• Author / Uploaded
• Johnny

Citation preview

INGENIERIA Y SIMULACION DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA DE HIDROCARBUROS

Caso Introductorio Aspen Hysys V 8.X El gas proveniente de la zona de reacción de una unidad de Reformación Catalítica debe enfriarse a 38°C para separar los componentes condensables antes de ser comprimido. El gas ingresa a la batería de enfriadores a una temperatura de 200°C y 4 barg de presión (como se muestra en el diagrama). El caudal es de 32 800 Nm3/h y tiene la siguiente composición. Tabla N°1 Composición Componente Hidrogeno Nitrógeno Dióxido de C Metano Etano Propano iso-butano n-butano iso-pentano n-pentano n-hexano

%Molar 45,87 0,053 0,014 9,51 5,90 8,62 3,54 4,56 7,99 8,70 5,25

Para separar el hidrocarburo líquido formado la corriente es enviada a un separador. El hidrocarburo líquido es bombeado a una torre de estabilización que opera a 10 barg de presión. El gas rico en Hidrogeno es comprimido a 16 barg para nuevamente ser recirculado al circuito de reacción. Realizar la simulación de esta etapa del proceso. Para las simulaciones tomar en cuenta las siguientes consideraciones:    

Modelo Termodinámico: Soave-Redlich-Kwong (SRK) Caída de presión en intercambiadores: 5 psi. Eficiencia Adiabática Compresión : 85% Eficiencia Adiabática Bombeo: 75%

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

ASPEN HYSYS Introducción al Entorno Hysys. Trabajaremos con la versión 8.4, que cambio completamente su interacción grafica pero no las funcionalidades de las versiones anteriores. Una particularidad de Hysys (en todas las versiones) es que trabaja con entornos. Los dos más importantes son:  El Entorno Básico donde se define la “Lista de Componentes” y el Modelo Termodinámico, conjunto que se denomina “Paquete de Fluido”. En la v8.4 aparece con la opción “Properties”  Entorno de Simulación donde se construye la simulación. No se puede ingresar al Entorno de Simulación si el Entorno Básico no ha sido definido. Paquete de Fluido 1. Abrir un nuevo caso de simulación: File/New/Case 2. Lo primero es generar el “Paquete de Fluido”. 3. Para ello deberá crearse una lista de componentes y asignarle un Modelo Termodinámico. 4. En el selector de entornos elegir la opción “Properties” con lo que el Panel de Navegacion quedara habilitado. En la opción “Component List” generar una lista con los componentes indicados en la tabla N°1.

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

5. En la opción “Fluid Package” asignarle Soave-Redlich-Kwong (SRK) como Modelo Termodinámico.

6. Cambiamos el nombre del paquete de fluido a “Paquete-1” y el de la lista de componentes a “Lista-1” haciendo clic derecho sobre el icono.

7. Una vez definido el “Paquete de Fluido” ya se puede ingresar al entorno de simulación. En el selector de entornos elegir la opción “Simulation”

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

Sistema de Unidades 8. Ya en el entorno de simulación definiremos el sistema de unidades con el que trabajaremos en este caso. En el menú principal ir a “Home” y seleccionar “Unit Sets”. Como base trabajaremos en el Sistema EuroSI, pero se modificaran algunas unidades en función las variables del ejercicio.

Home  Sistema de Unidades

Entorno de Simulación

9. En “Available Unit Set” seleccionar el Sistema “EuroSI”. Copiar este set de unidades y cambiar el nombre a “Ejercicio 1”

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

10. Modificar las siguientes unidades: Molar Flow: Nm3/h Pressure: Bar Delta Pressure: psi Simulación 11. Hay tres maneras de activar la paleta





F4



Ir al Menu y en “Flowsheet/Modify” seleccionar “Models and Streams”

Ir al Menu y en “View” seleccionar “Models and Streams”

12. De la Paleta instale una corriente de Materiales. En corrientes de materiales se tiene el siguiente convenio de colores.

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

Cuando Falta Información Celeste en el PFD

Amarillo en el Worksheet Cuando la información está completa

Azul en el PFD

Verde en el Worksheet 13. Cambiar el nombre a “Gas de Reforma”. 14. Una vez especificada la corriente de ingreso, procedemos a instalar las operaciones unitarias para realizar la simulación.

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

15. Como la corriente debe enfriarse el primer equipo a añadir es el “cooler”. De la paleta seleccionar el equipo e instalarlo en la simulación.

Color Rojo porque aún no está especificado 16. Ingresamos al entorno del equipo Design: Lugar donde se ingresan las variables para especificar el Equipo

Rating: Geometría del Equipo. Mas usado para Sim. Dinámica

WorkSheet: Tabla de Balance de Materia y Energía

Corriente de Entrada

Performance: Resultados de simulación

la

Corriente de Energía

Corriente de Salida

Paquete utilizará

de

Fluido

que

17. En la página de conexiones se deben ingresar las corrientes de entrada / salida (materiales) y la corriente de energías. Si la corriente existe (ya ha sido instalada en la simulación) aparecerá en la lista de cada una de las casilla. Si no existe entonces se podrá instalar escribiendo el nombre de la corriente en la casilla.

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

Corriente Existente

Corriente Nueva

Al instalar la corriente de salida y energía en el entorno del “cooler” automáticamente estas corrientes se instalan en el PFD 18. Un equipo de este tipo tiene dos grados de libertad teniéndose que especificar presión y temperatura ya sea:  Caída de presión o presión de salida.  Temperatura de salida o carga térmica Normalmente se especifica la caída de presión (5 – 7 psi para este tipo de equipos) y la temperatura de salida. El simulador calcula la presión de salida y la carga térmica. En “Parameters” introducir una caída de presión de 5 psi. En la pestaña “Worbook” o la corriente de salida “G-L” introducir la temperatura de 38 °C. 19. Marcando cualquier de las corrientes y con el botón derecho del “Mouse” se activa la una lista de herramientas para la corriente. Seleccione “Show Table” donde aparecerá una tabla de propiedades de la corriente. Por default aparece la presión, temperatura y flujo molar. Ingresando en la tabla se puede eliminar y añadir variables.

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

20. Continuar armando la simulación. Instale de la “paleta” un separador bisfásico. Ingrese en el entorno del equipo, llámelo “separador” y conecte “G-L” como corriente de ingreso y genere las dos corrientes de salida “Gas-1” y “Liq-1” 21. Ahora vamos a trabajar sobre la corriente utilizando algunas herramientas que tiene Hysys denominadas “Utilidades”  Envelope: Determina la curva de fases de la corriente  Cold Properties: Determina algunas variables de control como: TVR, #Octanos, Viscosidad, Flash Point, etc  Property Table: Permite graficar cualquier propiedad fisicoquímica en función de la presión y la temperatura.  Pipe Sizing: Permite hacer un dimensionamiento preliminar del diámetro requerido para el flujo de la corriente. 22. En el Worksheet de la corriente “Liq-1” seleccionar la pestaña “Attachments” y luego las opciones “Analysis” y “Create”. Aparece una lista de las utilidades disponibles.

23. Seleccionar la opción “Envelope” y añadir. Automáticamente se generará la curva de fases de la corriente. En la pestaña “Performance” podemos ver la curva. (Ajustar las escalas)

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

24. Nuevamente ir a Attachments /Utilities/Create. Seleccionar ahora “Cold Properties” y añadir, automáticamente se generan las propiedades frías de la corriente.

25. En el Worksheet de la corriente “Gas-1” seleccionar la pestaña “Attachments” y luego las opciones “Utilities” y “Create”. Aparece una lista de las utilidades disponibles. Seleccionar “Property Table”

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

En “Independent Variables” podemos definir la: temperatura, presión, VapFrac, Entropía y entalpía. La variación puede ser incremental o constante. En “Dep. Prop” definimos la variable en estudio, que puede ser cualquier propiedad fisicoquímica. 26. Para el ejercicio introduciremos la siguiente información Dep. Prop: Densidad Temperatura: Modo Incremental (40– 100 °C) Presión: Modo Incremental ( 0 – 3 bar)

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

Iniciamos el cálculo con el botón “Calculate”. En “Perfomance” vemos los resultados expresados en una tabla y gráfico.

27. Nuevamente ir a Attachments /Utilities/Create. Seleccionar ahora “Pipe Sizing” y añadir, automáticamente se abrirá el administrador.

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

Existen dos métodos de cálculo:  Max. Diameter: El criterio de dimensionamiento es la caida de presión lineal. Se introduce este valor y el programa calcula el diámetro para esta condición.  Pressure Drop: El criterio de dimensionamiento es la velocidad. Se asume un diámetro y el programa calcula la velocidad. Este se compara con los siguientes valores (consideraciones de diseño) -

Velocidad máxima Líquidos: 9 ft/seg

-

Velocidad máxima de Gases: 50 ft/seg

Adoptamos el segundo método de calculo y asumimos un diámetro de 8” . En “Performance” vemos los resultados. Ajustar el diámetro hasta cumplir con las especificaciones de velocidad.

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

28. Continuar armando la simulación. Instale de la “paleta” una bomba para enviar el hidrocarburo líquido a la unidad de estabilización. Ingrese en el entorno del equipo y en “Connections” cambie el nombre a “Bomba” y conecte “Liq-1” como corriente de ingreso y genere la corriente de salida “Liq-2” además de la corriente de energía (Trabajo) “W-B”. 29. Al igual que los calentadores o enfriadores de utilidad las bombas y compresores requieren dos parámetros de especificación ya sea:  Incremento de presión o Presión de salida (presión de descarga).  Eficiencia Adiabática o Politropica. Adicionalmente si se conoce la curva de la bomba (Caudal vs Head y Caudal vs Eficiencia), la bomba simula considerando las curvas y ya no los datos introducidos manualmente. En “Parameters” introducir una eficiencia adiabática de 75%. En la pestaña “Worbook” o la corriente de salida “Liq-2” introducir una presión de 10 bar (presión requerida para enviar el líquido a la unidad de estabilización). Hysys calcula la potencia y el Head de la bomba.

30. Instale de la “paleta” un compresor para enviar el gas de retorno a la zona de reacción.

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015

Ingrese en el entorno del equipo y en “Connections” cambie el nombre a “Compresor” y conecte “Gas-1” como corriente de ingreso y genere la corriente de salida “Gas-2” además de la corriente de energía (Trabajo) “WC”.

En “Parameters” introducir una eficiencia adiabática de 85%. En la pestaña “Worbook” o la corriente de salida “Gas-2” introducir una presión de 16 barg (presión requerida para enviar el gas a la zona de reacción). En perfomance se puede ver los resultados del cálculo.

Ing. Christian Viladegut Marzo 2015