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Visión general DWSim

Antes describir paso a paso cómo construir un modelo de una planta de procesos utilizando DWSim, creo conveniente realizar una pequeña discusión de los principales objetos (en una lógica de POO) presentes en cualquier simulador de procesos. Las corrientes y los equipos son la base del sistema. De hecho una planta de procesos o simplemente “Proceso” como se le llama en la figura 1, es una agregación “conveniente” de corrientes y equipos para transformar una materia prima en un producto de mayor valor comercial. Desde el punto de vista de modelado de procesos al “Proceso” se le suele llamar “Diagrama de Flujos” o “Flow diagram”.

Figura 1. Diagrama de objetos Los equipos son los encargados de realizar cambios fisicoquímicos a una materia prima la cual se maneja como una corriente de materiales o simplemente “Corriente”. Nótese que una corriente siempre está asociada a uno o varios equipos, al cual también se le suele llamar operación unitaria. Ahora bien, esta corriente bien puede representar a un solo compuesto como el agua, o a una mezcla de componentes como el petróleo o el aire (21% oxígeno y 79% nitrógeno).

Ahora bien, una vez iniciado el programa y seleccionado la opción “Create new simulation”, se despliega la pantalla “Configure Simulation” que se muestra en la figura 1. Acá se debe seleccionar todos los compuestos presentes en el sistema a modelar. Modelaremos un equipo que logre la separación de un vapor, un líquido rico en hexano y un líquido rico en agua; por lo que el sistema (hipotético) a modelar contendrá hexano y agua, tal como se muestra en la figura 1. Para ello seleccionamos Components\Components\Search\Add>

Figura 2. Configure simulation

Todos los objetos de tipo “compuesto” quedan completamente definidos en este paso, por lo que todos los métodos requeridos para ello deben haber sido ejecutados. Una vez seleccionados los compuestos, es necesario seleccionar la termodinámica. La termodinámica está asociada al método “Método termodinámico asociado” de los objetos corriente. Desde un punto de vista práctico, la termodinámica modela el comportamiento en la interacción de los compuestos en una corriente o en un equipo. Para nuestro ejemplo seleccionaremos Thermodynamics\Property Packages\Equation of state models\Peng-Robinson (Inmiscible water and volume traslation), tal como se muestra en la figura 3. Luego “Back to simulation”.

Figura 3. Selección del método termodinámico

Ahora, falta la definición de cada uno de los objetos corriente y equipo, para la definición completa del proceso. Para ello iniciamos con las corrientes indicando Insert\Stream\Material Stream tres veces para crear una corriente de entrada y tres de salida tal como se indica en la figura 4.

Figura 4. Insertando las corrientes

Ahora, haciendo click en MAT-000 (la corriente de entrada) observamos del lado izquierdo de la aplicación, en el menu Properties\1. Conditions y definimos los atributos de corriente Temperature, Pressure, Mass Flow rate tal como se muestra en la figura 5. Temperature = Pressure = Mass flow rate =

300 K 101325 Pa 1 Kg/s

Ahora, es necesario definir la composición de componentes, es decir, en las proporciones de agua y hexano en esta corriente. Asumamos que es 60% hexano y 40% Agua. Para ello, Properties\1. Conditions\Composition Editor\. En la figura 6 se muestra la ventana “Edit Composition”.

Figura 5. Definición de los atributos de MAT-000

Figura 6. Ventana del editor de composiciones Ahora se inserta el único equipo u operación unitaria que contendrá este proceso. Para ello: Insert\Unit Operations\Separator (Vessel), tal como se muestra en la figura 7.

Figura 7. Insertando la operación unitaria. Hasta ahora ya se ha definido los objetos componente y el objeto corriente de entrada. Los objetos corriente de salida no se definen ya que estos dependen del desempeño de la

operación unitaria. Por otra parte, los atributos de proceso, dependen de los equipos y corrientes presentes. Es por ello que para completar el modelo solo falta definir algunos atributos en el equipo SEP-000 y la relación entre las corrientes y el equipo. Para definir los atributos de SEP-000 hacemos click en el y luego, en el panel izquierdo de la aplicación, Properties\2. Parameters\Vessel Operating Mode\Three Phase, tal como se muestra en la figura 8.

Figura 8. Seleccionando el modo de operación del tambor separador Luego, Properties\1. Connections\Vapor Outlet\MAT-001; Properties\1. Connections\Liquid Outlet\MAT-002 ; Properties\1. Connections\Liquid Outlet (2)\MAT-003, tal como se muestra en la figura 9.

Figura 9. Asociando las corrientes al equipo Una vez asociadas todas las corrientes el diagrama de flujos se encuentra completamente determinado, por lo que se completan los cálculos y se muestra azul lo que indica que corrió y convergió tal como se muestra en la figura 10.

Figura 10. Diagrama de flujo de procesos una vez alcanzada la convergencia Nótese que la corriente MAT-001 se muestra roja. Esto ocurre porque se asumió que a las condiciones dadas la corriente MAT-000 se separara entres fases Vapor, Líquido, Líquido(2), pero una vez realizada la simulación se obtuvo que a las condiciones de temperatura y presión dadas no existe fase vapor. Para una visión muy general de los resultados se puede colocar el puntero encima de la corriente MAT-002 ó MAT-003, mientras que para una versión detallada de los

resultados se selecciona Results\Build Report. Luego, en Available Items se selecciona Material Streams y Separators. Luego View, tal como se muestra en la figura 11.

Figura 11. Simulation report