD del ejemplo 11.1 modelado, con sus variables de operación.

Insertar el PFD del ejemplo 11.2 modelado, con sus variables de operación. 2

CAPITULO XI: PLANTAS EXISTENTES 11.5. Conclusión del curso. Esperamos que haya aprovechado al máximo, el presente curso, de parte del equipo de trabajo de Incotegas, les deseamos éxitos en su trabajo que desempeña

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