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• Natalia Fernandez Avaroma

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• Calor
• Destilación
• Adsorción

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1 BY ING. EFRAÍN TORRICO

Expectativas del Curso  

Afianzar conocimientos de Operaciones Unitarias Entender la filosofía del HYSYS



Definir corrientes



Propiedades Físicas  Componentes  unidades  Herramientas Propiedades termodinámicas 2 BY ING. EFRAÍN TORRICO

Tema 1

Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Sistema de unidades usadas en Ingeniería • Las unidades usadas, son una mezcla en la industria ya que cada empresa de ingeniería establecida en diferentes paises usan sus propias unidades, generando una mezcla de estas, y pueden ser verificadas al momento de implementar nuevas unidades de proceso y conectarlas al sistemas.

3

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Sistema de unidades usadas en Ingeniería •

Así tenemos por ejemplo

ºC-ºF-ºK-ºR – Atm – psia kpa. Joule – Hp – Watts – Metros – pulg, Pies- yardasgalon – barriles – MMFCD, etc.

4

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Sistema de unidades usadas en Ingeniería •

Unidades molares

Peso Molecular, ejemplo (CH4) 16.04 (kg de CH4)/(kmol de CH4 ) Fracción molar Xa = (moles A)/(moles totales)

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Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Fundamentos •Leyes de los gases y presión de vapor •Existen muchas formas de expresar la presión ejercida por un fluido •Presión absoluta de 100 atm es equivalente a 760 mm de hg a 0ºC. - 29, 921 plg. de hg 14.696 lb fuerza/plg2 •Presión manométrica – es la presión por encima de la absoluta, así 21,5 lb/plg2 equivale a (21,5 + 14,7) = 36,2 lb/plg2 abs. 6

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Fundamentos -Ley de Boyle Al disminuir el volumen de un gas incrementa la densidad numérica y la presión de este se incrementa. -Ley de Charles Al incrementar la temperatura la presión sube -Ley de Dalton La presión total de una mezcla de gases es igual 7

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Diagrama de fases - Representación gráfica que resume las condiciones en la que existen en equilibrio entre los diferentes estados de la materia y nos permite definir la fase en la que se encuentra una sustancia estable en determinadas condiciones 8

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Diagrama de fases 

A. Punto triple. Es la temperatura y presión a la cual coexisten los tres estados físicos para una sustancia.



B. Punto crítico. Valor de temperatura a la cual el gas ya no se puede licuar.(gas ideal)



C y D. Equilibrio de fases.



Línea A – D. Representa el punto de fusión de una sustancia

-

9

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Diagrama de fases de CO2 y H2O

-

10

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Termodinámica El objetivo de la termodinámica es predecir la espontaneidad de los procesos El cambio de energía de un sistema es igual a la energía que le entra desde los alrededores menos la energía que sale a los alrededores  Q - W Entre un sistema y sus alrededores puede haber intercambio de energía pero la energía total del sistema y sus alrededores es constante 11

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Procesos espontáneos  Un proceso espontáneo ocurre sin ninguna intervención exterior  El proceso espontáneo es en una sola dirección  Procesos espontáneos a una temperatura pueden no serlo a otra temperatura  Todos los procesos espontáneos son irreversibles  Para que un proceso no espontáneo ocurra se debe realizar trabajo sobre el sistema 12

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Entropía  Entropía puede pensarse como una medida del grado de desorden de un sistema

 Está relacionada con los distintos modos de movimientos de las moléculas

13

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores 

 Los cambios espontáneos son acompañados por dispersión de energía hacia una forma mas desordenada.  No es posible convertir completamente calor

14

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores 

º  Hº (-) (-)

 Sª (+) (-)

-T Sº (-) (+)

(+)

(+)

(-)

(+)

(-)

(+)

 Gº (-) (-) (+) (+) (-) (+)

Espontánea (a cq. T) Espontánea (a BAJA T) No espontánea (a ALTA T) No espontánea (a BAJA T) Espontánea (a ALTA T) No espontánea (a cq. T)

15

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología Absorbedor Torre o columna que facilita el contacto entre el gas natural y otro fluido (aceite de absorción, glicol o solución de amina) produciendo una transferencia de masas en el proceso. Aceite de absorción Es el hidrocarburo líquido que se utiliza para absorber o retirar un componente del gas natural que se procesa. Adsorbente Substancia sólida usada para remover componentes del gas natural en un proceso. Adsorción Remoción de ciertos componentes de la corriente de gas que incluye, pero que no se limita a, uno o más de los siguientes componentes: gases ácidos, agua, vapor o 16

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología vapores de hidrocarburos. Estos componentes son adsorbidos en una cama granular de sólidos debido a la atracción molecular hacia la superficie adsorbente. Amina Alguna de las alcanolaminas, tales como MEA, DEA, TEA, MDEA, etc. Empleada en el tratamiento de gas natural. Las aminas por lo general se trabajan en soluciones acuosas para remover el sulfuro de hidrógeno o el dióxido de carbono de las corrientes de gas. 17

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología -Barril Unidad que se usa en la industria del petróleo para medir los hidrocarburos en estado líquido, equivalente a 42 galones (E.U.A.) de petróleo o de subproductos medidos a 60ºF y en equilibrio con su presión de vapor. Los productos químicos pueden venir empacados en recipientes de 55 galones.

18

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología Calor de combustión Es la cantidad de calor que se libera por la combustión completa de una cantidad unitaria de un material. Para el gas natural por lo general se expresa como valor calorífico superior o bruto (normalmente referido para los Estado Unidos de América) y se mide en BTU por pie cúbico de gas. El valor calorífico superior o bruto se mide en un calorímetro donde el agua producida durante el proceso de combustión ha sido condensada. El calor de condensación del agua se incluye en el calor total medido. El valor calorífico neto (normalmente referido a Europa) es el que se obtiene cuando el agua obtenida durante el proceso de combustión no se condensa y permanece en estado gaseoso. La diferencia entre el valor calorífico bruto y el neto es la cantidad de calor que se podría recuperar si se condensa el agua producida.

19

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología -Calorímetro Aparato en el cual se determina el valor calorífico de un material combustible, principalmente del gas natural. Colchón de gas Fase gaseosa con la cual se aísla una fase líquida para evitar que se contamine con aire. Columna empacada Una columna de fraccionamiento o de absorción llena con empaques diseñados para proveer una superficie relativamente grande por unidad de volumen, que proporciona el contacto requerido entre el vapor que sube y el líquido que descienden dentro de la torre. 20 (complementar con nombres y formas) vale 5puntos

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología Compensación (peak shaving) El uso de combustible, equipos para producir gas y/o uso esporádico de reservas acumuladas en los yacimientos o en las mismas tuberías, con el fin de suplir los requerimientos de gas en los periodos de alta demanda. Comportamiento retrógrado Formación de una fase de mayor densidad (condensación), al someter un sistema a una reducción isotérmica de presión o a un incremento isobárico de temperatura. También puede definirse como la formación de una fase de menor densidad (vaporización), al someter un sistema a un aumento isotérmico de presión o a una reducción isobárica de temperatura. 21

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología Investigar (valor 10 puntos) • • • • • • • • • • • •

Condensación retrógrada. Condensado Condensado estabilizado Condiciones críticas Constante de equilibrio (valores-k) de un componente Constante del gas (R) Cricondembárico Cricondentérmico Cromatografía Curva de puntos de burbujeo Curva de puntos de rocío Deetanizador

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Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología • • • • • • • • • • • • • •

Depropanizador Desecante Deshidratación Desulfuración Dulce Efecto Joule Thomson Desacidifícación Estabilizador Estado crítico Expansión adiabática Expansor o Turbina de expansión Extracción Factor de absorción Factor de compresibilidad 23

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología • • • • • • • • • • • • • •

Flash o separación instantánea Fraccionador Gas ácido Gas agrio Gas asociado Gas bajo especificaciones de tuberías Gas dulce Gas en solución Gas natural Gas o vapor saturado Gas rico Gas seco GPM Gravead API 24

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología • • • • • • • • • • • • • •

Hidrato Hidrocarburos livianos Inerte Inmiscible Levantamiento artificial por gas Límite de inflamabilidad Líneas isovolumétricas Liquido saturado LPG O GPL Mercaptanos Número Wobbe Odorante Peso en el aire Peso en el vacío 25

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología • • • • • • • • • • •

Plantas de procesamiento de gas natural ppm Presión atmosférica Presión de convergencia Presión de vapor Presión de vapor Reíd (RVP) Presión y temperatura de burbujeo Presión y temperatura críticas Presión y temperatura de rocío. Procesamiento del gas Proceso Claus

26

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología • • • • • • • • • •

Producto desmetanizado Productos del fondo Punto de burbujeo Punto de ebullición normal Punto de rocío Punto triple Razón de compresión Razón de reflujo Reflujo Región de dos fases

27

Tema 1 Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores  Terminología • Región retrógrada • Relación gas - petróleo (GOR O RGP) • Separador • Sistemas de recolección • Sulfuro de carbonilo (COS) • Temía • Tratamiento • Válvula de congelamiento • Vapor saturado • Fracción molar • Volumen del gas y aire en condiciones normales • Diferencia entre condiciones normales y condiciones estandar 28

Modelo de Proceso



Definir el Problema a ser Simulado



Iniciar el HYSYS



Crear una nueva simulación



Definir el Diagrama de Flujo usando la Interface Gráfica

29

Esquema de Simulación 

Información necesaria:  Alimentaciones a la Planta - Flujos, composiciones, condiciones de Temperatura y Presión  Información de Servicios Auxiliares  Información a calcular - Balance de Materia, Especificación de Productos, Cargas térmicas.  Información de Equipo - Para evaluación y/o Diseño



Tomar Información de:     

Diagramas de Flujo de Proceso Bases de Diseño de Proceso Descripción del Proceso Cliente Datos de Operación de la Planta 30

Abriendo el HYSYS 

Abrir el HYSYS  Ir a Inicio (Start)  Programas (Programs)  Aspentech  Aspen Engineering Suite  Aspen Hysys 2006  Aspen Hysys Entrada (Enter)

31

Abriendo HYSYS  Definir

unidades

Tools

Prefernces

32

Abriendo HYSYS

Variables 33

Abriendo HYSYS  Definir

unidades

Field

34

Abriendo HYSYS 

Seleccionar “File”



Seleccionar “New Case” Case

Introduzca los siguientes componentes File

New

Metano Etano Propano i-Butano N-Butano i-Pentano n-Pentano n-Hexano n-Heptano Agua 35

Definir el Modelo Termodinámico 

La siguiente pantalla aparece y se deberá definir:  La Termodinámica.

Botón para Adicionar Componentes

36

Definir el Modelo Termodinámico 

Seleccionar “Add” y se sobrepondrá una ventana

37

Definir el Modelo Termodinámico Aplicación

Margules

Van Laar

Wilson

NRTL

UNIQUAC

Sistemas binarios

Aplicable

Aplicable

Aplicable

Aplicabl e

Aplicable

Sistemas de Múltiple componentes

Aplicación limitada

Aplicación limitada

Aplicable

Aplicabl e

Aplicable

Sistemas azeotrópicos

Aplicable

Aplicable

Aplicable

Aplicabl e

Aplicable

Aplicable

Aplicació n limitada

Aplicabl e

Aplicable

Sistemas diluidos

Cuestionabl Cuestionabl Aplicable e e

Aplicabl e

Aplicable

Sistemas de asociación individual

Cuestionabl Cuestionabl Aplicable e e

Aplicabl e

Aplicable

No Aplica

Aplicable

Equilibrio LiquidoLiquido

Polímeros Extrapolación

Aplicable

No Aplica

No Aplica

Cuestionabl Cuestionabl

No Aplica Bueno

Bueno

Bueno

38

Definir el Modelo Termodinámico 

Modelos Termodinámicos en HYSYS  EOS’s. Se refiere a las Ecuaciones de Estado manejadas por el HYSYS. Típicamente estas ecuaciones de estado son útiles para simular sistemas basados en hidrocarburos a moderadas, altas, temperaturas y presiones. (Ej. Metano, Etano, Propano, etc.)

39

Definir el Modelo Termodinámico 

Activity Models. Se refiere a los modelos de

solución basados en el cálculo de los coeficientes de actividad, estos modelos son útiles para simular sistemas

altamente

condiciones

de

no

ideales

temperatura

y

a

moderadas

presión.

(Ej.

Químicos, Aldehidos, Cetonas, Etheres, Agua, alcoholes, etc)

40

Definir el Modelo Termodinámico 

Ecuaciones de Estado en HYSYS  GCEOS Kabadi Danner  Lee-Kesler Plocker  MBWR  Peng Robinson  PRSV  Sour PR  Sour SRK  Soave Redlich Kwong  Zudkevitch Joffe 41

Definir el Modelo Termodinámico 

Modelos de Solución en HYSYS  Chien Null  Extended NRTL  General NRTL  Margules  NRTL  Uniquac  Van Laar  Wilson

42

Definir el Modelo Termodinámico 

En la mayoría de los casos se usará una ecuación de estado, y la más recomendada es la de “Peng-Robinson”

43

Seleccionar Componentes 

Regresamos a nuestra ventana anterior y esta nos muestra en la ventana de paquetes actuales de propiedades físicas que tenemos 10 componentes y se seleccionó a la Ecuación de Estado de PengRobinson.



Enter Simulation Environment

 

Ingresa as Medio Ambiente de Simulación 44

Diagrama de Flujo 

Ventana del Diagrama de Flujo Barra de Menús

Abre un Nuevo Archivo

Abre un Archivo

Muestra el Diagrama de Flujo

Muestra el Balance de Materia y Energía

Pantalla de Simulación Zoom In Ajusta el Diagrama de Flujo a la Pantalla

Inicia la Simulación

Detiene la Simulación

Zoom Out Nombre del Diagrama de flujo

45

Definir Corrientes 

Buscar el icono en la paleta



Arrastrar el Icono



Clic con el mouse en el Ambiente de simulación

46

Definir el Modelo Termodinámico 

Introducir en temperatura 200 °F ,en presión 304 psig. y en flujo 1200 lbmol/h

Alimentar la Presión 304 psig

Alimentar la Temperatura 200 °F

Alimentar el Flujo 1200 lbmol/h

Normalizar las Composicione s Regresar al menú anterior

47

Seleccionar Componentes 

En caso de que se requiera modificar la termodinámica, hay que presionar el icono con la forma de un matraz.

48

Seleccionar Componentes 

Cree 5 nuevos casos, elija para cada uno un paquete de fluido y guarde en una carpeta de ejercicios con la identificación de cada fluido:     

PRSV Sour PR Sour SRK Soave Redlich Kwong Zudkevitch Joffe



En cada nuevo caso cree una segunda corriente de materia variando en un 7% la composición de la corriente creada anteriormente



Explique las variaciones que tiene la materia prima frente a los cambios de presión y temperatura.

49

Seleccionar Componentes 

Si se da el caso de tener componentes Hipotéticos, presionar el botón “Hypothetical”

50

Seleccionar Componentes 

Nuestra ventana cambia de forma

Para adicionar un componente hipotético presionar

51

Seleccionar Componentes 

Aparece el menú del administrador de componentes hipotéticos. Cambiar el Nombre a C7+

Si conocemos la estructura molecular

52

Seleccionar Componentes 

Aparece nuestro menú para construir nuestra molécula

53

Seleccionar Componentes 

Ejemplo. Construir la molécula del Heptano.  CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

=

C7H16

Una ves definido, salir del menú

54

Seleccionar Componentes 

Estructura del componente.

La estructura de nuestro componente ha sido definido

Estimar propiedades no definidas 55

Seleccionar Componentes 

Diferentes vistas del Menú

Propiedades Críticas

Propiedades Varias

Una vez definido, salir del menú

Propiedades Térmicas

56

Seleccionar Componentes 

Menú de componentes Hipotéticos.

Adicionar nuestro componente hipotético

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Ejercicios

Ejercicio. 1. Crear un nuevo caso 2. Adicionar los compuestos Benceno, Tolueno y Aire 3. Nombrar esta lista como Ejercicio 1-NOMBRE 4. Seleccionar el paquete termodinámico Wilson y como modelo de actividad elegir SRK para el vapor

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1. Adicionando corrientes En HYSYS, hay dos tipos de corrientes, Material y Energía (deben especificarse). Existe varias formas para adicionar las corrientes en HYSYS. En este ejercicio, usted adicionará tres corrientes. Cada corriente será adicionada usando un método diferente de ingreso. Ingresando Corrientes desde la Paleta de Objetos: Pulsar en la paleta de objetos la flecha azul, es la correspondiente a una corriente de materia, y con el cursor nos colocaremos en el PFD, volvemos a pulsar.

Para dar especificaciones a la corriente hacemos doble clic en la corriente y aparece el visor de propiedades de las corrientes. Se puede cambiar el nombre de la corriente simplemente escribiendo un nombre nuevo en la caja Stream Name. 59

2. Cambie el nombre de corriente para Benceno y seleccionemos la opción Composition en el menú Worksheet

En HYSYS se puede seleccionar la base para definir las composiciones haciendo clic en la opción Basis, apareciendo la caja de diálogo siguiente: 3 Seleccionamos la opción para las composiciones Flujo de masa en este caso (Mass Flows), cerramos la caja y regresamos a la caja anterior donde ingresamos los flujos de masa de los componentes

60

Ingresar las siguientes flujos másicos. 4. Presione el botón OK cuando se han ingresado todos los flujos de masa.

5. Si regresamos a Condiciones, vemos lo siguiente

Se ha actualizado las cantidades de masa y moles de la corriente, pero la corriente no está totalmente especificada para lo cual es necesario ingresar dos parámetros de los que están indicados con azul y la palabra . La falta de información para definir completamente la corriente indica la barra amarilla de la parte inferior. 6. Cerrar el visor de Propiedades de las corrientes. 61

2. Ingresando Corrientes desde el Workbook 1. Para abrir o desplegar el Workbook, presione el botón de Workbook sobre la barra de botones. 2. Ingrese el nombre de la corriente, Tolueno en la celda **New**. 3. Para especificar composición hacer doble click en de la columna tolueno fila Mass Flow

62

3. Al regresar a la ventana del PFD se tiene ahora la nueva corriente ingresada

63

4 Ingresando Corrientes desde La Barra de Menú

1. Pulsando cuando estamos en modo simulación, aparece el visor de propiedades. En la celda Stream Name Colocamos Aire

2. Seleccionamos la opción Compositions donde se puede cambiar de base de unidades para las corrientes seleccionando Basis, o seleccionando directamente Edit. En este caso ingresamos la corriente como fracciones molares.

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3. Al regresar a la ventana del PFD se tiene ahora la nueva corriente ingresada. Hay 3 corrientes de color azul claro que indica que las corrientes no están completamente especificadas.

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5.

Cálculos Instantáneos

HYSYS puede efectuar 5 tipos de cálculos instantáneos sobre las corrientes: P-T Vf-P Vf-T P-Entalpía Molar T-Entalpía Molar. Una vez que la composición de la corriente y dos parámetros cualquiera de temperatura, presión, fracción de vapor o la entalpía molar son conocidas, HYSYS realiza un cálculo instantáneo en la corriente, calculando los otros dos parámetros.

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2.3. Cálculos Instantáneos HYSYS puede efectuar 5 tipos de cálculos instantáneos sobre las corrientes: P-T Vf-P Vf-T P-Entalpía Molar T-Entalpía Molar. Una vez que la composición de la corriente y dos parámetros cualquiera de temperatura, presión, fracción de vapor o la entalpía molar son conocidas, HYSYS realiza un cálculo instantáneo en la corriente, calculando los otros dos parámetros.

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Con las capacidades instantáneas de HYSYS, se calcula el punto de rocío y punto de burbuja. Especificando una fracción de vapor de 1 y ya sea la presión o la temperatura de la corriente, HYSYS calculará la Temperatura o la Presión de Rocío. Para calcular la Temperatura o la Presión de Burbuja, debe introducirse una fracción de vapor de 0 y cualquier presión o cualquiera temperatura.

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Ejemplos de Cálculos Instantáneos

1. Efectuar un cálculo instantáneo T-P en la corriente Tolueno. -Hacer doble clic en la corriente Tolueno - Fijar la presión en 14.7 psia y la temperatura en 90C°.

¿Cual es la fracción de vapor?

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Respuesta. La fracción de vapor es 0 Nota: El cambio de color de la barra inferior a verde indica que la corriente Tolueno ha sido definida completamente

70

2. Efectuar un cálculo de punto de rocío en la corriente Tolueno. - Hacer doble clic en la corriente Tolueno - Establecer la presión en 101.4 kPa (14.7 psia). - Borrar la temperatura y Especificar una fracción de vapor de 1. ¿Cuál es la temperatura de punto de rocío? Respuesta. La temperatura de Punto de Rocío es 100°C

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3. Efectuar un cálculo de punto de burbuja en la corriente Tolueno. - Establecer la presión en 101.4 kPa (14.7 psia). - Especificar una fracción de vapor de 0. ¿Cuál es la temperatura de punto de burbuja? Respuesta. La temperatura de Punto de Burbuja es 89.68ºC

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Ejercicio de clase:

A continuación se presenta la composición de la corriente de gas: Flujo 100 kg/h Realice el calculo en el flash para esta corriente. Ajuste una presión de 7500 kPa y una temperatura de 10C. Cual es la fracción de vapor? Realice el calculo de punto de rocío a esta corriente. Fije una presión de 7500 kPa Cual es la temperatura de rocío? 73

UTILITIES

Los UTILITIES disponibles en HYSYS Son un conjunto de herramientas útiles que interactúan con su proceso, proporcionando información adicional de corrientes o las operaciones.

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Adicionando un Utilitario del Stream Property View Al igual que con la mayoría de objetos en HYSYS, hay un número de formas para adicionar utilitarios para corrientes. El utility Property Table le permite examinar tendencias de propiedades sobre un rango de condiciones en formatos tabulares y gráficos. Esta utility calcula variables dependientes para rangos de variable independiente. Realiza gráficos con curvas parámetricas.

Ejercicio de clase: Un utility Property Table será adicionado a la corriente Tolueno desde el visor de propiedades de corriente.

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1. Ingresamos al Menú Tools para abrir la ventana Utilities.

76

2. Hacemos Clic en Utilities y aparece el menú Available Utilities. Seleccione Property Table desde el menú en la derecha y presione el botón Add Utility. Se mostrará la Property Table.

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3. Presione el botón Select Stream

78

4. Seleccione la corriente Tolueno. Presione el botón OK para regresar a la etiqueta Ind. Prop.

79

5. Por defecto, la Temperatura es seleccionada como Variable 1, y la Presión es seleccionada como Variable 2.

80

-

Cambiar el Upper Bound (límite superior) a 100oC Cambiar el Lower Bound (límite inferior) de la temperatura a 85oC . Fijar el número de incrementos en 10. Para la Presión variable, use el menú desplegable para cambiar Mode a State.

81

6. Ingrese los siguientes valores para la presión en State Values: 90 kPa, 100 kPa, 101.3 kPa, 110 kPa, y 120 kPa.

82

7. Cambiar a la página Dep. Prop. Pulsar Add

83

8. Aparece el Variable Navigator para seleccionar la propiedad. Seleccionar Mass Density de la lista desplegada. (Es posible seleccionar múltiples propiedades dependientes) Pulsar OK

84

9. Regresamos a Property Table, donde aparece la variable seleccionada. y regresamos a Property Table, donde aparece la variable seleccionada.

Pulsar Calculate para calcular la Variable seleccionada (Mass Density) para la corriente Tolueno a temperatura y presión.

85

10. La barra verde significa que se ha logrado convergencia en los cálculos.

86

Luego seleccionar la etiqueta Performance para mostrar la densidad calculada. puede examinar los resultados Property Table, mediante una tabla o en formatos gráficos para lo cual en la etiqueta Performance debe hacer click en Table o Plots.

87

Seleccione Plots y luego View Plot

88

89

Completando la información de las corrientes Añada las siguientes temperaturas y presiones 101°C 15 KPa, 25°C y 101 KPaa las corrientes de aire, etanol y tolueno y adicione un caudal de 18 000 kg/h a la corriente Aire. Presionar Enter cada vez que ingrese un dato.

90

91

Guarde estas tres corrientes como: ejercicio #

92

EJERCICIO 2. Simular el siguiente proceso: bombeo de agua

Especificaciones

Cantidad / unidades

Componente

Agua

Paquete termodinámico

NRTL

Temperatura de entrada

-20C

Presión de entrada

101.3 KPa

Presión de la corriente de salida

202.6 KPa

Flujo molar de entrada

0.5551 Kmol/h

Cuanto es el Q? Cual es la temperatura de corriente de salida?

Analizar los resultados en una hoja WORD , y grabar el archivo con sus nombres y la fecha en el escritorio. Enviar a: efrajo36hotmail.com 93

SOLUCIÓN DE EJERCICIO DE CLASE:

SE BOMBEA AGUA SÓLIDA?. CONCLUSION: LOS CUIDADOSAMENTE.

RESULTADOS

DE

HYSYS

DEBEN

ANALIZARSE By Efraín Torrico 94

SIMULACIÓN DE EQUIPOS PARA TRANSFERENCIA DE MASA   DIVISOR DE FLUJO (Component Splitter)  

Es necesario especificar Fracción en la cual la corriente de entrada se divide. Este equipo puede usarse para simular procesos de separación no estándares que no se encuentran en Hysys. 95

Ejemplo 1 Se desea dividir 226000 lb/h de Amoniaco (-9 F y 225 psig) en dos corrientes una con 30 % y otra con 70 % de la cantidad de masa.   Solución   1.  Adicionar el componente Amoniaco. Crear la lista de componentes: Lista Divisor – ID 2.  Seleccionamos el paquete Peng Robinson y darle nombre: 3.  Ingresamos al espacio de la simulación (Enter Simulation Environment) 96

Vamos a la paleta de unidades de equipo y seleccionamos Component Spliter (divisor de corriente) y hacemos  clic sobre el icono

Vamos al espacio de simulación y hacemos clic con lo cual queda seleccionada esta unidad de equipo

97

Definimos las corrientes de entrada y salida, para lo cual hacemos doble clic en la unidad de operación. Clic en Connections y nombramos a la unidad como Divisor-1 y a las corrientes Alimentación, Salida-1 y Salida-2

98

Y vemos que estos nombres aparecen en las corrientes del diagrama de flujo en el espacio de la simulación.

99

Especificar la corriente alimentación con la siguiente información Especificación Cantidad Temperatura

-9 F

Presión

225 Psig

Flujo másico

226000 lb/h

Fracción molar

1

100

Al especificar lo anterior, vamos a Conditions y vemos que la barra inferior ha cambiado a verde y se han completado los parámetros que faltaban

Si hay otras alimentaciones podemos hacer clic en Define from Other Stream para especificarlas

101

Al volver al Diagrama de Flujo, la corriente Alimentación ha cambiado a color Azul lo cual indica que ha sido especificada completamente.

102

Especificaciones de parámetros de operación del equipo: Doble clic en el equipo y en la pagina de parámetros seleccionar Equal Temperatures.

El programa nos indica que no se ha definido la fracción dividida

103

Para especificar la fracción dividida pasamos a Splits y especificamos 0.3 Para la Salida-1 y automaticamente se definirá la salida 2

Pero aún falta especificar otro parámetro y este puede ser la presión 104

En Parameters , especificamos la presión en cada corriente de salida con 225 psig. Como este valor es igual al de la alimentación, también se logran los mismos valores empleando el radio botón Equalize All Stream Pressures

La barra verde indica que se han especificado todos los parámetros para la unidad. Los resultados lo podemos ver en la etiqueta Worksheet.

105

Y retornando al PDF vemos todas las corrientes de Azul

106

 Manipulando el Diagrama de Flujo Hysys permite al usuario ver las propiedades y tablas e imprimir información para el PFD, operaciones unitarias y corrientes. Para el PFD, clic derecho del mouse y seleccionar Add Workbook Table

107

Aparece la ventana para seleccionar lo que deseamos mostrar

108

Al hacer clic en Select aparece una tabla con los valores seleccionados

109

También se puede mostrar la información de forma individual para cada corriente. Seleccionar la corriente, hacer clic derecho y hacer clic en Show Table

110

Y aparece la tabla adjunta para la corriente seleccionada

Este mismo procedimiento lo podemos usar para mostrar información de la Unidades de Proceso 111

Mezclador (Mixer) El MEZCLADOR combina varias corrientes de materia de entrada para producir una corriente de salida. Calcula rigurosamente temperaturas, entalpías, presión, composición que no se conocen. - Calcula la temperatura teniendo en cuenta el calor de mezclado 112

Ejemplo 2. Se desean mezclar tres corrientes para encontrar la composición de la corriente mezclada. Procedimiento: 1.Adicionar la lista de componentes: Benceno, Tolueno y Xileno. 2. Seleccionar Peng Robinson como Fluid package Mezclador-1 3. Insertar en el PFD un mezclador:

113

4. Dar nombre a las corrientes de entrada y salida

114

5. Si deseamos podemos aumentar o disminuir el tamaño de las unidades y la corrientes con la opción Size Mode

115

6. Especificamos las corrientes de alimentación • Todas las corrientes de alimentación están a o temperatura ambiente (25 C) y presión atmosférica (1 atm). • Las composiciones están en Flujo molar (Kmol/h) y son: Componentes

Corriente benceno

Corriente Tolueno

Corriente Xileno

Benceno

10

20

30

Tolueno

0.5

1

1.5

Xileno

0.25

0.5

0.75

116

117

6. EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Los equipos de transferencia de calor en Hysys son:

118

 En

la paleta de objetos los iconos son:

119

CALENTADORES



CALENTADOR es un intercambiador de calor en el cual la corriente de entrada es calentada hasta las condiciones de salida requeridas. La corriente de energía provee en este caso la diferencia de entalpía entre las dos corrientes

120

Intercambiador de Coraza y Tubos Ejercicio: Se desea enfriar 50000 kg/h de Metanol desde 90 oC hasta 40oC , para tal efecto se debe usar agua de enfriamiento disponible a 25 oC. y puede calentarse hasta 40oC. La presión de entrada del metanol es 5 atm y se permite una caída de presión de hasta 0.5 atm. La presión de entrada del agua es 6 atm y se permite una caída de presión de hasta 0.6 atm.

121

Solución: 1. Crear cuatro corrientes de materia

2. Introduzca un intercambiador de coraza y tubos 122

 Al

adicionar el Intercambiador de calor este se ve igual que los enfriadores y calentadores en el PFD.

123

 En

el visor del Intercambiador asociar las corrientes de entrada y salida:

124

 Observe

que en este equipo se puede seleccionar un paquete de fluidos para el fluido de intercambio y de enfriamiento.

125

 Se

considera que el Metanol va por el lado del casco y al agua de enfriamiento por el lado de los tubos.

By Ing. Efraín Torrico 126

 Especificaciones

de corriente Entrada a la Coraza:

By Ing. Efraín Torrico 127

 Especificar

la salida de metanol

By Ing. Efraín Torrico 128

 Especificamos

la entrada del agua:

By Ing. Efraín Torrico 129

 Especificamos

la Salida del agua:

By Ing. Efraín Torrico 130

 Al

especificar la ultima corriente se especifica el intercambiador:

By Ing. Efraín Torrico 131

 En

el worksheet se pueden ver los resultado de los cálculos

By Ing. Efraín Torrico 132

 También

se pueden ver las especificaciones del intercambiar:

By Ing. Efraín Torrico 133

Hay cuatro modelos de intercambiadores de calor:

By Ing. Efraín Torrico 134

El tipo de pérdidas de calor solo está disponible para los modelos de cálculo Weighted Exchanger Design o End Point Exchanger Design.

By Ing. Efraín Torrico 135

 En

el modo dinámico no hay esta opción:

By Ing. Efraín Torrico 136

En el lado de la coraza el campo UA es para especificar el coeficiente de transferencia de calor global. Si no se especifica Hysys lo calcula.

By Ing. Efraín Torrico 137

En esta pagina están los parámetros del solver que se pueden variar para lograr que el intercambiador converja.

By Ing. Efraín Torrico 138

 Los

datos de dimensionamiento del intercambiador:

By Ing. Efraín Torrico 139

ENFRIADORES 

Los enfriadores son intercambiadores de calor en los cuales la corriente de entrada es enfriada a las condiciones de salida requeridas. La corriente de energía absorbe en este caso la diferencia de entalpía entre las dos corrientes



Esta operación es útil cuando solo se está interesado en saber cuanta energía es requerida para enfriar una corriente de proceso pero no en las condiciones de la corriente de enfriamiento.

By Ing. Efraín Torrico 140

Ejercicio: Calcular cuanto calor se requiere para enfriar hasta 50°C una corriente con las siguientes especificaciones: Especificación

Valor

Temperatura

100 °C

Presión

2 atm

Flujo

100 kg /h

Componentes:

Composición molar:

Cumeno Agua Amoníaco H2S

0.5 0.1 0.2 0.2

By Ing. Efraín Torrico 141



Seleccione el paquete termodinámico.



Ingrese un enfriador al PFD



Conecte la corriente de alimentación y una de salida del enfriador.

By Ing. Efraín Torrico 142

By Ing. Efraín Torrico 143



Asuma una caída de presión de 0.2 atm

By Ing. Efraín Torrico 144



Una vez se especifica la temperatura de salida o el Q de enfriamiento el enfriador queda completamente especificado:

By Ing. Efraín Torrico 145



Solo se emplea modelo de pérdida de calor en modo dinámico.

By Ing. Efraín Torrico 146



.Calentador



Esta operación es útil cundo solo se está interesado en saber cuanta energía es requerida para calentar una corriente de proceso, pero no en las condiciones del fluido de calentamiento

By Ing. Efraín Torrico 147



En el visor del calentador se observa que esta unidad se emplea de igual forma que el enfriador y tiene las misma pestañas.

By Ing. Efraín Torrico 148



Ejercicio: Calcular cuanto calor se requiere para calentar 150°C una corriente con las siguientes especificaciones:

Especificación

Valor

Temperatura

100 °C

Presión

2 atm

Flujo

100 kg /h

Componentes:

Composición molar:

Cumeno Agua Amoníaco H2S

0.5 0.1 0.2 0.2 By Ing. Efraín Torrico 149

By Ing. Efraín Torrico 150



Suponga una caída de presión de 0.2 atm.

By Ing. Efraín Torrico 151



Para alcanzar una temperatura de 150°C se requiere:

By Ing. Efraín Torrico 152

6.4 AIR COOLER La unidad AIR COOLER emplea aire ideal como un medio de transferencia de calor para enfriar o calentar una corriente de proceso hasta unas condiciones de salida. Uno o mas ventiladores son empleados para circular el aire a través de los tubos en el proceso de enfriamieno de fluidos. El flujo de aire puede ser especificado o calculado desde las especificaciones de ventilador. Esta unidad puede emplearse para calcular: 

El coeficiente global de transferencia de calor (UA)



El flujo total de aire



La temperatura de la corriente de salida.

By Ing. Efraín Torrico 153

SISTEMAS DE BOMBEO Y CONEXIÓN A TUBERÍA Bombas La operación de bombeo es empleada para incrementar la presión de la corriente líquida de entrada. Dependiendo de la información suministrada la bomba calcula la presión desconocida, temperatura o eficiencia de la bomba.

By Ing. Efraín Torrico 154

Ejercicio: De un tanque cerrado provisto de un respiradero a la atmósfera se desea bombear agua a 20°C, hacia una torre de absorción. El nivel de líquido en el tanque se encuentra a 7 m sobre el eje de la bomba, el caudal es de 20 m3/h . La conexión de entrada del agua en el tope de la torre se halla a 20 m sobre el nivel del eje de la bomba. La línea de succión consiste de tubería de acero estándar de 2" (5,08 cm) de diámetro nominal, No. de cédula 40S y 40,0 m de longitud, posee 4 codos estándar y una válvula de compuerta ("gate") abierta. La línea de descarga también es de acero estándar de 2" (5,08 cm) de diámetro nominal, No. de cédula 40 y 60,0 m de longitud, tiene 2 codos estándar, 2 T usadas como codo y una válvula de control, la presión manométrica en la torre de absorción es de 137,9 kPa (20 psig). By Ing. Efraín Torrico 155



Solución:

1. Propiedades y composición de la entrada:

By Ing. Efraín Torrico 156

2. Insertamos un segmento de tubería para la succión al cual denominaremos Hs.

By Ing. Efraín Torrico 157



A este segmento le conectamos las siguientes corrientes:

By Ing. Efraín Torrico 158



Iniciamos el diseño del sistema de tubería seleccionando las correlaciones para cálculo de fricción:

By Ing. Efraín Torrico 159



Definimos dimensiones de la tubería, columna estática y accesorios: Primero aparece las características que debemos definir en este segmento

Clic en el botón Append Segment

By Ing. Efraín Torrico 160

 Aparece

la información básica para especificar el primer segmento de tubería. El primer segmento que adicionaremos Corresponde a tubería recta: Pipe

Por lo que hacemos clic en View Segment

By Ing. Efraín Torrico 161

Se muestra la ventana Pipe Info. Definimos Schedule 40, Diámetro Nominal 50.80 mm y Cast Iron. Clic en Specify 

By Ing. Efraín Torrico 162



Completamos dando la Longitud y Elevación, con lo cual está definida la tubería recta.

By Ing. Efraín Torrico 163



Ahora definimos los accesorios: 4 codos estándar

By Ing. Efraín Torrico 164



Definimos la transferencia de calor con los alrededores:

By Ing. Efraín Torrico 165



Pasamos al Worksheet para definir Fracción de Vapor 0 y Temperatura 20°C

By Ing. Efraín Torrico 166



Y el PFD aparece ahora como:

By Ing. Efraín Torrico 167



El siguiente paso en la simulación es adicionar la bomba y la tubería y accesorios que corresponden al lado de la descarga. Conecte las siguientes corrientes a una bomba

By Ing. Efraín Torrico 168

By Ing. Efraín Torrico 169



Tubería y accesorios: conecte el siguiente segmento de tubería.

By Ing. Efraín Torrico 170



Especificamos la tubería y accesorios del lado de la descarga

By Ing. Efraín Torrico 171



Transferencia de calor

By Ing. Efraín Torrico 172

Ahora debemos especificar las condiciones de la salida ( Nos interesa la presión de descarga: 20 psig + 14.7 = 34.7 psia y el otro parámetro será la temperatura)

By Ing. Efraín Torrico 173



Con esto se completa la simulación, y el PFD se muestra ahora:

By Ing. Efraín Torrico 174



Si deseamos ver la potencia suministrada a la bomba tenemos:

By Ing. Efraín Torrico 175

Destilación Continua  Columna de Destilación por métodos corto

(Shotcut

column)

La Shortcut Column desarrolla los cálculos no rigurosos para torres simples con el método Fenske-Underwod. Con el método de Fenske se calcula el número mínimo de platos y el de Underwood calcula la relación de reflujo mínima. Con la Shortcut Column se estiman además: los flujos de vapor y líquido en la sección rectificadora y despojadora, el Q condensador y Q rehervidor, plato de alimentación óptimo y número de platos ideal. By Ing. Efraín Torrico 176

Ejemplo 3 Destilación Una corriente a razón de 100 kmol/hr con un composición molar de 50% etanol y 50%  npropanol, es alimentada a una columna de destilación continua a temperatura ambiente  (298 K) y presión atmosférica (1 atm). La caída de presión a través de la columna es despreciable y se usa una relación de reflujo de 1.5.  Se quiere que el destilado tenga un 93% en mol del etanol y un 5% mol del n-propanol de la corriente de alimentación. Diseñar una columna de destilación continua para conseguir las especificaciones deseadas usando Shortcut column en HYSYS y  reportar el número total de etapas, número mínimo de etapas, ubicación de la etapa de alimentación, relaciones By Ing. Efraín Torrico 177 de reflujo mínimo y calculado, concentraciones del

Solución 1.Adicionar etanol y n-propanol en una component list. 2. Adicionar como Fluid package (Destilación1) el paquete Geneal NRTL con modelo de vapor SRK 3. Clic en el icono de Short Cut Distillation de la paleta de objetos y crear el PDF.

By Ing. Efraín Torrico 178

4. Especificar la corriente de alimentación Especificación

Valor

Temperatura

298 °K

Presión

101.3 kPa

Flujo molar

100 Kgmole/h

El flujo de alimentación es equimolar By Ing. Efraín Torrico 179

5. Definir los parámetros de equipo en la página Parameters Parámetros

Valor

Light key Ethanol in Bottoms

0.07

Heavy Key n-Propanol in Distillate

0.05

Condenser Pressure

1 atm

Reboiler Pressure

1 atm

Al especificar lo anterior se obtiene la relación minima de reflujo (1.610)

By Ing. Efraín Torrico 180

6. A partir de la relación minima de reflujo (Rmin) se calcula por regla de dedo la relación de reflujo externa (Eternal Reflux Ratio) que es R = 1.5 Rmin Para este caso R = 1.5 (1.610) Esto completa el diseño de la columna de destilació n usando un método corto. By Ing. Efraín Torrico 181

Los resultados del balance de materiales lo podemos ver haciendo clic en la etiqueta Worksheet

By Ing. Efraín Torrico 182

Los resultados para el número de etapas así como el condensador y rehervidor pueden verse haciendo clic en la etiqueta performance.

By Ing. Efraín Torrico 183

Columna de Destilación por método Riguroso

Ejercicio 4.- El Propano y Propileno son muy difíciles de separar uno de otro, ya que son componentes con puntos de ebullición cercanos. No obstante, la destilación  a presión elevada es una tecnología común, con tal que exista suficiente número de platos en la columna de destilación. En este ejemplo, se presentan cálculos de una torre con 148 platos reales. El modelo de destilación SCDS (Método de corrección simultánea) se usa para acomodar un número grande de platos, y dar explicación sobre platos reales. El equilibrio liquido-vapor ethane/ethylene son afectados los componentes. Se usan los de interacción binaria para la

Propane/propylene y  por interacciones entre parámetros especiales By Ing. Efraín Torrico 184 Ecuación de Estado de

1.Compuestos: Propileno, Propano, Etano y n-Butano 2. Crear el Fluid package (Destilación-2) Peng Robinson 3. Colocar la corriente de Alimentación con las siguientes especificaciones Componente

Flujo molar (lbmol/h)

Etano

0.3

Propileno

550

Propano

200

N-Butano

5

Fracción de vapor

0

Presión

1655 kPa By Ing. Efraín Torrico 185

Ir a la paleta de unidades de seleccionar Columna de destilación

equipo,

By Ing. Efraín Torrico 186

Hacer doble clic en la columna y aparecerá  el Distillation Column Input Expert  a fin de guiar en el llenado de los datos que definen a este sistema: En la página 1 de 4 ingresar los siguientes datos: · Número de etapas : 150 · Plato de alimentación: 110 · Nombre de la alimentación: Alimentación · Tipo de condensador: Total · Nombres de las corrientes de materia y energía según se muestra en la Fig. By Ing. Efraín Torrico 187

Completada la página 1 se habilitará el botón Next. Presionando este pasaremos a la página By Ing. Efraín Torrico 188

En la página 2 de 4 se define el perfil de presión dentro de la columna. Los valores son: · Presión en el condensador: 220 psia · Presión en el rehervidor:   250 psia · Caída de presión en el condensador: 0 psia

By Ing. Efraín Torrico 189

En la página siguiente 3 de 4 se pueden ingresar estimaciones. Estos valores son opcionales y no se consideran en este ejemplo.

By Ing. Efraín Torrico 190

En la página siguiente 4 de 4 ingresamos: Cantidad de destilado liquido: 550 lbmol/h (el equivalente a todo el propileno) Razón de reflujo: 20 Flow basis: molar

Al terminar presionamo s DONE By Ing. Efraín Torrico 191

Los datos del sistema quedan completamente definidos..

By Ing. Efraín Torrico 192

Una vez posicionados en el libro de cálculo correspondiente a la columna en la hoja Specs se debe notar que las especificaciones establecidas deben ser tales que garanticen que los grados de libertad sean igual a 0 indicando que la columna ya esta lista para ser resuelta

By Ing. Efraín Torrico 193

El proceso exige obtener un destilado en el cual la fracción molar de propano no sea mayor a 0.04

By Ing. Efraín Torrico 194

Presionando el botón ADD aparece una ventana con todas las posibles variables que pueden ser especificadas.

By Ing. Efraín Torrico 195

Cerramos la ventana y hacemos clic en Run Durante la simulación puede aparecer algún mensaje de advertencia el cual podemos omitir

By Ing. Efraín Torrico 196

Cuando termina la simulación aparece la barra verde que nos indica que la simulación ha terminado y se ha logrado convergencia.

By Ing. Efraín Torrico 197

Ahora pasamos a revisar los resultados de la simulación Notar que la mayoría de los datos de interés aparecen en la hoja MONOITOR así como los perfiles de las variables tales como temperatura, presión, flujos de líquido y vapor se hallan presentados en PROFILE

By Ing. Efraín Torrico 198

Los resultados del caso principal pueden verse en el WORKBOOK desplegando la información detallada:

By Ing. Efraín Torrico 199

LAS COMPOSICIONES SON:

DE

LA

CORRIENTES

By Ing. Efraín Torrico 200

Con lo cual la columna esta completamente especificada

By Ing. Efraín Torrico 201

DESTILACIÓN FLASH (SEPARATOR) La operación de Separación (Separator) permite varias entradas y produce una corriente de vapor y una de líquido con diferentes concentraciones. En estas unidades también se llevan a cabo reacciones.

By Ing. Efraín Torrico 202

Ejercicio : 1 kmol/hr de una corriente que contiene: Benceno (40 mol%) Toluene (30 mol%) O-xylene (30 mol%) Ingresa a una unidad flash a 373 K y 1 atm. Seleccione el paquete termodinámico.

By Ing. Efraín Torrico 203

A continuación se introducen las corrientes de entrada y salida del separador

By Ing. Efraín Torrico 204

Una vez se especifican las composiciones, P, T y Flujo molar de la corriente de alimentación se especifica completamente el separador.

By Ing. Efraín Torrico 205

Además de calcular las condiciones de salida, se dimensiona el equipo. Observe que se puede seleccionar 3 tipos de separadores.

By Ing. Efraín Torrico 206

Los Separadores de 3 Fases permite varias alimentaciones y produce una salida de vapor y dos de líquido, una fase pesada y una líviana. Esta corriente tiene un icono diferente en la barra de objetos.

By Ing. Efraín Torrico 207

Si se elije la opción Separador de 3 fases se requiere insertar una nueva corriente para que se especifique toda la unidad.

By Ing. Efraín Torrico 208

Los Separadores, permite varias alimentaciones y produce una salida de vapor y una líquida en equilibrio.

By Ing. Efraín Torrico 209

Los Tanques permiten varias alimentaciones y produce una salida de vapor y una líquida en equilibrio.

By Ing. Efraín Torrico 210

Si se elije la opción tank no se requieren nuevas especificaciones.

By Ing. Efraín Torrico 211

Además de calcular las condiciones de salida, también se dimensiona el equipo.

By Ing. Efraín Torrico 212

Dimensionamiento básico Se debe especificar la orientación del separador: Horizontal o vertical en la pestaña Rating

By Ing. Efraín Torrico 213

Selecionar la geometría del contenedor :

Dependiendo de la orientación seleccionada, algunas de las geometrías no estarán disponibles. Los contenedores Ellipsoidal and Hemispherical cylinder solo están disponibles para la orientación horizontal. By Ing. Efraín Torrico 214

Especificar algunas de las siguientes medidas: Volumen, Diámetro, o altura (la longitud se emplea cuando la orientación del tanque es horizontal).

O use el botón Quick Size que establece valores predeterminados By Ing. Efraín Torrico 215

En la opción de dimensionamiento se pueden ingresar los datos o con la opción Quick Size se obtiene la estimación.

By Ing. Efraín Torrico 216

Seleccione según el caso si el contenedor tiene un desnebulizador.

By Ing. Efraín Torrico 217

Se debe especificar el diámetro y altura del Desnebulizador. O se puede calcular con el botón Quick Size que por defecto: Calcula la altura del desnebulizador como 1/3 de la altura del tanque. Calcula el diámetro del desnebulizador como 1/3 del diámetro del tanque.

By Ing. Efraín Torrico 218

Active el botón Weir para adicionar un Weir al tanque. Esta opción solo está disponible para la geometría Flat cylinder.

By Ing. Efraín Torrico 219

By Ing. Efraín Torrico 220

En la pestaña Rating en la página C. Over Setup. Allí puede seleccionar el tipo de Carry Over Model Carry Over Model se refiere a las condiciones en las cuales el líquido entra en la fase vapor o el vapor entra en la fase líquida. Esto es causado por la turbulencia que causa la corriente de entrada al contenedor. En Hysys se puede modelar este efecto especificando la fracción de la corriente de entrada o de salida, o empleando la correlación disponible. By Ing. Efraín Torrico 221

En la página C.Over Setup se puede escoger seis tipos de modelos de flujo carryover en la alimentación o productos: Light liquid in gas, Heavy liquid in gas, Gas in light liquid, Heavy liquid in light liquid, Gas in heavy liquid, Light liquid in heavy liquid.

By Ing. Efraín Torrico 222

Notas: Si solo se especifica el volumen cilíndrico total, la relación L/D es por defecto. La altura de líquido en un tanque cilíndrico vertical se relaciona linealmente con el volumen del líquido. No hay una relación lineal en el caso de tanques esféricos y cilíndricos horizontales.

By Ing. Efraín Torrico 223

En el área Liquid Level, especifique el nivel del líquido como un porcentaje del volumen total del contenedor. El valor predeterminado es 50%. El volumen de liquido se calcula el producto del volumen del tanque y la fracción de nivel de líquido.

By Ing. Efraín Torrico 224

Para adjuntar una corriente de energía a uno se estos equipo se debe presionar Crtl y acercar el puntero al equipo en el cuadro rojo y arrastrar

Si se adjunta una corriente de energía a un Separador, separador de tres fases o tanque seleccionar si es calentamiento o enfriamiento. Si conoce este valor especifíquelo en Duty field. By Ing. Efraín Torrico 225

Se alimenta la siguiente corriente alimentación a una unidad flash (separator): 1 kmol/hr de una corriente que contiene: Benceno (40 mol%) Toluene (30 mol%) O-xylene (30 mol%) Considere que no hay caída de presión. No hay entrada de calor. Responder las siguientes preguntas: By Ing. Efraín Torrico 226

1. Si la alimentación está a 385 K y 1 atm. ¿Cuál es la composición de las corrientes de salida? 2. Si la alimentación está a 385 K y tiene una fracción de vapor de 40% p/p. ¿Cuál es la presión a la cual opera la unidad flash? y ¿Cuál es la composición de las corrientes de salida? 3. La unidad flash opera a 1 atm y tiene una fracción de vapor de 30%. ¿Cual es la temperatura a la cual opera la unidad flash? y ¿Cúal es la composición de las corrientes de salida? 4. La unidad flash opera a 1 atm y se desea que la fracción separada de tolueno en la fase líquida sea 0.65. Computar la temperatura a la cual opera la unidad flash y la composición de las corrientes de salida? By Ing. Efraín Torrico 227

Respuestas Pregunta 1:

Pregunta 2:

By Ing. Efraín Torrico 228

Pregunta 3:

Pregunta 4: No es posible separar el 65% del tolueno para que salga por la corriente líquida a una presión de 1 atm. La máxima separación que se logra es de 0.15 kmol/h es decir del 50% a una temperatura de 99.7349C

By Ing. Efraín Torrico 229

Pregunta 3:

Pregunta 4: No es posible separar el 65% del tolueno para que salga por la corriente líquida a una presión de 1 atm. La máxima separación que se logra es de 0.15 kmol/h es decir del 50% a una temperatura de 99.7349C

By Ing. Efraín Torrico 230

Vessel Sizing Utility La Vessel Sizing utility permit dimensionar y costear separaores, tanques y reactores. Para obtener mejores resultados Hysys permite realizar cambios en los parámetros La utilidad Vessel Sizing sirve para dimensionar equipos a partir de condiciones de operación dadas o también a partir de modelos propios de dimensionamiento. Esta utlility reporta datos sobre la geometría del equipo (diámetro, altura..), las especificaciones de los materiales de construcción (espesor, esfuerzos,….) y los costos de construcción en dólares (a partir de una ecuación propia con coeficientes definidos por el usuario). By Ing. Efraín Torrico 231

1. En el meu Tool seleccionar Utilities ó presione CTRL+U 2. De la lista disponible seleccionar Vessel Sizing. 3. Click en el botón Add Utility button, aparece entonces el Vessel Sizing property view.

By Ing. Efraín Torrico 232

En esta ventana se debe seleccionar el objeto y se da el nombre de la Utility: Al resolver la simulación se debe desactivar esta Utility chequeando Ignored checkbox

By Ing. Efraín Torrico 233

En la ventana Select Separator seleccionar el objeto y presionar OK con o cual la Utility queda totalmente especificada.

By Ing. Efraín Torrico 234

En la pestaña Design en la página Connections se encuentra el botón Set Default lo que quiere decir que se fijan los parámetros por defecto establecidos por Hysys

By Ing. Efraín Torrico 235

En la pestaña Design en la página Sizing se selecciona de la lista Avaliable Especification las especificaciones que se quieren usar. Seleccione de la lista la especificación Max Vap Velocity y presione el botón Add Spec con lo cual dicha especificación queda en la lista Active Specifications

By Ing. Efraín Torrico 236

El botón Remove Spec quita de la lista activa las especificaciones pero deben quedar siempre mínimo tres especificaciones. Esas especificaciones establecidas por Hysys son modificables. La Utility se recalcula luego de realizar algún cambio en la simulación.

By Ing. Efraín Torrico 237

En la pestaña Design en la página Construction se especifican los siguientes parámetros:

By Ing. Efraín Torrico 238

En la pestaña Design en la página Costing se especifican los coeficientes para el análisis de costos

By Ing. Efraín Torrico 239

El botón Cost Equation Help muestra la ecuación de costos empleada en Hysys.

By Ing. Efraín Torrico 240

Los resultados de los costos despliegan los costos base del contenedor, plataforma, todo en US dollars.

By Ing. Efraín Torrico 241

Los resultados de dimensionamiento se presentan en la pestaña Performance en la página Sizing Results.

By Ing. Efraín Torrico 242

By Ing. Efraín Torrico 243

5.5 Columnas de Absorción de Gases La absorción de gases es una operación en la cual una mezcla de gases se pone en contacto con un líquido, a fin de disolver de forma selectiva uno o más componentes en el gas y obtener una solución de estos en el líquido. En Hysys están disponible columnas de absorción de gases. Este equipo en la paleta de objetos tiene el siguiente icono.

By Ing. Efraín Torrico 244

Ejercicio 10: El CO2 es absorbido (propylenecarbonato) .

en

carbonato

de

propileno

La corriente del gas de entrada es 20 % mol CO2 y 80 % mol metano, este fluye a razón de 2 m3/s y la columna funciona en 60°C y 60.1 atm. El flujo de solvente de la entrada es 2000 kmol/hr. Use HYSYS para determinar la concentración de CO2 (%mol) en la corriente del gas de la salida, la altura de la columna (m) y el diámetro de la columna (m).

By Ing. Efraín Torrico 245

Solución 1.Crear la lista de componentes y seleccione el paquete termodinámico SourPR. 2. Introduzca 4 corrientes de materia con los siguientes nombres y especificaciones: Entrada Solvente

Gases entrada

Presión

60.1 atm

60.1 atm

Temperatur a

60°F

60°F

Flujo

2000 kmole/h

7200 m3/h

Xco2

0

0.2

XCH4

0

0.8

Xcarbonate

1

0

By Ing. Efraín Torrico 246

3. Introducir una Columna de absorción seleccionar el icono "Absorber“ de la paleta de objetos.

Hacer doble clic en la columna T-100 para abrir la ventana del ‘Absorber Column Input Expert’ la cual consta de 4 páginas. By Ing. Efraín Torrico 247

En la primera página se asignan las corrientes de entrada y salida a la columna de absorción de gases. Se considerará una columna en contracorriente.

Cuando se ha completado la información, se activa el botón Next.By Ing. Efraín Torrico 248

La opción Top Stage Reflux es para adicionar bombas laterales en la etapa seleccionada. By Ing. Efraín Torrico 249

Se puede seleccionar el orden en el cual se numerar las etapas y el número de etapa (que por defecto son 10).

By Ing. Efraín Torrico 250

Haciendo clic en Next se abre la página 2. Colocar las presiones del tope y el fondo (60.1 atm) en cada lado.

By Ing. Efraín Torrico 251

En la página 3 se especifican las temperaturas del tope y el fondo (opcional), colocamos 60 ºC en cada lado.

By Ing. Efraín Torrico 252

Si se da clic en el botón Side Ops> aparece la siguiente ventana. En este caso no emplearemos esta opción.

By Ing. Efraín Torrico 253

Presionando Done aparece la siguiente ventana.

El color rojo de la barra inferior indica que los cálculos no se han efectuado, por lo que hacemos clic en el botón Run para efectuar la simulación. By Ing. Efraín Torrico 254

Cuando terminan los cálculos esta barra se torna verde.

By Ing. Efraín Torrico 255

En la página monitor los perfiles.

By Ing. Efraín Torrico 256

Se pueden hacer diferentes especificaciones desde aquí:

By Ing. Efraín Torrico 257

Se observan los perfiles por etapa de los flujos de vapor y liquido. By Ing. Efraín Torrico 258

Se observa la composición del líquido o del vapor en cada etapa o se pueden especificar de allí. By Ing. Efraín Torrico 259

Se especifica la eficiencia por etapa, puede ser global o por componente. Por defecto la eficiencia es 1. By Ing. Efraín Torrico 260

Especificando la eficiencia por etapa para cada componente.

By Ing. Efraín Torrico 261

En esta página se especifican las opciones del método numérico para solucionar la columna.

By Ing. Efraín Torrico 262

En esta página se especifican valores de diseño de la torre:

By Ing. Efraín Torrico 263

Hysys permite especificar allí : Tipo de columna: empacada, vacía etc. Diámetro de la columna. Volumen empacado de columna Volumen vacío de columna Si se consideran o no pérdidas de calor y seleccionar el modelo para esto. Entre otros.

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En esta página se especifican los parámetros de diseño de la columna de absorción:

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Aquí se manipulan las opciones de solución del perfil de presión en la columna

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En la pestaña performance hay varias páginas que muestran los resultados de los cálculos:

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En estos equipos también se llevan a cabo reacciones:

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Vamos al Workbook y vemos la composición de las corrientes.

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5.5.1 Dimensiones de los platos Vamos al menú 'Tools' y seleccionamos 'Utilities'. Desplegamos la barra y seleccionamos 'Tray Sizing'.

Clic en el botón 'Add Utilities' y se abre una ventana 'Tray Sizing' By Ing. Efraín Torrico 270

Con la Utility Try Sizing se pueden realizar los cálculos de diseño y dimensionamiento en parte o en toda la columna ya calculada. La información de la torre y el empaque se puede especificar. Los resultados incluyen el diámetro de la torre, caída de presión, flujos y dimensiones de a torre. Esta Utility esta disponible solo para las columnas con flujos de vapor-liquido. Por lo tanto no se puede usar para columnas de extracción líquido-líquido

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Clic en el botón Select TS By Ing. Efraín Torrico 272

Aparece la siguiente ventana para elegir la columna a dimensionar: Hacemos la selección y luego clic en OK

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Clic en el botón Auto Section

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Aparece la siguiente ventana para seleccionar el tipo de plato. En este caso seleccionamos platos perforados (Sieve) y aparece una ventana con las dimensiones de los platos.

Para más información presionar el botón NextBy Ing. Efraín Torrico 275

Aparece esta ventana con toda la información de dimensionamiento la cual puede modificarse si se conservan las relaciones entre los parámetros. Presionar el botón Complete Autosection By Ing. Efraín Torrico 276

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Para ver los parámetros internos de la columna.

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En la pestaña Design en la página Specs : En la sección Name field se especifica el nombre de cada sección. De la lista desplegable End Tray seleccione el número de la etapa donde la sección empieza De la lista desplegable End Tray seleccione la etapa donde termina a sección. De la lista desplegable Internal seleccione el tipo de plato usado en esa sección. La opciones son: Sieve, Valve, Packed or Bubble Cap. De la lista desplegable Mode selección alguno de los modelos de cálculo: Design and Rating.

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5.5.2 Columna con Relleno Seguimos el procedimiento anterior hasta simular la columna con Platos Luego vamos al menú 'Tools' y seleccionamos 'Utilities'. Desplegamos la barra y seleccionamos 'Tray Sizing'. Clic en el botón Select TS , hacemos la selección y luego clic en OK Clic en el botón Auto Section y seleccionar el tipo de plato. En este caso seleccionamos platos empacados (Packed) . Se debe escoger de la lsta desplegable el tipo de empaque a emplear :

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Clic en Next By Ing. Efraín Torrico 282

Y aparece una ventana con las dimensiones de los platos. Presionar el botón Complete Autosection

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Seleccionamos la etiqueta Performance.

Vemos un diámetro de 1.524 m

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Ejercicio : Absorción de acetona en una torre con etapas a contracorriente. Se desea absorber 90% de la acetona de un gas que contiene 1% mol de acetona en aire en una torre de etapas a contracorriente. El flujo gaseoso total de entrada a la torre es 30.0 kg mol/h, y la entrada total de flujo de agua pura que se usará para absorber la acetona es 90 kg mol H2O/h. No hay caída de presión. El número de etapas requeridas para esta separación es 20. A que temperatura y presión debe trabajar la torre?

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