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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “RAFAEL MARIA BARALT” PROGRAMA: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA PROYECTO: INGENIERÍA DE GAS

TORRE DE DESTILACIÓN EN HYSYS

Integrantes: Leal Milianny C.I:21.044.491 Pérez Marya C.I:24.266.441

Ciudad Ojeda, agosto de 2014

Introducción Este informe contiene un ejercicio de simulación en la aplicación de ASPEN HYSYS, en la cual se construye un proceso real, pero no óptimo, para la separación de propileno-propano especificada en el diagrama. El proceso es una modificación de otro tratado. Se utiliza la destilación convencional con una presión en el fondo de 300psia, de forma que se puede utilizar agua de refrigeración para condensar el vapor en el tope, para reflujo. Puesto que la volatilidad relativa es baja, variando desde 1,08 a 1,14 desde la etapa superior a la etapa de fondo, es preciso utilizar una relación de reflujo 15, 9 para operar cerca del reflujo máximo. A causa de la elevada pureza de los productos y la baja volatilidad relativa se necesita 200 etapas para una eficacia de platos del 100%. Utilizando un espaciado entre los platos de 24 in, es preciso dividir el separador en dos columnas en serie. Por tanto, además de la bomba de reflujo se requiere una bomba entre las dos columnas. La caída de presión total para las dos columnas es de 20 psia. La alimentación, en condiciones ambientales, se comprime hasta la presión de entrada en la columna utilizando dos etapas isentrópicas con un sistema de refrigeración entre las mismas. El vapor- procedente de la segunda etapa del compresor se enfría, se condensa y se envía a un tranque de espera, desde el cual se bombea a la sección de agotamiento de la columna de destilación. Los productos en fase de vapor, para las condiciones ambientales especificadas, se obtienen utilizando un condensador parcial y un ebullidor total, con válvulas adiabáticas para la disminución de presión hasta el ambiente. Las temperaturas a la salida de las válvulas son inferiores a la ambiente, de forma que se necesitan calentadores para llevar los productos hasta dicha temperatura. En el ejercicio solo simularemos el sistema con dos compresores, dos intercambiadores de calor, el tanque de almacenamiento y una bomba, pero el tanque y la bomba no entraran en el diagrama de ASPEN HYSYS, ya que esto es para que se vea que a la torre de destilación entre liquido saturado, donde por el fondo sale propano y por el tope propileno.

Ejercicio En una torre de destilación para separar propano y propileno por destilación a alta presión, entra una corriente llamada “alimentación” con una composición de propano en 240 lbmol/h y propileno en 360 lbmol/h con una temperatura de 530 °R y una presión de 1 atm. Para un total de 600 lbmol/h, el cual entra a un compresor donde la corriente de salida tiene una presión de 67 psia y una temperatura de 175 °F en estas condiciones entra a un intercambiador de calor, en el cual sale con una temperatura de 120 °F y una presión de 65 psia, para nuevamente entrar a un compresor donde sale con una temperatura de 238°F y una presión de 296 psia y luego entrar a un intercambiador de calor donde sale con una temperatura de 126°F y una presión de 264 psia y finalmente entrar a una torre de destilación por el plato 62 donde por el tope va a salir propileno y por el fondo propano.

Lo primero que haremos es entrar a Aspen Hysys

A continuación se hará la simulación paso por paso. 1. Seleccionar el Paquete de fluidos y el paquete termodinámico Componentes: propano y propileno

Le damos clic en “new case”, donde nos saldra una ventana y alli seleccionaremos los componentes

Hacemos clic en “View..”, sale una nueva ventana para seleccionar los componentes

Elegimos componentes: Propano y propileno • •

Los dejamos en full name /synonym ( para que cada componente aparezca con su nombre completo) Le damos en Add Pure ( para que de la lista de los componentes pase a la otro lista de selección de los componentes) o darle doble clic.

Ecuación de estado: Peng-Robinson • •

Clic en “Fluid Pkgs” Clic en “add..” para añadir el paquete termodinámico

Hacemos clic en “EOSs” que son las ecuaciones de estado

Y luego selecconamos peng-Robinson

Cerramos la ventana, detrás de ella hay otra donde podemos observar que ya esta seleccionado la ecuación de estado y damos clic en “Enter Simulation Environment..”, para que nos lleve a el ambiente de simulacion.

Observemos el diagrama de flujo de procesos, donde tenemos a nuestra derecha la paleta de herramientas, la flecha azul es para nuestras líneas de materia y la roja para nuestras líneas de energía. Debajo de ellas tenemos una serie de operaciones unitarias,luego unas columnas de destilación y finalmente unos controladores. •

Colocamos una línea de materia, hacemos clic sobre ella y lego clic en la parte verde para soltarla allí.

Agregamos las siguientes operaciones unitarias en el siguiente orden: • • • •

Compresor Intercambiador de calor Compresor Intercambiador de calor

Para cambiar las unidades damos clic en “tolos”

Y nos dirigimos a preferences, que son las preferencias

En esta simulación usaremos “feld” unidades inglesas

Hacemos clic en la unidad ya mencionada y cerramos la ventana

Hacemos doble clic en la línea de materia, que es nuestra corriente de entrada y modificamos sus datos • •

Temperatura: 530°K Presión 1 atm

La barra de abaja esta amarrilla, la cual nos indica de que el proceso le falta la composición. Clic en composition y modificamos los datos • • •

Propano: 240 lbmol/h Propileno: 360 lbmol/h Para un total de 600 lbmol/h

Clic en edit y sale esta ventana

Seleccionamos “mole flows” que es el Flujo molar

La barra de abajo se coloco verde, eso quiere decir que hemos terminado la modificación.

Damos clic en cerrar, para continuar con la simulación.

Datos de nuestro primer compresor, hacemos doble clic para que nos salga la ventana para editar: • • •

“inlet” entrada del compresor se coloca 1, que es la corriente que esta entrando. “outlet” salida del compresor, se le coloca 2 y seria la corriente numero 2 “energy” se coloca E-C1 (Energía del primer compresor)

Observemos que después de colocar todos estos datos en compresor aparece de color gris con bordes amarrillos, esto quiere decir que aun no hemos terminado.

Lo que le hace falta son los datos de la corriente número dos, que es lo que va a salir del compresor, por lo tanto solo colocamos la presión y automáticamente va a salir la temperatura

Corriente dos, datos: • •

Presión:67 psia Temperatura:175°F

Hacemos doble clic en el intercambiador de calor, datos: • • •

“inlet”: 2, corriente de entrada “outlet”: 3, corriente de salida “energy”: Q-E1, calor del intercambiador

Ajustamos los datos de la corriente tres, colocando la presión

Corriente tres, datos: • •

Presión:65 psia Temperatura: 120°F

Doble clic en el segundo compresor, datos: • • •

“inlet”: 3 “outlet”: 4 “energy” E-C2

Modificación de la corriente cuatro, datos: • •

Presión:296 psia Temperatura:238 °F

Segundo intercambiador de calor, datos: • • •

“inlet”: 4 “outlet”:5 “energy”: Q-E2

Modificamos los valores de la corriente cinco. • •

Presión: 294 psia Temperatura: 126°F

Listo, como podemos ver todas las operaciones unitarias ya no esta rojas, ya tienen su color, por lo tanto ya todas tienen los datos necesarios.

Agregamos la torre de destilación, que tiene un condensador en la parte del tope y por el fondo un rehervidor.

Hacemos doble clic encima de la torre, para modificar.

En el cuadrito del medio, N= 200, ya que, esta torre contiene 200 platos

En “inlet streams” modificaremos “stream” corriente cinco que entra en el platos 62, este flujo que entra debe ser liquido saturado.

El condensador de estar en “full Rflx” que significa que el flujo saldrá todo gaseoso. En “condenser Energy Stream” se coloca “Q-CON” que es la corriente de energía del condensador y por ultimo donde dice “reboiler energy stream” se coloca “Q-REB” que es el calor de la corriente del rehervidor.

En “ovhd Vapour Outlet”, colocamos 9, en “bottoms liguid outlet, colocamos 6 y finamente le damos en Next para continur con las especificaciones.

Colocamos la presión del condensador que es 280 psia

Presión del rehervidor, que es de 300 psia y damos clic en next

La temperatura de cada componente es opcional, pero la colocaremos. Temperatura del condensador: 116 °F

Temperatura del rehervidor: 138 °F y clic en next

Datos: •

“Vapour Rate”:351 lbmol/h. el flujo que va a salir por el codensador

•

“Reflux Ratio”: 15.9. es el flujo que entrara nuevamente a la torre de destilación

Todavía la barra de abajo esta en rojo, eso quiere decir que nos falta por modificar.

Damos clic en monitor

Especificamos las variables para que nos quede en grado de libertad igual a 0 para que se inicie las conversiones. Cambiamos “btms prod rate” que es la velocidad del reflujo a 249 lbmol/h.

Para que empiece la convergencia, se debe quitar las flechas en active y volverlas a colocar y ahí comienza la convergencia.

Podemos ver cuantas literaciones hizo, solo una y la grafica de la temperatura

La grafica de la presion

Grafica del reflujo. Todo esto es de la torre de destilación, le damos clic en cerrar

Modificamos la composicion

Movemos la paleta de herramientas para que no nos estorbe. Colocamos dos válvulas simples y dos intercambiadores de calor, que en este caso calentaran el fluido. La diferencia es, que fluido va por dentro y por fuera. El refrigerante en ese caso es agua.

Especificamos la primera válvula • •

“inlet”: 9 “outlet”: 10

Modificamos la corriente 10, como es una válvula solo colocaremos la presión •

Presión: 16.7psia

Especificamos el calentador • • •

“inlet”:10 “outlet”: 11 “Energy”: Q-C3

Modificamos la corriente 11

Temperatura: 530 °R

Presión: 1 atm

Listo, podemos continuar.

Modificamos lo que nos falta

Válvula • •

“inlet” : 6 “Outlet”: 7

Presión de la válvula: 16.7 psia

Especificamos el calentador • • •

“inlet”:7 “outlet”: 8 “energy”: Q-E4

Modificamos la corriente •

Temperatura: 530 °R

Presión: 1amt

Ya culminada todas las especificaciones, acomodamos la simulación de este proceso real pero no óptimo.

Hacemos clic en cualquier parte sin tocar ningún componente con el botón derecho de mouse y nos sale esto

Donde le damos clic en “add workbook table” para agregar una tabla

Nos sale esta ventana y le damos en “compositions”

Y se añade la tabla de composiciones de cada componente en las corrientes

Conclusión ASPEN HYSYS es una herramienta muy útil para la elaboración de los procesos, en este ejercicios podemos observar que hubo una conservación de la energía y eficacia termodinámica. En la tabla de composiciones muestra claramente que el propano y el propileno no esta fuera de control en cada corriente. Esta torre de desilacion tiene 200 platos, es muy alta, por lo tanto se divide en dos, donde cada una tiene su bomba y su calentador. En la simulación decidimos hacerlo directo, solo se coloco una torre de destilación, en la grafica del ejercicio hay un tanque de espera y una bomba antes de entrar a la torre, esto nos indica que el fluido que entra a la torre debe ser liquido saturado, la cual entra a la torre baja por la densidad, es calentado por el rehervidor, sube como vapor, una parte sale de la torre y la otra entra como reflujo en liquido para que cuando caiga las gotas que lleva en que va ascendiendo se eliminen. En la parte de las conversiones podemos observar el comportamiento de la temperatura en la torre, la presión y el reflujo. Donde visualizamos que la temperatura varia y la presión es cada vez mas alta, para que la destilación de los dos componentes se de manera deseada. Debido a su baja volatilidad de los componentes se necesitó una torre de 200 platos para su eficiencia.