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Instru uctor: Ing. Jo osé Luiis Agu uilar Sa alazar E--mail: joseag j guilar.ja@gm mail.com m Telf.:: 75064 4075 & 72170 0170

Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys

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Ing. José Luis Aguilar Salazar

Curso Básico de Simulación de Procesos con Aspen Hysys

ADMINISTRADOR BÁSICO DE LA SIMULACIÓN OBJETIVOS  Seleccionar los elementos básicos requeridos para desarrollar la simulación de un proceso químico en Aspen HYSYS.  Manejar algunas herramientas incluidas en el simulador que posibilitan la determinación de propiedades de componentes. BASES PARA UNA SIMULACIÓN Paquete Fluido Aspen HYSYS utiliza el concepto de paquete fluidos o “Fluid Packages” como el contenido de toda la información necesaria para desarrollar cálculos de propiedades físicas y evaporaciones espontáneas de corrientes. El paquete fluido permite definir toda la información (propiedades, componentes, componentes hipotéticos, parámetros de interacción, reacciones, datos tabulados, etc) dentro de un archivo muy sencillo. Son tres las ventajas de esto, que son:  Toda la información asociada se define en un solo lugar, lo que permite la fácil creación y modificación de la información.  Los paquetes fluidos pueden almacenarse como un archivo con extensión “fpk” para usarlos en cualquier simulación.  Pueden usarse varios paquetes fluidos en una misma simulación. Sin embargo, todos los paquetes definidos se encuentran dentro del administrador básico de la simulación. Administrador del Paquete Básico de la Simulación El “Administrador Básico de la Simulación” o “Simulation Basis Manager” es una ventana que permite crear y manipular cada paquete fluido en la simulación. Para desplegar esta ventana, abra un nuevo caso, haciendo clic en el botón “New Case” de la barra estándar de Aspen HYSYS. Observe en la Figura 1 que, por defecto, el “Administrador Básico de la Simulación” se despliega con la pestaña “Components” activa. En el “Administrador Básico de la Simulación”, el grupo “Component Lists” contiene los botones “View”, “Add”, “Delete”, “Copy”, “Import”, “Export” y “Refresh” con los cuales se observan, añaden, borran, copian, importan, exportan y actualizan los componentes incluidos en el paquete fluido. Acerque el puntero del Mouse a cada uno de estos botones y observe la anotación que aparece en la barra de estado. Debajo se observan las pestañas “Components”, “Fluid Pkgs”, “Hypotheticals”, “Oil Manager”, “Reactions”, “Component Maps” y “UserProperty”. En cada una de las ventanas correspondientes a las anteriores pestañas se agregan los componentes, las ecuaciones y las reacciones químicas que intervienen en el proceso químico a simular con el paquete fluido construido. Ing. José Luis Aguilar Salazar

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Definición del Paq quete Básic co de la Siimulación 1. Abra un nuevo caso seleccionando el e botón “Ne ew Case” lo ocalizado e en el extrem mo izquie erdo de la a barra es stándar. Se e desplega ará la venttana “Simu ulation Bassis Mana ager” como o se observa a en la Figu ura 1.

Figura 1. Adminis strador del Paquete P Bá ásico de la Simulación n 2. Haga a clic sobre e la pestaña a “Fluid Pkg gs” para de esplegar la ventana que permite la creac ción o insttalación de el paquete fluido a u tilizar en la simulació ón y que se obse erva en la Figura 2.

ara la creac ción o insta alación del paquete flu uido Figura 2. Ventana pa Esta ventana contiene c los s grupos “Current Flu uid Packag ges” y “Flo owsheet-Flu uid Pkg Associatio ons”. Se pueden p usa ar varios paquetes fluidos dentro de una gnándolos a diferentes s diagrama s de flujo y enlazándo olos. El botó ón simulación, asig “Impo ort” permite e la importa ación de un n paquete ffluido predefinido y que haya sid do alma acenado en n el disco duro del computador c r. Los paq quetes fluid dos tienen la exten nsión “fpk” ”. a clic sobre e el botón “Add” para crear un n uevo paque ete fluido e en la ventana 3. Haga 4

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de esplegada con c el nom mbre de “Fluid Packag ge: Basis-1 1” y que se e observa e en la Fig gura 3. Porr defecto, se e despliega a activa la p pestaña “Se et Up”.

Figura F 3. Ve entana para a la definic ión del paq quete fluido eleccione la a ecuación de Peng-R Robinson ya a sea busccándola dire ectamente en el 4. Se grupo “Prope erty Packag ge Selection n” o hacien do previam mente un cliic sobre el radio bo otón que pe ermite la se elección de e solo ecua aciones de e estado o “EOSs” qu ue se en ncuentra en n el grupo filtro o “Prop perty Packa age Filter”. 5. En n el cuadro localizado en la parte e inferior co on el título ““Name” Ca ambie el nombre po or defecto “B Basis-1” e introduzca i “Planta de Gas”. Obse erve la Figu ura 4.

Figura 4. 4 Ecuación n y nombre del paquette fluido 6. Ha aga clic so obre el bottón “View” para añad dir los com mponentes incluidos e en el pa aquete fluido. eleccione lo os compone entes de la a librería N2 2, H2S, CO O2, C1, C2, C3, i-C4, n n-C4, 7. Se i-C C5, n-C5, C6 C y H2O. La L selección se puede e hacer ya sea digitan ndo los nom mbres

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sobre e el cuadro o “Match”, resaltando r el compue esto de la lista o hacie endo uso d del filtro y a continu uación la adición al grrupo “Seleccted Compo onents” se hace ya se ea presionando la tecla “Ente er” o el botó ón “Add Pu ure” o hacie endo doble e clic sobre el comp ponente a selecciona ar. Observ ve la seleccción de lo os compon nentes en la venta ana “Compo onent List View” V de la Figura 5.

ura 5. Selec cción de los s componen ntes que ap parecen en la librería d de Aspen Figu HYSYS H 8. En el e árbol que e aparece con c el título o de “Add Componen nt” seleccio one la opció ón “Hypothetical” para p añadiir un comp ponente hiipotético a al paquete fluido en la venta ana desplegada como o se observ va en la Fig gura 6. Un componen nte hipotético pued de usarse para p modelar compon nentes que e no se en ncuentran e en la librería, mezc clas definid das, mezcla as indefinid das o sólid dos. Utiliza aremos un componen nte hipottético para modelar los l componentes má ás pesadoss que el h hexano en la mezc cla gaseos sa. Para crrear este component c te hipotéticco, seleccio one el botó ón “Quic ck Create A Hypo Component C t” y se de esplegará una venta ana de títu ulo Hypo o2000* donde se introd ducirán las especificacciones del componentte hipotético.

p la crea ación de un n componen nte hipotético Figura 6. Ventana para l ventana de propie dades del componen nte hipotético 9. Sobrre la pestaña ID de la 6

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inttroduzca C7+ como nombre de este e en el ccuadro “Co omponent N Name”. Obsserve Fig gura 7. En este caso, no se cono oce la estru uctura del ccomponente e hipotético o y se mo odela una mezcla m de tal t manera que no se usará la op pción “Struccture Builde er”.

Figura 7. Nombre de un com mpuesto hipo otético 10. Ha aga clic en n la pestaña “Critical” de la venttana de prropiedades del compu uesto hip potético. Solo S se conoce el pu unto de eb bullición no ormal del C7+, es d decir, “N Normal Boiling Pt”. Introduzca un u valor de e 110°C (2 230°F). Pre esione el b botón “E Estimate Un nknown Pro ops” para estimar e tod das las propiedades d del compon nente hip potético y definirlo d com mpletamentte, como se e observan en la Figurra 8.

Figura 8. Esttimación de e Propiedad des descon ocidas del componentte hipotéticco

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11. Cuan ndo haya sido definido o el compon nente hipoté ético, cierre e la ventana y regrese ea la ve entana “Com mponent Lis st View”. Seleccione S e el compone ente hipoté ético C7+ que apare ece en el grupo “Available Hypo Componen nts” y haga clic sobre e el botón “Ad dd Hypo o” para añadirlo a la lista de d compon nentes agrupados e en “Selecte ed Components”, como c se ob bserva en la a Figura 9.

Figura a 9. Inclusió ón del com mponente hipotético de entro de la lista de com mponentes a hipocomp ponente qu ue se cree es parte d de un “Hyp po Group”. Por defectto, Cada este hipocompo onente es colocado c en n el “HypoG Group1”. Se e pueden a añadir grupos adicio onales y mover m hipo ocomponentes entre g grupos. Ya a se ha co ompletado la instalación de un u paquete fluido. Se pueden p verr los coeficientes binarrios de Pen ngRobinson para los l compon nentes, hac ciendo clic e en la pestaña “Binary Coeffs” de la ana titulada a “Fluid Pac ckage: Plan nta de Gass”, como se e observan en la Figu ura venta 10.

gura 10. Co oeficientes binarios en ntre los com mponentes del paquete e fluido Fig ón de un sistema s de unidades Selecció En Aspen HYSYS S, es posible cambiar el siste ema de unidades utilizado pa ara

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desple egar en las s diferentes variables. a) Despliegu ue el menú “Tools” y seleccione la opción “P Preferencess”. b) Haga clic sobre la pestaña “Va ariables”, ha aga clic en “Units” que e aparece en el grupo “Va ariables” y seleccione s el sistema SI. Observe la Figura 11.

Figura a 11. Selec cción del sisstema de u unidades c) Cierre estta ventana para regres sar a la sim mulación Exportación de paquetes fluidos Aspen n HYSYS permite p exp portar paque etes fluidoss para usarrlos en otra as simulacio ones. Esta funcionalid dad permite e crear un n paquete fluido senccillo y com mún que puede arse en múltiples casos s. utiliza a) Sobre la pestaña “Fluid “ Pkgs s” de la v entana “Siimulation B Basis Mana ager” resalte el paquete fluido f “Plan nta de Gass” que aparrece en el grupo “Cu urrent Fluid Packages”. Ob bserve Figura 12. “ y se desple egará una ventana q que le perm mitirá b) Presione el botón “Export” guardar el e paquete fluido. c) Introduzca a el nombrre “Planta de Gas” p para el paq quete fluido o y presion ne el botón “Gu uardar”. Observe la ex xtensión .fp k al nombre e del paque ete. Al de efinir complletamente el paquete e fluido, se e tiene tod do listo parra comenzzar la simula ación. Para a ingresar a la ventana donde e construir el diagram ma de flujo de proce eso o PFD a simular, presione el e botón “En nter Simula ation Enviro onment” qu ue se encue entra en la parte inferrior derecha del Adm inistrador B Básico de la Simulación o haga clic sobre el icono qu ue se encue entra dentrro de la barrra estánda ar con el m mismo bre. nomb

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Figura 12 2. Exportac ción de un p paquete fluiido EDADES DE E LOS COM MPONENT TES PROPIE Algunas propiedade es de los componente es seleccion nados que han sido ca alculadas p por Aspen HYSYS H de acuerdo a la ecuació ón seleccio onada se p pueden vissualizar en la ventana correspond diente a cada uno de ellos. Para ello: 1. Haga H clic en n la pestaña a “Set Up” de d la venta na “Fluid P Package: Planta de Ga as” y haga clic en e el botón n “View” que permite d desplegar lla lista de ccomponentes se eleccionado os en el cuadro c “Co omponent L List Selectiion” con el nombre d de “C Componentt List-1”. Ob bserve que la ventana a desplegad da se titula “Compone ent List View” y que, adem más, se en ncuentran activos loss botones ““Add Group p”, “A Add Hypo”,, “Remove””, “Sort Lis st” y “View Componen nt”. Median nte la opció ón “S Sort List” se e ordenan lo os compon nentes segú ún lo desee e el usuario. 2. Seleccione el e compone ente C7+ y haga clic sobre el bo otón “View Componen nt” pa ara que se despliegue e la ventana a de propie edades. 3. Haga H clic en n la pestaña a “Critical” y se obserrvará nueva amente la F Figura 7, que muestra m algu unas propie edades bás sicas en el g grupo “Basse Propiertie es” y algunas propiedades s críticas en n el grupo “C Critical Pro operties”. 4. Haga H clic en la pe estaña “Po oint” y ob bserve lass propieda ades física as, te ermodinámiicas y mole eculares del componen nte seleccio onado. 5. Haga H clic en n la pestaña a “TDep” y observe la as tres ecuaciones propuestas p por Aspen A HYSY YS para el cálculo, re espectivo, d de la entalp pía del vapo or, la presió ón de e vapor y la a energía libre de Gibb bs del comp ponente se eleccionado o. Tabulac ción de pro opiedades físicas y te ermodinám micas de lo os compon nentes Aspen HYSYS H faciilita en la pestaña p “Ta abular” de la ventana “Fluid Pacckage: Plan nta de Gas””, correlaciones mate emáticas para calcula ar algunass propiedad des físicas y termodin námicas como densida ad, viscosid dad, condu ctividad térrmica, entalpía, entrop pía y otras. 1. Haga H clic en n la pestaña a “Tabular” Se desple gará una vventana que e contiene un grupo con ell título de “T Tabular Pac ckage” y qu ue muestra un árbol de opcioness. 10

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2. Haga clic sobre el cuadro con un signo más a la izquierda de “Options”. Se desplegarán todas las propiedades físicas y termodinámicas disponibles en Aspen HYSYS para correlacionarlas con otras variables físicas. 3. Haga clic en el botón “Edit Properties” que se encuentra en la esquina inferior derecho y detalle las propiedades físicas y termodinámicas para cada uno de los componentes del sistema. 4. Cierre la ventana anterior, seleccione la propiedad “Latent Heat” que aparece en el cuadro derecho de la ventana “Tabular Package” 5. Haga clic sobre el cuadro con un signo más a la izquierda de “Information” y seleccione la opción “Latent Heat”. 6. Seleccione en el cuadro “Equation Shape” la opción polimérica o “Poly1”. Observe su escritura en el cuadro de abajo. 7. Haga clic en el botón “Cmp Plots”. Se desplegará una ventana con el título “LatentHeat” que muestra las curvas de calor latente en función de la temperatura para cada uno de los componentes de la lista. 8. Cierre la ventana anterior y haga clic sobre el botón “Cmp. Prop. Detail” para conocer mas detales sobre la propiedad. Se desplegará una ventana con el título “PropCurve: LatentHeat_Nitrogen” y con las pestañas “Variables”, “Coeff”, “Table”, “Plots” y “Notes”. Haga clic sobre cada una de ellas y detalle la información suministrada en cada una de ellas. CASO DE ESTUDIO A continuación, despliegue la ventana “Component List View”, haga clic en la opción “Components” del grupo “Add Component”, seleccione los componentes n - heptano y n-octano y agréguelos a la lista de componentes seleccionados. Compare las propiedades del componente hipotético C7+ con las del n-C7 y n-C8 llenando la Tabla 1. Tabla 1. Propiedades del n-Heptano, n-Octano y el compuesto hipotético C7+ PROPIEDAD

C7+

C7

C8

Normal Boiling Point Ideal Liquid Density Molecular Weight

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CORRIENTES Y MEZCLAS OBJETIVOS  

Especificar corrientes de materia y energía para desarrollar una simulación de un proceso químico en Aspen HYSYS. Manejar algunas herramientas incluidas en el simulador que posibilitan la determinación de propiedades de mezclas.

INTRODUCCIÓN Clases de corrientes en Aspen HYSYS Aspen HYSYS utiliza el concepto de corrientes de materia y corrientes de energía. Las corrientes de materia requieren, para su completa definición, de la especificación del flujo y de aquellas variables que permitan la estimación de todas sus propiedades físicas y termodinámicas. Las corrientes de energía se utilizan para representar los requerimientos energéticos en unidades como intercambiadores de calor, bombas, etc. y se especifican, completamente, con solo la cantidad de energía intercambiada o transferida en dichas unidades. En Aspen HYSYS, la corriente de materia se observa, por defecto, de color azul, mientras que la corriente de energía es de color rojo. Corrientes de materia El elemento más simple que un diseñador de proceso debe especificar es una simple corriente homogénea. Las variables que definen a una corriente que contiene C componentes son: Variables

Cantidad

Concentraciones Temperatura Presión Flujo

C 1 1 1

Total de Variables

C+3

Expresando las concentraciones en fracciones molares, Xi, se cumple una restricción de suma entre ellas, es decir que: 1

(1)

Por lo tanto, el número de variables de diseño, , que se requieren para especificar completamente una corriente de materia es la diferencia entre el número de variables Ing. José Luis Aguilar Salazar

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y el número de restricciones, es decir: 2

(2)

De acuerdo a la ecuación (2), se define el estado termodinámico de una corriente de materia al conocerse la composición de una corriente de materia y otras dos propiedades, (fracción de vapor, temperatura, presión, entalpía o entropía) una de las cuales debe ser o la temperatura o la presión. Evaporación espontánea de una corriente de materia Cuando se especifica una corriente de materia con la información suficiente, Aspen HYSYS hace los cálculos apropiados de la evaporación espontánea. Es decir, si se especifican, por ejemplo, temperatura y presión calcula si la corriente es de una fase (líquida o vapor) o de dos fases líquido y vapor, etc. Dependiendo de las dos propiedades conocidas de la corriente de materia, Aspen HYSYS desarrolla uno de los siguientes cálculos de evaporación espontánea: 1. 2. 3. 4.

Isotérmica: T-P Isoentálpica: T-H o P-H Isoentrópica: T-S o P-S Fracción de vaporización conocida: T-VF o P-VF

En la evaporación espontánea a una fracción de vaporización conocida entre 0.0 y 1.0, Aspen HYSYS calcula la presión o la temperatura dependiendo de la que sea especificada como variable independiente. Si se despliega un error, en este tipo de cálculo, significa que la fracción de vapor especificada no existe a las condiciones de presión o temperatura especificadas. Es decir, la presión especificada es mayor que la presión cricondenbárica o la temperatura especificada es de un valor a la derecha de la temperatura cricondentérmica sobre la envolvente estándar de presión – temperatura. Punto de rocío de una corriente de materia Si, además de la composición de una corriente de materia, se especifica una fracción de vapor de 1.0 y su temperatura Aspen HYSYS calculará la presión del punto de rocío. En forma similar, si en vez de especificar la temperatura se especifica la presión Aspen HYSYS calculará la temperatura del punto de rocío de la mezcla. Los puntos de rocío retrógrados se calculan especificando una fracción de vapor de -1.0. Punto de burbuja de una corriente de materia / Presión de vapor Una especificación de una fracción de vapor de 0.0 para una corriente define un cálculo de punto de burbuja. Si además se especifica o la temperatura o la presión, Aspen HYSYS calculará la variable desconocida presión o temperatura. Al fijar una temperatura de 100 °F la presión correspondiente al punto de burbuja es la presión de vapor a 100 °F. 14

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INSTA ALACIÓN DE D UNA CORRIENTE E DE MATE ERIA EN A ASPEN HYS SYS Para la instalación de corrientes de materia m en Aspen HYS SYS realice e las siguie entes instrucciones: 1. Abra un nuevo n caso o e importe el paquete e fluido “Pla anta de Ga as” construido y almacena ado en la Prráctica 1. 2. Haga clic c en el bo otón “Enter Simulation n Environm ment”. Aspen HYSYS S por defecto despliega la a ventana titulada t “PF FD – Case e (Main)” y la denominada e objetos. En E la primerra se consttruye el diag grama de fflujo del pro oceso “Paleta de a simularr y en la segunda se incluyyen las un nidades u operacione es a selecciona ar para insttalarlas en el proceso a simular. 3. Haga dob ble clic sobrre el icono de d la corrie ente de matteria (flecha a de color a azul). Se despliega, sobre el PFD, un na flecha d de color azu ul claro, nu umerada co on “1” y, ademá ás, la venta ana de esp pecificación de propie edades de dicha corriente, con la pestaña “Worrksheet” ac ctiva, por defecto, com mo lo muesstra la Figu ura 1. s puede hacerse d de varias formas ccomo La installación de corrientes presionan ndo la tecla a clave o selecccionando la a opción “A Add Stream m” del menú “Flo owsheet”.

Fig gura 1. Venttana de pro opiedades d de una corrriente de m materia 4. En la celd da “Stream Name” de la página “C Conditions”” asigne co omo nombre e a la corriente la palabra “Gas”. “ 5. Para desp plegar la ve entana don nde se intro oducen lass composiciiones, haga a clic en “Composition” o doble clic en una de las ce eldas corre espondientes a especifica aciones de flujos de la a corriente.. En este ccaso, haga doble clic en la celda “Ma ass Flow” y se desp plegará una a ventana como la q que muesttra la Figura 2.

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Figura F 2. Ve entana para a especifica ar la compo osición de la a corriente “Gas” 6. Haga H clic en n el radio botón b “Mole e Fractions ” en el grupo “Compo osition Basis” pa ara cambia ar la base de la fracció ón en masa a fracción en moles. 7. In ntroduzca la as siguiente es composiiciones que e aparecen en la Figurra 3.

Figura 3. Composic ción de la co orriente “Ga as” P el botón OK K cuando se hayan introducido o todas la as fracciones 8. Presione molares. m Evap poración es spontánea a isotérmic ca, T-P, de la corrientte “Gas” 9. Asigne A una presión de 7500 kPa y una tem mperatura de 10 °C. ¿Cuánto es la frracción vap porizada? ¿Por qué la corrientte “Gas” n no está co ompletamen nte es specificada a? 10. Asigne A un fllujo molar de 100 kgmol/h y ob bserve el “O OK” que aparece en la ba anda verde e que signiffica que la corriente “G Gas” se en ncuentra co ompletamen nte es specificada a”. 16

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Evaporación isoentálpica, T-H o P-H, de la corriente “Gas” 11. Borre la temperatura y mantenga la presión asignada en el punto 9. Especifique una entalpía molar de -15000 kJ/kgmole. ¿Cuánto es la temperatura, la fracción de vapor, y la entropía molar de la corriente? 12. Borre la presión asignada en el punto 9 y mantenga la entalpía molar. Especifique una temperatura de de 980 °C. ¿Cuánto es la presión, la fracción de vapor y la entropía molar de la corriente? 13. Borre la temperatura anterior y asigne un valor de 2000 °C. ¿Cómo se explica el error que reporta Aspen HYSYS? Punto de rocío de la corriente “Gas” 14. Asigne una fracción de vapor de 1.0 y una presión de 7500 kPa. ¿Cuánto es la temperatura de rocío de la corriente “Gas” a la presión de 7500 kPa? 15. Borre la presión asignada y mantenga la fracción de vapor. Asigne una temperatura de 100 °C. ¿Cuánto es la presión de rocío a la temperatura de 100 °C? 16. Asigne una fracción de vapor de -1.0 y una presión de 5000 kPa. ¿Cuánto y qué significado tiene la temperatura calculada? Punto de burbuja de la corriente “Gas” 17. Asigne una fracción de vapor de 0.0 y una presión de 7500 kPa. ¿Cuánto es la temperatura de burbuja de la corriente “Gas” a la presión de 7500 kPa? 18. Borre la presión asignada y mantenga la fracción de vapor. Asigne una temperatura de -30 °C. ¿Cuánto es la presión de vapor de la corriente “Gas” a una temperatura de -30 °C? 19. Cambie la temperatura asignada en el punto 18 y asigne el valor de 100 °C. ¿Cómo se explica el error reportado por el simulador? GUARDAR LA CORRIENTE “GAS” Se puede utilizar uno de varios métodos diferentes para guardar un caso en Aspen HYSYS. 1. Despliegue el menú “File” y seleccione la opción “Save As” para guardar el caso en una cierta localización y con el nombre “Gas”. 2. Despliegue el menú “File” y seleccione la opción “Save” para guardar el caso con el mismo nombre y en la misma localización. 3. Presione el botón “Save” en la barra estándar para guardar el caso con el mismo nombre. INSTALACIÓN DE UNA CORRIENTE DE ENERGÍA EN ASPEN HYSYS Una corriente de energía se instala mediante el mismo procedimiento que una corriente de materia y solo necesita de una especificación que es el flujo calórico Ing. José Luis Aguilar Salazar

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correspo ondiente. 1. Si la paleta de objetos s no está abierta a sob bre el escrritorio, pressione la teccla cllave para p abrirla a. 2. Haga H doble clic sobre el e botón “Energy Strea am” para desplegar la a corriente d de no ombre “Q-1 100” y su ventana v de propiedad es, como sse observa en la Figu ura 4.

Figura a 4. Ventan na de propie edades de una corrien nte de enerrgía 3. En el cuadro “Stream Name” cam mbie el no ombre de la a corriente a “QHeat”” e in ntroduzca el e valor de -10000 kJ/h h en el cua dro “Heat F Flow (kJ/h)”. Observe la ba anda verde e que indica a que la corrriente está á completam mente espe ecificada.

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PROPIEDADES DE CORRIENTES DE MATERIA OBJETIVOS   

Construir diagramas de propiedades de estado de una mezcla. Determinar las propiedades críticas de una mezcla. Estimar propiedades físicas, termodinámicas y de transporte de una mezcla.

INTRODUCCIÓN Aspen HYSYS dispone de la opción “Utilities”, que es un conjunto de herramientas que interactúan con una corriente de materia suministrando información adicional para su análisis, como los diagramas presión-volumen-temperatura y otros. Después de instalada, la información anexada se convierte en parte del diagrama de flujo de tal manera que cuando cambian las condiciones de la corriente, automáticamente calcula los otros cambios en las condiciones afectadas. Los diagramas líquido-vapor disponibles para una corriente de composición desconocida son: Presión-Temperatura, Presión-Volumen, Presión-Entalpía, PresiónEntropía, Temperatura-Volumen, Temperatura-Entalpía y Temperatura-Entropía. Algunas otras facilidades incluidas dentro de la opción “Utilities” son las propiedades críticas, el diámetro o caída de presión en tuberías, tablas de propiedades, etc. DIAGRAMAS DE PROPIEDADES DE UNA CORRIENTE Para anexar un diagrama de propiedades a una corriente: 1. Instale un nuevo caso importando el paquete fluido “Planta de Gas” definido en la Práctica 1. 2. Instale una corriente de materia con el nombre de “Gas”, 10 °C, 7500 kPa, 100 kgmol/h y composición especificada como lo muestra la Figura 1. 3. Haga clic sobre la pestaña “Attachments” y luego haga clic sobre la página “Utilities”. 4. Dentro de la ventana desplegada, presione el botón “Create” para acceder a la ventana “Available Utilities” que se observa en la Figura 2. 5. Seleccione la opción “Envelope” y entonces presione el botón “Add Utility”. Se desplegará la ventana de título “Envelope: Envelope Utility-1” que se observa en la Figura 3. La página “Connections” de la pestaña del mismo nombre, muestra los valores máximos (Cricondenbárico y Cricondentérmico) y críticos de presión y temperatura para la envolvente de la corriente “Gas”. 6. Haga clic en la pestaña “Performance” y luego clic en la página “Plots” para observar el diagrama presión-temperatura que aparece por defecto, como se observa en la Figura 4. Compare los valores máximos y críticos de temperatura y presión de la Figura 3 con los determinados en el gráfico PT.

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Figu ura 1. Composición de e la corrientte de materria “Gas”

Figu ura 2. Utilid dades dispo onibles para a la corriente “Gas” 7. Para P incluir la curva de e calidad 0.4, 0 digite e este valor e en el cuadrro “Quality 1” de el grupo “C Curves” que e se encuen ntra en la pa arte superio or derecha.. 8. Para P observ var los dato os numérico os de presió ón-tempera atura, haga a clic sobre la pá ágina “Tab ble”. Observ ve en la Figura F 5, en n el cuadro o “Table Type” que los da atos que ap parecen tab bulados corrresponden n a la sección del puntto de burbu uja de e la corrien nte “Gas”. 9. Despliegue D el cuadro “Table “ Type e” y selecccione las op pciones que e le permita an observar los s datos nu uméricos de presión y tempera atura para el punto d de burbuja y la gráfica de calidad c con nstante de lla corriente e “Gas”.

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Figura 3. Valore es Máximos s y Críticos de temperratura y pre esión de la ccorriente “G Gas”

Figurra 4. Diagra ama Presió ón-Tempera atura de la ccorriente “G Gas” 10 0. Seleccion ne nuevamente la op pción “Plotts” y en e el grupo “E Envelope T Type” seleccione e el radio botón b P-H para p desple egar el diag grama pressión-entalpía de la corrientte. 11 1. En el cua adro “Isothe erm 1” del grupo g “Curvves” digite el valor -14 4 °C para in ncluir una línea isoterma de d dicha tem mperatura, como se ob bserva en la Figura 6 2. Para edita ar el gráfic co, presione e el botón derecho d del Mouse y seleccion ne la 12 opción “G Graph Conttrol” del menú contexxtual desplegado. Se e desplega ará la ventana que q le permite hacerr cambios que modiffiquen la presentación n del gráfico co omo los obs servados en n la Figura 6. Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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13. Observe O los s gráficos presión p – volumen, v p presión – e entropía, te emperatura – vo olumen, temperatura – entalpía y tempera atura – enttropía dispo onibles en el grupo “Enve elope Type”.

Figura 5. Datos D numé éricos de Pu unto de burrbuja de la corriente “G Gas”

Figura a 6. Diagram ma Presión n – Entalpía a de la corriente “Gas” EDADES CR RÍTICAS DE D UNA CO ORRIENTE PROPIE piedades críticas c y se eudocríticas de una m mezcla son n estimada as por Aspe en Las prop HYSYS de acuerdo a la ecu uación elegida en el p paquete flu uido. La op pción “Criticcal y” de la he erramienta “Utilities” facilita diccha informa ación para la corrien nte Property seleccionada.

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1. Haga doble clic sobre la corriente “ Gas” que aparece e en el PFD para desple egar su ven ntana de pro opiedades. 2. Repita a los pasos 3 y 4 del in nciso anteriior (3). 3. En la ventana v “A Available Utilities”, sele eccione la o opción “Crittical Property” y presione el botón n “Add Utilitty”. Se desp plegará la vventana que aparece en la Figura a 7 y que despliega las propied dades críticcas y seud docríticas d de la corrien nte “Gas”.

Figura 7. Propiedade P es críticas d de la corrien nte “Gas” LA DE PRO OPIEDADES DE UNA CORRIEN NTE TABL La he erramienta “Property “ Table” T perm mite examin nar las tend dencias de una propie edad, dentro o de un in ntervalo de condicione es, tanto e en forma ta abular com mo gráfica. Esta facilid dad calcula variables dependienttes para un n intervalo o conjunto o de valore es de variab ble indepen ndiente especificada. Una Tabla T de Prropiedades se añadirá á a la corrie ente “Gas” d desde el menú “Tools” con el sigu uiente proc cedimiento: 1. Utilice la tecla t clave para abrir la ventana Available U Utilities. ne la opció ón “Property y Table” y presione el botón “A Add Utility””. Se 2. Seleccion desplegarrá una ven ntana como o la que m muestra la F Figura 8. E El botón “S Select Stream” permite p sele eccionar la corriente a la que se le va a anexar la tabla de propiedad des. En nue estro caso se s omite, po na corriente e que orque solo se tiene un aparece seleccionad s da. ne la Tempe eratura com mo la prime ra Variable e independie ente. 3. Seleccion 4. Cambie el e límite infferior y superior a 0 y 100 ° C respectivvamente. E En el Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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cu uadro “# of increments s” digite el numero n 4. 5. Seleccione la Presión como c la seg gunda Varia able indepe endiente. 6. Cambie C al modo m “State e”. 7. En la matriz z “State Va alues” introd duzca los vvalores 2500, 5000, 7500 y 900 00 kP Pa. 8. Haga H clic en n la página “Dep. Prop p” de la pesstaña “Design”. Es possible escog ger va arias propie edades dep pendientes. Además, pueden se er propieda ades globales o propiedade es de fases s diferentes s. 9. Presione P el botón “Ad dd” para desplegar d la ventana a “Variable e Navigato or”. Observe O Figura 9.

Figura 8. Ventana V parra la constrrucción de u una Tabla d de Propieda ades

Figu ura 9. Nave egador de vvariables l opción “M Mass Dens sity” a parti r de la lista a del grupo o “Variable”” y 10. Seleccione la presione el botón b “OK”.. 24

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11 1. Seleccion ne la opción n “Thermal Conductivitty” y presio one el botón n “OK”. 12 2. Presione el botón “C Calculate” para p calcula ar las propie edades den nsidad mássica y conductividad térmica a presiones de e 2500, 50 000, 7500 0 y 9000 kPa mantenien ndo temperraturas con nstantes de 0, 25, 50, 7 75 y 100 °C C. 13 3. Haga clic en la pesttaña “Perfo ormance” pa ara desplegar la venttana, Figura a 10, donde se pueden se eleccionar lo os datos ca alculados pa ara visualizzarlos tabullados numéricam mente o grá áficamente.

Figura F 10. Tabla T de prropiedades 14 4. Haga clic c sobre la página “Ta able” para desplegarr los datoss calculado os en forma num mérica y tab bular. Obse erve Figura 11.

Figura 11. Densid dad y Conductividad té érmica de la a corriente “Gas” Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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15. Haga H clic en e la págin na “Plots”, seleccione e la propie edad “Mass Density” y presione el botón “View w Plot” que e se encue ntra a la de erecha. Las gráficas d de lo os cálculos realizados se observa an en la Fig gura 12.

Figura F 12. Gráficas G de densidad versus v Pressión para la a corriente “Gas” 16. Cierre C la grráfica anterrior, selecc cione la pro opiedad “T Thermal Co onductivity”” y presione el botón “Vie ew Plot”. Las L gráfica as de los cálculos re ealizados se n la Figura 13. 1 observan en SIONAMIEN NTO DE TU UBERÍA DE E CORRIEN NTE DIMENS Utilities” se e encuentra a una opcción denom minada “Pipe Dentro de la herrramienta “U Sizing” que estim ma el Régimen de Flujo F de u una corriente a las condiciones especific nociendo la cadas. Se calcula el diámetro máximo m con a caída de e presión p por unidad de longitud y vicev versa y, ad dicionalmente, propie edades de e flujo com mo ad, factor de e fricción, viscosidad, etc. velocida 1. Utilice U la tecla clave pa ara abrir la vventana Avvailable Utilities. 2. Seleccione la opción “Pipe Sizing” y pre esione el b botón “Add d Utility”. S Se de esplegará una ventan na como la a que muesstra la Figu ura 14. El b botón “Sele ect Stream” permite selecc cionar la co orriente a la a que se le va a anexa ar la tabla d de propiedades s. En nuestrro caso se omite, porq que solo se e tiene una corriente que aparece sele eccionada. 3. En el cuadro o “Pressure e Drop (kPa/m)” digite e el valor 1 10. Observe que Aspe en

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HYSYS ha h calculado el diáme etro máximo o catálogo 40, selecccionados en los cuadros “Calculation n Type” y “S Schedule”.

Figura 13. Conductiv vidad Térmiica versus P nte “Gas” Presión parra la corrien

Figura 14. Dimensionamientto de una tu ubería

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4. Haga H clic en n la pestañ ña “Perform mance” y ob bserve el ccálculo del Régimen d de Flujo (Estrattificado) de la corrientte “Gas” a las condiciones especcificadas que in ncluye propiedades de transpo orte (fasess, viscosid dad, densidad, flujo y de ensidad) y parámetros s adicionale es del régim men de flujo o (Número de Reynolds y factor de frricción). Ob bserve la Figura 15.

Figura F 15. Régimen R de e Flujo de la a corriente “Gas” DIO CASOS DE ESTUD do el simula ador Aspen HYSYS: Utilizand  Determine D la as propieda ades críticas del bence eno.  Construya C el diagrama P-T y P-H del amonía aco.  Construya C gráficos de densidad d de una mezccla equimo olar de meta ano y etano oa presiones en ntre 2000 kPa k y 9000 kPa a temp peraturas d de 30, 50 y 100 °C. D el e régimen de d flujo de una mezc la equimola ar de aceto ona y agua aa  Determine 40 0 °C, 110 kPa k y un flu ujo de 100 kmol/h. k

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DIVISORE ES, MEZCL LADORES Y FRACCIONADORE ES OBJE ETIVOS  Determin nar las variables de diseño d de un divissor, un m mezclador y un fracciona ador de corrrientes.  Simular el desemp peño de un n mezclado or, un fracccionador y un diviso or de corrientes.  Compara ar las espe ecificacione es requerid das en la simulación n de divisores, mezclado ores y fracc cionadores.. INTRO ODUCCIÓN N Diviso or de corriientes Un div visor de corrientes sim mula el frac ccionamientto del flujo de una corrriente que fluye a trav vés de un na tubería en varias corrientess. Un diagrama para a un diviso or de corrie entes en dos s corrientes s se muestrra en la Fig gura 1.

Figura 1. Divisor D de C Corrientes Siend do z, las composicione es en la corriente de a alimento, y X’s las composicione es en las co orrientes de e salida, el balance de e materia p para cada u uno de los C compone entes es: (1) e de entrad da y F1 y F 2, son los flujos de la as corriente es de F, es el flujo de la corriente salida a, i, es el nú úmero relativo a cada uno de los C componentes. El balance de en nergía es da ado por: (2) Para una corrien nte de entrrada y dos corrientess de salida,, el sistema a consta de las siguie entes variab bles y ecuaciones: Va ariables Corrientes C de entrada y salida Corriente C de e energía Total Variables Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

Cantiidad 3(C + 2) 1 3 3(C + 2) + 1 = 3C + 7 29

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Ecua aciones o Restriccio ones

Cantida ad

Bala ances de materia Bala ance de ene ergía Igua aldades entre las conc centraciones s de F y F1 1 Igua aldad de tem mperaturas Igua aldad de pre esiones Tota al Ecuaciones Tota al de variab bles de dis seño

C 1 C–1 1 1 2C + 2 3C+ +7 – (2C+2)) = C + 5

Al disminuir las C + 2 especifficaciones de d la corrie ente de entrrada, resultta un faltan nte de tres especificac e ciones. El divisor d de Aspen A HYS SYS es con nsiderado a adiabático, es decir, Q = 0 y, ade emás, le as signa la pre esión de la corriente d de entrada. Por lo tantto, requiere e de la espe ecificación de d la relaciión entre lo os flujos de una corrie ente de salid da con resp pecto al flu ujo de la corriente c de e entrada. Para “n” ccorrientes d de salida, se requiere en “n – 1” re elaciones de e flujo. Mezclad dor de corrrientes zcladores de corrientes represe entan la o operación d de suma d de corrienttes Los mez cuyos flluidos pued den tener distintas composicio c ones, temperaturas y estados d de agregación. Un diagrama de un u mezclador de corrie ente se muestra en la Figura 2.

Figu ura 2. Mezc clador de co orrientes Siendo X, X fracción molar, i, el primer número del ssubíndice re elativo al co omponente ey el segun ndo número o relativo a la corriente e, el balancce de materria para cad da uno de los C compo onentes es (3)) El balance de energ gía en el prroceso de mezclado m ssimplificado o es: (4)) Siendo h, h las entalp pías especííficas correspondiente es a cada una de las ccorrientes. El anális sis para los grados de libertad es el siguientte:

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Va ariables Corrientes C de entrada y salida Corriente C de e energía Total Variables cuaciones o Restricc ciones Ec

Cantiidad 3(C + 2) 1 3 3(C + 2) + 1 = 3C + 7 Cantiidad

Balances de e materia e Balance de energía Total Ecuaciiones Total de varriables de diseño

C 1 C+1 3C+7 – (C+1 1) = 2C + 6

Al dis sminuir las 2C + 4 esp pecificacion nes de las d dos corrien ntes de entrrada, resultta un faltante de dos especificaciones. El mezcladorr de Aspen n HYSYS es conside erado uiere de un na especificcación adiccional adiabático, es decir, Q = 0 y, por lo tanto, requ c lo os grados de d libertad. para completar La va ariable que usualmente e se fija en n el diseño de un mezzclador es la presión de la corrie ente de salida. Se sugiere asign nar, a la co orriente de e salida, la menor pre esión entre las de las corrientes c de d entrada. Fracc cionador de corriente es Aspen n HYSYS dispone d de un fraccion nador de ccorrientes o “Splitter” ccuya simula ación repres senta la se eparación de d una corriente en dos corrie entes que rrequieren d de la espec cificación de d las fracc ciones de recuperació ón de cada a compone ente en un na de ellas, ademas de d otros cu uatro parám metros. Un n esquema a de este ffraccionado or se muestra en la Fig gura 3.

Figura 3. 3 Fracciona ador de corrrientes o “S Splitter” do F’s los flujos f de la as corriente es, “z”, “y” e “x” las ffracciones molares de e los Siend componentes en n cada una de las corrientes y “Q Q” el calor re equerido. Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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Un balance de materia de componente “i” se expresa mediante la ecuación: (5) Para C componentes, i = 1,…,C y, por lo tanto, se plantean C ecuaciones de balance de materia de componentes. Un balance de energía se expresa mediante la ecuación. (6) El análisis de variables de diseño en un fraccionador de corrientes es el siguiente: Variables Corrientes de entrada y salida Corriente de energía Total Variables

Cantidad 3(C + 2) 1 3(C + 2) + 1 = 3C + 7

Ecuaciones o Restricciones

Cantidad

Balances de materia Balance de energía Total Ecuaciones

C 1 C+1

Total de variables de diseño

3C+7 – (C+1) = 2C + 6

Al disminuir las C + 2 variables de la corriente de entrada, las variables que usualmente se fijan son “C” fracciones de recuperación de componentes en una corriente (por ejemplo, F1) y cuatro parámetros adicionales como las presiones o las temperaturas o las fracciones de vapor, Vf, de las corrientes de salida. SIMULACIÓN DE UN FRACCIONADOR DE CORRIENTES 1. Abra un nuevo caso, y defina el siguiente paquete fluido. Ecuación: Componentes: Sistema de unidades:

Peng Robinson Etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano y n-hexano Field

2. Instale una corriente con las siguientes especificaciones: Nombre: Temperatura: Presión: Flujo Molar: 32

Uno 200 °F 500 psia 1000 lbmol/h Ing. José Luis Aguilar Salazar

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Composición (Fracc ción Molar):: Etano o 0.2 0.6 Propano i-Buta ano 0.1 n-Butano 0.1 3. Ins stale otra corriente con las siguie entes especcificacioness: Nombre: Dos atura: Tempera 200 °F Presión: 500 psia Flujo Mollar: 800 lbmol/h Composición (Fracc ción Molar):: n-Butano 0.8 ntano 0.1 i-Pen 0.05 n-Pentano 0.05 exano n-He stale un mezclador m de d corriente es (Mixer) y en la pá ágina “Con nnections” d de la 4. Ins pe estaña “Des sign” de su ventana de e propiedad des introduzzca los sigu uiente: Nombre: Entradas s: Salida:

0 M- 100 Uno, Dos D Alimento

5. Ha aga clic en la página “Paramete ers” y obse rve que Asspen HYSY YS, por deffecto, su ugiere que asigne a la l corriente e de salida a la menorr presión e entre las de e las co orrientes de e entrada. 6. Ins stale un “Splitter” con el nombre de “X-100”” y conécte elo como muestra la Figura 4.

Fig gura 4. Con nexiones de e un “Splitte er”

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7. Haga a clic en la página “P Parameters”” y especifique las fra acciones de e vapor y las presiones en las s corrientes s de produc cto como se e observan en la Figura 5. 8. Haga a clic en la a página “S Splits” para a especifica ar las fraccciones de recuperació ón cada a uno de los s componen ntes en la corriente c “P Pro 1”. Obsserve en la Figura 6 que Aspe en HYSYS calcula c las fracciones correspond dientes a la a corriente ““Pro 2”

Figu ura 5. Espe ecificaciones de presio ones y fraccciones de vvapor en el “Splitter”

Figura F 6. Frracciones de recuperación de cad da uno de los compon nentes 9. Haga a clic en la pestañ ña “Works sheet” y observe la as condiciones y las comp posiciones de las corrrientes prod ductos del fraccionado or. Observe e las Figurras 7y8 10. Insta ale un diviso or de corrie entes (Tee)) y en la pá ágina “Connections” d de la pestaña “Design” de su ventana v de e propiedades introduzzca los sigu uiente: Nombre: D- 100 Entrada: Pro 2 atro Salida: Tres, Cua 34

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Figura 7. Condicione es de las co orrietes del “Splitter”

Fiigura 8. Concentracion nes de las ccorrientes d del “Splitterr” 11. Ha aga clic en la página “Parameter “ rs” y especiifique con u un valor de e 0.5, la fraccción de e la corrientte de entrad da que sald drá como la a corriente ““Tres”. 12. Ob bserve las especificac e ciones de la as corriente es en el divisor.

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CICLO DE E REFRIGE ERACIÓN OBJE ETIVOS  Determin nar los grrados de libertad e n los elementos de e un ciclo o de refrigerac ción.  Simular un u ciclo de refrigeració ón.  Determin nar los requ uerimientos energético os en un cicclo de refrig geración. INTRO ODUCCIÓN N e de d un ciclo de refrigerración simp ple son un condensad dor, una vá álvula Los elementos de Jo oule-Thomp pson, un ev vaporador y un compre esor, adem más del med dio refrigerrante. En el ciclo de refrigeración mostrado en e la Figura a 1, la corrriente “1” co ontiene propano líquido o saturado a una tem mperatura de e 122 °F y se expand de isoentálp picamente en la válvulla. La mezc cla líquido--vapor en la a corriente “2” es vap porizada co ompletamen nte a una te emperatura a de 0 °F y,, a su vez, dicho vapo or es comp primido y co ondensado para regen nerar la corrriente “1” en n estado de e líquido sa aturado.

Figura 1. Ciclo C de refrrigeración Válvu ula de Joule-Thomps son En es ste tipo de válvula, los s grados de e libertad sson de un ttotal de C + 4. Si se ffija la tempe eratura, la fracción f de e vapor y la a composiciión de la co orriente “1”” Aspen HY YSYS hace un cálculo de evaporración espo ontánea T-V Vf y especifica complletamente d dicha corrie ente. En un na válvula de Joule-T Thompson ccomo la qu ue muestra a la Figura 1 la expan nsión es iso oentálpica, los flujos y las comp posiciones de las corrrientes “1” y “2” también son iguales y, porr lo tanto, hay h un gra do de liberrtad. Si se fija la caíd da de ón permisib ble en la válvula, Aspe en HYSYS ccalcula la p presión de la corriente “2” y presió completa su esp pecificación mediante un u cálculo d de evapora ación espon ntánea P-H.

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Evaporador En el calentador que muestra la Figura 1, el propósito es vaporizar completamente la corriente “2”. Las corrientes “2” y “3” son de flujos y composiciones iguales, pero el calor suministrado a través del intercambiador de calor hace que sus temperaturas y presiones sean diferentes. Un balance de energía en el evaporador es el siguiente. (1) Siendo F’s y h’s, los flujos de las corrientes y las entalpías de las corrientes y Q el flujo calórico cedido a la corriente “2”. El análisis entre variables, ecuaciones y especificaciones nos muestra que en un vaporizador hay C + 4 grados de libertad. Especificada la corriente de entrada, si se fija la caída de presión en el intercambiador, su especificación completa es posible alcanzarla de dos maneras a saber:  Fijando el valor de “Q”, la ecuación (1) permite el cálculo de la entalpía de la corriente “3” y Aspen HYSYS realiza un cálculo de evaporación espontánea PH para su especificación completa.  Fijando el valor de la temperatura de la corriente “3”, Aspen HYSYS realiza un cálculo de evaporación espontánea T-P y, por lo tanto, de su entalpía. Con la ecuación (1) se calcula, entonces, el flujo calórico requerido en el evaporador. Compresor El compresor que muestra la Figura 1 opera isoentrópicamente. Las corrientes “3” y “4” son de flujos y composiciones iguales pero se requiere un trabajo de compresión que se calcula con la siguiente ecuación: 1

1

(2)

Siendo k = Cp/Cv, P’s las presiones de las corrientes de entrada y salida y V3, el volumen específico de la corriente de entrada. Pero el trabajo real se calcula fijando una eficiencia isoentrópica para el compresor o mediante el cambio de entalpía entre las corrientes de salida y entrada en el compresor, es decir: ,

ó

,

(2)

En este tipo de compresor el número de grados de libertad es C + 4. Si se especifica completamente la corriente de entrada, el número de variables de diseño requeridas es dos. 38

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Si se fija la presión de la corriente de salida (o el ΔP en el compresor) y la eficiencia del compresor, se calcula su trabajo isoentrópico con la ecuación (2) y su trabajo real con la primera igualdad de la ecuación. La entalpía de la corriente “4” se calcula con la segunda igualdad de la ecuación (3). Aspen HYSYS realiza un cálculo de evaporación espontánea P-H para la especificación completa de la corriente “4”. Condensador El análisis de los grados de libertad el condensador del ciclo de refrigeración de la Figura 1 es el mismo del evaporador, es decir, C+4. En este caso, se especifica la caída de presión y el ciclo converge satisfactoriamente. ¿Por qué converge con solo una especificación si se requieren dos adicionales a las C+2 de la corriente de entrada? SIMULACIÓN DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN 1. Abra un nuevo caso y añada el siguiente paquete fluido: Ecuación: Componente: Unidades

Peng Robinson Propano Field

2. Haga clic sobre el botón “Enter Simulation Environment” cuando esté listo para empezar a construir la simulación. 3. Presione la tecla clave F11 instalar una corriente y desplegar su vista de propiedades. 4. Introduzca las siguientes especificaciones: Nombre 1 Fracción de vapor 0.0 Temperatura 120 °F Flujo molar 100 lbmol/h Composición (Fracción molar) Propano 1.0 5. Instale una válvula de Joule-Thompson seleccionando de la paleta de objetos el icono de nombre “Valve” y conéctela como se observa en la Figura 2. 6. Instale un evaporador seleccionando de la paleta de objetos el icono de nombre “Heater” y conéctelo como se observa en la Figura 3. ¿Cuántas variables se necesitan introducir para que el conjunto Válvula-Evaporador quede completamente especificado?

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Figura 2. Conexio ones de la válvula v en e el ciclo de rrefrigeración n

3 Conexion nes del evap porador en el ciclo de refrigeració ón Figura 3. 7. Haga H clic so obre la página “Parame eters” e intrroduzca un na caída de presión de e1 ps si en el cua adro “Delta P”. 8. Haga H clic en e la pesta aña “Works sheet” y en n la colum mna de la corriente ““3” in ntroduzca una fracción n de vapor de d 1.0 y un na temperattura de 0 °F F ¿Cuánto es el calor requ uerido en el evaporado or? 9. In nstale un compresor c selecciona ando de la a paleta d de objetos el icono d de no ombre “Compressor” y conéctelo o como se observa en n la Figura 4. ¿Cuántas va ariables se requieren para espec cificar comp pletamente el compressor? Si uste ed in ntroduce un na presión de 200 ps sia a la co orriente “4” ¿Por qué converge la siimulación del d compres sor?

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Figurra 4. Conex xiones del compresor c e en el ciclo d de refrigera ación 10 0. Borre la presión de e 200 psia a introducid da en la ccorriente “4 4” e instale un condensa ador selecc cionando de d la paletta de obje etos el ico ono de nombre “Cooler” y conéctelo o como se observa en n la Figura 5. ¿Cuánttas variable es se requieren especificar para que converja ell conjunto C Compresor--Condensador?

a 5. Conexio ones del co ondensadorr en el ciclo o de refrigerración Figura 11 1. Haga clic sobre la página p “Parrameters” e introduzca a una caída a de presió ón de P ¿Por qué converge e el conjun nto Compresor6.5 psi en el cuadrro “Delta P” ador con so olo especific car la caída a de presión en el con ndensador? ? Condensa 12 2. Haga clic c en la pestaña “Perfo ormance” p para que observe el ccomportam miento entre algu unas variab bles a trav vés del inte ercambiado or. En la pá ágina perfiles o “Profiles” se observa an los estad dos de temp peratura, presión, fraccción de vapor y entalpía molar m de la a corriente e enfriada. En la pág gina Gráfico os o “Plotss” se observa, por defectto, la varia ación de la a entalpía con la tem mperatura y se Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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dispone de otras opciones de análisis entre variables. En la página Tablas o “Tables” se observa información similar 13. Despliegue la ventana de propiedades de la Válvula y verifique si su operación es isoentálpica 14. Despliegue la ventana de propiedades del Compresor y verifique si su operación es isoentrópica. Si no es isoentrópica, entonces, ¿Qué tipo de operación se realizó en el compresor? CASO DE ESTUDIO El distribuidor local propone a su planta la venta de una mezcla propano/etano de 95/5 (% molar). ¿Qué efecto, si lo hay, provoca esta nueva composición en el ciclo de refrigeración? Utilice el caso base para comparación y llene la siguiente tabla: Propiedad

Caso Base: 100 % C3

Caso Base: 5 % C2, 95 % C3

Flujo, Kgmol/h

__________________

__________________

Condensador, KJ/h

__________________

__________________

Evaporador, KJ/h

__________________

__________________

Compresor, HP

__________________

__________________

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SEPA ARACIÓN DE D FASES INSTANTÁ ÁNEO OBJE ETIVOS  Determin nar el núm mero de grrados de llibertad en n un separrador de ffases instantán neo.  Simular un u separador de fases s, isotérmico o adiabáticco y no adia abático.  Verificar las ecuacio ones del mo odelo mate emático esttacionario d de un separrador de fases isotérmico. INTRO ODUCCIÓN N Un se eparador de fases ins stantáneo simula s la e evaporación n súbita de e una (o vvarias corrie entes). El ca aso típico es e el flujo a través de u una restriccción cuya ccaída de pre esión en forrma adiabá ática provoc ca una vapo orización p parcial, debido a lo cua al en un tanque posterior puede lograrse la separación n en las fasses líquido y vapor, re espectivamente. mo restricciión y el tanq que V-100. Observe la Figurra 1 con la válvula com ento de un separador s de d fases se e asume qu ue: En el modelamie  El líquido o y el vapo or tienen el e tiempo d de contacto o suficiente e para logrrar el equilibrio s las dell tanque se eparador, e es decir, qu ue no  La presión de líquido y vapor son hay caída a de presión n  Existe solo una fase líquida y va apor y n reaccione es químicas s  No existen

Figurra 1. Separa ador de fasses instantá áneo s de un modelo, en e estado estaciona ario, para un separrador Las ecuaciones ntáneo son:: instan Balan nces de matteria para cada c uno de e los C com mponentes (C ecuacio ones) (1) Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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Balance de energía (2) Relaciones de equilibrio (N Ecuaciones) (3) Restricciones (4) (5) El análisis de grados de libertad es el siguiente: Variables Corriente Vapor Corriente Liquido Corriente Calor Total Variables Ecuaciones y Restricciones Balances de materia Relaciones de equilibrio Balance de energía Restricciones Total Ecuaciones y Restricciones Total grados de libertad

Cantidad C+2 C+2 1 2C + 5 Cantidad C C 1 2 2C + 3 2

Una especificación común es la que corresponde a una separación isotérmica. En este caso, se especifican la presión y la temperatura del separador. Separación instantánea isotérmica El cálculo de las corrientes de vapor y líquido para este tipo de separación suelen realizarse utilizando la ecuación (6) propuesta por Rachford y Rice (1952) que permite calcular la fracción de alimento vaporizado, V/F, suponiendo que las constantes de equilibrio son independientes de las concentraciones y solo dependen de la temperatura y la presión.

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1 1

1

0

(6)

Separación instantánea adiabática Una especificación muy común es la que corresponde a una separación instantánea adiabática (Q = 0). En este caso, fijado Q, solo queda por asignar una variable, por ejemplo, la presión de operación del sistema. De esta manera, quedan por calcularse la temperatura y demás propiedades de las corrientes de salida. Dado que se desconoce la temperatura, el balance de energía queda acoplado y debe resolverse simultáneamente con la ecuación (6). Para ello, la ecuación (2) se expresa como una función de temperatura y fracción vaporizada de la siguiente manera: ,

1

1

(7)

Para la solución simultánea de las ecuaciones (6) y (7) se puede proceder de la siguiente manera: 1. Se supone una temperatura. 2. Se calcula la fracción de vaporización con la ecuación (6) y 3. Se verifican dichos resultados con la ecuación (7) definiendo un error para la función g(T, V/F). SIMULACIÓN DE UN SEPARADOR DE FASES INSTANTÁNEO 1. Abra un nuevo caso y añada el siguiente paquete fluido: Ecuación: Componentes: Unidades:

Peng Robinson Etano, Propano, n-Butano, n-Pentano, n-Hexano Field

2. Haga clic sobre el botón “Enter Simulation Environment” para desplegar la ventana PFD de Aspen HYSYS. 3. Presione con el botón derecho del Mouse el icono de la corriente de materia y en forma sostenida arrastre el Mouse hasta la ventana del PFD. 4. Introduzca las siguientes especificaciones: Nombre: Temperatura: Presión: Flujo:

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F 150 °F 50 psia 125 lbmole/h

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Composición C n (Fracción Molar): Etano 0.0 05 Propano o 0.1 15 n-Butano o 0.2 25 n-Pentan no 0.2 2 n-Hexan no 0.3 35 5. In nstale una válvula de Joule-Thompson, assígnele com mo nombre “VLV-100”” y co onéctela co on corriente e de entrada a “F” y corrriente de sa alida “F1”. 6. Haga H clic en e la página “Param meters” de e su venta ana de pro opiedades e in ntroduzca una caída de e presión de d 1 psi en el cuadro “Delta P”. 7. In nstale un se eparador de fases seleccionand o de la paleta de objetos el icono de e nombre “Separatorr”, asígnele e como no ombre “V-1 100” y con néctelo com mo in ndica la Figura 2.

a y energía conectadas al separa ador Figura 2. Corrientes de materia H clic en n la página a “Paramete ers” e intro oduzca una a carga caló órica de ce ero 8. Haga en el cuadro o de nombrre “Duty” y seleccione el radio bo otón “Heating”, como se observa en la Figura 3. 9. Haga H clic en n la pestaña “Rating” para obserrvar la venttana que permite definir algunos asp pectos geom métricos co orto del tanq que separa ador. Obserrve que en el orma del ttanque (Cilíndrica o Esférica), la grupo “Geometry” se elige la fo orientación (Vertical ( u Horizontal) H y un dimen nsionamien nto de volumen, altura ay diámetro. 10. Haga H clic so obre el botó ón “Quick Size” S y obse ervará que Aspen HYS SYS propone unas medid das para el e diámetro o y la altu ura y calccula el corrrespondien nte olumen. El usuario pu uede modifiicar estas d dimensione es especificcando dos d de vo ellas con la as cuales Aspen A HYS SYS calcul a la tercerra. Observe la relació ón altura/ diáme etro definida para el dimensionam miento en la a Figura 4.

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Figura 3. 3 Carga ca alórica asign nada al sep parador

Figura 4. Dimension namiento de el tanque se eparador 11 1. Haga clic en la pesta aña “Works sheet” y observe los fllujos y las e entalpías d de las corrientes s de produc cto del sepa arador. Verrifique el cu umplimiento o de la ecua ación (7). 12 2. Cambie la a carga calórica al se eparador po or un valorr de 5e+5. ¿Qué cam mbios con respe ecto a la operación o adiabática a sse observa an en los re esultados d de la simulación? Verifique dichos re esultados co on las ecua aciones. CASO OS DE EST TUDIO t a especifica ada para la a corriente “F” e intro oduzca un valor 1. Borre la temperatura de 65000 0 Btu/lbmole e en el cua adro “Molarr Enthalpy””. ¿Explique e lo realiza ado y los cambios observa ados en los resultadoss de la simu ulación? Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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2. Borre la presión especificada para la corriente “F” e introduzca un valor de 150 °F para la temperatura manteniendo la entalpía molar introducida anteriormente. ¿Explique lo realizado y los cambios observados en la simulación? 3. Simule la separación para una presión de 50 psia y una fracción de vaporización de 0.4. Analice los resultados. 4. Simule la separación para una temperatura de 150 °F y una fracción de vaporización de 0.6. Analice los resultados.

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SEPARADOR DE TRES FASES OBJETIVOS  

Separar en forma instantánea una corriente con un contenido de hidrocarburos y agua. Determinar los puntos de rocío y burbuja para una mezcla de hidrocarburos – agua.

INTRODUCCIÓN Una corriente que contiene hidrocarburos y agua puede presentarse en varias fases, dependiendo de sus condiciones de estado. Los cálculos para determinar sus puntos de rocío y burbuja se describen en libros como “Design of Equilibrium Stage Processes” de Smith Buford D., McGraw-Hill (1963) y son de un relativo interés académico. Aspen HYSYS dispone de una unidad para separar, en forma instantánea, una carga que se alimente con tres fases, vapor, líquida y acuosa. SEPARACIÓN DE UNA MEZCLA DE HIDROCARBUROS – AGUA 1. Abra un nuevo caso y defina el siguiente paquete fluido: Ecuación: Componentes: Unidades:

Peng Robinson C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, H2O SI

2. Entre al ambiente de simulación e instale una corriente con el nombre de “Alimento” y las siguientes especificaciones: Temperatura: 20 °C Presión: 200 kPa Flujo: 100 kgmol/h Composición (Fracción Molar): Metano 0.10 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 3. Maximice la ventana de propiedades de la corriente “Alimento” y observe las condiciones de las tres fases que la componen en la Figura 1. 4. Haga clic en la página “Composition” y observe las composiciones correspondientes a dicha corriente en la Figura 2. 5. Presione el icono de nombre “3-Phase Separator” que se encuentra en la Ing. José Luis Aguilar Salazar

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pa aleta de ob bjetos y en forma f soste enida desp lace con el clic derech ho del Mouse arrástrelo ha asta la ventana del PF FD de Aspe n HYSYS. 6. Seleccione el separad dor de 3 fases hacciendo dob ble clic sob bre el icono co orrespondie ente en la paleta p de ob bjetos.

Fig gura 1. Esp pecificacion nes de la co orriente “Alimento”

Figura 2. Composición de las tres t fases d de la corrien nte “Alimen nto” a “Connectiions” de la pestaña “D Design” intrroduzca loss nombres d de 7. En la página la as corriente es de entrad da y salida como se ob bservan en n la Figura 3 3. 8. Haga H clic en n la página a “Paramete ers” y obse erve que, p por defecto o, la caída d de presión es cero. c Introd duzca una caída de presión de e 10 kPa y observe la n los resulta ados. diferencia en H clic en e la pesta aña “Ratin ng” y presiione el bo otón “Quickk Size” pa ara 9. Haga dimensionarr, por defecto, el tanque cilíndrrico horizontal corresspondiente al se eparador de e tres fases s. 10. Observe O la verificación v ón para se leccionar e el anexo de e una bota. Al de la opció presionar el botón “Q Quick Size””, inmediattamente A Aspen HYS SYS tambié én ugiere unas s dimension nes para la bota como o se observvan en la Figura 4. su

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Figura 3. Corrientes de entra ada y salida a al Separa ador de tress fases

a 4. Dimens sionamiento o del tanque e Separado or de Tres F Fases Figura 1. Haga clic c sobre la pestaña “W Worksheet”” y observve las cond diciones de e las 11 corrientes s de salida del Separador de Trres fases, F Figura 5. C Compárelass con las especificaciones de las tres fases de la a corriente “Alimento”.. 12 2. Haga clic sobre la página “Com mposition” y observe las concenttraciones d de las s de salida del Separa ador de Tre es Fases, Figura 6. C Compárelass con corrientes las especificaciones de las tres fases de la a corriente “Alimento”..

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Figurra 5. Condiciones de las corriente es de salida a del Separador de Trres Fases

Figurra 6. Compo osición de las corrienttes de salid da del Sepa arador de Tres Fases CASOS DE ESTUD DIO 1. Determine D el e punto de rocío de la a corriente “Alimento”” a 200 kPa? ¿Cuántas fa ases se obs servan? Explique por qué q la fase vapor conttiene agua.. 2. Determine D el e punto de burbuja de la corriente e “Alimento o” a 200 kP Pa? ¿Cuánttas fa ases se obs servan? Explique por qué q la fase líquida no contiene agua.

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PROCESOS CON RECICLO OBJETIVOS  

Especificar una corriente a partir de las especificaciones de otra corriente. Utilizar el botón Reciclo para estimar las propiedades de una corriente de recirculación dentro de un proceso químico.

INTRODUCCIÓN Los simuladores de proceso pueden clasificarse en modulares y orientados a ecuaciones. En el segundo modo de simulación, las ecuaciones de las unidades, corrientes y modelos termodinámicos se ensamblan y se resuelven simultáneamente. En el modo modular, los modelos termodinámicos y las ecuaciones de las unidades se almacenan como subprogramas o procedimientos que son llamados o requeridos en el orden de la conectividad de las corrientes para converger secuencialmente de acuerdo a la topología del diagrama de flujo. Este cálculo secuencial requiere de un procedimiento iterativo cuando existe una corriente de reciclo, dentro del proceso, que se asume como una material corriente abajo que debe ser de las mismas especificaciones que un material corriente arriba, conformándose lo que se denomina un lazo de reciclo o de recirculación. En Aspen HYSYS, un simulador modular secuencial, este procedimiento iterativo se realiza mediante la introducción de un bloque lógico denominado “Reciclo”, que se alimenta de la corriente abajo o “Corriente de Recirculación Calculada” y descarga la corriente arriba o “Corriente de Recirculación Asumida”. Los siguientes pasos se llevan a cabo durante el proceso de convergencia de un lazo de recirculación: 1. Aspen HYSYS utiliza las condiciones de la corriente asumida y resuelve el diagrama de flujo hacia delante hasta la corriente calculada. 2. Aspen HYSYS, entonces, compara los valores de la corriente calculada con los de la corriente asumida. 3. Basado en la diferencia entre los valores, Aspen HYSYS modifica los valores en la corriente calculada y traslada los valores modificados a la corriente asumida. 4. El proceso de cálculo se repite hasta que los valores en la corriente calculada se diferencien de los de la corriente asumida dentro de las tolerancias especificadas. Para instalar la operación Reciclo en un proceso químico, seleccione el botón “Recycle” en la paleta de objetos, o haga clic sobre la opción Add Operation del menú Flowsheet y seleccione la opción Recycle.

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PROCESO ESTUDIADO En el siguiente ejemplo, una corriente bifásica, F, es mezclada con una corriente de recirculación, RC, y alimentada al separador V-100. El vapor del V-100 es alimentado al expansor E- 100 y vaporizado nuevamente en el separador V- 101. La mitad del líquido que sale de este separador es alimentado a la bomba P-100 se recircula y mezcla con el alimento fresco. SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO 1. Abra un nuevo caso, seleccione el siguiente paquete fluido: Ecuación: Componentes: Unidades:

Peng Robinson. Nitrógeno, bióxido de carbono, metano, etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano, nhexano, n-heptano y n-octano. Field.

2. Instale una corriente de materia con nombre “F” y las siguientes especificaciones: Pestaña Worksheet Temperatura: Presión: Flujo molar:

Página Conditions 60 °F 600 psia 1 MMSCFH

Pestaña Worksheet Nitrógeno CO2 Metano Etano Propano i-Butano n-Butano i-Pentano n-Pentano n-Hexano n-Heptano n-Octano

Página Compositions (Fracción molar): 0.0069 0.0138 0.4827 0.1379 0.0690 0.0621 0.0552 0.0483 0.0414 0.0345 0.0276 0.0206

3. Instale un separador de fases con el nombre de “V-100” y las siguientes especificaciones: Pestaña Desing Inlets Vapour Outlet Liquid Outlet 54

Página Connections F1 V L Ing. José Luis Aguilar Salazar

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Pestaña Desing Pressure Drop 4. Instale un expansor especificaciones:

Página Parameters 0 psi con

el

nombre

de

Pestaña Design Inlet Outlet Energy

Página Connections V V1 Qe

Pestaña Worksheet Corriente V1

Página Conditions 300 psia

“E-100”

y

las

siguientes

5. Instale un separador con el nombre de “V-101” y las siguientes especificaciones : Pestaña Design Inlets Vapour Outlet Liquid Outlet

Página Connections V1 V2 L2

Pestaña Design Pressure Drop

Página Parameters 1.45 psia

6. Instale una Tee con el nombre de “TE-100” y las siguientes especificaciones: Pestaña Design Inlet Outlets

Página Connections L2 P, L3

Pestaña Design Flow Ratio

Página Parameters 0.5

7. Instale una bomba con el nombre de “P-100” y las siguientes especificaciones: Pestaña Design Inlet Outlet Energy

Página Connections P Rc Qp

Pestaña Design Efficiency

Página Parameters 75%

Pestaña Worksheet Corriente Rc

Página Conditions 600 psi

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8. In nstale una corriente c de e nombre “Ra” “ asumiendo las m mismas esp pecificaciones de e la corrie ente calcu ulada o “R Rc”. Para ello desp pliegue la ventana d de propiedades s de la corrriente “Ra” y presione e el botón q que se enccuentra en la pa arte inferio or con el título t de “D Define from m other Sttream” y sseleccione la co orriente “Rc c” en el cua adro titulado o “Available e Streams”” que se encuentra en la ve entana titulada “Spec Stream As s”. Presione e el botón O OK. Conectte la corrien nte co omo una entrada e al separador V-100. En n la Figura a 1 se pue eden ver las co ondiciones para la co orriente calculada “Rcc” y cuyos valores se e toman pa ara as sumirlas co omo las esp pecificacion nes de la co orriente “Ra a”, antes de e introducirr el bo otón de Re eciclo.

Figurra 1. Espec cificaciones s asumidas para la corrriente Ra 9. In nstale un bo otón de rec ciclo selecciionando el icono de no ombre “Reccycle” que se encuentra en n la paleta de objetos... D na de pro opiedades y en la pestaña “C Connection ns” 10. Despliegue su ventan in ntroduzca en e el cuadrro “Inlet” la a corriente calculada o “Rc” y e en el cuad dro “O Outlet” la co orriente asu umida o “Ra a”. El botón n reciclo se e encargará á de hacer los cá álculos itera ativos hasta igualar la as especificcaciones en ntre las doss corrientess y alcanzar la convergenc c cia de todo el proceso o. La Figura a 2 muestra a el diagram ma de e flujo final del proces so.

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Figura 2. Diagram ma de flujo final del pro oceso 11 1. Despliegu ue la ventana de prop piedades de el botón de e Reciclo y haga clic ssobre la pestaña “Workshe eet” y obse erve en la Figuras 2 y 3 que lass condicion nes y composiciones finale es de la corriente ca alculada “R Rc” y la corrriente asu umida “Ra” son iguales. i Co ompare esto os datos co on los observados en lla Figura 1..

Figura 2. Condicio ones finales s de las corrrientes asu umida y calculada

Figura 3.. Composic ciones finale es de las co orrientes assumida y ca alculada

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COMPRESIÓN DE UN GAS EN TRES ETAPAS OBJETIVOS   

Especificar una corriente a partir de las especificaciones de otra corriente. Utilizar el botón Reciclo para calcular una corriente de recirculación dentro de un proceso químico. Simular, en estado estacionario, un proceso de compresión de un gas en varias etapas.

PROCESO ESTUDIADO La corriente gaseosa de entrada y de nombre “Alimento” se encuentra a 50 °F y 80 psia y se comprime hasta 1000 psia en tres etapas. En cada una de las etapas de compresión el líquido que resulta después de un enfriamiento y separación de fases es recirculado a la entrada de la etapa de compresión que le antecede. Las condiciones de temperatura y presión son 120 °F y 200 psia después de la primera etapa de compresión, 120 °F y 500 psia después de la segunda etapa y 120 °F y 1000 psia después de la tercera etapa. La Figura 1 muestra el diagrama de flujo del proceso de compresión multietapa. PAQUETE FLUIDO COMPONENTES: Nitrógeno, Dióxido de carbono, Metano, Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, i-Pentano, n-Pentano, n-Hexano, n-Heptano y n-Octano. ECUACIÓN: Peng-Robinson REACCIONES: No hay UNIDADES: Field SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Corriente de alimentación: Instale la corriente “Alimento” con las siguientes especificaciones en la página “Conditions” de la pestaña “Worksheet” Temperatura Presión Flujo molar

50 °F 80 psia 250 lbmole/h

En la página “Composition” de la pestaña “Worksheet” especifique las siguientes concentraciones para el alimento en fracciones molares: Nitrogeno CO2 Metano Etano Propano

0.0069 0.0138 0.4827 0.1379 0.0690

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i-Butano n-Butano i-Pentano n-Pentano n-Hexano n-Heptano n-Octano

0.0621 0.0552 0.0483 0.0414 0.0345 0.0276 0.0206

Para construir este diagrama de flujo, un conjunto de separadores, compresores, enfriadores y mezcladores tienen que instalarse con las especificaciones que aparecen a continuación. Las corrientes de recirculación se añadirán después que las operaciones se hayan instalado. Instale las operaciones con las especificaciones descritas a continuación: Mezclador MIX-100 Pestaña Design Inlet Outlet Pestaña Design Automatic Pressure Assignment

Página Connections Alimento EntradaV- 100 Página Parameters Set Outlet to Lowest Inlet

La corriente de recirculación RC-100 se instalará a este mezclador después que hayan sido instaladas todas las operaciones Separador V-100 Pestaña Design Inlets Vapour Outlet Liquid Outlet

Página Connections EntradaV-100 VaporV-100 Liquido V-100

Compresor K-100 Pestaña Design Inlet Outlet Energy

Página Connections VaporV-100 EntradaE-100 QK-100

Enfriador E-100 (Cooler) Pestaña Design Feed Stream Product Stream Energy Stream Pestaña Design Pressure Drop

Página Connections EntradaE-100 SalidaE-100 QE-100 Página Parameters) 5 psi

Especifique la temperatura y la presión de la corriente SalidaE-100 con valores de 120 °F y 200 psia respectivamente.

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Mezclador MIX-101 Pestaña Design Inlet Outlet Pestaña Design Automatic Pressure Assignment

Página Connections SalidaE-100 EntradaV-101 Página Parameters Set Outlet to Lowest Inlet

La corriente de recirculación RC-101 se instalará a este mezclador después que todas las operaciones hayan sido instaladas. Separador V-101 Pestaña Design Feed Vapour Outlet Liquid Outlet

Página Connections EntradaV-101 VaporV-101 Liquido V-101

Compresor K-101 Pestaña Design Inlet Outlet Energy

Página Connections VaporV-101 EntradaE-101 QK-101

Enfriador E-101 (Cooler) Pestaña Design Feed Stream Product Stream Energy Stream Pestaña Design Pressure Drop

Página Connections EntradaE-101 SalidaE-101 QE-101 Página Parameters 5 psi

Especifique en la corriente SalidaE-101, T = 120 °F y P = 500 psia. Mezclador MIX-102 Pestaña Design Inlet Outlet Pestaña Design Automatic Pressure Assignment

Página Connections SalidaE-101 EntradaV-102 Página Parameters Set Outlet to Lowest Inlet

La corriente de recirculación RC-102 se añadirá al mezclador después que todas las operaciones hayan sido instaladas. Separador V-102 Pestaña Design Feed Vapour Outlet Liquid Outlet Ing. José Luis Aguilar Salazar

Página Connections EntradaV-102 VaporV-102 Liquido V-102 61

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Compresor K-102 Pestaña Design Inlet Outlet Energy

Página Connections VaporV-102 EntradaE-102 QK-102

Enfriador E-102 (Cooler) Pestaña Design Feed Stream Product Stream Energy Stream Pestaña Design Pressure Drop

Página Connections EntradaE-102 SalidaE-102 QE-102 Página Parameters 5 psi

Separador V-103 Pestaña Design Feed Vapour Outlet Liquid Outlet

Página Connections SalidaE-102 VaporV-103 LiquidoV-103

Añada, ahora, las corrientes de recirculación, presione el botón “Define from other Stream” que se encuentra en el fondo de la ventana de propiedades de dichas corriente y utilice la ventana “Spec Stream As” para definirlas utilizando otras propiedades de las corrientes. Corrientes de recirculación 1. Especifique la corriente de recirculación RC-100 como la corriente LiquidoV-101 y conéctela como un alimento al mezclador MIX-100. 2. Especifique la corriente de recirculación RC-101 como la corriente LiquidoV-102 y conéctela como un alimento al mezclador MIX-101. 3. Especifique la corriente de recirculación RC-102 como la corriente LiquidoV-103 y conéctela como un alimento al mezclador MIX-102. Las propiedades de las corrientes LiquidoV-101, LiquidoV-102 y LiquidoV-103 sirven como los estimativos iniciales para las corrientes de recirculación. Antes de instalar las operaciones Recycle, se sugiere colocar el resolvedor del diagrama de flujo en “Modo Holding”. Operaciones de recirculación  RCY-1 – Feed: LiquidoV-101; Product: RC-100.  RCY-2 – Feed: LiquidoV-102; Product: RC-101.  RCY-3 – Feed: LiquidoV-103; Product: RC-102. Coloque el revolvedor del diagrama de flujo en el “Modo Activo” haciendo clic en el icono “Solver Active” y la simulación convergerá satisfactoriamente. 62

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Fig gura 1. Proc ceso de com mpresión d e un gas en tres etapa as Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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AJUSTE DE VARIABLES OBJETIVOS  

Simular, en estado estacionario, un separador de fases isotérmico con ajuste de una variable Ajustar el valor de una variable para especificar el valor de otra variable mediante el botón “Ajuste”

INTRODUCCIÓN Separador de fases isotérmico Un separador de fases isotérmico separa a una mezcla que contiene una fase líquida y otra de vapor de acuerdo a las condiciones de equilibrio definidas por la temperatura y la presión del alimento al separador y sin un requerimiento calórico externo. Operación AJUSTE La operación lógica “Adjust” varía el valor de una variable de una corriente (variable independiente) hasta encontrar la especificación o valor requerido (variable dependiente) en otra corriente u operación. En un diagrama de flujo, una cierta combinación de especificaciones puede requerirse y no puede resolverse directamente. Problemas de estos tipos deben resolverse por medio de procedimientos de ensayo y error. La operación “Adjust” puede usarse para desarrollar automáticamente las iteraciones de ensayo y error que se requieren resolver rápidamente en un diagrama de flujo. La operación “Adjust” es extremadamente flexible. Le permite vincular variables de corriente en el diagrama de flujo en direcciones que no son posibles usando las operaciones unitarias ordinarias. Puede usarse para resolver para el valor deseado de una sola variable dependiente o se pueden instalar múltiples Adjust para resolver para los valores deseados de varias variables simultáneamente. La operación “Adjust” puede desempeñar las siguientes funciones: 1. Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente encuentr el valor deseado 2. Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente se iguale al valor de la misma variable en otro objeto más un valor adicional Para instalar el botón “Adjust”, seleccione el botón “Adjust” en la paleta de objetos. De otra manera, seleccione la opción “Add Operation” del menú “Flowsheet” y seleccione la opción “Adjust”.

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PROCESO ESTUDIADO Una corriente de hidrocarburos saturados a -60 °F y 600 psia es alimentada a un separador de fases isotérmico con un flujo de 144 lbmol/h. Se requiere ajustar la temperatura del alimento para que el flujo del líquido que sale del separador sea de 100 lbmol/h PAQUETE FLUIDO COMPONENTES: ECUACIÓN: UNIDADES:

Metano, Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, i-Pentano, n-Pentano, n-Hexano, n-Heptano, n-Octano Peng Robinson Field

SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Corriente de alimentación: Instale una corriente de nombre “Alimento” e introduzca las siguientes especificaciones: Pestaña Worksheet Temperatura Presión Flujo Molar

Página Conditions -60 °F 600 psia 144 lbmol/h

Pestaña Worksheet

Página Composition

Fracción Molar Metano Etano Propano i-Butano n-Butano i-Pentano n-Pentano n-Hexano n-Heptano n-Octano

0.4861 0.1389 0.0694 0.0625 0.0556 0.0486 0.0417 0.0486 0.0278 0.0208

Separador de fases: Instale un separador de fases con nombre “V-100”, y especifique lo de la siguiente manera: Pestaña Design Inlets Vapour Outlet Liquid Outlet

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Página Connections Alimento Vapor Liquido

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OPER RACIÓN AJ JUSTE Para ajustar la te emperatura a del alimen nto para qu e el flujo de e la corriente “Líquido” sea de 10 00 lbmol/h, Aspen A HYS SYS dispon ne del botón n “Adjust”. A Ahora, insta ale la opera ación ajuste e haciendo clic en el menú m “Flows sheet” y a ccontinuació ón seleccion nando la op pción “Adjus st”. De otra a manera, seleccione s el botón “A Adjust” que se encuen ntra en la p paleta de ob bjetos Las especificaci e iones introducidas en n la página a “Connecctions” nos muestran a la Temp peratura de el alimento como la variable v ind dependientte o la variable a ajustar “Adjus sted Variab ble” para un u valor de e la variablle dependie ente o variable objetivo o “Targe et Variable” de 100 lb bmole/hr o “Specified “ T Target Valu ue”. El obje eto y su varriable se se eleccionan simultánea amente us sando el n navegador de variablles o “Varriable Navig gator” desp plegado al presionar el botón “S Select Var…”. La ventana “Varriable Navig gator” consiiste de 4 secciones de d listados que ayuda an al processo de seleccción de la variable ac ctuando co omo un filtro o. Los lista ados trabaja an secuenccialmente d de tal era que un u listado se puede e manipula ar si se ha hecho o la seleccción mane corres spondiente en el listad do anterior. Observe la a Figura 1.

Fig gura 1. Con nexiones pa ara el botón n de ajuste de variable es Parameters s” se define en los criterrios de con nvergencia para el mé étodo En la pestaña “P do. Obsérv vese que lo os valores máximo y mínimo p para la varriable soluciión escogid independiente no n se ajustaron. Al presionarr el botón n “Start”, Aspen HY YSYS inmed diatamente comienza el procedim miento de co onvergenciia. En la pestaña “M Monitor” se desplegarán los valo ores para la as variabless independ diente stimados en cada una a de las iterraciones y dependiente es El Adjjust converrge al flujo requerido en e siete iterraciones. L Las nuevas condicione es de la corrriente de alimento se muestran en e la ventan na de sus p propiedadess, Figura 2. Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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Observe e que la tem mperatura de d la corrie ente Feed m muestra el valor de –15.760 °F e en forma re esaltada, es s decir, com mo si fuera a un valor e especificad do. Aunque e el valor que originalm mente se especificó fu ue de - 60°°F, la operración ajustte hace que la solució ón para la variable v independiente e al termina ar el processo de conve ergencia se e convierta e en el valor especificad e do. Si se bo orra el botón n ADJ-1, lo os nuevos vvalores se m mantienen e en el diagra ama de flujo o. El diagra ama de flujo o se observ va en la Fig gura 3.

Figura 2. Pro opiedades de d la corriente de alim mentación de espués del ajuste

parador de fases con el botón de e ajuste de variables in ncluido Figura 3. Sep

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BALANCES DE MATERIA OBJETIVOS  Hacer un balance global de materia entre dos corrientes manteniendo constante el flujo de materia.  Analizar las especificaciones de las corrientes balanceadas y su influencia en sus condiciones.  Verificar algunos cálculos de flujos desarrollados por Aspen HYSYS. INTRODUCCIÓN Aspen HYSYS dispone de una operación lógica para hacer cálculos de balance de materia y energía entre corrientes de un proceso químico. La operación Balance de Masa y la operación Balance de moles desarrollan balances globales de materia donde solamente se conserva el flujo másico o molar entre las corrientes. Operación Balance de masa o “Mass Balance” Esta operación desarrolla un balance global donde solamente se conserva el flujo másico. Una aplicación es el modelamiento de reactores con estequiometria desconocida y disponiendo de los análisis de todos los alimentos y productos. Si se especifican las composiciones de todas las corrientes y el flujo para todas excepto una de las corrientes conectadas, la operación “Mass Balance” determinará el flujo de la corriente desconocida. Esto es una aplicación muy común en unidades de alquilación, hidrotratadores y otros reactores no estequiométricos. 1. Deben especificarse las composiciones para todas las corrientes. 2. El flujo debe especificarse para todas las corrientes excepto una de ellas. Aspen HYSYS determinará el flujo de dicha corriente mediante un balance de masa. 3. La operación Mass Balance determina las masas equivalentes de los componentes que se han definido para las corrientes de entrada y salida de la operación. 4. Esta operación no traslada presión ni temperatura. Operación Balance de moles o “Mole Balance” Esta operación desarrolla un balance global de moles sobre unas corrientes seleccionadas sin hacer balance de energía. Puede usarse para establecer balances de materia en secciones del diagrama de flujo o para transferir el flujo y composición de una corriente de proceso en una segunda corriente. 1. La composición no necesita especificarse en todas las corrientes. 2. No tiene consecuencias la dirección del flujo de la corriente desconocida. Aspen HYSYS calculará el flujo molar del alimento a la operación basado en lo especificado para los productos o viceversa. 3. Esta operación no traslada presión ni temperatura Ing. José Luis Aguilar Salazar

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CASOS DE ESTUDIO BALANCE DE MASA En el siguiente ejemplo todos los componentes de una corriente gaseosa “Alimento” se convierten a propano puro en la corriente de salida “Producto. Seleccione a la ecuación Peng Robinson y los siguientes componentes: metano, etano, propano, ibutano, n-butano, i-pentano, n-pentano, n-hexano, n-heptano y n-octano. Especifique la corriente “Alimento” de la siguiente manera: Pestaña Worksheet - Página Conditions Nombre Temperatura Presión Flujo Molar

Alimento 60 °C 4000 kPa 100 Kgmole/h

Pestaña Worksheet - Página Composition (Fracción Mol) Metano Etano Propano i-Butano n-Butano i-Pentano n-Pentano n-Hexano n-Heptano n-Octano

0.9271 0.0516 0.0148 0.0026 0.0020 0.0010 0.0006 0.0001 0.0001 0.0001

Especifique la composición de la corriente “Producto” como 100 % en Propano. Inserte una operación de balance de masa o “Mass Balance”. En la pestaña “Connections” de la ventana de propiedades de la operación Balance, introduzca las conexiones como muestra la ventana “BAL-1” de la Figura 1. Haga clic en la pestaña “Parameters” y seleccione la opción Masa o “Mass” como el tipo de balance o “Balance Type”. El balance resuelto corresponde a la siguiente ecuación: ,



Siendo ,

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El flujo másico de la corriente “Alimento”, 3856 lb/h. La fracción molar de propano en el producto, 1. El flujo molar de producto desconocido. El peso molecular del propano o 44.10 lb/lbmol.

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Figura 1. Conexiones C s al botón d de balance de masa La Fig gura 2 mue estra al bottón BAL-1 mediante e el cual se ccalculó el flujo molar de la corrie ente “Produc cto” para el mismo flujjo másico d de la corrien nte “Alimen nto”.

Figura F 2. Ba alance glob bal de masa a entre doss corrientes asa, el flujo o másico d de la corrien nte “Alimen nto” es igua al, es En el balance gllobal de ma o a la corriente “Producto” como o se obserrva en la Figura 3. El flujo decir, trasladado molarr y el flujo o volumétrrico de líq quido son calculadoss teniendo o en cuentta la composición esp pecificada de d la corrien nte “Produccto” (Fracción molar de propano, 1).

Figura a 3. Resulta ados del Ba alance de m masa Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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La corriente “Producto” se encuentra subespecificada. ¿Por qué? Calcule y compruebe el flujo volumétrico. Agregue algunas condiciones para una especificación completa de la corriente “Producto”. BALANCE DE MOLES En el siguiente ejemplo, el balance en moles se usará para crear una corriente que tiene la misma composición molar y el mismo flujo de otra corriente pero a una diferente presión y temperatura. Abra un nuevo caso seleccionando los componentes metano, etano, propano, ibutano, n-butano, i-pentano, n-pentano, n-hexano y elija a la Ecuación de Peng Robinson para el cálculo de las propiedades. Instale una corriente de nombre “Gas” e introduzca las siguientes especificaciones Pestaña Worksheet - Página Conditions Nombre Temperatura Presión Flujo Molar

Gas. 10 °C 3930 kPa 30 kgmole/h

Pestaña Worksheet - Página Compositions (Fracción Mol) Metano Etano Propano i-Butano n-Butano i-Pentano n-Pentano n-Hexano

0.8237 0.1304 0.0272 0.0101 0.0059 0.0016 0.0009 0.0002

Seguidamente, instale una corriente de material de nombre “Rocio” sin especificar ninguna información para ella en este punto. Ahora instale una operación Balance y en la pestaña “Connections” anexe las corrientes como se muestra en la Figura 4. Haga clic en la pestaña “Parameters” y seleccione la opción “Mole” en la sección donde se selecciona el tipo de balance o “Balance Type”. Haga clic en la pestaña “Worksheet” y observe en la Figura 5, que el Botón BAL-2 ha trasladado los datos correspondientes a los flujos de la corriente “Gas” a la corriente “Rocio” y si se despliega la página “Composition” se observa que también ha trasladado la información sobre las concentraciones. La corriente no muestra información de temperatura, presión o fracción de vapor requerida para completar su especificación. 72

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Fig gura 4. Conexiones pa ara la Opera ación balan nce de mole es.

Figura a 5. Balanc ce de moles s entre las ccorrientes ““Gas” y “Ro ocio”. Ahora a se puede estimar la temperatur t ra de rocío de la corrie ente “Rocio o”, a una pre esión espec cificada (14 4.7 psia), in ntroduciend do el valor correspond diente para a la fracció ón de vaporr (1.00) com mo se obserrva en la Fiigura 6.

Figurra 6. Determ minación de e la temperratura de ro ocío a 14.7 psia bie las esp pecificaciones que se requieran para dete erminar la temperaturra de Camb burbu uja de la corriente “Roc cio” a una determinad d da presión. ¿Por qué n no son, siempre iguale es a la de la a corriente “Gas”?.

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BALANCES DE CALOR OBJETIVOS  Calcular el flujo global de calor de varias corrientes de un proceso químico, mediante la opción HEAT del botón BALANCE.  Verificar el resultado del cálculo hecho por el simulador Aspen HYSYS. INTRODUCCIÓN Aspen HYSYS dispone de una operación lógica para hacer cálculos de balance de materia y energía entre corrientes de un proceso químico. La operación Balance de Calor desarrolla balances globales de calor donde solamente se conserva el flujo másico o molar entre las corrientes. Operación Heat Balance Esta operación desarrolla un balance global de calor sobre unas corrientes. Puede usarse para establecer balances de calor en secciones del diagrama de flujo o para transferir la entalpía de una corriente de proceso en una segunda corriente. 1. Deben especificarse los flujos de materia y las composiciones para todas las corrientes de materia. El flujo de calor no será trasladado a corrientes que no tengan especificadas las composiciones y el flujo, aún cuando haya solo un flujo de calor desconocido. 2. No tiene consecuencias la dirección del flujo de la corriente desconocida. Aspen HYSYS calculará el flujo de calor del alimento a la operación basado en lo especificado para los productos o viceversa. 3. Esta operación no traslada presión ni temperatura. 4. No se puede balancear el calor en una corriente material. CASO DE ESTUDIO Abra un nuevo caso, seleccione la Ecuación de Peng Robinson y los componentes metano, etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano y n-pentano. Considere que dos corrientes calientes y dos corrientes frías intercambian calor y se necesita determinar el flujo total de calor al sistema. Instale las corrientes calientes y frías con las siguientes especificaciones: Corriente Caliente: “Cal-1” Pestaña Design – Página Conditions Temperatura 30 °C Presión 5000 kPa Flujo Molar 50 kgmol/h

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Pestaña Design – Página Composition (Fracción Mol) Metano 0.95 Etano 0.05 Corriente Caliente: “Cal-2” Pestaña Design – Página Conditions Temperatura 20 °C Presión 5000 kPa Flujo Molar 100 kgmol/h Pestaña Design – Página Composition (Fracción Mol) Metano 0.5386 Etano 0.1538 Propano 0.0769 i-Butano 0.0692 n-Butano 0.0615 i-Pentano 0.0538 n-Pentano 0.0462 Corriente Fría: “Frio-1” Pestaña Design – Página Conditions Fracción de vapor 1.0 Presión 2000 kPa Flujo Molar 75 kgmol/h Pestaña Design – Página Composition (Fracción Mol) Metano 0.95 Etano 0.05 Corriente Fría: “Frio-2” Pestaña Design – Página Conditions Fracción de vapor 0.0 Presión 250 kPa Flujo Molar 100 kgmol/h Pestaña Design – Página Composition (Fracción Mol) Metano 0.02 Etano 0.98 Ahora instale el botón “Balance”, haga clic en la pestaña “Connections” y anexe las corrientes calientes y frías en la sección de las corrientes de entrada o “Inlet Streams” y en la sección de las corrientes de salida o “Outlet Streams” introduzca la corriente de nombre “QTotal”, como se observa en la Figura 1.

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Figu ura 1. Cone exiones al b botón Balan nce Haga clic en la pestaña “Parameters s” y en la sección so obre el tipo o de balan nce o “Balan nce Type” seleccione s la opción calor c o “Hea at” como ap parece en la a Figura 2.

ura 2. Selec cción del tip po de Balan nce Figu Aspen n HYSYS hace h los cá álculos de balance b de calor valié éndose de llas propied dades estima adas y ha aciendo la sumatoria de los flu ujos calóriccos de ca ada una de e las corrie entes, es de ecir mediante la ecuac ción ∆ Siend do Fi el flujo o molar de cada una de las cuattro corrienttes y ∆Ηi la a entalpía m molar de ca ada una de ellas. Haga uso de la as propieda ades estimadas por A Aspen HYS SYS y verifiq que el resultado reporttado como el QTotal d de -3.034e+ +07 kJ/h. Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA OBJETIVOS  Calcular el flujo molar de una corriente de proceso enfriada en dos intercambiadores en serie.  Calcular la temperatura de la corriente entre los dos intercambiadores.  Verificar los resultados anteriores con los obtenidos con la operación BALANCE de Aspen HYSYS. INTRODUCCIÓN Operación Balance La operación Balance es una facilidad de propósito general para desarrollar balances de materia y calor. Solamente requiere los nombres de las corrientes que entran y salen a una operación. Para el Balance General pueden especificarse, también, las relaciones entre los componentes. La operación Balance puede usarse en paralelo con otras unidades para desarrollar balances de materia y energía globales debido a que Aspen HYSYS permite que corrientes entren y salgan a más de una operación. La operación Balance resolverá tanto en direcciones hacia delante como hacia atrás. CASO DE ESTUDIO ENFRIADORES EN SERIE Una corriente “Alimento” que contiene hidrocarburos saturados, nitrógeno y dióxido de carbono a 60 °F y 600 psia y de flujo desconocido se quiere enfriar hasta -60 °F mediante dos enfriadores en serie, E-100 y E-101. Las cargas calóricas y las caídas de presión en cada uno de los intercambiadores de calor son 1.2x106 Btu/h y 5 psi en el E-100 y 5x106 Btu/h y 2.5 psi en el E-101. Se requiere determinar el flujo molar a través de los enfriadores y la temperatura de la corriente “EntradaE-101”. La carga calórica en el intercambiador E-100 cumple la ecuación: (1) La carga calórica en el intercambiador E-101 cumple con la ecuación: (2) El flujo molar a través de los enfriadores es constante y desconocido, y el calor específico se puede asumir que también es constante pero es calculado por Aspen HYSYS, mediante la ecuación utilizada en el paquete fluido. Por lo tanto, se tiene un par de ecuaciones con dos incógnitas, a saber, el flujo y la temperatura de la corriente “EntradaE-101”. Aspen HYSYS resuelve este tipo de problema con la opción “Mole and Heat Balance”. Ing. José Luis Aguilar Salazar

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Abra un nuevo caso, seleccione los componentes: nitrógeno, anhídrido carbónico, metano, etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano, n-hexano, nheptano y n-octano y la Ecuación de Peng Robinson como el paquete de propiedades. CORRIENTE DE ALIMENTACIÓN: Instale una corriente de nombre “Alimento” con las siguientes especificaciones: Pestaña Worksheet – Página Conditions Temperatura 60 °F Presión 600 psi Pestaña Worksheet – Página Composition (Fracción Mol) Nitrógeno 0.0149 CO2 0.0020 Metano 0.9122 i-Pentano 0.0010 Etano 0.0496 n-Pentano 0.0006 Propano 0.0148 n-Hexano 0.0001 i-Butano 0.0026 n-Heptano 0.0001 n-Butano 0.0020 n-Octano 0.0001 ENFRIADOR E-100: Instale un enfriador de nombre E-100 e introduzca las siguientes especificaciones en la ventana de propiedades: Pestaña Design – Página Conections Inlet Alimento Outlet EntradaE-101 Energy QE-100 Pestaña Design – Página Parameters Caída de presión 5 psi Carga Calórica 1.2e+06 Btu/h ENFRIADOR E-101 Instale un enfriador de nombre E-101 e introduzca las siguientes especificaciones en su ventana de propiedades: Pestaña Design – Página Conections Inlet EntradaE-101 Outlet Producto Energy QE-101 Pestaña Design – Página Parameters Caída de presión 5 psi Carga calórica 2.5e+06 Btu/h 80

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CORR RIENTE EN NFRIADA En la ventana de e propiedad des de la co orriente “Prroducto” inttroduzca el valor de -6 60 °F para su s tempera atura en la pestaña p “W Worksheet” d de su págin na “Conditio ons”. Se ob bserva que hay insufic ciente inform mación parra completa ar los balan nces de ma ateria y ene ergía. El balance de ca alor puede completarsse, solamente, si se cconoce el flujo a través s de las corrrientes. Sin n embargo,, esto pued de calcularsse mediante e un balancce de materria y calor a través de todo el e diagrama a de flujo incluyendo o las corrie entes “Alime ento”, “Prod ducto”, QE--100 y QE- 101. OPER RACIÓN MOLE AND HEAT BAL LANCE Instale e una operación “Ballance “y co omplete lass conexione es y parám metros com mo se muestra en las Figura F 1.

Fig gura 1. Conexiones al botón de B Balance de moles y calor Parameters s” y en la ssección Tip po de Balance o “Ballance Haga clic en la pestaña “P e la opción n “Mole and d Heat” com mo se obse erva en la F Figura 2. A Aspen Type”” seleccione HYSY YS inmediattamente eje ecutará un balance glo obal de ma ateria y calo or.

Figu ura 2. Selec cción del tip po de balan nce m de e las operac ciones unita arias en Asspen HYSY YS desarrollan el Observe que la mayoría equiva alente de un u balance e de materria y calor, además d de sus otro os cálculos más

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especializados. Si este ejemp plo se resolviera sin ell Balance d de mol y ca alor, habría la necesida ad de espe ecificar el flujo. f Cuando se insta aló el Bala ance de mo ol y calor, se utilizó un n grado de libertad y se s calcularo on los flujoss de las corrientes. Ve erifique esttos cálculos. El diagra ama de flujjo final de los l dos enffriadores en n serie inclluido el bottón BAL-1 se muestra en la Figurra 3.

Figura a 3. Balance e de mol y calor c en do os enfriadorres en serie e

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BALANCE GENERAL OBJETIVOS  Calcular, mediante Aspen HYSYS, los flujos y las composiciones desconocidas en un mezclado de dos corrientes.  Verificar los resultados reportados por Aspen HYSYS en cálculos de balances de materia entre corrientes mezcladas.  Calcular, mediante Aspen HYSYS, los flujos globales entre corrientes en las que se conserva el flujo global de materia.  Verificar los resultados reportados por Aspen HYSYS en cálculos globales de balances de materia entre corrientes especificadas en composición y flujos. INTRODUCCIÓN Operación Balance La operación Balance es una facilidad de propósito general para desarrollar balances de materia y calor. Solamente requiere los nombres de las corrientes que entran y salen a una operación. Para el Balance General pueden especificarse, también, las relaciones entre los componentes. La operación Balance puede usarse en paralelo con otras unidades para desarrollar balances de materia y energía globales debido a que Aspen HYSYS permite que corrientes entren y salgan a más de una operación. La operación Balance resolverá tanto en direcciones hacia delante como hacia atrás. Operación Balance General La opción “General Balance” es capaz de resolver problemas de mayor envergadura. Resolverá un conjunto de “n” ecuaciones con “n” incógnitas desarrolladas a partir de las corrientes conectadas a la operación. Esta operación, a causa del método de solución, es considerablemente potente para los tipos de problemas que puede resolver. No solo puede resolver flujos y composiciones desconocidas en las corrientes conectadas, sino también relaciones que pueden establecerse entre los componentes en las corrientes. Cuando la operación determina la solución, la relación preestablecida entre los componentes se mantendrá. 1. La operación “General Balance” resolverá balances de materia y energía independientemente. Es aceptable una corriente de energía como entrada o salida. 2. La operación resolverá flujos y composiciones desconocidos y puede tener relaciones especificadas entre componentes en una de las corrientes. 3. Las relaciones pueden especificarse en base molar, másica o volumen de líquido

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CASOS DE ESTUD DIO MADOR DE E GAS DE SÍNTESIS REFORM Conside ere un reforrmador de gas g de sínttesis cuyo alimento re equiere una a relación ffija entre lo os compo onentes metano m y agua. La a corriente e “Metano o” contien ne, principallmente, me etano y traz zas de otros s compone entes. La co orriente “Ag gua” contiene agua pu ura. Las co orrientes “M Metano” y “Agua” “ se combinan para crearr la corrien nte llamada “Alimento”. Abra un n nuevo ca aso, selecc cione la ec cuación Pe eng Robinsson y los ccomponentes metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono o y agua. L Las especifficaciones d de las corrie entes menc cionadas an nteriormentte son: Corrientte “Metano o”: 40 °C, 7000 kPa. 10000 kgm mol/h, 95 % mol de m metano, 0.5 % mol de monóxido m de carbono, 4 % mol de dióxido d e carbono y 0.5 % mo ol de agua. Corrientte “Agua”:: 200 °C, 70 000 kPa. 10 00 % agua Corriente ““Alimento”: 7000 kPa Operaciión Balanc ce General: Instale la operación “Balance”, haga clic e en la pestaña “Connec ctions” e introduzca las s especifica aciones com mo aparece en en la Fig gura 1.

s conectadas a la ope eración Bala ance General Figura 1. Corrientes Haga clic en la pes staña “Para ameters” y seleccione e la opción “General”. Haga clic e en n “Add Rattio” para desplegar d la a ventana de título ““Ratio-1” y modifíque ela el botón introduciendo los datos que ap parecen en n la Figura 2 2. Aspen HYSYS H realizará los cá álculos corrrespondien tes y comp pletará la op peración. Las especific caciones re esultantes de d las corrie entes apare ecen resum midas en la Figura 3.

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Figu ura 2. Relación entre el e contenido de agua y metano e en la corrien nte “Alimen nto”

Figu ura 3. Resu ultados de los cálculos s de balancces generale es reportad dos por Asp pen HYSYS Observe que las s fracciones s molares de d metano y agua en la corriente e “Alimento” son os iguales a 0.4884, satisfaciend s do así la especificació ón sobre la a relación e entre ambo ellos. agrama fina al de la op peración “B Balance Ge eneral” realizada entre e las corrie entes El dia consid deradas se e muestra en la Figura 4.

Figura F 4. Ba alance General entre las corriente es “Agua”, “Metano” y “Alimento””

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Ejercicios A continuación se observan las ecuaciones que expresan los balances de materia y energía, además de la restricción entre las concentraciones de metano y agua en la corriente “Alimento”. Haga un análisis de grados de libertad y verifique que el sistema se encuentra completamente especificado, lo cual explica el por qué Aspen HYSYS desarrolla los cálculos. Compare los resultados obtenido entre sus cálculos y los obtenidos por Aspen HYSYS. Balances de materia y energía y restricciones: Balance de agua:

Balance de Metano:

Balance de monóxido de carbono:

Balance de dióxido de carbono:

Balance de energía:

Relación entre agua y metano en la corriente “Alimento” 1

COLUMNA DE DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA Una mezcla de benceno y ciclohexano es separada en una columna que utiliza acetona como agente de arrastre. Benceno casi puro es producido en el fondo, mientras que una mezcla azeotrópica de acetona y ciclohexano se produce en el tope de la columna.

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Se quiere determinar la cantidad necesaria de acetona para separar lo suficientemente la mezcla benceno – ciclohexano. El cálculo del flujo de acetona requerido, en base a un alimento fijo de benceno y ciclohexano, implica la solución de un conjunto de ecuaciones lineales, lo que significa que puede usarse la opción “General Balance”. Utilice la ecuación UNIQUAC como modelo de actividad e introduzca las siguientes corrientes Corriente “Alimento”: El flujo másico y las composiciones especificadas de la mezcla “Alimento” son 85 kg/h, 51.8 % en masa de benceno y 48.2 % en masa de ciclohexano. Corriente “Acetona”: La acetona utilizada es pura y solo se especifica su composición. Corriente “Azeótropo”: El producto de cabeza de la columna se especifica como una mezcla azeotrópica que contiene 68.76 % en masa de acetona y 31.24 % en masa de ciclohexano. Corriente “Benceno”: La corriente de fondo de la columna es benceno puro y se especifica solamente su composición. Operación Balance General La operación “General Balance” desarrollará balances de componentes individualmente, mientras que las operaciones “Mole o Mass Balances” solamente desarrollan balances de flujo globales y no pueden resolver este problema. Instale la operación General Balance con “Alimento” y “Acetona” como corrientes de entrada o “Inlet Streams” y “Azeótropo” y “Benceno” como corrientes de salida o “Outlet Streams”. Esta operación no realizará una solución completa pero calcula los flujos másicos de “Acetona”, “Azeótropo” y “Benceno” como se puede observar en el libro de trabajo. El flujo másico de acetona requerido es de 90.18 kg/h. Plantee los balances de materia y verifique los flujos de las corrientes “Acetona”, “Azeótropo” y “Benceno” que aparecen calculados en el libro de trabajo. Observe que se si se está usando la opción General Balance de esta forma, se debe borrarla antes de correr la columna. El diagrama de las corrientes balanceadas junto con la operación “General Balance” se muestra en la Figura 5. ¿Por qué las corrientes no están completamente especificadas? ¿Qué se puede hacer para especificarlas completamente? Ejercicios 1. Escriba las ecuaciones de balances y restricciones, si las hay, y verifique los flujos y las composiciones de las corrientes obtenidos por Aspen HYSYS. 2. Agregue algunas especificaciones requeridas para especificar completamente las cuatro corrientes. Ing. José Luis Aguilar Salazar

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Figura 5. Balance B general para calcular flujjos globale es de corrientes

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SIST TEMA DE RECOLECC R CIÓN DE G GAS OBJE ETIVOS  Una vez que complete este módulo, m us ted estará capacitado o para usa ar un segmento o de tubería a “Pipe Se egment” en Aspen HY YSYS para modelar lííneas de tubería as. INTRO ODUCCIÓN N Antes s de empez zar el procesamiento del gas, p primero vam mos a realiizar un eje emplo sobre e el sistema a de recolección del gas. g Para a aprovechar el potencia al de un ca ampo pende de vvarios facto de ga as se debe desarrollarr este camp po, esto dep ores, tales ccomo la pre esión de re eservorio, lo os volúmen nes de prod ducción, tip po de gas, etc. Con e estos parám metros se planifica la a perforació ón de un número de eterminado de pozoss que permitan una explotación eficiente, e pa ara poder p procesar el gas se deb be recolecta ar los gases s producidos por los s diferente es pozos y llevarloss a una ssola planta a de proce esamiento ya y que es económica amente dessfavorable construir u una planta para cada pozo. PROC CESO ESTUDIADO En es ste ejemplo o, un sistem ma de recolección de gas localizzado en el terreno variado es sim mulado usa ando las ca apacidades s del estado o estaciona ario de Asp pen HYSYS S. La siguie ente figura muestra la a configurac ción física de este sistema sob brepuesta e en un mapa a topográfico. Este sisttema consta de cuatro o posos disstribuidos so obre un áre ea de aprox ximadamentte dos kilóm metros cuadrados, co nectado a una planta de gas vía a una red de e tuberías.

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El gas en este caso o es variado, los gase es dulces y los gases ácidos se combinan e en la tuberíía, como también se mezclan m ga as condensa ado. Un Me ezclador co ombina todas las corriientes de gas g entran ntes de los pozos pe eriféricos de entro de u una cabece era común. Todas las líneas de flujos son modelado os en Aspe en HYSYS usando una operació ón de segmento de tubería “P Pipe Segm ment”. Puessto que la planta esstá localizad do en un área á con un u terreno mixto, los cambios d de elevació ón deben sser considerrados en el segmento de tubería. Se utilizan mezclad dores adicionales para a modelar los puntos donde los flujos de los eriféricos se e combinan n en una lín nea común.. posos pe metros de tu ubería para a cada uno de las seccciones son:: Los diám

están enterradas a una Todas la as tuberías s son de ac cero cédula a 40 y las ssecciones e profundidad de 1 m (3 ft). Todas las tuberías n no están a aisladas. L Los datos d de ón son proporcionados s en la siguiiente tabla: elevació

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PAQUETE FLUIDO COMPONENTES: Nitrógeno, Sulfuro de Hidrógeno, Dióxido de carbono, Metano, Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, i-Pentano, n-Pentano, n-Hexano, Agua y C7+ (Hipotético, Temperatura de ebullición Normal 110 °C, (230 °F)) ECUACIÓN: Peng-Robinson SISTEMA DE UNIDADES: SI SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Adicione las siguientes corrientes de materias: GasWell1, GasWell2, GasWell3 y GasWell4:

Temperatura  °C  Presión  kPa  Flujo Molar  kgmole/h  Fracción Molar  N2  H2S  CO2  C1  C2  C3  i‐C4  n‐C4  i‐C5  n‐C5  C6  C7+  H2O 

GasWell1 GasWell2 GasWell3 GasWell4  40  45  45  35  4135  3450    425  375  575  545  0,0002  0,0405  0,0151  0,7250  0,0815  0,0455  0,0150  0,0180  0,0120  0,0130  0,0090  0,0252  0,0000 

0,0025  0,0237  0,0048  0,6800  0,1920  0,0710  0,0115  0,0085  0,0036  0,0021  0,0003  0,0000  0,0000 

0,0050  0,0141  0,0205  0,5664  0,2545  0,0145  0,0041  0,0075  0,0038  0,0037  0,0060  0,0090  0,0909 

0,0000  0,0000  0,0000  0,0724  0,1288  0,2765  0,1895  0,1145  0,0648  0,0548  0,0329  0,0658  0,0000 

Agregando los segmentos de tuberías: El segmento de tubería se utiliza para simular una amplia variedad de situaciones de transporte de fluidos desde unas tuberías monofásico/multifásico con estimaciones rigurosas de transferencia de calor, hasta problemas de tuberías con gran capacidad de recirculado. Ofrece las comunes correlaciones más comunes de caídas de presión desarrollados por Gregory, Aziz, & Mandhane y Beggs & Brill. Una tercera opción, OLGAS, también está disponible como un método gradiente. Además están disponibles un gran número de correlaciones especializadas de caídas de presión. Cuatro niveles de complejidad en la estimación de transferencia de calor permiten encontrar una solución tan rigurosa como sea requerida aún cuando permite soluciones generalizadas rápidas para problemas muy bien conocidos.

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El segmento de e tubería offrece tres modos del cálculo: C Caída de p presión, Flu ujo, y Longitud; el modo apropia ado se sele eccionará a automáticam mente dep pendiendo d de la inform mación pro oporcionada a. Para re esolver la tubería, usted deb be proporccionar bastante informa ación para definir com mpletamente e el balance de materria y balancce de energ gía. En es sta simulac ción usarem mos siete operacione es de segm mentos de tuberías e en el sistem ma de recolección. Además, cada op eración puede conttener múlttiples segmentos para representa ar varias su ubidas y caíídas de elevvación. Segm mento de tubería t “Branch 1”: De doble clic sobre el icono “Pipe Segm ment”, sobre e la página a Connecttions, el alimento, prroducto y corriente d de energía a son conec ctados. Com mplete las conexiones c s como se m muestra en la figura:

En la página Pa arameters usted pued de seleccio onar el mé étodo de grradiente qu ue se usará á para cálcu ulos de flujo o de dos fas ses (VL). La as opciones son:              

Aziz, Gov vier & Fogarrasi Baxendell & Thomas s B Beggs & Brill Duns & Ros R Gregory, Aziz, A Mand dhane Hagedorn n & Brown HTFS, Liq quid Slip HTFS, Ho omogeneou us Flow OLGAS20 000_2P OLGAS20 000_3P Orkiszews ski Poettman & Carpentter Tacite Hydrodynamic c Module Tulsa99

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Para tod das las tub berías en este e ejempllo, use la ccorrelación n de Beggss & Brill pa ara flujos de e dos fases.. La caída de pres sión para la tubería puede se er suministrada sobrre la página ste ejemplo, esto se de ejará vacío y será calcculado. Parameters. En es estaña Ratting sobre la página Sizing, S ustted construye el perfill de longitu udEn la pe ección de tubería y accesorio es elevació ón para el Segmento de Tuberíía. Cada se nombrad do como un segme ento. Para definir co ompletamente las se ecciones d del segmentto de tubería, usted tiene que también esspecificar la a cédula d de la tubería, diámetro os, materiall de la tubería y números de incre ementos. Para estta tubería “Branch “ 1” se colocarrán tres seg gmentos. P Para adicionar el prim mer segmentto haga clic c en el botón Ap ppend Se egment. Especificar la siguien nte informac ción:

specificar el e diámetro o, haga cliic en el b botón View w Segment,, seleccion nar Para es Schedule 40 como o cédula de e la tubería a. Del grup po Availablle Nomina al Diameterrs, seleccione el diám metro de la tubería de e 76.20 mm m (3 inch) y haga clicc en el botó ón Specify. El diámetro externo o e interno será calc ulado por Aspen HY YSYS. Use el material de tubería a por defec cto, Mild Steel y la ru ugosidad p por defecto, 4.572e-5 m (0.0018 inch). Se necesitan do os segmenttos más pa ara complettar la rama “Branch”.

h agrega ado y se han definido o, la ventana Cuando todos los tres segmentos se han debe parecerse a:

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e tubería no n puede todavía ressolverse po orque noso otros no he emos El segmento de cificado alguna inform mación sobrre las propiiedades de e transferen ncia de calo or de espec la tubería. En la página He eat Transfe er, de un clic c en el ra adio botón Overall HT TC e ingrese la eratura amb biente 5 °C C (40 °F), lu uego haga cclic en el ra adio botón Estimate H HTC y tempe complete tal com mo se mues stra en la fig gura:

sión de salid da de “Bran nch 1? ____ _________ __________ _________ ____ ¿Cuál es la pres

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Segmen nto de tub bería “Bra anch 2”: Adicione A o otro segme ento de tub bería con la siguiente e informació ón:

nto de tub bería “Bra anch 3”: Agregue A u un segmen nto de tube ería con los Segmen siguiente es datos:

Mezclad dor “Junction 1”: Agrregar un me ezclador co on la siguiente informa ación:

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Segm mento de tubería “B Branch 4”: Adiciona r un segm mento de ttubería con n los valore es provisto por la siguiiente tabla:

Segm mento de tubería “B Branch 5” ”: Agregarr un segm mento de tubería con n los siguie entes valore es:

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Mezclad dor “Junction 2”: Agrregar un se egundo mezzclador con n los siguien ntes datos:

¿Cuál es s la presión n del “GasW Well3”?____ _________ __________ __________ __________ __ f calculad do esto?__ __________ _________ __________ __________ __________ __ ¿Cómo fue Segmen nto de tub bería “Bra anch 6”: Adicionar A o otro segme ento de tubería con la siguiente e informació ón:

Mezclad dor “Junction 3”: Agrregue un mezclador m co on los siguientes dato os:

¿Cuál es s la presión n del “GasW Well4”?____ _________ __________ __________ __________ __ ¿Cómo fue f calculad do esto?__ __________ _________ __________ __________ __________ __

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Segm mento de tubería “B Branch 7” ”: Adiciona ar un segm mento de tubería co on la siguie ente informa ación:

GUAR RDE SU CA ASO LIZANDO LOS L RESULTADOS ANAL En la a página Prrofiles sob bre la pesttaña Perfo ormance se e encuentrra una tablla de sumario para el segmento s de d tubería. Analice y ccomente esstos resultados. SISTE EMA DE SE EPARACIÓ ÓN GAS – PETRÓLEO P O – AGUA Haga los cambio os necesarrios para que la corrie ente “B7 O Out”, se enccuentre a 3 38 °C ° y 7457 kPa (1080 psia). (100 °F) Para el sistema a de separración se cuenta con n dos etap pas de sep paración y una mna estabilizadora de e condensa ado. Siguie endo los lineamientoss del instrructor colum analic ce ¿cuáles serían las presiones p de d operació ón? justifiqu ue ¿Por qué é?

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ENDULZ ZAMIENTO O DE GAS Á ÁCIDO CO ON DEA OBJE ETIVOS  Simular torres t de am mina en Aspen Hysys..  Proporcio onar dimen nsiones de e las etap pas para ccalcular lass eficaciass del compone ente por las s torres de Amina. A  Usar la operación o “S SET” INTRO ODUCCIÓN N ste ejemplo, una ins stalación tíípica de trratamiento de gas natural agrio es En es simula ado. Una corriente c de e gas natura al saturado o con agua es alimenttado a una torre contactor de amina, Para este e ejemplo o, una solu ción acuossa de Dietan nolamina (D DEA) con una u concen ntración de e 28 % en n peso es usado com mo medio absorbente. El contactor consis ste en 20 ettapas reale es. La amin na rica es fllasheada d desde la pre esión ontactor de e 6900 kPa a hasta 620 kPa ante es que ingrese al inte ercambiado or de del co amina a rica/pobre e, donde es e calentado hasta 95 5 °C para iingresar co omo alimen nto al regen nerador. El regenerador también n consta de e 20 etapa as reales. E El gas acid do es desec chado del regenerado r or a 50 °C, mientras q que la amin na pobre e es regenera ado a unos 110 °C. La amina pob bre es enfria ado y recicllado al contactor. Paquete de propiedad de aminas El paq quete de Aminas A con ntiene los modelos m terrmodinámiccos desarro ollados por D.B. Robin nson & Ass sociates pa ara su prop pio simulad dor de plan ntas de am mina, AMSIM M. El equilib brio de solubilidad de el gas ácid do y los pa arámetros cinéticos p para soluciiones acuos sas de alcano-aminas en contactto con H2S y CO2 han sido incorp porados en n este paque ete de prop piedad. El paquete p de e propiedad d de amina a ha sido ajjustado a d datos experrimentales extensos recogidos r de d una com mbinación de los datos interno os de D.B. Robinson, R varias v fuenttes inéditas s y numerossas referen ncias técniccas. El paquete de propiedad p de d aminas incorpora un modelo o de eficie encia de ettapas espec cializado pa ara permitir la simula ación de co olumnas so obre una b base de ettapas reales s. El mode elo de eficiencia de etapas calcula la eficiencia de etapas de e los componentes H2S y CO2 basado en las dimen nsiones de las etapass y condiciiones internas calculad das de la to orre, para ambas torres: absorbed dor y conta actor.

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CONSTR RUYENDO O LA SIMUL LACIÓN Definien ndo la base e de la sim mulación sted deberá á usar el pa aquete de propiedad de aminas “Amine” co on Para estte caso, us los siguientes componentes: N2, H2S, CO O2, C1, C2, C3, i-C4, n n-C4, i-C5, n n-C5, C6, H2O y DEAm mine. Use el modelo termodiná ámico en ssolución accuosa de a amina: Ken ntEisenberg y el mod delo de la fa ase vapor no n ideal.

Adicionando las corrientes c de alimenttos 1. Adicionar A un na nueva corriente de d materia para el gas de entrrada con los siiguientes va alores:

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2. Adicionar una segun nda corrien nte de mate eria para ell alimento d de amina p pobre al contacttor de amina con los siguientes vvalores:

es par la co orriente de materia “D DEA to Con ntactor” serrán actualizzados Los valore una vez que q la opera ación “Recy ycle” este in nstalado y ccalculado. Adicionando las s operacio ones unitarrias ARADOR SEPA quier agua libre arras strado por el gas es primero re emovido en n un separador, Cualq FWKO O TK. Adicionar un separador y provea p la siiguiente infformación:

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s el flujo de e agua en FWKO? F ___ __________ __________ __ ¿Cuál es CTOR CONTAC El contactor de amina es simu ulado usand do un “Abso orber” en A Aspen Hysyys. Adiciona ar una colum mna de abs sorción con n las siguien ntes especiificaciones::

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El paquete de propiedad p de d amina requiere r qu ue etapas reales sean usados e en el contactor y reg generador. Para mod delar esto, en Aspen n Hysys, sse requiere e las eficien ncias específicas de los compon nentes parra el H2S y CO2 en una etapa p por la base de la etapa. Esos cálculos c de e eficiencia a propia sson proporcionados e en la colum mna como parte p del paquete de amina. De eben proporcionarse la as dimensiiones de la etapa para a habilitar este e cálculo o. Las dime ensiones d de las etapa as permiten n ser calcullados las eficiencias e específicas e s de los co omponentess por estim mación de a altura de líq quido en la a etapa y el tiempo de reside encia del vvapor en e el líquido. Para introducir las dim mensiones para cálculos de aminas, cambie los datoss en la etiq queta meters, pág gina Amine es. Param a las dime ensiones mostradas m n las 1. Introduzca en la figura de abajjo. Se dan dimension nes en unid dades de ca ampo “Field d”.

a columna. 2. Ejecute la 3. Una vez la Columna ha conve ergido, vayya a la pág gina de Efficiencies e en la etiqueta de d Parame eters. 4. Seleccion nar el radio botón Com mponent en n el grupo E Efficiency T Type para vver la eficiencia de los com mponentes.

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5. Irr a la etique eta Worksh heet para ver v las con ncentracion nes de H2S y CO2 en la co orriente de producto de d la Colum mna. ál es la concentración de H2S y CO C 2 en el gas dulce? ¿Cuá H2S_ __________ _________ ___ CO2___ __________ ________ VÁLVUL LA La amina rica del Contactor se s dirige a una Válvu ula, VLV-10 00, donde lla presión se reduce hasta h 620 kPa, k que es stá cerca de e la presión n de operacción del Reg generador. Adiciona ar una válvu ula con los siguientes valores:

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SEPA ARADOR FLASH F Los gases g que son desprendidos, por p flasheo o, de la a amina rica son removvidos usand do un tanq que flash de amina rica, Flash h TK, que e es instalado como una opera ación de sep paración. Adicio onar un Sep parador con n la informa ación mostrrada a conttinuación:

RCAMBIAD DOR DE CA ALOR INTER R enta a 95 °C en el intercambiador de a amina El Alimento al Regenerad or se calie Pobre, L/R HEX, ante es de entrarr en el Reg generador d dónde se a aplica calor para Rica/P rompe er los enlac ces de gas ácido – am mina, por c onsiguiente e permitiéndole a la a amina ser re eciclado al contactor. c Adicio onar un inte ercambiado or de calor con c los sigu uientes valo ores:

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REGENERADOR El Regenerador de e Amina es s modelado o como una a Columna de Destila ación. Hay 2 20 etapas reales, r de los cuales s 18 son etapas e en e el cuerpo d de la colum mna más un Hervidorr y un Cond densador. Se S asumen las eficacia as del com mponente pa ara esta torrre como co onstantes de d 0.8 para H2S y 0.15 5 para CO2 . Las eficacias del Co ondensadorr y Hervidorr deben quedar q como 1.0, sólo s las e etapas 1-1 18 tendrán n eficiencias suministtradas. Un Factor de Amortiguam A miento “Dam mping Facto or” de 0.4 p proporciona ará una conv vergencia más m rápida y más esta able. Adiciona ar una colum mna de des stilación con la siguien nte información.

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Ejecute la colum mna. MEZC CLADOR La reposición de e agua es necesaria, puesto que e se perde erá agua en n el Contacctor y en la corriente de d cabeza del d Regene erador. Una a operación n de mezclado combina la amina a pobre, pro ocedente del d Regene erador, con agua de re eposición. Esas corrie entes se me ezclan a las s mismas presiones. a corriente de d materia. 1. Adicionar una nueva

2. Adicionar un “Mixer” con la sigu uiente inform mación:

Cuál es el fllujo de “Ma akeup H2O””?________ _________ _________ ¿C RIADOR ENFR Adicio onar un enffriador con los valores dados aba ajo:

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BOMBA A Adiciona ar una bomba con la siguiente infformación:

gicas Adicionando operraciones unitarias lóg SET El “SET”” es una operación en estado estacionario e o, usado pa ara fijar el valor de una Variable e de Proces so específic ca en relaciión con otra a variable. La relación n es entre las mismas variables de d proceso en dos objjetos iguale es; por ejem mplo, la tem mperatura e en dos corrrientes de materia, m o el e UA (Coeficiente Glo obal de Tra ansferencia a de calor p por Área) de e dos interc cambiadores de calor. D clic sobre s el ico ono del “SET”. Comp plete la etiq queta de C Connection ns 1. Doble co omo se muestra en la siguiente figura: f

2. Irr a la etique eta de Para ameters. Fijar el multip plicador a 1 1, y el desp plazamiento oa -3 35 kPa com mo se mues stra a contin nuación:

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RECICLO El rec ciclo instala a un bloqu ue teórico en e la corrie ente del proceso. El alimento e en el bloque es condicionado a la corriente e de recircu ulación calcculado y ell producto es la corrie ente de rec circulación asumida. Los pasoss siguientess tienen lu ugar duran nte el proce eso de la co onvergencia a:  Aspen Hy ysys usa las condiciones de la corriente e asumida a y resuelvva el diagrama de flujo ha asta la corrie ente calcula ada.  Aspen Hy ysys comp para los va alores de la a corriente e calculada a con los d de la corriente asumida.  Basado en la diferen ncia entre lo os valores, Aspen Hyssys modifica los valore es en la corrientte asumida. e hasta que e los valore es en la corriente calcu ulada  El proceso del cálculo se repite se iguale en a los de la co orriente assumida de entro de las toleran ncias especifica adas. ste caso, la corrientte de amin na pobre ““DEA to C Contactor” que se esstimó En es inicialmente será á remplazado por la nueva n corrie ente de am mina pobre calculada ““DEA ecycle” y el e Contacto or y Regenerador se e ejecutará án hasta q que el ciclo de to Re recirculación con nverja. 1. Doble clic c sobre el ic cono “Recycle”. En lla etiqueta Connectio ons selecciones las conex xiones desd de la lista de esplegable como se m muestra a continuación n:

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2. Irr a la etique eta Parame eters. Comp plete la etiq queta como o se muestrra en la figu ura de e abajo:

GUARD DE SU CAS SO ZANDO LOS S RESULT TADOS ANALIZ El Gas Natural N Áciido entrante contuvo 4.1 % CO2 y 1.7 H2S S. Para nue estro flujo d de entrada de gas de 1250 Kmol/h (25 MMSCF FD), una solución ccirculante d de adamente 28 % (pes so) de Dien ntanolamina ue usado p para removver aproxima a (DEA) fu CO2 y H2S. Las especificaciones de tran nsporte de gas por tuberías no p permites más de 2.0 % (volumen) de CO2 y 4 ppm (volumen) de H2S. ¿Cuál es s el % (v) de d CO2 en el e gas dulce e?________ _________ __________ _________ _ s el nivel de e H2S en pp pm (v)?___ __________ _________ __________ _________ _ ¿Cuál es ¿Se han n cumplido las especifiicaciones?_ _________ __________ _________ __________ _

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DESHIDRATACIÓN DE GAS NATURAL CON TEG OBJETIVOS  Simular una unidad típica de deshidratación con TEG.  Determinar el punto de rocío de agua en un gas. INTRODUCCIÓN En la industria del proceso de gas natural, es necesario deshidratar o remover el vapor de agua presenta en el gas natural porque en cabeza del pozo, los fluidos del reservorio generalmente están saturados con agua. El vapor de agua en el gas natural puede causar los siguientes problemas:  Formación de hidratos sólidos, a bajas condiciones de temperatura, esto puede causar obstrucción de válvulas, accesorios o tuberías.  La presencia de agua junto a H2S y CO2 puede causar problemas de corrosión.  El agua puede condensarse en la línea de tubería causando problemas de erosión o corrosión. Generalmente, una unidad de deshidratación es usado en plantas de gas para acondicionarlo a especificaciones de venta. Existen muchos procesos diferentes disponibles para la deshidratación entre ellos están: Glicoles, Sílica Gel o Tamices Moleculares. Formación de Hidratos En las líneas de gas se producen condensados por efecto de la caída de la temperatura, que se acumulan en los puntos bajos de la instalación. Si el condensado contiene agua libre, se pueden formar cristales de hidratos. Para que se formen cristales de hidratos, debe existir además de agua, C1, C2 y en menor medida C3 y C4. Existen varias formas de predecir en qué condiciones se formarán los hidratos. El software de simulación predice, para una determinada composición del gas, a que presión y temperatura se formarán. Existe un método basado en la constante de equilibrio sólido vapor para C1, C2 y C3. Existen también varios métodos gráficos. La deshidratación del gas es la forma más efectiva de evitar la formación de hidratos y hielo que provocan obstrucciones. También se inhibe la formación de hidratos por calentamiento o inyectando productos anticongelantes, según el caso. Como inhibidores se usan el Etilén Glicol, recuperable o el Metanol, no recuperable.

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PROC CESO ESTUDIADO En es ste ejemplo o estudiare emos un proceso de deshidrata ación con Tri-Etilén G Glicol (TEG), un gas sa aturado con n agua ingrresa a una torre de co ontacto con TEG, que tiene 8 etap pas, el TEG G utilizado es e una solu ución al 99 % en peso o. Para la re egeneració ón del TEG se s utiliza una torre de e una sola etapa e y ope era a presió ón atmosfé érica. El objjetivo de este ejemplo es bajar ell punto de rocío r del ag gua hasta --10 °C (-14 °F) a 6200 0 kPa (900 psia). p PAQU UETE FLUIIDO PONENTES S: Nitrógen no, Sulfuro o de Hidró geno, Dióxxido de carbono, Metano, COMP Etano o, Propano, i-Butano, n-Butano, n i--Pentano, n n-Pentano, Agua y TE EG. ECUA ACIÓN: Peng-Robinso on SISTE EMA DE UN NIDADES: SI E ESTADO O ESTACIO ONARIO SIMULACIÓN EN Adicionando las s corriente es de mate eria Adicio onar una corriente c de d materia para el g gas de en ntrada con las siguie entes espec cificaciones s:

Adicio onar una se egunda corriente de materia m para a el alimentto de TEG a al contactor con los sig guientes va alores:

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Los valo ores de la corriente c “T TEG Feed” serán actua alizados un na vez que la operació ón de recirc culación haya sido insttalado y calculado. Mezclad dor “Satura ate”: La co omposición del gas na atural se ha proporcion nado en base seca. Pa ara asegura ar la satura ación con agua, a el gass es mezcllado con ag gua antes d de entrar all contactor. Adicionar un mezclad dor para m mezclar las corrientes: “Inlet Gas”” y “Water to o Saturate””.

ón de vapor de la corriente “Gass+H2O”? ¿Cómo nos aseguramos ¿Cuál es la fracció e gas se en ncuentre sa aturado?___ _________ __________ _________ __________ __ de que el Separad dor “FWKO O TK”: Cu ualquier agua libre arrrastrado ccon el gas es removid do primero en un sepa arador, adic cionar un se eparador y proveer la siguiente in nformación:

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¿Cuánta agua es s removida a por el separador?___ _________ __________ __________ _____ ¿Cuál es la temp peratura de e formación de hidrato del “Gas to o Contactor”?_______ ____ Conta actor “TEG G Contacttor”: Ahorra puede sser simula ado la torrre de conttacto, adicio one una collumna de absorción a con c las sigu uientes esp pecificacion nes y ejecuttar la colum mna.

Válvu ula “VLV-100”: La co orriente “R Rich TEG” e es flashead da a travé és de la vá álvula VLV-1 100. La pre esión de sa alida será calculada c p posteriorme ente. Adicio onar una vá álvula con lo os siguiente es valores:

Interc cambiadorr de calor “L/R “ HEX”: El alimen to al regen nerador es ccalentado h hasta 105 °C ° (220 °F F) en el inttercambiado or de TEG G Pobre/Ricco (Lean/R Rich), L/R H HEX, antes de ingres sar al rege enerador. Adicionar A u un intercam mbiador de e calor con n los siguie entes valore es:

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Column na de Destiilación “TE EG Regene erator”: El regenerad dor de TEG G es simulad do con una a columna de destilac ción. El regenerador consiste e en un cond densador, un rehervidor y una eta apa ideal. A una a columna de d destilaciión al caso, con los sig guientes da atos: 1. Agregue

P el Factor F Am mortiguación n (en la página “S Solver” de la pestaña 2. Ponga “P Parameters s”) a Adapta able “Adap ptive”. Esto producirá la convergencia mucho más m rápida para p esta columna. 3. Ejecute la co olumna. Mezclad dor “Make eup TEG”:: El TEG se pierde en peque eñas cantid dades en el regenera ador, por ta anto una co orriente de reposición r de TEG se e requiere p para asegurrar que el ba alance de materia m se mantenga.

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1. Adicionar una corrien nte de mate eria:

2. Agregar un u mezclador con la siguiente info ormación:

¿Cuál es el flujo de “Makeu up TEG”?__ __________ __________ __________ _________ ____ Bomb ba “P-100” ”: Una bom mba se insttala para le evantar la p presión del TEG ante es de que entre e en el Contactor. C Agregue A un na bomba ccon la siguie ente inform mación:

Interc cambiadorr de calor “E-100”: “ Un n segundo intercambiador de calor es agregado para enfriar el TEG T que re etorna al contactor. c A Adicionar un intercam mbiador de calor con la a siguiente información n:

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RECICL LO: En este caso, la corriente de d materia a TEG pob bre “TEG F Feed” que se estimó originalmen o nte se remp plazará con n la nueva corriente d de TEG po obre “TEG to Recycle”” calculada a y el conta actor y rege enerador se e ejecutará án hasta qu ue el ciclo d de recircula ación conve erja. D clic so obre el icon no “Recycle e”. Sobre la a pestaña Conection ns, realice las 1. Doble co onexiones tal t como muestra la siiguiente fig ura:

eta Parame eters. Comp plete la etiq queta como o se muestrra en la figu ura 2. Irr a la etique de e abajo:

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 ¿Cuál es la temperatura de form mación de h hidratos en n la corrientte “Sales Gas”?  ¿Cómo compara c es sto con la a temperatu ura de forrmación de e hidrato d de la corriente “Gas to Contactor”? dad de Forrmación de e Hidratos s: Hay tress formas de e ligar una a utilidad a una Utilid corrie ente en Asp pen HYSYS S.  Clic sobre e el menú de d Tools y selecciona ar Utilities s. La ventan na de utilid dades disponible es aparecerrá. na de utilida ades dispon nibles apare ecerá.  Presione CTRL + U y la ventan  Doble clic c sobre un na corriente e. Sobre la a pestaña A Attachmen nts, selecccionar Utilities. Clic en el e botón Create C y la a ventana de utilidad des dispon nibles aparecerá á. e una utilid dad de forrmación de e hidratos s a la corriiente “Sale es Gas”: E En la Ligue ventana de utilid dades dispo onibles, seleccionar H Hydrate Fro omation Uttility y haga a clic e el botón Add A Utility. Si la utilida ad no se en ncuentra associada con una corriente, sobre entonces la venttana de forrmación de hidratos in ndica que re equiere una a corriente. Clic sobre e el botón Select Strream y seleccionar la corriente e “Sales G Gas”. Vaya a la pestaña Perform mance. Aquí se verá el reporte de los cálcculos tal co omo se muestra en las s figuras:

RDE SU CA ASO GUAR Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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ANALIZANDO LOS RESULTADOS Uno de los criterios usados para determinar la eficiencia de la unidad de deshidratación es el punto de rocío del agua en el gas seco, también es normal determinar la cantidad de agua presente en el gas en libras de agua por millón de pies cúbicos estándar de gas Verifique las condiciones del gas seco. CASO DE ESTUDIO Para optimizar la regeneración de TEG, es frecuente agregar un gas de corte “Stripping Gas”, agregue un gas de corte que provenga de la corriente “Sales Gas” que tenga los siguientes datos: Flujo = 50 Kgmol/h T = 70 °C P = 110 kPa Comente los resultados.

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PLANTA DE GAS REFRIGERADA OBJETIVOS  Simular, en estado estacionario, una versión simplificada de una planta de enfriamiento de un mezcla de hidrocarburos gaseosa  Ajustar la temperatura la corriente de alimento a un separador de fases al valor del punto de rocío de otra corriente a una determinada presión  Especificar un intercambiador de calor de carcasa y tubos para completar sus grados de libertad  Analizar relaciones entre variables del proceso mediante la opción Databook del Aspen HYSYS INTRODUCCIÓN En este ejercicio se modelará una versión simplificada de una planta de gas refrigerada. Una mezcla gaseosa que contiene hidrocarburos, agua, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno y dióxido de carbono a 15 °C y 6200 kPa se enfría hasta conseguir condensarlo completamente a una temperatura de 15.18 °C. Se utiliza como medio enfriante una fracción fría del mismo alimento que es recirculada para extraer calor del vapor en un intercambiador de calor. Después de un segundo enfriamiento, dicho vapor se condensa parcialmente, la mezcla de dos fases se separa, se recoge el líquido como el producto enfriado y se aprovecha el vapor para el primer enfriamiento. Grados de libertad de un intercambiador de calor incluyendo su configuración Las variables del sistema son las 4(C + 2) de las cuatro corrientes de materia, el flujo calórico intercambiado entre ellas y las dos variables de dimensionamiento del intercambiador (coeficiente global y área de transferencia de calor), es decir, 4C + 11. Las ecuaciones del sistema son C balances de materia, C igualdades en concentraciones en ambas corrientes intercambiando calor, un balance de energía y una ecuación de diseño, es decir, 2C +2. Las variables de diseño son, por lo tanto, 2C + 9 Si se especifican las dos corrientes de entrada, se reducen a cinco los grados de libertad requeridos para especificar completamente al intercambiador. Aspen HYSYS, en su ventana de propiedades, asiste para la introducción de estas cinco especificaciones faltantes. PROCESO ESTUDIADO La corriente “Alimento” a 15 °C y 6200 kPa, se somete a una separación de fases, en el recipiente V-100, incluido para eliminar la posible formación de condensado. El vapor “VaporV-100” se enfría en dos intercambiadores en serie, E-100 y E-101, Ing. José Luis Aguilar Salazar

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condensando una fracción de dicho vapor. La mezcla líquido-vapor, “Liquido Vapor”, a una temperatura de -15.18 y 6130 kPa °C se separa en el recipiente V-101, recogiéndose el líquido como el producto enfriado y el vapor se recircula como medio enfriante en el intercambiador E-100. El intercambiador E-101 es un enfriador de especificaciones simplificadas disponible en Aspen HYSYS. Un objetivo de la simulación es ajustar la temperatura de la corriente, “LiquidoVapor”, que alimenta al separador V-101 a la temperatura de rocíode la corriente “Vapor”. El punto de rocío de la corriente gaseosa producto “Vapor” no debe exceder de – 15°C a 6000 kPa. Una operación Balance se utilizará para evaluar el punto de rocio del producto gaseoso “Vapor” a 6000 kPa. PAQUETE FLUIDO COMPONENTES: Nitrógeno, Sulfuro de Hidrógeno, Dióxido de carbono, Metano, Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, i-Pentano, n-Pentano, n-Hexano, Agua y C7+ (Hipotético, Temperatura de ebullición Normal 110 °C, (230 °F)) ECUACION: Peng-Robinson SISTEMA DE UNIDADES: SI SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO Corriente de alimentación: Instale la corriente de nombre “Alimento” e introduzca en su ventana de propiedades las siguientes especificaciones: Nombre: Temperatura: Presión: Flujo Molar:

Alimento 15°C (60°F) 6200 kPa (900 psia) 1440 kgmole/hr (3175 lbmole/hr)

Composición (Fracción Molar) N2 H2S CO2 C1 C2 C3 i-C4 n-C4 i-C5 n-C5 C6 C7+ H2O

0.0066 0.0003 0.0003 0.7575 0.1709 0.0413 0.0068 0.0101 0.0028 0.0027 0.0006 0.0001 0.0000

Separador de fases V-100: Instale un separador de fases seleccionándolo de la paleta de objetos, colóquele nombre “V-100”, e introduzca la siguiente información en 126

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la ven ntana de la página “Co onnections”” de su pesttaña “Desig gn” Inlets Vapou ur Outlet Liquid d Outlet

Alimento VaporV V- 100 Residu uo

Enfria ador E-100 0: Instale un intercambiador de ccalor de ca arcasa y tubo haciend do un doble clic en el icono “Hea at Exchang ger” que se e encuentra a en la palleta de objjetos, colóquele nombre “E-100” e introduz zca la infor mación que aparece en las pág ginas nections”, Figura F 1, y “Parametters”, Figurra 2, de la a pestaña “Design” d de su “Conn ventana de propiedades. El mo odelo para el cálculo del d intercam mbiador de e calor es e el ponderad do o “Weighted” porqu ue es el disponible sollo para inte ercambiado ores en con ntracorriente e. El modelo de cálcullo se sele ecciona en n el cuad dro “Heat Exchange er Model” de la pá ágina “Parameters”. ¿Cuántas especificacio ones se re equieren pa ara que el intercambiador erja satisfac ctoriamente e? conve

Figura 1. Corrientes en el inte ercambiado or E-100 cificacione es adicion nales en el enfria ador E-100: Se inttroducirá ccomo Espec espec cificación ad dicional que e la aproxim mación mín nima global entre las temperatura as en el inte ercambiado or E - 100 sea s de 5°C. Para ello despliegue e la página para comp pletar las es specificacio ones del in ntercambiad dor o “Speccs” y se desplegará la ventana a que apare ece en la Figura 3. Es necesario que se dessactive la especificació ón UA haciendo clic en la caja de d verificac ción “Active e” para diccha especifficación. El simulador por defecto especifiica un “He eat Balanc ce = 0” q ue es neccesario asegurar parra el cumplimiento de e los balanc ces de calo or y, por lo o tanto, no se necesitta suministrarla. one el botó ón “Add” pa ara añadir las l especifficaciones n necesarias para comp pletar Presio los grrados de lib bertad y el simuladorr pueda ressolver al intercambiad dor de calo or. La ventana de espe ecificación del interca ambiador sse desplega ará y por d defecto apa arece para añadir una a especifica ación de diferencia de e temperaturas entre dos corrie entes. En el cuadro desplegable “Type” “ sele eccione la o opción “Min nApproach”” e introduzzca la

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especific cación com mo aparece e en la Figura F 4. O Observe e en la Figurra 3 que la especific cación añad dida se ha fijado com mo activa ve erificando e el cuadro en la columna “Active”. Observe el e flujo del gas g enfriado o que sale d del intercam mbiador E-100

Figura 2. 2 Parámetrros especifiicados en e el intercamb biador E-10 00

na para agrregar las es specificacio ones en el in ntercambia ador E-100 Figura 3. Ventan or E-101: Instale un interc cambiador de calorr de esp pecificaciones Enfriado simplifica adas hacie endo un do oble clic en n el icono “Cooler” q que se enccuentra en la paleta de objetos, colóquele c nombre n “E-101” e intro oduzca la in nformación que aparece a continu uación Pestaña a Design: Página P Con nnections Nombre Inlet Outlet Energy

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E-101 SalidaE-100 Liquido Vapor Q2

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Pesta aña Design n: Delta P

Página a Paramete ers

35 kPa (5 psia a)

Figura F 4. Es specificació ón de la mín nima aproxiimación de temperatura entre lass corrrientes en el intercam mbiador E-100 Separador de fases f V-101: Instale un u separad dor de fase es, asígnele e como nombre uzca la sigu uiente inform mación en su ventana a de propied dades “V-101” e introdu Pesta aña Design n: Página Connection C ns Nomb bre Inlets Vapou ur Outlet Liquid d Outlet

V- 101 o Vapor Liquido VaporV V- 101 Liquido o

nto al sepa arador de ffases V-101, se varia ará utilizand do la La temperatura del alimen ación Ajuste e para halla ar una tem mperatura e n la cual se cumpla la restricció ón de opera que se s encuentre en su punto de rocío. Po or el mom mento, espe ecifique qu ue la tempe eratura de la corriente e “LiquidoV Vapor” es de e – 20°C (-- 4°F), ¿Po or qué convverge satisfa actoriamente la planta a de refrigerración? ¿Cuál es la pres sión y la tem mperatura de d la corrien nte productto gaseoso “Vapor”? _____ _________ __________ __________ _________ __________ _________ _______

ESTIM MACIÓN DE D LA TEMPERATUR RA DE ROC CÍO DE LA CORRIENT TE “VAPOR” uiere estimar el punto o de rocío de la corrie ente “Vapo or” a una p presión de 6000 Se qu kPa (875 ( psia).. Para ello o se introd duce un bo otón Balan nce que co onecte a d dicha corrie ente con otra de nom mbre “Vapo orRocio” y que se e especifica de la sigu uiente mane era: Ing. Jo osé Luis Aguillar Salazar

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Página Connections: Pestaña Connections Inlet Streams Outlet Streams

Vapor VaporRocio

Página Parameters: Pestaña Parameters Balance Type

Mole

En la página “Conditions” de la pestaña “Worksheet” especifique una presión de 6000 kPa (875 psia) a la corriente “VaporRocio” y asigne el valor de la fracción de vapor correspondiente a temperatura de punto de rocío, es decir uno (1.0)  ¿Cuánto es la temperatura de rocío de la corriente “Vapor”?  La temperatura de rocío requerida es de – 15°C. El obtenido a 6000 kPa es ¿mayor o menor?  Asumiendo que se fija la presión, ¿Qué otro parámetro afecta a la temperatura de rocío?  ¿Cómo se puede cambiar la temperatura de rocío en la simulación? AJUSTE DE LA TEMPERATURA DE LA CORRIENTE “LIQUIDOVAPOR” QUE ALIMENTA AL SEPARADOR V-101 Un objetivo de la simulación es alimentar al separador de fases V-101 a una temperatura correspondiente al punto de rocío de la corriente “Vapor” a 6000 kPa, es decir, -19.48 °C. Para ello se introduce un botón de ajuste y se despliega su ventana de propiedades para la introducción de sus especificaciones. En la página “Connections” de la pestaña del mismo nombre, seleccione la variable a ajustar presionando el botón “Select Var...” en el grupo “Adjusted Variable” para abrir el navegador de variables o “Variable Navigator”. De la lista de objetos u “Object” seleccione la corriente “LiquidoVapor”. De la lista de variables o “Variable” que está ahora visible seleccione la temperatura y presione OK para aceptar la variable y regresar a la vista de propiedades del botón de ajuste. Para seleccionar la variable objetivo presione ahora, el botón “Select Var...” en el grupo “Target Variable” para desplegar la ventana “Select Target Variable for ADJ-1”, seleccione “VaporRocio” en la lista de objetos u “Object” y Temperatura en la lista de variable o “Variable” y presione OK para aceptar la variable y regresar a la vista de propiedades del botón de ajuste. Escribe el valor de – 19.48 °C en el cuadro “Specified Target Value”. Abra la página “Parameters”, mantenga los parámetros que aparecen por defecto y presione el botón “Start” para empezar los cálculos. Para observar el progreso de la operación ajuste abra la pestaña “Monitor”. La Figura 5 muestra las especificaciones introducidas para la operación de ajuste.  ¿Cuánto es la temperatura de la corriente de salida del E-100 para alcanzar la especificación del punto de rocío? 130

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El dia agrama de flujo final de d la planta a de gas reffrigerada in ncluyendo llas operaciiones Balan nce y Adjustt se muestrra en la Figura 6.

Fig gura 5. Ven ntana de es specificacio nes del bottón de ajuste

Figura a 6. Diagram ma de flujo de una pla anta de enfrriamiento de gas

Dimensionamie ento y dese empeño de el intercam mbiador E-1 100 Aspen n HYSYS estima un n dimensio onamiento y configurración para a este tipo o de intercambiador de d carcasa y tubo.

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1. Despliegue la ventana de propiedades del intercambiador y haga clic en la pestaña “Rating” y observe el dimensionamiento global en cuanto a configuración de la unidad y la información calculada sobre la geometría y el coeficiente global de transferencia que Aspen HYSYS está proponiendo. 2. Haga clic sobre el radio botón “Shell” y observe la información sugerida por Aspen HYSYS sobre el banco de tubos, la carcasa y los bafles. 3. Haga clic sobre el radio botón “Tube” y observe la información sugerida por Aspen HYSYS sobre las dimensiones y las propiedades de los tubos. 4. Haga clic sobre la pestaña “Performance” y observe en la página “Details” información global y detallada sobre el desempeño del intercambiador. 5. Haga clic sobre la página “Plots” y observe el gráfico de Flujo calórico versus Temperatura de las corrientes que intercambian calor a través del intercambiador. 6. Despliegue el cuadro “Plot Type” y observe los diferentes gráficos que muestran el desempeño del intercambiador. 7. Haga clic sobre la página “Tables” y observe la información numérica correspondiente al perfil de las corrientes por carcasa y tubo. 8. Haga clic en la pestaña “Worksheet” y observe las condiciones de las corrientes de entrada y salida y verifique que se cumplen las especificaciones introducidas para la simulación de la operación del intercambiador. CASO DE ESTUDIO: Variación de la temperatura de la corriente “VaporRocío” debida a cambios en la temperatura de la corriente “LiquidoVapor” La herramienta “Case Study” de Aspen HYSYS permite monitorear la respuesta en estado estacionario de variables de proceso claves ante cambios en otras variables en el proceso. Se seleccionan las variables independientes a cambiar y las variables dependientes a monitorear. Aspen HYSYS varia las variables independientes al mismo tiempo y con cada cambio calcula los valores de las variables dependientes. En vez de utilizar la operación Ajuste para hallar la temperatura de la corriente “LiquidoVapor” requerida para alcanzar el punto de rocío del producto gaseoso “Vapor” se puede utilizar la herramienta “Case Study” para examinar un intervalo de valores de temperaturas de la corriente “LiquidoVapor” y de temperaturas de punto de rocío. Antes de instalar el “Case Study”, el botón Ajuste tiene que desactivarse de tal manera que no cause conflictos con el Case Study. Para ello abra la ventana de propiedades del botón Ajuste, señale el cuadro de verificación correspondiente a la opción “Ignored” y cierre la ventana. Del menú “Tools” seleccione la opción “Databook”, para abrir su ventana de especificaciones. En la página “Variables” presione el botón “Insert” para abrir la ventana “Variable Navigator”. Seleccione “LiquidoVapor” de la lista de objetos u “Object” y Temperatura de la lista de variables y presione OK para completar la selección de la primera variable. Repita 132

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la ope eración anterior para selecciona ar la tempe eratura de la corrientte “VaporR Rocio” como la segunda a variable. Observe la Figura 7.

Figura 7. Selección de variables p para el caso o de estudio o En la ventana “D Databook”, haga clic en e la página a “Case Sttudies” y prresione el b botón “Add” para aña adir un nu uevo caso de estud dio. Selecccione la T Temperatura a de “LiquidoVapor” como c la va ariable independiente e y la temperatura de “VaporR Rocio” como la variable e dependien nte. Observ ve la Figura a 8.

Figura a 8. Selección de las variables v ind dependientte y depend diente one el botó ón “View...”” para com mpletar la in nformación para el ca aso de esttudio. Presio Ingres se los valorres para el límite inferrior (Low Bo ound), límitte superior (High Bound) y tamañ ño del paso (Step Size) de – 25°C (-- 20°F), 5 5°C (10°F) y 5°C (1 10°F) respe ectivamente e. Presione e el botón Start para a empezar los cálculos. Observve la Figura a 9. o lo os resultado os en forma a gráfica o n numérica, p presione el botón “Ressults” Para observar y esco oja la opció ón “Graph o Table”, Ob bserve los rresultados gráficos en n la Figura 10. Habie endo termin nado el es studio de caso, c active e la operación Adjusst eliminand do la verific cación en la a opción Ign nored en la página Pa arameters d de la operacción.

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Figura 9. Especifiicaciones del d intervalo o de valoress a analizarr

Figura 10. Resultados R gráficos g de el caso de e estudio

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PLANTA SIMPLIFICA S ADA DE TU URBO EXP PANSIÓN OBJE ETIVOS  Usar el in ntercambiador de calor de Gass Natural L Licuado “LN NG Exchan nger”, para simu ular intercam mbiadores de múltiple es pasos.  Simular una planta simplificada s a de turbo e expansión. PROC CESO ESTUDIADO En es ste ejemplo o veremos una planta a simplificad da de Turb bo Expansión. El prod ducto GLP es obtenid do de una a corriente de gas n natural por enfriamien nto, expan nsión, separración y des stilación. Ell gas reman nente es re e-comprimid do para exp portación.

Diagra ama del pro oceso SIMULACIÓN EN E ESTADO O ESTACIO ONARIO Abra un nuevo caso c y defin na el siguien nte paquete e fluido Ecuación:: Peng Robin nson Compone entes: N2, CO2, C1 C – C6 Unidades: SI Instale e la siguien nte corriente e materia: Nombre: Temperattura: Presión: Flujo mola ar:

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Feed Gas 30 ° C 0 kPa 5000 2988 8 Kgmol/h

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Composición C n (Fracción Mol) Nitróg geno: 0.0149 9 CO2: 0.0020 0 Metan no: 0.9122 2 Etano o: 0.0496 6 Propa ano: 0.0148 8 i-Buta ano: 0.0026 6 n-Butano: 0.0020 0 i-Penttano: 0.0010 0 n-Pen ntano: 0.0006 6 n-Hex xano: 0.0003 3 Intercam mbiador de e múltiples s pasos “L LNG-100”: Los interca ambiadoress de múltiples pasos son s conocid dos como “LNG Exc changer” e n Aspen H HYSYS. Ell modelo d del intercam mbiador de gas natura al licuado re esuelve ba alances de materia y energía pa ara intercam mbiadores de d calor de e múltiples corrientess y redes d de intercam mbiadores d de calor. El E método de solució ón puede manejar m un na amplia variedad de variables especific cadas y des sconocidas s. El “LNG G Exchange er” permite múltiples corrientes, c m mientras qu ue el interccambiador d de calor sollo permite una u corriente caliente y una corriiente fría. Para el “LNG Exch hanger”, us sted puede especificarr varios pa arámetros, iincluyendo la pérdida o fuga de e calor, UA A o aproxim maciones d de tempera atura. Dos métodos d de solución son empleados. En el caso de una variiable desco onocida, la a solución es calculada directamente de un n balance de d energía. En el caso o de múltip ples variables descono ocidas, se usa u una ap proximación n iterativa q que intenta a determina ar la solució ón que no solo s satisfa ace el balan nce de energía, pero ttambién cualquier limiitación, com mo aproxima ación de te emperatura o UA. Agregue e una operación de “LNG Excha anger”, en la página Connectio ons sobre la pestaña Desing e ingrese i la siguiente s información:

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Para cada c lado del d intercam mbiador:  Una corrie ente de enttrada y una de salida sson requeriidas.  Se requie ere una caíd da de presió ón.  La design nación de “Hot/Cold” “ puede esp pecificarse. Esto se u usará como o una estimación para los cálculos y también sse usará p para dibujarr el PFD. S Si un paso caliente desig gnado está realmente e frío (o vviceversa), la operación a pesar de eso se resolverá adecuadamentte. La desig gnación de e “Hot/Cold”” real (como determinado o por la LNG) pu uede enco ontrarse e en la pesstaña Performa ance en la página p de Results. R (S Estos valores no se cambia arán. En la página Parrameters (SS).

El mé étodo de in ntercambio de calor Exchanger E r Desing (W Weighted) es usado para cortarr las curvas s de calor en e intervalo os. El núm ero de inte ervalo es fijjado en la tabla Excha ange Deta ails. El pará ámetro del tipo de pa aso establece si Aspe en HYSYS corta las cu urvas por Te emperatura a, Entalpía o automáticcamente pa ara minimizzar los errorres. Tique eando la ca asilla de ve erificación Dew/Bub D p pt. Aspen H HYSYS inccluirá los pu untos en las s curvas de e calor para a cualquierr cambio de e fase que e ocurra. La a opción Prress. Profille establece e cómo Asp pen HYSYS S decide ell perfil de p presión mientras realizza las iteraciones. Las pérdidas p de e calor no serán s cons siderados. T Todas las ccorrientes sobre el m mismo lado verificado v con c la casillla de verific cación Equ uilibrate so on considerrados que e están en eq quilibrio anttes de entrrar a los cálculos c de l intercamb biador. Así las fuerza as de impuls so (driving force) será án reducidas. En la página Spe ecs (SS), dos d especifiicaciones e extras serán n agregado os:  Temperattura de salid da de las corrientes frrías son lass mismas (0 0 °C o 32 °F F).  Aproximación mínim ma de tempe eratura en e el intercambiador (10 °C o 50 °F)).

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Los interrcambiadorres de calorr “LNG”, al igual que un intercam mbiador de calor norm mal y column nas de desttilación, permite al usu uario ingressar muchass especifica aciones com mo las reque eridas. Solo o las espec cificaciones s activas se e usan para a resolver la a operación n. or “E-100” ”: Agregue un enfriado or que teng ga como en ntrada la corriente 1A Ay Enfriado especifiq que los sigu uientes parámetros:

La corrie ente 2 estarrá completa amente deffinida. dor “V-100 0”: El prod ducto del enfriador e ((corriente 2 2) debe en nviarse a un Separad separador, donde se separa el vapor del d líquido , conecte las corrientes como se muestra en la siguiente figura:

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Expansor “K-10 00”: El vap por del sepa arador se e expande ha asta 2800 kkPa, la corrriente de salida será “5 5”. El expan nsor debe te ener las sig guientes pro opiedades:

Separador “V-1 101”: Agreg gue otro se eparador a la salida del expanssor. El alim mento provie ene de la sa alida del ex xpansor. El producto d de vapor ess la corrientte “7” que yya se ha agregado y lig gado al inte ercambiado or “LNG”. E El producto líquido es la corriente “6”. Válvu ula “VLV-100”: El líquido que proviene p de el primer se eparado ess flasheado o a la misma a presión de d la salida a del expan nsor. Agreg gue una vá álvula que rrealice esto o y la corrie ente de salid da será “8”. Cuand do la simulación es s manipula ada posteriiormente, la presión de salida a del expan nsor es uno o de los parrámetros de el proceso que puede e ser cambiado, por esso es sensa ato unir es sos paráme etros dentrro de Aspe en HYSYS S en lugar de cambiiarlos manualmente. Esto E es realizado usan ndo una ope eración “SE ET” que pe ermite relaccionar dos variables, pu uede hacerrlos idéntico os o forzar un multipliccador y un desplazam miento fijo en ntre ellos. SET: Instalar un SET con lo os siguiente es parámettros:

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Column na de des stilación “LPG Reco overy”: Essta column na tiene 5 etapas, un condens sador y un hervidor. La a corriente “8” es el a limento que e ingresa p por la prime era etapa y la corriente e “6” ingresa a como alim mento al co ondensadorr. En lugar de definir las presione es en la columna, com mo sería no ormalmente e, se usara a la operación SET pa ara relaciona ar las pres siones de fondo f y de e cabeza d e la colum mna con la corriente d de salida del expanso or. El propó ósito de es sto es perm mitir que e el caso sea a manipulad do posteriormente parra cambiar muchos pa arámetros claves del proceso (iincluyendo la d salida del expanso or). presión de Para fija ar la presió ón en la co olumna, prim mero agreg gamos la ccorriente de e materia d del producto o líquido de e fondo qu ue sería la corriente ““10”, luego instalar un na operació ón SET que e permita ha acer iguale es las presio ones de lass corrientess “10” y “5”. Instalar otra operac ción SET que q fije la presión p de la corriente e “9” a 5 pssi por deba ajo de la pre esión de la corriente “5 5”. Agregue e una colum mna de de estilación e ingrese lo os siguienttes datos e en la página Connec ctions.

ones de las corriente es producto os, automá áticamente la Cuando se fijaron las presio columna a recoge es sos valores en el perfil de presión n, de un clicc en el botó ón siguiente e. Las tem mperaturas estimadas son usadas para co omo ayuda a para que e la columna encuentre la soluc ción rápida amente. Si tiene una a idea de las condicciones en la 140

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colum mna, entonc ces puede introducir la a informació ón. En este e caso las temperatura as no se co onocen, po or tanto dejjaremos es stos datos en blanco o, de un cclic en el b botón siguie ente para ir a la página a final. La pá ágina final permite re ealizar algu unas especcificacioness típicas en n columnass. En e”. A este caso c usare emos difere entes espec cificacioness. De un cclic en el b botón “Done contin nuación apa arecerá la siguiente s ve entana:

Antes s de ejecuttar la colum mna se deb be introduccir la corrie ente “6” co omo alimen nto al conde ensador y además a de e las espec cificacioness. Diríjase a la página a Monitor e en la pestaña Desing, aparecerá á la siguientte ventana::

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Desactiv ve las dos especificac e ciones que la columna a trae por d defecto y lu uego agregue las siguientes espe ecificaciones:

Si la colu umna no se e ha ejecuttado automáticamente e de un clicc en el botón de ejecuttar “Run”. ¿Cuál es s el flujo de e la corrientte “9” vaporr de cabeza a? _______ __________ _________ __ mpletar la simulación s las dos corrrientes de productos d de gas provvenientes d del Para com intercam mbiador “LN NG” deben ser s mezclad das y re-co omprimidos para exporrtación. Mezclar las corrien ntes “7A” y “9A” usan ndo una op peración “M Mixer”, la ssalida será la corriente e “11”. Agregue e un compresor, man ntenga la eficiencia e a adiabática estándar d de 75 %. La salida se erá la corrie ente “12” y la corriente e de energía a “QK-101””. Instale otra o operac ción SET pa ara unir las s corrientess de energías del com mpresor (Q QK101) con n la del exp pansor (QK--100). Agregue e otro enfria ador para enfriar la mezcla m de gases com mprimidos hasta 30 °C, este enffriador tend drá una ca aída de pre esión de 20 0 kPa. La corriente d de salida d del enfriador será “13” Finalmente, instale e un comprresor para elevar la p presión de la corrientte “13” hassta 7000 kP Pa. La eficiiencia adiabática del compresorr será del 75 % y la corriente d de salida “E Export Gas s”.

DE SU CAS SO GUARD

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TREN DE FRACCIONAMIENTO DE LÍQUIDOS DEL GAS NATURAL OBJETIVOS  Determinar los grados de libertad requeridos para especificar una columna de absorción o destilación y una bomba.  Simular columnas de destilación o de absorción.  Simular una planta que transforma dos corrientes de gas natural en varios productos hidrocarbonados enriquecidos en alguno de ellos. PROCESO ESTUDIADO En el proceso a simular a continuación se utiliza un tren de tres columnas separadoras que utilizan como materia prima dos corrientes con un cierto contenido de hidrocarburos saturados. En la primera se obtiene un gas natural de alto contenido en metano; en la segunda se obtienen dos productos en forma de vapor y líquido enriquecidos en etano y en la tercera se obtienen dos productos líquidos concentrados, el uno en propano y el otro en los hidrocarburos más pesados. La primera columna es un absorbedor con rehervidor, la segunda es una columna de destilación con condensador parcial y la tercera es una columna con condensador total. La Figura 1 muestra el diagrama de flujo final de la planta descrita. La primera columna o de-metanizadora es un absorbedor con rehervidor, dos alimentos y una carga calórica. El vapor producido es rico en metano y los fondos son bombeados a una segunda columna. Para C componentes y N etapas de equilibrio, los grados de libertad requeridos para una completa especificación en esta columna son: 2

2

10

(1)

Si se especifican, completamente, la dos corrientes de alimentación los grados de libertad requeridos para el diseño están dados por: 2

6

(2)

Por lo tanto, se requieren seis especificaciones si el simulador asigna 2N especificaciones por defecto. La bomba utilizada para impulsar los fondos, requiere de C + 4 especificaciones. Si se conocen las condiciones de la corriente de entrada, queda en definitiva un faltante de dos especificaciones. La segunda columna o de-etanizadora y la tercera columna o de-propanizadora requieren de nueve especificaciones. La recuperación de líquidos del gas natural es muy común en el procesamiento de este. Tiene como propósito, usualmente:

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1. Producir P ga as transporrtable (librre de hidrrocarburos pesados que pueda an co ondensar en e la tubería a). 2. Producir P un gas con es specificaciones comercciales. 3. Maximizar M la a recuperac ción de líqu uido (cuand do los prod ductos líquidos son más va aliosos que e el gas).

Figura 1. 1 Tren de Fraccionam F miento de Lííquidos del Gas Naturral SIMULA ACIÓN EN ESTADO E ESTACIONA E ARIO Abra un nuevo caso o y defina el e siguiente e paquete fluido Ecuación: Pe eng Robinso on Componente C es: N2 2, CO2, C1 – C8 Unidades: U Fie eld Instale la as siguiente es dos corrrientes mate eriales Nombre: N F1 Temperatura a: - 139 °F Presión: P sia 330 ps Flujo molar: 3575 lb bmol/h Composición C n (Fracción Mol) Nitróg geno: 0.0025 5 CO2: 0.0048 8 Metan no: 0.7041 Etano o: 0.1921 Propa ano: 6 0.0706 i-Buta ano: 0.0112 2 n-Butano: 0.0085 5 i-Penttano: 0.0036 6 n-Pen ntano: 0.0020 0 n-Hex xano: 0.0003 3 n-Hep ptano: 0.0002 2 n-Octtano: 0.0001

F2 F - 120 °F 332 psia a 475 lbm mol/h 0.0057 0.0029 0.7227 0.1176 0.0750 0.0204 0.0197 0.0147 0.0102 0.0037 0.0047 0.0027

a columna De-metaniz zadora con el nombre “T-100” se eleccionand do el icono d de Instale la nombre “Reboiled Absorber” que aparece en la p aleta de objetos, y p por medio d del e, conecte las corrientes como o lo muestrra la Figurra 2. La co orriente “Q Qe” asistente 144

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conec ctada al pla ato cuatro es e una corrriente de e energía con n un flujo ccalórico de 2.0e +06 Btu/h B

Figurra 2. Corrientes conec ctadas a la ccolumna de e-metanizadora Presio one el botón “Next” para abrir la página (2 de 4) siguiente e introduzcca la siguie ente informa ación: Top Stage S Press sure: Reboiler Pressurre:

330 psia 335 psia

Presio one el botón “Next” para abrir la siguien nte página (3 de 4) e introduciir los siguie entes estimativos opcio onales de temperatura t a: age Temperature Estim mate Optional Top Sta er Temperature Estima ate Optional Reboile

-126.4 °F 0 °F 80.60

one el botón “Next” pa ara continua ar. Para estte caso, no o se suminisstra informa ación Presio sobre e la última página p del asistente y, y por lo tan nto, presion ne el botón n “Done”. A Aspen HYSY YS abrirá, entonces, e la a ventana de d propieda ades de la ccolumna qu ue se observará como lo muestra la Figura a 3. ¿Cuán ntas espec ificaciones se han introducido h hasta ahora a? Haga clic sobre la página “Monitor” “ de e la pestañ ña “Design”” y observa ará por la banda roja, como c se muestra en la a Figura 4, que la colu umna no ha a convergid do. En el cu uadro “Degrrees of Freedom” se s nota que q hay ccero grado o de liberrtad porqu ue la espec cificación Flujo F del Producto P de d Tope o “Ovhd P Prod Rate”” se encue entra verific cada como activa, pero o no se le ha h asignado o un valor n numérico. a especific cación “Ov vhd Prod Rate” R intro oduzca un valor de 2950 lbm mol/h, En la señalá ándola com mo especific cación activ va y desacttivando las otras, si lo están.

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Figura 3. Ventana de e propiedad des de la co olumna de--metanizad dora

Figura a 4. Especiificaciones de la colum mna de-mettanizadora e el botón n “Run”, si es necesario, para a que la simulación alcance su Presione converge encia com mo se obs serva en la l banda verde. Ob bserve los perfiles d de tempera atura, presió ón y flujos a través de e la column na. ¿Cuánto es la fraccción mol d del metano en la corrie ente “V”?. Aunque la column na converg gió, no es práctico e especificar flujos porrque puede en resultar columnas que q no pue eden conve erger o que producen corrientes de productos con pro opiedades indeseable es si cam mbian las condicione es del aliimento. Una alternativ va es espe ecificar o co oncentracio ones o recu uperacioness de compo onentes pa ara las corrie entes de prroducto de la columna a. Haga clic sobre la página “Specs” de d la pesta aña “Desig gn” de la ventana d de ades de la columna. c propieda

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Presio one el botó ón “Add” en n el grupo “Column S Specificatio ons” para ccrear una n nueva espec cificación. Selec ccione la op pción “Colu umn Compo onent Fracctions” que aparece dentro del g grupo “Column Specification Typ pes” en la ventana de esplegada y presione e el botón “Add Specs s” que aparrece en la parte p inferio or. Para introducir una u especificación de 0.96 como fracción m mol en la corriente de vvapor que sale s de la primera p eta apa de la columna, c llene la ven ntana despllegada com mo lo muestra la Figurra 5.

Figura 5. 5 Especifica ación de la fracción m mol de meta ano en el va apor “V” Elimin ne la venta ana anterio or. La págin na “Specs”” muestra u un valor de e cero para a los grado os de liberta ad aunque se ha añadido otra e especificació ón. Esto se e debe a que la espec cificación se e añadió co omo un estiimativo y no o como una a especifica ación activa a. Abra la página “Monitor” “ y desactive la especifiicación “Ovvhd Prod R Rate” y active la cificación “Component Fractio on” creada a. La co olumna de ebe conve erger espec obserrvándose la a página “M Monitor” co omo se muestra en la a Figura 6. ¿Cuánto es el flujo del d vapor de e tope de la a columna de-metaniz d zadora?

Figura 6. Monitor M de las especifficaciones d de la colum mna de-meta anizadora

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Observe el comportamiento y desempeño de la columna desplegando las ventanas de las pestañas “Parameters”, “Performance” y “Worksheet”. Instale una bomba para impulsar los fondos de la columna de-metanizadora como alimento a la columna de-etanizadora y especifíquela de la siguiente manera: Pestaña Design – Página Connections Name P-100 Inlet F3 Outlet F4 Energy W1 Pestaña Worksheet – Página Conditions Corriente F4 Pressure 405 psia Instale la columna de-etanizadora, haciendo doble clic sobre el icono “Distillation Column” que se encuentra en la paleta de objetos. Esta columna opera a 2760 kPa, contiene 14 etapas de equilibrio y su objetivo es producir un producto de fondo que contenga etano en una relación de 0.01 con respecto al propano. Introduzca la siguiente información: Connections

Página 1 de 4

Name No. of Stages Feed Stream/Stage Condenser Type Overhead Outlets Bottoms Liquid Outlet Reboiler Energy Stream Condenser Energy Stream

T-101 14 F4 / 6 Partial V1, D1 F5 Qr1 Qc1

Pressure Profile

Página 2 de 4

Condenser Pressure Condenser Pressure Drop Reboiler Pressure

395 psia 5 psi 405 psia

Optional Estimates

Página 3 de 4

Optional Condenser Temperature Estimate Optional Reboiler Temperature Estimate

25 °F 200 °F

Presione el botón “Done” en la página 4 y haga clic sobre la página “Monitor” de la ventana de propiedades de la columna e introduzca las siguientes especificaciones verificadas como activas: 148

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Overh head Vapou ur Rate Distilla ate Rate Reflux x Ratio

700 lbmole / hrr 0 kg gmole / hr 2.5 (Molar) (

Presio one el botó ón “Run” para p correrr la column na. ¿Cuánto es el flujo de eta ano y propa ano en la corriente c de fondos de d la colum mna de-eta anizadora? ¿Cuánto e es la relació ón de dicho os flujos? ¿Se ¿ cumple e la relación n deseada? ? Abra la página “S Specs” y prresione el botón b “Add”” para crearr una nueva a especifica ación ccione la op pción “Colu umn Comp ponent Ratiio” como e el tipo de e especificaciión e Selec introduzca la info ormación que aparece e en la Figu ura 7.

Figura F 7. Re elación entrre etano y propano p en n los fondoss de la de-e etanizadora a En la a página “M Monitor” de esactive la a especifica ación “Ovh hd Vap Ra ate” y activve la espec cificación “C2 / C3” creada. La L simulac ión debe converger porque se e ha espec cificado com mpletamentte. ¿Cuánto o es la con ncentración de etano y propano en la corrie ente de fond dos de la de-etanizad d ora? ¿Cuá ánto es la re elación enttre sus flujo os en dicha corriente? ¿Se cumple la relació ón especificcada? Observe el dese empeño de la columna a de destilacción. Instale e una válvu ula con el objeto o de ex xpandir la ccorriente de e fondos de e la columna a deetaniz zadora ante es de alim mentarse a la column na de-prop panizadora. Especifiqu ue la válvulla de la sigu uiente man nera: Pesta aña Design n – Página Connectio ons Nombre VLV- 100 da F5 Entrad Salida a F6 Pesta aña Worksheet – Pág gina Condittions F6 5 psia 245

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Instale la columna de-propanizadora, haciendo doble clic sobre el icono “Distillation Column” que se encuentra en la paleta de objetos. Esta columna opera a 1520 kPa, contiene 24 etapas de equilibrio. Se buscan dos objetivos con esta columna. El primero es producir un producto de cabeza que no contenga más del 1.5 % molar de i-C4 y n-C4, y el segundo es que la concentración de propano en el producto de fondo debe ser menor que 2 % molar. Introduzca la siguiente información: Connections – Página 1 de 4 Name No. of Stages Feed Stream/Stage Condenser Type Overhd Liquid Outlet Bottoms Liquid Outlet Reboiler Energy Stream Condenser Energy Stream

T-102 24 F6 / 11 Total D2 F7 Qr2 Qc2

Pressure Profile – Página 2 de 4 Condenser Pressure Condenser Pressure Drop Reboiler Pressure

230 psia 5 psi 240 psia

Presione el botón “Done” y haga clic sobre la página “Monitor” de la ventana de propiedades de la columna e introduzca las siguientes especificaciones verificadas como activas. Distillate Rate Reflux Ratio

240 kgmole / hr 1.0 (Molar)

Presione el botón “Run” para correr la columna. ¿Cuánto es la fracción molar de propano en las corrientes de tope y fondo de la columna de-propanizadora? Abra la página “Specs” y presione el botón “Add” para crear dos nuevas especificaciones. Para especificar la composición de los butanos en el tope de la columna, seleccione la opción “Column Component Fraction” como el tipo de especificación e introduzca la información que aparece en la Figura 8. Para especificar la concentración de propano en el fondo, seleccione la opción “Column Component Fraction” como el tipo de especificación e introduzca la información que aparece en la Figura 9.

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Fig gura 8. Frac cción molar de butano os en el con ndensador de la de-prropanizadorra

Figura 9. Concentrac ción de pro opano en el fondo de la de-propa anizadora onitor” desa active las especificacio e ones “Distillate Rate” y “Reflux R Ratio” En la página “Mo ve las espe ecificacione es “i-C4 + n--C3” y “C3”” creadas. y activ Observe los res sultados so obre el comportamien nto de la columna d después qu ue la simula ación haya convergido o.

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