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CURSO - TALLER

SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION Huacho - Perú

SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

INDICE FUNDAMENTOS DE PROCESOS .................................................................................................... 3 ENTORNO AL SIMULADOR ASPEN HYSYS V8.4 ............................................................................. 5 SELECCIÓN DE COMPONENTES ................................................................................................ 5 SELECCIÓN DE MODELOS TERMODINÁMICO ............................................................................ 6 CREACIONES DE COMPONENTES HIPOTÉTICOS ...................................................................... 7 CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS PETROLEROS (ASSAY – BLEN).............................................. 8 Reacciones químicas .................................................................................................................... 9 BALANCE DE ENERGÍA Y MATERIA ............................................................................................ 9 HOJA DE CÁLCULO .................................................................................................................... 9 AJUSTE, RECICLE, SET .............................................................................................................. 9 BOMBAS ...................................................................................................................................... 10 SEGMENTOS DE TUBERÍAS ......................................................................................................... 13 VÁLVULAS ................................................................................................................................... 21 COMPRESORAS Y TURBINAS ...................................................................................................... 22 TEE .............................................................................................................................................. 24 MEZCLADORES ........................................................................................................................... 26 SEPARADORES Y TANQUES ....................................................................................................... 28 TANQUE REACTOR DE AGITACIÓN CONTINUA CSTR ................................................................. 33 REACTOR TUBULAR PFR ............................................................................................................ 33 REACTOR DE CONVERSIÓN ........................................................................................................ 34 COLUMNAS DE DESTILACIÓN ..................................................................................................... 41 INTERCAMBIADOR DE CALOR..................................................................................................... 46 HORNOS ...................................................................................................................................... 49 CHILLER, COOLER ....................................................................................................................... 55 AERO REFRIGERANTES .............................................................................................................. 57 Eficiencia de Hornos ....................................................................................................................... 59 Columna Primaria de destilación ...................................................................................................... 65 Despresurización de tanques de alta presión .................................................................................... 70 Dimensionamientos de intercambiadores tubo coraza ....................................................................... 72 Puesta en marcha de planta de gas ................................................................................................. 79

ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

FUNDAMENTOS DE PROCESOS En los últimos años, la simulación de procesos ha llegado a ser una herramienta de apoyo para el diseño y evaluación de distintos procesos relacionados a la industria química, hidrocarburos, mineria, etc. La simulación de procesos juega un papel muy importante en las industrias antes mencionadas, como herramienta adecuada y oportuna para el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales. SOFTWARES DE SIMULACIONES Son herramientas que nos permiten facilitar el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales. Entre los principales tenemos: 

Aspen Hysys



Pro II



Aspen Plus

 Chemcad VENTAJAS DEL USO DE SOFTWARE DE SIMULACIÓN 

La simulación interfiere en sistema del mundo real.



Es un proceso relativamente eficiente y flexible.



Hace posible analizar y sintetizar una compleja y extensa situación real.



Permite el diseñador examinar rápidamente varias configuraciones de planta



Permite la experimentación en condiciones que podrían ser peligrosas en el sistema real.



Reduce el tiempo de diseño de una planta.



Desventajas del uso de software de simulación



Un buen modelo de simulación puede resultar bastante costoso; a menudo el proceso a desarrollar un modelo es largo y complicado para su validación.



Por error se producen diferentes resultados en repetidas corridas en el computador.



Cada modelo de simulación es único, las soluciones e inferencias no son usualmente transferibles a otros problemas.



Se requiere gran cantidad de corridas para encontrar “Soluciones óptimas”.



Aplicación de softwares de simulación



Detección de cuellos de botella en la producción.



Predicción de los efectos de cambio en las condiciones de operación de las variables de la planta.



Optimización de las variables de proceso.



Optimización del proceso cuando cambian las características de los insumos y/o las condiciones económicas del mercado.



Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo de energía.



Análisis de nuevos procesos para nuevos productos



Transformación de un proceso para desarrollar otras materias primas



Análisis de factibilidad y viabilidad de nuevos procesos.



Optimización para minimizar la producción de desechos y contaminantes.



Entrenamiento de operados e ingenieros de procesos.



Investigación de la factibilidad de la automatización de un proceso. ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

MAPA DE RUTA

Figura Nº1: Ruta para definir una simulación

SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Permite evaluar las diferentes alternativas de configuración del proceso y/o determinar la sensibilidad de las variables claves del proceso con respecto a cambios “factibles” en el proceso.

Figura Nº2: Simulación estacionaria – UPD Crudo

SIMULACIÓN EN ESTADO DINÁMICA La simulación Dinámica puede ayudar a mejor el diseño, optimizar y operar procesos. Las plantas nunca están en estado estacionario. Los disturbios de la carga y del medio ambiente, el mal intercambio de calor y la degradación catalítica continuamente afectan las condiciones de un proceso estable. El comportamiento de los sistemas de procesos es mejor estudiado usando una simulación dinámica. Con la simulación dinámica se puede confirmar que la planta puede producir el producto deseado en una forma que sea seguro y fácil de operar. Definiendo detalladamente las especificaciones de los equipos, en la simulación dinámica, se puede verificar que los equipos funcionen como se espera en una situación real de planta también optimizar el diseño de control sin afectar negativamente seguridad de la planta. ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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Figura Nº3: Simulación dinámica

ENTORNO AL SIMULADOR ASPEN HYSYS V8.4 SELECCIÓN DE COMPONENTES Aspen Hysys V8.0 contiene una gran variedad de base de datos de componentes químicos, se iniciara el programa Aspen Hysys V8.0, “File”, “New”, “case” y obtendremos la siguiente ventana.

Figura Nº4: Entorno del administrador de propiedades Luego de iniciar el programa en la parte inferior Aspen Hysys V8.0 muestra un panel de mensajes “Message Panel” en el cual indica los errores durante la simulación; para ingresar los componentes para la simulación se ira a “Components Lists”, “Add” y se obtendrá la siguiente ventana

Figura Nº5: Vista de ingreso de componentes ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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Figura Nº6: Filtro para seleccionar componentes Para seleccionar componentes se utiliza los filtros1 para el tipo de familia o ingresando el nombre o formula del componente en el buscador (Nombre de los componentes en idioma ingles)1

Figura Nº7: Vista de ingreso de componentes puros

SELECCIÓN DE MODELOS TERMODINÁMICO Aspen Hysys utiliza el concepto de paquete de fluido o “Fluid Package” como el contenido de toda la información necesaria para desarrollar cálculos de propiedades físicas y evaporaciones espontaneas de corrientes. El paquete de fluido permite definir toda la información (propiedades, componentes hipotéticos, parámetros de interacción, reacciones, datos tabulados, etc.) dentro de un archivo muy sencillo. Son tres las ventajas de esto, a saber: 

Toda información asociada se define en una sola localidad, lo que permite la fácil creación y modificación de la información.



Los paquetes fluidos pueden almacenarse como un archivo completo para usarlos en cualquier simulación.



Pueden usarse varios paquetes fluidos n 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 Este paso es muy importante y no se debe tomar al a ligera, ya que definir la base de la simulación. Si tenemos una buena base, tendremos una buena simulación, pero si introducimos un error desde el principio, este se agravara con el desarrollo de la simulación2.

Figura Nº8: Vista de definición de un paquete de fluidos

1

Nota: se debe desactivar el filtro para seguir la búsqueda si no se va a usar más porque al tratar de buscar un componte que no se encuentre dentro del tipo de familia, esta no será ubicada 2 Antes de iniciar la simulación se debe considerar la selección de un sistema de unidades

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CREACIONES DE COMPONENTES HIPOTÉTICOS Un componente hipotético puede ser: 

Componentes puros



Mezclas definidas



Mezclas indefinidas



Solidos

Que no se encuentra en la base de datos de Aspen Hysys V8.0; se tiene varios métodos de estimación para asegurar la representación adecuada del comportamiento de os componentes hipotéticos adicionados. También hay métodos para estimar los coeficientes binarios entre componentes hipotéticos. También sirve para clonar los componentes de la lista disponibles en Aspen Hysys y luego modificar sus especificaciones, estos compuestos se pueden usar en reacciones. Los compuestos hipotéticos no pertenecen a un paquete de fluido específico dentro de la simulación porque en su creación son puestos en el Hypo Group. Debido a que estos componentes no pertenecen a un paquete específico estos pueden ser compartidos por varios paquetes en la misma simulación. La información mínima requerida por Aspen Hysys para estimar las propiedades del componente hipotético se resumen en la tabla siguiente: Punto normal de Menor a 700ªF Mayor a 700ªF No se conoce o es un solido

Información mínima Punto normal de ebullición Punto normal de ebullición Densidad del liquido Densidad del liquido Peso molecular

Adicionando un nuevo componente En este caso se trata de estimar propiedades físicas para componente que no está en la base de datos del programa. Para ilustrar el procedimiento estimaremos las propiedades físicas del componente 1,1,2trimetilciclohexano

Figura Nº9: Vista de ingreso de componentes hipotéticos

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Se construirá la estructura de la molécula en base a los sub-grupos.

SubCH3 CH2 -CCH

Adicionar 3 4 1 1

Figura Nº10: Entorno de componentes hipotéticos

Figura Nº11: Propiedades calculadas - UNIFAC

CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS PETROLEROS (ASSAY – BLEN) En la pestaña Oil Manager se ingresa los datos de ensayo de laboratorio para caracterizar los crudos petroleros a partir de los componentes ligeros, el % de volumen de acumulación, viscosidad, entre otros. Posterior a ello permitirá ingresar los cortes de los destilados para extrapolar los componentes hipotéticos pesados y generar los posibles porcentajes de destilados pesados y ligeros.

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Reacciones químicas En la pestaña se pueden ingresar reacciones químicas, cinéticas, de conversión, equilibrio, otros. Para ello se necesita un conocimiento previo para cada tipo de reacción y los balances estequimetricos que requiere.

BALANCE DE ENERGÍA Y MATERIA Para mostrar la tabla de balance de energía y materia dentro del entorno de la simulación, solo se debe de dar clic en secundario dentro del panel de simulación y seleccionamos Worbook y seleccionamos el tipo de balance que nos puede mostrar, ya sea energía, materia o componentes.

HOJA DE CÁLCULO La hoja de cálculo se aplica la funcionalidad de los programas de hojas de cálculo para el modelado de diagramas de flujo. Con acceso esencialmente completa a todas las variables de proceso, la hoja de cálculo es muy potente y tiene muchas aplicaciones en HYSYS

AJUSTE, RECICLE, SET AJUSTE La operación de ajuste varía el valor de una variable corriente (la variable independiente) para satisfacer un valor requerido o especificación (la variable dependiente) en otro flujo o la operación El ajuste se puede realizar las siguientes funciones 

Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente se encuentra con el valor objetivo



Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente es igual a la de la misma variable para otro objeto, además de un desplazamiento opcional

RECICLE La capacidad de cualquier simulación de diagrama de flujo para resolver recicla fiable y eficiente es crítico. HYSYS tiene ventajas inherentes sobre otros simuladores en este sentido. Tiene la capacidad única de la parte posterior - calcular a través de muchas operaciones en un no - de manera secuencial, lo que permite muchos problemas con recicla puede ser resuelto de forma explícita, por ejemplo, la mayoría de recicla el calor se pueden resolver explícitamente (sin una operación de reciclaje SET El conjunto es una operación usada para establecer el valor de una variable de proceso específica (PV) en relación u otro PV. Es la relación entre el mismo PV en dos como objeto; por ejemplo, la temperatura de dos corrientes, de la UA de dos intercambiadores La dependiente, o el objetivo, la variable i se define en términos de la independencia, o la fuente, variable de acuerdo con la siguiente relación lineal: Y = MX + B Donde 

Y = Variable dependiente (destino)



X = Variable independiente (fuente)



M = Multiplicador



B = Interceptor

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

BOMBAS Los cálculos se basan en la ecuación de la bomba estándar de potencia, que utiliza el aumento de la presión, el caudal del líquido y la densidad. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 =

(𝑃𝑜𝑢𝑡 − 𝑃𝑖𝑛 )𝑥𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜

Donde: 

𝑃𝑜𝑢𝑡

: Presion de salida de la bomba



𝑃𝑖𝑛

: Presion de entrada a la bomba.

La ecuación anterior define la potencia ideal necesaria para elevar la presión del líquido, el líquido, el requisito de potencia real de la bomba se define en términos de la eficiencia de la bomba. 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (%) =

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑥100% 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙

Cuando la eficiencia es inferior a 100%, el exceso de energía entra en elevar la temperatura de la corriente de salida. Finalmente la potencia real es igual a la diferencia en el flujo de calor entre la salida y la entrada de corrientes 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙 = (𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 ) Si el alimento está completamente definido, solo dos de las siguientes variables tienen que ser especificado para la bomba para calcular todas las incógnitas 

Presión o caída de presión de salida



Eficiencia



Energía de la bomba

La potencia ideal requerido, W, para aumentar la presión de un fluido incompresible es: 𝑊=

(𝑃2 − 𝑃1 ) ∗ 𝐹 ∗ (𝑀𝑊) 𝜌

Donde: 

P1

: presión de ingreso



P2

: presión de salida



𝜌

: densidad de la corriente



F

: Flujo molar



MW

: Peso molecular del fluido

Curvas (Curves) Ecuación de la curva de una bomba 𝐻𝑒𝑎𝑑 = 𝐴 + 𝐵 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 + 𝐶 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 2 + 𝐷 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 3 + 𝐸 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 4 + 𝐹 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊 5

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Figura Nº12: Ingreso de la ecuación de la curva Añadir curvas Velocidad de 50 rpm, flujo de ingreso de 200 m3/h Flujo (GPM) 400 800 1200 1600 2000 2400 2800

Head(ft) 74.7 70.5 65.2 58.6 50.1 39.5 26.4

% Eficiencia 20 48 65 70 63 48 30

Figura Nº13: Curva de la bomba NPSH El valor de NPSHrequerido bien puede tomarse de las curvas de NPSH o especificar directo en el campo requerido NPSH. Para especificar directamente en NPSHrequerido, primero debe borrar la casilla de verificación y habilitar curvas NPSH (Enable NPSH curves)

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 NPSHdisponible puede calcularse explícitamente de las condiciones de diagramas de flujo haciendo clic en el botón de calcular la cabeza, el NPSHdisponible se calcula como sigue: 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒

𝑃1 − 𝑃𝑣𝑎𝑝 𝑉12 = +( ) 𝜌𝑔 2𝑔

Donde: 

P1

: presión de la corriente de entrada a la bomba.



Pvap

: presión de vapor de la corriente de entrada.



𝜌

: Densidad del fluido



V1

: velocidad de la corriente de entrada



g

: constante de gravedad

Velocidad de 40 rpm Flujo (barrel/day 10000 20000 30000 40000

Head (ft) 40 35 30 25

% Efficiency 50 40 30 20

Figura Nº13: Curva NPSH 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 ≥ 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 + 3𝑓𝑡

Página de motor eléctrico (Electric Motor) Le permite conducir su operación de la unidad de rotación a través de la designación de un par motor en comparación con la curva de velocidad. Estos esfuerzos de torsión vs curvas de velocidad o bien se puede obtener del fabricante para el tipo de motor. Para la mayoría de aplicaciones de la industria de procesos, se utiliza un tipo NEMA A o B del motor eléctrico. Cuando se utiliza la opción del motor eléctrico el esfuerzo ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 de torsión (y potencia) generada por el motor es equilibrada contra el par consumida por el equipo de rotación.

Figura Nº14: Evaluación de curvas (Speed vs torque)

SEGMENTOS DE TUBERÍAS El segmento de tubo se utiliza para simular una amplia variedad de tuberías situaciones que van desde tuberías único o de múltiples fases planta con estimación de transferencia de calor riguroso, para una gran capacidad de bucle problemas de tuberías. Ofrece varias correlaciones de caída de presión: Modos de cálculo La operación segmento de tubería contiene cuatro modos de cálculo: 

Caída de presión



Longitud



Flujo



Diámetro

El modo se asigna de forma automática en función de lo se especifica información. Independientemente del modo que utilice, debe especificar el número de incrementos en el tubo. Los cálculos se realizan en cada incremento, por ejemplo, para determinar la caída de presión, los cálculos de los balances de energía y de masa se realizan en cada incremento, y la presión de salida. Incremental Balances de materia y energía El algoritmo general consta de tres bucles anidados. El exterior estructura se repite en los incrementos (de presión, longitud o de flujo Modo), el bucle medio resuelve para la temperatura, y el bucle interior resuelve por presión. Los bucles medio e interno implementar un método de la secante para acelerar la convergencia. La presión y la temperatura se calculan como sigue: 𝑄 = 𝑈 ∗ 𝐴 ∗ ∆𝑇𝐿𝑀 𝑄 = 𝑄𝑖𝑛 − 𝑄𝑜𝑢𝑡

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Donde:  Q

: cantidad de calor transferido



U

: coeficiente global de transferencia de calor



A

: área de transferencia de calor exterior



∆𝑇𝐿𝑀

: Log media de diferencia de T



𝑄𝑖𝑛

: El flujo de calor de la corriente de entrada



𝑄𝑜𝑢𝑡

: El flujo de calor de la corriente de salida

Figura Nº15: Conexión de corrientes Resumen de métodos Los métodos anteriores han sido desarrollados para la predicción de dos fases caídas de presión. Algunos métodos se desarrollaron exclusivamente para el flujo en tuberías horizontales, otros exclusivamente para flujo en tuberías verticales, mientras que algunos se pueden usar para cualquiera. Algunos de los métodos definen un mapa régimen de flujo y pueden aplicar específico correlaciones de caída de presión de acuerdo con el tipo de flujo predicho. Algunos de los métodos de calcular el líquido esperado atraco en el flujo de dos fases mientras que otros asumen una homogénea mezcla. La siguiente tabla resume las características de cada modelo. Información más detallada sobre cada modelo se presenta más adelante en esta sección.

Figura Nº16: Modelos para cálculos de mecánica cuántica Modelo

Flujo Horizontal

Aziz, Govier & Fogarasi Baxendell & Thomas Begg & Brill Duns & Ros Greogory, Aziz, Mandhane Hagedorn & Brown HTFS Homogeneous HTFS Liquid slip Olgas 2000

No Utilizar con cuidado Si No Si No Si Si Si

Flujo vertical Si Si Si Si No Si Si Si Si

Almacenamiento de flujo Si No Si Si Si Si No Si Si

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Mapa de flujo Si No Si Si Si No No No Si 1 4

SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Orkisewki Poettman & Carpenter Tacite Hydrodynamic Module Tulsa

No No

Si Si

Si No

Si No

Si

Si

Si

Si

No

Si

Si

Si

El procedimiento para el modelado de una longitud de tubería se ilustra usando el Diagrama se muestra a continuación. En el diagrama, la longitud del tubo de AD está representada por segmentos, y tres accesorios

Figura Nº17: Esquema de tuberías Numero Representado por Tubería/Accesorio

1 A T

2 F1 A

3 B T

4 F2 A

5 C T

6 F3 A

7 D T

Longitud

x1

-

y1

-

x2

-

√𝑥32 + 𝑌

Elevación

0

-

y1

-

0

-

y2

Seleccione una de las siguientes 

Actual. el diámetro nominal no se puede especificar



Cédula 40



Cedula 80



Cedula 160 Tipo de material de la tubería Drawn Tube Dibujar tubo Mild Steel Acero dulce Asphalted Iron Acero asfaltado Galvanized Iron Acero galvanizado Cast Iron Hierro fundido Smooth Concrete Hormigón liso Rough Concrete Hormigón rugoso Smooth Steel Acero liso Rough Steel Acero rugoso Smooth Wood Stave Madera lisa Rough Wood Stave Madera rugosa

Rugosidad absoluta, m 0.0000015 0.0000457 0.0001220 0.0001520 0.0002590 0.0003050 0.0030500 0.0009140 0.0091400 0.0001830 0.0009140

Pérdida de presión apropiada La pérdida de presión accesorios se caracteriza por una ecuación de dos constantes como se muestra a continuación ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 𝐾 = 𝐴 + 𝐵𝑥𝑓𝑇 Donde 

A

: constante, también conocido como factor de carga de velocidad



B

: constante, también conocido como factor de FT



𝑓𝑇

: factor de friccion completamente turbulente

La constante K accesorios de pérdida de presión se utiliza a continuación para obtener la caída de presión a través del montaje de la ecuación que se muestra a continuación ∆𝑃 = 𝐾

𝜌𝑣 2 2

Donde 

∆𝑃

: caída de presion



𝜌

: densidad



v

: velocidad

El factor K3 de la ecuación anterior se calcula a partir de las siguientes ecuaciones: Para reductores: 𝜃 𝐾𝑜𝑢𝑡 = 0.8 sin (1 − 𝛽 2 ) 2 𝐾𝑜𝑢𝑡 = 0.5(1 − 𝛽 2 )√sin

𝜃 2

𝑝𝑎𝑟𝑎 (𝜃 ≤ 450 )

𝑝𝑎𝑟𝑎 (450 ≤ 𝜃 ≤ 1800 )

Donde: 𝛽=

𝑑𝑜𝑢𝑡 𝑑𝑖𝑛

Para agrandada 𝐾𝑜𝑢𝑡

𝜃 2.6 sin (1 − 𝛽 2 )2 2 = 𝛽4

Donde: 𝛽=

𝑑𝑖𝑛 𝑑𝑜𝑢𝑡

𝜃 en las ecuaciones anteriores se conoce como ángulo de estampación. Ángulo Swage se muestra en la siguiente figura:

3

Ecuaciones para K han sido tomados de Crane, Flujo de Fluidos, 410M de publicación, Apéndice A-26

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Figura Nº18: Parámetros de operación

Heat loos Si se conoce la exigencia de calor total de la tubería, el balance de energía puede calcularse inmediatamente. Cada incremento se supone tener la misma pérdida de calor. Usted entra a la pérdida de calor de la tubería en el campo de la pérdida de calor. Esta suposición es válida cuando el perfil de temperatura es plana, lo que indica las bajas tasas de transferencia de calor en comparación con los flujos de calor de las corrientes. Este es el más rápido método de solución. Si se especifican tanto las temperaturas de entrada y salida, lineal perfil se asume y HYSYS puede calcular el calor total deber. Este método permite el cálculo rápido cuando la corriente se conoce las condiciones. Seleccione el botón de Pérdida de Calor para ver el calculado deber general de calor. Overall HTC Si el HTC total (coeficiente de transferencia térmica) y una temperatura ambiente representativa son conocidos, el calor riguroso cálculos de transferencia se llevan a cabo en cada incremento.

Figura Nº19: Perdida de calor Segment HTC4 Si el coeficiente de transferencia de calor y un ambiente representativo temperatura son conocidos para cada segmento. Se puede especificar la temperatura ambiente y HTC para cada segmento de tubería que ha sido creado en la página acerca. HYSYS realiza calor riguroso transferir cálculos en cada incremento.

4 El HTC general y Estimación HTC se pueden utilizar juntos para definir la información de transferencia de calor para el tubo. Si sólo conoce la temperatura ambiente, puede suministrarla en la sección general de HTC y tienen el valor global de HTC calculado por la sección Estimación HTC. Del mismo modo, es necesario para especificar la temperatura ambiente en la estimación de HTC sección para el segmento de tubería para tener la transferencia de calor suficiente información para resolver. ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Cuando se selecciona el botón de radio Estimación HTC, el Heat Transferir los cambios de página a la ventana de propiedades se muestra en la figura a continuación. Métodos se utilizarán únicamente para tuberías monofásicas que operan a números de Reynolds alto (> 10.000). Los métodos Profes y HTFS deben proporcionar mucho mejor resultados para dos y tres sistemas de fase, y en el flujo laminar región a costa de cierto incremento en el tiempo de cálculo. En general la opción Profes se recomienda para la mayoría de tuberías aplicaciones, ya que tiene en cuenta plenamente el régimen de flujo en la tubería y es razonablemente eficiente en el cálculo. La opción es HTFS más cálculo intensivo, sobre todo en dos aplicaciones en fase donde se requieren cálculos de flash adicionales. Es se recomienda su uso en casos con un alto flujo de calor con alta temperaturas delta entre el contenido de tuberías y ambiente condiciones. Las cinco correlaciones proporcionadas son: 

Petukov (1970)

ℎ= 

(𝑓⁄8)𝑅𝑒𝑑 𝑃𝑟 𝑘 ∗ 𝑑 1.07 + 12.7(𝑓⁄8)1⁄2 (𝑃𝑟 2⁄3 − 1)

Dittus and Boelter (1930) ℎ=

𝑘 ∗ 0.023𝑅𝑒𝑑0.8 𝑃𝑟 𝑛 𝑑

Donde: 0.4→𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

𝑛 =0.3→𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 

Sieder and Tate (1936) Para flujo de 2 fases

Para flujo de una sola fase



Profes Implementa los métodos utilizados por el programa Profes Pipe Simulación (antes PLAC). Los métodos se basan en los mapas de flujo Profes para flujo horizontal y vertical, y las correlaciones apropiadas se utilizan para determinar el HTC en cada región del mapa de flujo.



HTFS. Implementa los métodos utilizados por los programas HTFS.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Correlaciones independientes se utilizan para la ebullición y condensación de transferencia de calor, y para el flujo horizontal y vertical. Los métodos utilizados están documentadas en el manual HTFS. Usted puede optar por incluir la resistencia térmica de la tubería en su Cálculos HTC seleccionando la casilla de verificación Incluir pared del tubo. La activación de esta opción requiere que se defina la conductividad térmica para el material de la tubería en la ventana de propiedades detalle de cada segmento de tubería. Los valores por defecto de conductividad térmica se proporcionan para los materiales estándar que se pueden seleccionar en el segmento de tubería.

Figura Nº20: Segmento HTC Estimate HTC

Figura Nº21: Calculo de transferencia de calor Conducción Fuera / convección Fuera de convección ya sea aire, agua o tierra pueden ser incluidos mediante la selección de la casilla de verificación Incluir HTC exterior. Para el aire y agua, la velocidad del medio ambiente está por defecto en 1 m/s, y es modificable por el usuario. La transferencia de calor por convección fuera coeficiente de correlación es para el flujo pasado tubos horizontales (JP Holman, 1989):

Si se selecciona el suelo como el medio ambiente, el tipo de suelo, entonces se puede seleccionar. La conductividad térmica de este medio aparece, pero también es modificable escribiendo encima del valor predeterminado. Los tipos de tierra y sus correspondientes conductividades se tabulan a continuación:

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Turba seca Turba húmeda Turba helada Arena seca

Conductividad (W/mK) 0.17 0.54 1.89 0.50

Frozen Clay Gravel Sandy Gravel Limestone

Arcilla congelada Grava Grava arenosa Caliza

Arena húmeda

0.95

Sandy Stone

Piedra arenosa

1.95

Arena mojada Arcilla seca Arcilla húmeda Arcilla mojada

2.20 0.48 0.75 1.40

Ice Cold Ice Loose Snow Hard Snow

Hielo Helada Nieve suelta Nieve dura

2.20 2.66 0.15 0.80

Tipo de Tierra Dry Peat Wet Peat Icy Peat Dry Sand Moist Sand Wet Sand Dry Clay Moist Clay Wet Clay

Conductividad (W/mK) 2.50 1.10 2.50 1.30

Tipo de Tierra

En HYSYS, el valor del coeficiente de transferencia de calor de los alrededores es basado en la siguiente ecuación resistencia a la transferencia de calor:

Donde:  Hentorno : coeficiente de calor que rodea 

Rentorno : entorno de resistencia a la transferencia de calor



Zb

: la profundidad de la cobertura a la línea central de la tubería.



Ks

: conductividad térmica tubería – material circundante (aire, agua, suelo)



Dot

: diámetro exterior de la tubería, incluyendo el aislamiento

Conducción a través de aislamiento Conducción a través del aislamiento o cualquier otro revestimiento de la tubería también se puede especificar. Varios materiales representativos se proporcionan, con sus respectivas conductividades térmicas. Debe especificar un grosor para este recubrimiento. Profes Método Ceras La deposición de la cera del aceite a granel sobre la pared de la tubería es supone que sólo ser debido a la transferencia de masa, la dispersión de cizallamiento no es considera que es un factor significativo. La tasa de deposición es descrito por: Aislamiento/tubería Evacuated Annulus Urethane Foam

Anillo evacuado Espuma de uretano

Glass Block

Bloque de vidrio

Conductividad (W/mK)

Aislamiento/Tubería

Conductividad (W/mK)

0.005

Asphalt

Asfalto

0.700

0.018

Concrete

Hormigón

1.00

0.080

Concrete Insulated

Hormigón con aislamiento

0.500

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2 0

SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Fiberglass Block Fiber Blanket Fiber Blanket – Vap Barr Plastic Block

Bloque de fibra de vidrio Manta de fibra Manta de fibre Bloque de plastico

0.035

Neoprene

Neopreno

0.070

PVC Foam

0.030

PVC block

0.036

PolyStyrene Foam

Espuma de PVC Bloque de PVC Espuma de poliestireno

0.250 0.040 0.150 0.027

VÁLVULAS HYSYS realiza un balance de materia y energía en las corrientes de entrada y de salida de la operación de la válvula. HYSYS realiza un cálculo flash basado en la igualdad material y la entalpía entre las dos corrientes. Se supone que la operación de la valvula es isoentálpica. La siguiente es una lista de variables que se pueden especificar por el usuario en el funcionamiento de la válvula. 

La temperatura de entrada



Presión de entrada



Temperatura de salida



Presión de salida



Caída de presión de la válvula

Un total de tres especificaciones se requieren antes resuelve el funcionamiento de la válvula. Se requieren especificaciones al menos una especificación de temperatura y una presión. HYSYS calcula los otros dos incógnitas. También hay una serie de nuevas características que están disponibles con el funcionamiento de la válvula. Las nuevas válvulas de funcionamiento de la válvula de control de modelos mucho más realista. la dirección del flujo a través de una válvula sea dependiente en los presiones de las operaciones unitarias de los alrededores. Como el estado estacionario, la dinámica de funcionamiento de la válvula es isoentálpica. Algunas de las nuevas características de la operación de la válvula son: 

una opción de especificación de flujo que presión-realista modelos de flujo a través de la válvula de acuerdo con la red de la presión de la planta. Por lo tanto, posibles situaciones de reversión de flujo pueden ser modelados.



una contribución segmento de tubería que pueden modelar las pérdidas causadas por presión rugosidad de una tubería adjunta un diámetro



una nueva ecuación válvula que incorporaste cabeza estática y las pérdidas por fricción del segmento de válvula o tubería una válvula que incorpora el modelo dinámico como el de la pegajosidad en la válvula y en el comportamiento dinámico ACTUADOR. diferentes tipos de válvulas como lineales, igual porcentaje, y las válvulas de apertura rápida. construido en las características de tamaño que determinan parámetros vale utilizados en la ecuación de la válvula

  

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

La caída total de presión de la válvula se refiere a la diferencia de presión total entre la presión de la corriente de entrada y la presión de la corriente de salida. La caída de presión total a través de la válvula se calcula a partir de la pérdida de presión de fricción de la válvula, y la pérdida de presión de la cabeza estática

Figura Nº22: Curva de descargar Cv

COMPRESORAS Y TURBINAS El compresor se utiliza para aumentar la presión del gas a su entrada. Dependiendo de la información facilitada, calculará o una propiedad dela corriente (presión o temperatura), o la eficacia de compresión. El expansor se usa para disminuir la presión de un gas a alta presión en la entrada y producir un gas a baja presión y alta velocidad. Un proceso de expansión implica convertir la energía interna del gas en energía cinética y finalmente en trabajo. Eficiencia Isoentrópica: relación entre potencial Isoentrópica (ideal) requerida para la compresión a la potencia real requerido: 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎(%) =

(𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑖𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑐𝑜 ) 𝑥100% (𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 )

Eficiencia Politrópico: trabajo para un proceso mecánico reversible (politrópico) 𝑊 = ∫ 𝑃𝑑𝑉 Para una compresión politrópico de un gas de P1 a P2

Centrifugal

Reciprocating

Flujo (ACFM) 2 000 5 000 10 000 20 000 50 000 100 000 Ratio Presure 1.5 2.0 3.0

Polytropic Efficiency (%) 69 72 73 74 75 76 Eficiencia Politrópico (%) 73 79 83 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

2 2

SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 5.0

85

Head vs la capacidad de flujo

Figura Nº23: Perfiles de curvas en el compresor (curvas de cabeza) Eficiencias Eficiencia s

Adiabático

Compresor 𝑊𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑊𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 =

𝑛−1 ) 𝑛

( 𝑃 [( 𝑜𝑢𝑡 ) 𝑃𝑖𝑛

(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙

𝑘−1 ) 𝑘

− 1]

Donde: 𝑛=

𝑘= Donde:

𝑊𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑊𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 = (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑘−1 ) 𝑘

( 𝑃 [( 𝑜𝑢𝑡 ) 𝑃𝑖𝑛

𝑛 𝑘−1 )𝑥( )] − 1] 𝑥 [( 𝑛−1 𝑘

( 𝑃 [( 𝑜𝑢𝑡 ) 𝑃𝑖𝑛

Politrópic o

Expansor

𝑛−1 ) 𝑛

( 𝑃 [( 𝑜𝑢𝑡 ) 𝑃𝑖𝑛

− 1] 𝑥 [(

− 1]

𝑛 𝑘−1 )𝑥( )] 𝑛−1 𝑘

Donde: 𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡 /𝑃𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 /𝜌𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡 /𝑃𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 /𝜌𝑖𝑛 )

𝑛=

𝑘=

𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡 /𝑃𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 /𝜌𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡 /𝑃𝑖𝑛 ) 𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 /𝜌𝑖𝑛 )

Donde: ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4  H= entalpia másica  Out = salida del producto  Inf = corriente de alimentación

   

P = presión 𝜌 = Densidad másica n = exponente politrópico k = exponente Isoentrópica

Cabeza del compresor Las cabezas adiabáticas y politrópicas prestados después de los cálculos de la compresora centrifuga se han completado, solo cuando la página de resultados del compresor centrifuga es selecto. La simulación exigirá esta mención (real) es el flujo de energía del compresor (flujo de calor). La cabeza politrópica se calcula basándose en el método de ASME Cabeza de Expansor Las cabezas adiabáticas y politrópicas se llevan a cabo después de que los cálculos de expansión se han completado, solo cuando se selecciona la página de resultados del expansor produce el trabajo (real) de la corriente de energía expansor (flujo de calor).

TEE La operación Tee divide una corriente de alimentación en varios productos arroyos con las mismas condiciones y composición como la alimentación transmitir, y se utiliza para simular tuberías en T y colectores.

Figura Nº24: Divisor de corrientes

Parámetros y split Para los cálculos de estado estacionario, especifique la relación de flujo deseada (la relación de flujo de la corriente de salida para el flujo de entrada total). Usted puede alternar entre ignorar o reconocer cuando un flujo negativo se produce al seleccionar la casilla de verificación Advertir sobre flujo negativo.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Figura Nº25: Divisor de corrientes

Una relación de flujo es generalmente de entre 0 y 1, sin embargo, que uno se puede dar una relación de reater. En ese caso al menos un los arroyos salida tienen relación flujo negativo y flujo negativo (reflujo).

Figura Nº26: Divisor de corrientes Para corrientes de salida de n de la T, debe especificar N-1 relaciones de flujo. HYSYS calcula el flujo de la corriente desconocida ratio y los caudales de salida. 𝑁

∑ 𝑟𝑖 = 1.0 𝑖=1

𝑟𝑖 =

𝑓𝑖 𝐹

Donde: 

ri

: relación de la corriente i-esimo del flujo



fi

: flujo de salida de la corriente i-esimo



F

: caudal de alimentación

Página de boquillas La página Boquillas contiene información sobre la elevación y el diámetro de las boquillas. Se recomienda encarecidamente que la elevación de las boquillas de entrada y salida son iguales para esta operación de la unidad. Si desea modelar la cabeza estática, la pieza de equipo se puede mover mediante la modificación de la Base de Elevación con respecto a la Tierra en el Campo de elevación.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Figura Nº27: Divisor de corrientes

MEZCLADORES La operación del mezclador combina dos o más flujos de entrada para producir un corriente de salida única. Un equilibrio del calor y material de completa se realiza con el Mixer. Es decir, la temperatura desconocida entre las corrientes de entrada y de salida se calcula siempre rigurosamente. Si se conocen las propiedades de todas las corrientes de entrada al mezclador (temperatura, presión, y composición), de las propiedades de la corriente de salida es calculado automáticamente desde la composición, la presión y la entalpía es conocida por esa corriente. La presión de la mezcla y la temperatura son por lo general las incógnitas que se determinen. No obstante, la Mezclador también calcula hacia atrás y determinar la temperatura que falta para una de las corrientes de entrada si el enchufe está completamente definido. En este último caso, la presión debe ser conocida por todos los arroyos.

Figura Nº28: Mezclador de corrientes

Conexiones y parámetros En la página Conexiones, puede especificar lo siguiente: 

cualquier número de corrientes de entrada al mezclador



una corriente de salida única



Nombre de la mezcladora



paquete de fluido asociada a la mezcladora

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Figura Nº29: Mezclador de corrientes La página de Parámetros le permite indicar el tipo de asignación automática de la presión, HYSYS debe usar para las secuencias unidas al mezclador.

Figura Nº30: Mezclador de corrientes El valor predeterminado es Outlet a menor Inlet, en cuyo caso todo menos una presión de flujo asociado debe ser conocida. HYSYS asigna la presión de entrada más baja hasta la presión de la corriente de salida. Página de boquillas La página de boquillas contiene información con respecto a la elevación y el diámetro de las boquillas. Se recomienda encarecidamente que el alzado de las boquillas de entrada y salida son iguales para esta operación de la unidad. Si desea modelar la cabeza estática, la pieza de equipo se puede mover mediante la modificación de la Base de elevación con respecto al campo de tierra Elevación.

Figura Nº31: Mezclador de corrientes

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

SEPARADORES Y TANQUES El separador puede tener múltiples entradas, hay dos boquillas de producto 

Vapor



Liquido

Cuando está en régimen estacionario se define a continuación el balance de energía: 𝐻𝑓𝑒𝑒𝑑 ± 𝐷𝑢𝑡𝑡𝑦 = 𝐻𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 + 𝐻ℎ𝑒𝑎𝑣𝑦 + 𝐻𝑙𝑖𝑔ℎ𝑡 Donde 

Hfeed

: el flujo de calor de la corriente de alimentación.



Hvapor

: el flujo de calor de la corriente de producto vapor



Hlight

: el flujo de calor de la corriente de producto liquido ligero



Hheavy

: el flujo de calor de la corriente de producto liquido pesado

La caída de presión a través del recipiente se define como: 𝑃 = 𝑃𝑙 = 𝑃𝑓𝑒𝑒𝑑 − ∆𝑃 = 𝑃ℎ𝑒𝑎𝑑 + 𝑃𝑣 Donde: 

P

: presión del separador



Pv

: presión de la corriente de producto de vapor



Pl

: presión de la corriente liquida



Pfeed

: Presión de la corriente de alimentación.



ΔP

: caída de presión en el separador



Phead : presión de la carga estática

El volumen del separador, junto con el punto de ajuste para el nivel/flujo de líquido, define la cantidad de atraco, en el recipiente en cualquier momento viene dado por la siguiente expresión. 𝐴𝑡𝑟𝑎𝑐𝑜 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑥

𝑃𝑉(%𝐹𝑢𝑙𝑙) 100

Donde 

PV(%full)

: nivel de líquido en el recipiente en el tiempo t

Figura Nº32: Ventana de conexiones de un separador y tanque

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Figura Nº33: Ventana de WorkBook de un separador y un tanque Sizing Se utiliza esta ventana para caracterizar la orientación del separador o tanque

Figura Nº34: Sizing, geometría del equipo Weir (Vertedero) Un vertedero puede especificarse para el separador de cilindro plano horizontal al seleccionar Enable Weir5

Figura Nº35: Instalando las posiciones del vertedero La vista inicial atraco propiedad permite especificar la altura del vertedero y la posición. La posición del vertedero es la distancia de la presa es desde el lado de alimentación del vaso. Cuando Aspen Hysys simula, el vertedero tiene dos volúmenes en el interior del separador, llamados ángulo de caída 1 y la cámara 2, pero todavía hay sólo un mayor volumen atraco y moles hasta el solucionador de 5

La casilla de verificación permitir vertedero solo está disponible para la opción de forma de cilindro plano

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 flujo de presión se refiere. Esto significa que las composiciones y propiedades de las fases en los dos volúmenes son los mismos

Figura Nº36: vertedero y los ángulos de caída Boquillas (Nozzles)

Figura Nº37: Dimensión del separador, diámetro de las boquillas

Pérdida de calor (Heat Loss) Modelo simple 𝑄 = 𝑈𝐴(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎𝑚𝑏 )

Figura Nº38: Perdida de calor, modelo simple

Modelo detallado El modelo detallado le permite especificar los parámetros más detallados de transferencia de calor ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Figura Nº39: Perdida de calor, modelo detalloso

Grifos6 de nivel (Level Taps) Ya que el contenido en un recipiente se puede, distribuidos en diferentes fases, la página de los grifos de nivel le permite controlar el nivel de Líquido y acuosa contenidos que coexisten en la zona especificada en un tanque o un separador

Figura Nº40: Especificación de grifos de nivel

6



PV

: límite r de la sección a ser monitoreados. Se expresa en metros



OP

: límite de la salida de la escala de normalización

La información disponible en la página solo de da en casos dinámicos

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Carry Over Model

Figura Nº41: Carry Over, Feed Basis

Figura Nº42: Resultados de Cover over model ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

TANQUE REACTOR DE AGITACIÓN CONTINUA CSTR El CSTR es un recipiente en el que Kinetic, heterogénea catalítica, y reacciones Puntúa simples se pueden realizar. La conversión en el reactor depende de la rateexpression de las reacciones asociado con el tipo de reacción. Se supone que la corriente de entrada para ser perfectamente (y de forma instantánea) mezclado con el material ya en el reactor, de modo que la composición de la corriente de salida es idéntica a la de los contenidos del reactor. Teniendo en cuenta el reactor volumen, una velocidad consistente expressionfor cada reacción y la estequiometría de la reacción, el CSTR calcula la la conversión de cada componente de entrar en el reactor. En la ficha reacciones, se puede seleccionar una reacción fijada para la peración. También puede ver los resultados del reactor resuelto incluyendo la conversión real del componente de base. la conversión real se calcula como el porcentaje de la base componente que se consume en la reacción.

𝑋=

𝑁𝐴𝑖𝑛 − 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡 𝑥 100% 𝑁𝐴𝑖𝑛

Donde 

X

: conversión real



𝑁𝐴𝑖𝑛

: componente caudal de base en el reactor



𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡

: caudal componente base (misma base que la tasa de entrada) del reactor.

REACTOR TUBULAR PFR El PFR (Plug Flow Reactor o Reactor tubular) generalmente consiste en un banco de tubos cilíndricos o tubos. El campo de flujo es modela como flujo de pistón, lo que implica que el flujo es radial isotrópica (sin masa o energy gradients). Esto también implica que la mezcla axial es insignificante.

Como los reactivos fluyen de la longitud del reactor, que están consumido continuamente, por lo tanto, hay una variación axial en concentración. Dado que la velocidad de reacción es una función de la concentración, la velocidad de reacción también varía axialmente (a excepción de orden cero reacciones). Para obtener la solución para el PFR (perfiles axiales de composiciones, temperatura, y así sucesivamente), el reactor se divide en varios sub volúmenes. Dentro de cada volumen secundario, la velocidad de reacción es considera que es espacialmente uniforme. Un balance molar se realiza en cada sub volumen j Fj0 − Fj + ∫ rj dV =

dNj dt

Debido a que la velocidad de reacción se considera espacialmente uniforme en cada uno Sub volumen, el tercer término se reduce a RJV. En el estado estacionario, lado derecho de este equilibrio equals zero, y la ecuación se reduce a Fj = Fj0 + rJ V

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

REACTOR DE CONVERSIÓN El reactor de conversión es un recipiente en el que se llevan a cabo reacciones de conversión. Sólo se puede adjuntar conjuntos de reacción que contienen las reacciones de conversión. Cada reacción en el conjunto continúa hasta que la conversión especificada se alcanza o reactivo limitante se agota. Ingreso de reacción:

Figura Nº43: Ventana de reactantes y productos

El grupo Resultados Reactor Resumen muestra los siguientes resultados para un reactor de convergencia: Resultado Posición

% de conversión Componente base Rxn Extensión

Descripción Muestra la posición actual de la reacción. Para múltiples reacciones de menor rango se producen en primer lugar. Cuando hay múltiples reacciones en conjunto de reacción, HYSYS clasifica automáticamente las reacciones. Una reacción con un menor rango de valor que ocurra primero. Cada grupo de reacciones de igual rango puede tener una conversión global especificado entre 0% y 100% Muestra el porcentaje del componente base de la corriente de alimentación, que ha sido consumido en la reacción. El reactivo para el que basa el cálculo de la conversión. Muestra el consumo de tasa molar del componente de base en la reacción dividido por su coeficiente estequimetrico aparecido en la reacción.

Equilibrio de reacción Cuando se selecciona el botón de opción de balance de reacción, la opción de balance de reacción proporciona un componente global resumen para el reactor de conversión. Todos los componentes que aparecer en el envase de líquidos se muestran aquí.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Los valores aparecen después de la solución del reactor que ha convergido. La tasa de flujo de entrada total que reacciono total y el total de tasa de flujo de salida para cada componente se proporcionan sobre una base molar. Los valores negativos indican el consumo de un reactivo, mientras los valores positivos indican la aparición de un producto. Ejemplo N 01 Se requiere encontrar la masa necesaria de aire para obtener una reacción completa y consumir todo el metano al 100%. 1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 1𝐶𝑂2 + 2𝐻2 𝑂

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Utilizamos Adjuste o realizamos un balance químico a mano y obtenemos que se requiere aprox. 400kg/h de oxígeno para consumir todo el metano.

Ejemplo N°2 Composición de la corriente Gas Combustible Componente Metano (C4) Etano (C2) Propano (C3) i-Butano (iC4) n-Butano (nC4) i-Pentano (iC5) n-Pentano (nC5) Agua (H2O) Oxigeno (O2) Dióxido de Carbono (CO2) Nitrógeno (N2)

Fracción molar 0.8837 0.1032 0.0015 0.0005 0.0007 0.0002 0.0003 0.0000 0.0000 0.0024 0.0075

Exceso de aire O2%: 2% Vol. O2 en base seca. Reacción de conversión: 100% 1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 1𝐶𝑂2 + 2𝐻2 𝑂 1𝐶2 𝐻6 + 7⁄2 𝑂2 → 2𝐶𝑂2 + 3𝐻2 𝑂 1𝐶3 𝐻8 + 5𝑂2 → 3𝐶𝑂2 + 4𝐻2 𝑂 1𝐶4 𝐻10 + 13⁄2 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂 1𝐶4 𝐻10 + 13⁄2 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂 1𝐶5 𝐻12 + 8𝑂2 → 5𝐶𝑂2 + 6𝐻2 𝑂 1𝐶5 𝐻12 + 8𝑂2 → 5𝐶𝑂2 + 6𝐻2 𝑂

𝑅𝑥𝑛 − 1 𝑅𝑥𝑛 − 2 𝑅𝑥𝑛 − 3 𝑅𝑥𝑛 − 4 (𝑖𝐶4 ) 𝑅𝑥𝑛 − 5 (𝑛𝐶4 ) 𝑅𝑥𝑛 − 6 (𝑖𝐶5 ) 𝑅𝑥𝑛 − 7 (𝑛𝐶5 )

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Reactor de equilibrio El reactor de equilibrio es un recipiente que los modelos de reacciones de equilibrio. Las corrientes de salida del reactor están en un estado químico y equilibrio físico. El conjunto de reacciones que usted adjunta al reactor de equilibrio puede contener un número ilimitado de reacciones de equilibrio, que son simultáneamente o secuencialmente resuelto. Ni los componentes ni la mezcla de proceso tienen por qué ser ideal, ya que HYSYS puede calcular la química la actividad de cada componente en la mezcla a base de la mezcla y fugacidades componentes puros. También puede examinar la conversión real, la base componente, la constante de equilibrio, y el grado de reacción en el conjunto de selección de la reacción. La conversión, la constante de equilibrio y la extensión están calculados en base en la información de reacción de equilibrio que ya ha proporcionado cuando se creó el conjunto de reacción. Página de detalles La página de detalle consiste primordial para los botones de relación:  Stoichiometry 

Basis



Ln[K]



Table

Estequimetria Cuando se selecciona el botón de relación estequimetria, aparece la información estequimetrico del grupo. El grupo estequimetria le permite ver la formula estequimetrica de la reacción seleccionada en la lista desplegable de reacción.

El error de balance (para la estequimetria de la reacción) y el calor de reacción (calor de reacción a 25°C) se muestran también para la reacción actual. Basis Cuando seleccionas el botón Basis, muestra el grupo básico de la reacción.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 El grupo base le permite ver o editar (a nivel local) varias informacines para cada reacción en el conjutno de reacción que incluye la:



La base para los cálculos de equilibrio



Fase en la que se produce la reacción



Enfoque de temperatura de la composición de equilibrio



El intervalo de temperatura para la constante de equilibrio, y el fuente para el calculo de la constante de equilibrio es también se muestra.

Keq Cuando se selecciona el botón de radio Keq, el grupo (Keq) Ln y K aparece la tabla.

El grupo Ln(Keq) muestra la relación Ln(Keq) que puede variar dependiendo de la Ln(K) valor de origen seleccionado para la reacción. Cuando se selecciona el botón de radio Ln(Keq) la ecuación en el Ln(K) grupo fuente, los parámetros de la constante de equilibrio aparece en la ecuación, estos valores se especifican o bien cuando la reacción se crea o se calculan en HYSYS. Si un fijo se presto constante de equilibrio, que se muestra aquí. Caulquiera de los parámetros en el grupo Ln(K) esta ecuación se puede modificar en esta pagina, los cambios realizados en los parámetros solo afecte a la reacción seleccionado en el reactor actual. Después de un cambio se ha hecho, usted puede tener y HYSYS devolverá el original valor calculado seleccionando el uso por defecto apropiado. Approach Cuando se selecciona el botón de opción Approach, el grupo fraccional de enfoque y el grupo de enfoque de temperatura aparecen:

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Para cada reacción en el conjunto de reacción un efonque fraccional se proporciona la ecuación como una función de la temperatura. Calquiera de los parámetros de la ecuación de aproximación% se pueden modificar en esta pagina. Los cambios realizados en los parámetros solo afectan a la seleccionada reacción en el reactor. Después del cambio actual que se ha hecho usted puede tener que HYSYS devuelve el valor calculado original seleccionador el apropiado uso Defaultcheckbokx. Puede editar una reacción haciendo clic en el ver “Reaction Button”, apareceera la ventana de propiedades para la reacción resaltado. Resultados

Cuando se selecciona el botón de opción de balance de reacción, ofrece un resumen global de componentes para el reactor de equilibrio. Todos los componentes que aparecen en la lista de componentes relacionados con el paquete de fluido se muestran aquí. Los valores aparecen después de la solución del reactor ha convergido, la tasa global de flujo de entrada, la tasa total que reacciono, y la tasa total de flujo de salida para cada componente se proporcionan sobre una base molar. Los valores negativos indican el consumo de un reactivo, mientras que los valores positivos indican la aparición de un producto. Resultado Actual % conversión

Descripción Muestra el porcentaje de componente de base en la alimentación corriente(s) que ha sido consumido en la reacción. La conversión real se calcula como el porcentaje del componente base que se consume en la reacción.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

𝑋=

Componente base Constante de Equilibrio

Rxn Extns.

𝑁𝐴𝑖𝑛 − 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡 𝑥100% 𝑁𝐴𝑖𝑛

Donde: X : Conversión real % 𝑁𝐴𝑖𝑛 : Componente del caudal de base en el reactor 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡 : Caudal del componente base (mismas condiciones que el entrada de índice) del reactor. El reactivo al que se aplica la conversión La constante de equilibrio se calcula a la temperatura del reactor por la ecuación siguiente: 𝐵 𝐿𝑛𝐾 = 𝐴 + + 𝐶 𝐿𝑛𝑇 + 𝐷𝑇 𝑇 Donde: T : Temperatura del reactor, K A,B,C,D : parámetros de la ecuación Los cuatros parámetros en la ecuación anterior se calcula como el HYSYS si no se especifican durante la instalación de la reacción de equilibrio. Los cuatro parámetros para cada ecuación de equilibrio se enumeran en la página de Rxn Ln(K) Lista el consumo de tasa molar del componente de base en la reacción divido por su coeficiente estequimetrico aparecido en la pagina de reacción.

Reacciones de equilibrio incluidas en HYSYS

Ejemplo

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COLUMNAS DE DESTILACIÓN Uno de los procedimientos más usualmente utilizados para obtener estimativos simplificados de numero de etapas teóricas requeridas en una separación por destilación es el propuesto por Fenske, Underwood y Gililand. Correlación de Gililand 𝑁 − 𝑁𝑚 𝑅 − 𝑅𝑚 0.5688 ) ] = 0.75 ∗ [1 − ( 𝑁+1 𝑅+1 Donde: 

Nm

: número de etapas a reflujo total



Rm

: la relación de reflujo mínimo



R

: relación de reflujo de operación

Ecuación de Fenske para calcular el número mínimo de platos

𝑙𝑛 [( 𝑁𝑚 =

𝑋𝐷,𝐿𝐾 𝑋𝑊,𝐻𝐾 )( )] 𝑋𝐷,𝐻𝐾 𝑋𝑊,𝐿𝐾 𝑙𝑛𝛼𝐿𝐾/𝐻𝐾

Donde: 

D

: destilado



W

: Fondos



LK

: componente como clave liviano



HK

: componente como clave pesado



𝛼

: volatilidad

Ecuación de Underwood para calcular la relación de reflujo mínimo Para mezclas multicomponentes con volatilidad relativa constante, la relación de reflujo mínimo en una columna de destilación puede calcularse mediante dos ecuaciones: 𝑛

∑ 𝑖=1

𝛼𝑖 𝑋𝑖,𝐹 =1−𝑞 𝛼𝑖 − 𝜃

Donde: 

n

: número de componentes



q

: calidad del alimento

La segunda ecuación se utiliza el valor 𝜃, calculado con la ecuación nº ….., para estimar la relación de reflujo mínimo.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 𝑛

∑ 𝑖=1

𝛼𝑖 𝑋𝑖,𝐷 = 1 + 𝑅𝑚 𝛼𝑖 − 𝜃

Relación de reflujo7 La experiencia ha demostrado que el valor óptimo de la relación de reflujo se encuentra en un intervalo dado por:

1.03 < 𝑅⁄𝑅 < 1.3 𝑚

Ejemplo N° Se quiere destilar la siguiente composición a las condiciones siguientes T 200ºF, presión 100 psia y 1300 lbmole/h Composición Etano Propano i-Butano n-Butano i-Pentano n-Pentano n-Hexano

Fracción Molar 0.0148 0.7315 0.0681 0.1462 0.0173 0.0150 0.0071

Se determina las corrientes de entrada y los productos, para calcular el número de platos y el plato de la alimentación.

Se determina los productos ligeros y pesados en el destilado y en los fondos

7

Una regla de diseño sugiere que se asigne, para una separación deseada, una relación de reflujo de 1.2 veces la mínima

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

El reflujo externo se calcula mediante la multiplicación de 0.997*1.3, y de inmediato la simulación calculara el número de platos, plato de alimentación y las demás variables de operación.

COLUMNA DE DESTILACIÓN SIMPLIFICADA

Se presente 3 tipos de equipos: 

Destilación simple (absorbedor)



Destilación con reboiler



Destilación con condensador.

Para la convergencia, del siguiente equipo, se debe determinar el número de platos de la columna, el número de platos en el cual deberá ingresar la corriente de alimentación, configurar las corrientes de productos y de energía, las condiciones operaciones, y determinar los grados de libertad en la simulación para que ello converja.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

Página de configuración del reboiler

Ejemplo: Se requiere destilar un mezcla de 100 kgmol/h de agua y 50 kmolg/h de etanol a condiciones normales, determinar la composición del destilado y de los fondos, la columna es de 15 platos y la alimentación ingresa en el plato 8.

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Comportamiento de la composición en los platos

PFD del proceso de destilación

Ambiente de la columna de destilación

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Ventana de configuración del reboiler

Ventana de configuración del condensador total.

Dentro del ambiente de la configuración de la columna de destilación, se encuentra una paleta de herramientas especialmente para esta operación, cuenta con reboiler, condensadores total, columna absorbedor, condensador parcial, condensador reflux, Cooler, Heater, bombas, válvulas, separadores, intercambiadores, mixer, tee.

INTERCAMBIADOR DE CALOR El intercambiador de calor se realiza de energía y material de doble cara equilibrar los cálculos. El intercambiador de calor es muy flexible, y puede calcular temperaturas, presiones, flujos de calor (incluyendo pérdida de calor y la fuga de calor), los flujos de corriente de material, o UA. En HYSYS, usted puede elegir el Intercambiador de Calor Modelo para su análisis. Sus opciones incluyen un diseño de análisis Punto Final modelo, un ideal (Ft = 1) contracorriente modelo de diseño ponderado, un método de clasificación de estado estacionario, y un método de clasificación dinámica para utilizar en simulaciones dinámicas. El método de clasificación dinámica es disponible como un modelo básico o ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 detallado, y también puede ser utiliza en el modo de estado estacionario por calificar Intercambiador de calor. La unidad operación también permite el uso de terceros Intercambiador de calor métodos de diseño a través de OLE extensibilidad Los cálculos de intercambiadores de calor se basan en balances energéticos para los fluidos caliente y frío Estado estacionario: En las siguientes relaciones generales, el fluido caliente suministra el calor Intercambiador deber para con el fluido frío

𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑀𝑐𝑜𝑙𝑑 [𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 ]𝑐𝑜𝑙𝑑 − 𝑄𝑙𝑒𝑎𝑘 ) − (𝑀ℎ𝑜𝑡 [𝐻𝑖𝑛 − 𝐻𝑜𝑢𝑡 ]ℎ𝑜𝑡 − 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 ) Donde: 

M

: caudal másico del fluido



H

: Entalpia



Qleak

: fuga de calor



Qloss

: perdida de calor



Bal. Er. :a especificación del intercambiador de calor que es igual a cero para la maypria de las aplicaciones.



Hot,cold: fluidos calientres y frios



In,out

: corriente de entrada y de salida.

El calor total transferido entre los lados del tubo y concha (Intercambiador de calor deber) se puede definir en términos de la global coeficiente de transferencia de calor, el área disponible para intercambio de calor, y el registro de diferencia de temperaturas media

𝑄 = 𝑈𝐴∆𝑇𝐿𝑀 𝐹𝑡

Donde: 

U

: coeficiente global de transferencia de calor



A

: Superficie del área disponible de transferencia de calor



∆𝑇𝐿𝑀

: Diferencia logarítmica de temperatura (LMTD)



𝐹𝑡

: factor de corrección LMTD

El coeficiente de transferencia de calor y el área de la superficie son a menudo combinados por conveniencia en una sola variable denominada UA. La LMTD y su factor de corrección se definen en la sección Rendimiento

Caída de presión ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 La caída de presión del intercambiador de calor se puede determinar en una de tres maneras: • Especificar la caída de presión. • Calcular la caída de presión basado en el intercambiador de calor la geometría y la configuración. • Definir una relación de flujo de presión en el intercambiador de calor por especificando un valor k. Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el intercambiador de calor, un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y fluir a través del intercambiador. Este relación es similar a la ecuación general de la válvula

𝑓 = √𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝑘√𝑃1 − 𝑃2 Esta ecuación de flujo de caída generalizada de presión a través de la usesthe Intercambiador de calor y sin ninguna contribución de cabeza estática. la cantidad, P1 - P2 , Se define como la pérdida de presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del Intercambiador de calor con un valor k

Se muestra la ventana de propiedades, Intercambiador de calor

El UpdateButton le permite actualizar el intercambiador de calor cálculo en el modo dinámico. Por ejemplo, si usted hace un cambio de configuración en el intercambiador de calor, haga clic en este botón para restablecer las ecuaciones aroundthe intercambiador de calor antes de ejecutar el cálculo de simulación en el modo dinámico

Los principales supuestos del modelo son las siguientes: 

En general, el coeficiente de transferencia de calor, U es constante. ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 

Los calores específicos de los flujos tanto de carcasa y tubos secundarios son constante.

El modelo de Punto Final trata a las curvas de calor tanto para calor Lados Intercambiador como lineal. Para problemas simples, donde no es cambio de fase y los IPC relativamente constante, esta opción puede ser suficiente para modelar su intercambiador de calor. Para el calor no lineal problemas de flujo, el modelo ponderado se debe utilizar en su lugar. Los siguientes parámetros están disponibles cuando el punto final se selecciona el modelo

El modelo ponderado es un excelente modelo para aplicar a los no-lineal problemas de la curva de calor tales asthe cambio de fase de pura componentes en uno o ambos lados intercambiador de calor. con el Modelo ponderado, las curvas de calentamiento se divide en intervalos, y un balance de energía se realiza a lo largo de cada intervalo. A LMTD y UA se calculan para cada intervalo en la curva de calor, y sumados para calcular el intercambiador general UA. El modelo ponderado sólo está disponible para los contra-corriente intercambiadores, y es esencialmente la energia y balance de materiales modelo. Las configuraciones de geometría que afectan al pie factor de corrección no se tienen en cuenta en este modelo. Cuando se selecciona el modelo ponderado, la página de Parámetros aparece como se muestra en la figura siguiente

HORNOS El calentador dinámico Fired operación (Horno) realiza la energía y balances de materia para modelar un tipo de calentador de fuego directo horno. Este tipo de equipo requiere una gran cantidad de calor de entrada. El calor se genera por la combustión de combustible y transferido a procesar streams. Un diagrama esquemático simplificado de un calentador de fuego directo se ilustra en la siguiente figura.

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Esquema de un horno (Zona radiante, convectiva, zona ecomizador) En general, un calentador encendido8 se puede dividir en tres zonas: 

Zona radiante



Zona convectiva



Zona del economizador

Las conexiones de corriente allowsmultiple operación calentador encendido en el lado de los tubos en cada zona y economizador opcional, y selecciones de la zona de convección. La operación incorpora una sola modelo de quemador, y una sola entrada y la salida en el gas de combustión de alimentación lado. Las siguientes son algunas de las principales características de la dinámica Funcionamiento del calefactor usado: 

Conexión flexible de fluido de proceso asociado en cada Zona calentador encendido. Por ejemplo, la zona radiante y convectivo zona o economizador. Calentador de Fired Diferente configuraciones pueden ser modelados o personalizar mediante tee, mezclador, y operaciones unitarias intercambiador de calor.



Una opción de indicación de presión - flujo en cada lado y pasar realista modelos fluyen a través de calentador encendido funcionamiento de acuerdo con el gradiente de presión en la totalidad de red de la presión de la planta. Posible inversión del flujo Por lo tanto, las situaciones pueden ser modelados.

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Para definir el número de zonas que requiere el calentador encendido, introduzca el número en # External Pases campo en Conexiones la página de la ficha Diseño.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 

Un cálculo inclusivo integral calor radiante, convección y conducción de transferencia de calor en la zona radiante nos permitirá predecir la temperatura del fluido del proceso, Despedido Temperatura del gas de temperatura de la pared del calentador y de combustión.



Un modelo dinámico que representa energía y materiales atracos en cada zona. La transferencia de calor en cada zona depende de las propiedades de los gases de escape, tubo y Fired Propiedades de la pared del calentador, propiedades de la superficie de metal, el calor pérdida para el ambiente y la física corriente de proceso propiedades.



Un modelo de combustión que representa mezcla imperfecta de combustible, y permite que la llama de encendido automático o extinguido basado en la disponibilidad de oxígeno en el combustible mezcla de aire

REACCION DE COMBUSTION La reacción de combustión en el modelo del quemador del calentador encendido realiza puro de hidrocarburos (CxHy ) Cálculos de combustión solamente. La medida de la combustión depende de la disponibilidad de oxígeno que normalmente se rige por la relación de aire a combustible. Relación aire-combustible (AF) se define de la siguiente manera

Puede establecer los límites de la combustión, como la máxima AFand la AF mínimo, para controlar la llama del quemador. La llama no se puede encender si el aire calculado a combustible cae por debajo del aire mínimo especificado para combustible. El aire mínima para combustible y el máximo de aire a combustible se puede encontrar en la Página Parámetros de la ficha Diseño. El calor liberado por el proceso de combustión es el producto de velocidad de flujo molar, y el calor de formación de los productos menos el calor de formación de los reactivos a la combustión la temperatura y la presión. En la operación de la unidad de calentador encendido, un conjunto reacción tradicional para las reacciones de combustión no es requerida. Usted puede elegir los componentes combustibles (el hidrocarburos y de hidrógeno) para ser considerado en la combustión reacción. Usted puede ver el mixingefficiency de cada combustible componente en la página de parámetros de la ficha Diseño.

TRANSFERENCIA DE CALOR Los cálculos de transferencia de calor calentador encendido se basan en la energía saldos de cada zona. El lado de la carcasa del calentador encendido contiene cinco atracos: 

tres de la zona radiante



una zona de convección



un atraco zona economizador como se indica anteriormente

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Por el lado del tubo, cada flujo de individuo que pasa a través de las zonas respectivas se considera como una sola atraco. Términos de calor importantes que subyacen al modelo de calentador encendido son se ilustra en la siguiente figura. Los términos de calor relacionados con la tuve side se ilustran en la figura siguiente.

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Tomando zona radiante como un sobre, el siguiente de la energía aplica ecuación de balance

TRANSFERENCIA DE CALOR RADIANTE Para un objeto caliente en una habitación grande, la energía radiante emitida es dado como

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN La transferencia de calor por convección participar entre un fluido y una de metal se da en la siguiente

El U realmente varía con el flujo de acuerdo con el siguiente flujo de U relación si se utiliza este método de flujo escamado:

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 La relación de flujo de masa en el tiempo t para hacer referencia de flujo de masa es también conocida como factor de flujo reducido. El factor de escala caudal mínimo es el valor más bajo, lo que se prevé que la proporción con bajo caudal región. Para la operación del calentador Despedido, el caudal mínimo a escala factor puede ser expresada sólo como un valor positive Por ejemplo, si el factor de escala caudal mínimo es 0,001 (0,1%), cuando se logra esta relación de flujo de masa, los Uusedstays como un valor constante. por lo tanto

CAÍDA DE PRESIÓN La caída de presión a través de cualquier paso en la unidad de calentador encendido la operación se puede determinar en una de dos maneras: 

Especificar la caída de presión - delta P.



Definir una relación de flujo de presión para cada pasada por especificando un valor k

Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el paso calentador encendido, un kvalue se utiliza para relacionar la caída de presión por fricción y el flujo molar, Fthrough la Despedido del calentador. Esta relación es similar a la válvula en general ecuación:

Esta ecuación de flujo de caída generalizada de presión a través de la usesthe Despedido pase calentador sin ninguna contribución carga estática. la cantidad, (P1-P2) se define como la pérdida de presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del flujo. El kvalue se calcula sobre la base de dos criterios: 

Si el flujo de la islarger sistema que el valor en kref (k flujo de referencia), el kvalue permanecen sin cambios. es recomienda que el flujo kreference se toma como 40% de diseño de estado estacionario flowfor mejor flujo de presión la estabilidad en el rango de caudal bajo.



Si el flujo del sistema es menor que el kref , La K valor viene dado por: Donde: Factor = valor está determinado por HYSYS internamente para tener en consideración la relación gota flujo y la presión para las regiones de bajo flujo. El efecto de kref es aumentar la estabilidad mediante el modelado de un más relación lineal entre el flujo y la presión. Este es también más realista con bajo caudal

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CHILLER, COOLER Las operaciones del refrigerador y el calentador son el calor de un solo lado intercambiador. La corriente de entrada se enfría (o calentado) a la condiciones de salida requeridos, y los absorbe corriente de energía (o proporciona) la diferencia de entalpía entre las dos corrientes. Estas operaciones son útiles cuando usted está interesado sólo en cómo Se requiere mucha energía para enfriar o calentar una corriente de proceso con una utilidad, pero usted no está interesado en las condiciones de la utilidad en sí. Estado Estacionario La diferencia principal entre un enfriador y un calentador es el signo convención. Se especifica el flujo de la energía absoluta de la utilidad corriente, y luego se aplica HYSYS que el valor de la siguiente manera:

Para una, la entalpía o calor de flujo del refrigerador de la energía corriente se resta de la de la corriente de entrada: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 − 𝐷𝑢𝑡𝑦𝑐𝑜𝑜𝑙𝑒𝑟 = 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎

Para un calentador, se añade el flujo de calor de la corriente de energía: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 + 𝐷𝑢𝑡𝑦ℎ𝑒𝑎𝑡𝑒𝑟 = 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 Caída de presión La caída de presión del enfriador / calentador se puede determinar en una de dos maneras: 

Especificar la pérdida de carga de forma manual.



Definir una relación de flujo de presión en el enfriador o calentador por especificando un valor k.

Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el enfriador o calentador, un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y el flujo a través del enfriador / calentador.

La relación es similar a la ecuación de la válvula en general: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 = √𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝑘√𝑃1 − 𝑃2

Pérdida de calor Página Valoración información con respecto a la pérdida de calor es relevante sólo en El modo dinámico. La página de la pérdida de calor contiene la pérdida de calor parámetros que caracterizan a la cantidad de calor perdido a través de la pared del vaso. En el grupo de pérdida de calor de modelo, se puede elegir entre una simple o Modelo de pérdida de calor detallada o ninguna pérdida de calor a través del vaso paredes. Modelo simple

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 El modelo simple le permite especificar la pérdida de calor directamente, o haber la pérdida de calor a partir de los especificados valores: 

Buen valor U



Temperatura ambiente

El área de transferencia de calor, A, y la temperatura del fluido, Tf, son calculado por HYSYS usando la siguiente ecuación: 𝑄 = 𝑈𝐴(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎𝑚𝑏 ) Para un portátil, los parámetros disponibles para el modelo simple aparecen en la siguiente figura.

Perdida de calor Los parámetros simples de pérdida de calor son los siguientes: 

En general Coeficiente de Transferencia de Calor



Temperatura ambiente



En general Área de Transferencia de Calor



Flujo de calor

El flujo de calor se calcula como sigue: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 = 𝑈𝐴(𝑇𝑎𝑚𝑏 − 𝑇) Donde 

U

: coeficiente global de transferencia de calor



A

: área de transferencia de calor



Tamb

: Temperatura de ambiente



T

:

El flujo de calor se define como el calor que fluye en el recipiente. El calor área de transferencia se calcula a partir de la geometría del vaso. La temperatura ambiente, Tamb, y el coeficiente global de transferencia de calor, U, se puede modificar los valores por defecto que se muestran en rojo.

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AERO REFRIGERANTES El funcionamiento de la unidad del refrigerador de aire utiliza una mezcla ideal de aire como el calor transferir medio para enfriar (o calor) una corriente de proceso de entrada a un necesaria condición corriente de salida. Uno o más ventiladores circulan el aire a través de haces de tubos para enfriar fluidos de proceso. El flujo de aire Se pueden especificar o derivado de los datos de características del ventilador. El refrigerador de aire puede resolver muchos conjuntos diferentes de especificaciones incluyendo la: 

En general, el coeficiente de transferencia de calor, UA



El flujo de aire total



Temperatura de la corriente de salida

Estado Estacionario Utiliza la misma ecuación básica y el Intercambiador de calor, funcionamiento de la unidad, sin embargo, la operación del refrigerador de aire puede calcular el flujo de aire sobre la base de la información de clasificación del ventilador. Los cálculos de aire más frío se basan en un balance de energía entre las corrientes de aire y de proceso. Para un aire contracorriente Enfriador, el balance de energía se calcula como sigue: 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 (𝐻𝑖𝑛 − 𝐻𝑜𝑢𝑡 )𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 Donde: 

𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 : caudal másico de la corriente de aire



𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜



H

:caudal másico de la corriente de proceso

:entalpía

El deber del refrigerador de aire, Q, se define en términos del calor global coeficiente de transferencia, el área disponible para intercambio de calor, y el registro de diferencia de temperaturas media: 𝑄 = −𝑈𝐴∆𝑇𝐿𝑀 𝐹𝑡 Donde 

U

: coeficiente global de transferencia de calor



A

: área de superficie disponible para la transferencia de calor



∆𝑇𝐿𝑀

: iniciar diferencia media de temperatura



𝐹𝑡

: factor de corrección

El factor de corrección LMTD, Ft., se calcula a partir de la geometría y la configuración del refrigerador de aire.

Transferencia de Calor El refrigerador de aire utiliza las mismas ecuaciones básicas del balance de energía como la operación de la unidad de intercambiador de calor. Los cálculos de aire más frío se basan en un balance de energía entre el proceso de aire y arroyos.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Para una corriente transversal del refrigerador de aire, se muestra el balance energético como de la siguiente manera: 𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 (𝐻𝑖𝑛 − 𝐻𝑜𝑢𝑡 )𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 − 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 (𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛 )𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝜌

𝑑(𝑉𝐻𝑜𝑢𝑡 )𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑡

Donde: 

𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 : caudal másico de la corriente de aire



𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜



𝜌

: Densidad



𝐻

: Entalpia



𝑉

: volumen de tubo enfriador de aire

:caudal másico de la corriente de proceso

Caída de presión La caída de presión del refrigerante del aire se puede determinar en una de dos maneras: 

Especificar la caída de presión.



Definir una relación de flujo de presión en el enfriador de aire por especificando un valor k.

Si se elige la opción de flujo de presión para la caída de presión determinación en el refrigerador de aire, un valor k se utiliza para relacionar la pérdida de presión por fricción y el flujo a través del intercambiador. Esta relación es similar a la ecuación de la válvula en general: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 = √𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝑘√𝑃1 − 𝑃2 La ecuación de flujo general utiliza la caída de presión a través de la Intercambiador de calor y sin ninguna contribución de cabeza estática. La cantidad, P1 - P2, se define como la pérdida de presión por fricción que se utiliza para el "tamaño" del enfriador de aire con un valor k.

Ejemplo N° 7 Condiciones de operación, 100 bar_g, Temperatura 191°F y un flujo molar de 100 kgmole/h, se requiere enfriar la corriente en un refrigerador de aire, se quiere enfriar la corriente a una temperatura de 110.5°F, se desprecia la caída de presión, solo utilizar un ventilador, determinar la temperatura de la salida del aire

Composición molar de la corriente

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Parámetros de Operación

Eficiencia de Hornos Objetivos   

Construir un paquete de reacciones en el entorno básico del simulador Utilizar un reactor de combustión, divisor de corrientes entre otros equipos y la herramienta Spreadsheet, así como el operador lógico “Adjust”. Calcular la eficiencia de un horno que utilice gas combustible.

Ecuaciones de cálculo de eficiencia:

𝐸= 𝑥𝑟 =

𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑥 100 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑥 100 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐸=

(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) − (𝑄𝑠, 𝑟 + 𝑄𝑠, 𝑐) − 𝑄𝑟 𝑥 100 (𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓)

𝑥𝑟 =

(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) − (𝑄𝑠, 𝑟) − 𝑄𝑟 𝑥 100 (𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) 𝑥𝑐 = 𝐸 − 𝑥𝑟

Esquema del horno

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Condiciones de proceso Variables de proceso     

T, entrada gas combustibles T, entrada de aire T, salida productos del combustible %Vol. O2 en exceso, base seca T, zona de choque (BWT)

77 °F 77 °F 808°F 3.0 1440°F

Composición del gas combustible Metano Etano Propano N2 CO2 Consideraciones

0.8832 0.1052 0.0014 0.0078 0.0024

2.5% de pérdidas de calor al ambiente por radiación Combustión completa de gas natural Solución Dentro de la simulación hay que incluir al Agua y oxigeno que aparecerán durante el proceso mediante las reacciones que se darán, se utilizara el modelo termodinámico PR. Ingreso de los componentes

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Ingresando las reacciones – reacción de combustión (100%) 𝟏𝑪𝑯𝟒 + 𝟐𝑶𝟐 → 𝟏𝑪𝑶𝟐 + 𝟐𝑯𝟐 𝑶

Se observa con la cantidad de 10000lbmol/h la reacción no converge y se obtiene 18.66% de Oxigeno en la corriente de combustión, y también se observa que no se encuentra en base seca, ya que se encuentra 2.07% de agua. Para ello se utilizara la herramienta lógica “Adjust” para obtener la cantidad de aire suficiente para que en la corriente de producto de combustión se obtenga 3%vol. De oxígeno.

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Usando la herramienta Adjust se calcula un flujo másico de aire de 3.485x104 lb/h

Para verificar si el producto de combustión se encuentra en base seca se utilizara un Splitter para verificar la composición, esta herramienta nos permite hacer un análisis de transferencia de masa.

Se especifica en la corriente base seca 0 Agua

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Para converger el Splitter, se especifica que la corriente calcular la temperatura igual (sólo dos productos) e igualar todas las presiones corrientes

Se observa la composición de oxigeno de 3.58% en la corriente de base seca

La temperatura de la corriente de producto de combustión es 3294.2°F, esto se requiere enviar hasta 808°F, para ello utilizaremos un cooler.

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Para enfriar la corriente se requiere 29.67 MMBTU/h.

La corriente que se enfrio a 808°F, se tiene que enfriar a 77°F para ello se necesita otro cooler para bajar la temperatura.

La corriente enfriada, se separara mediante un splitter para separar el agua de la corriente, la corriente de agua que se separe tiene que estar a una temperatura de 77°F

Siendo Q-101, viene hacer calor de perdida

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

A la corriente de agua se requiere calcular el calor latente y sensible para realizar el cálculo de la eficiencia del horno

Utilizando un Spreadsheet para el cálculo de la eficiencia de calor, esta herramienta nos permitirá extraer los datos de la simulación.

Columna Primaria de destilación Objetivos 

Obtener el rendimiento y determinar las propiedades más importantes de cada uno de los cortes establecidos para cualquier tipo de Crudo o mezclas de diferentes tipos de Crudo.



Estimar las principales condiciones de operación en la Columna de Destilación de interés, para luego completar el balance de materia y energía correspondiente

Bases de simulación 

Modelo Termodinámico: Peng-Robinson



Método de Corte de crudo: Autocortes



Método de Extrapolación: Mínimos cuadrados ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 

Especificación de Cortes Corte Gases de Refinería Gasolina (NL) Solvente3 (NP) Kerosene Diesel

PFE (°C) 32 150 210 300 385

Columna de fraccionamiento de crudo

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Componentes principales  Carga a la columna  Zona Flash  Platos (Números de platos)  Pumparound (reflujo externos)  Reflujo de tope  Sistema de condensación de tope  Stripper (Despojadores)  Vapor despojante Bases de simulación Corriente de ingreso a la columna  Carga  Requerimiento de vapor (columna y despojadores) Especificaciones en la columna      

Numero de platos Plato de alimentación Corrientes principales de extracción (Tope y fondo) Presión a la salida del sistema de condensación Perdida de presión en el sistema de condensación Presión en el fondo de la columna.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4 Especificaciones mínimas de equipos complementarios Pumparound  Plato de extracción  Plato de retorno Stripper de Vapor  Plato de extracción  Plato de retorno Convergencia y monitoreo Los parámetros de convergencia y monitoreo se definirán desde el monitor hysys.  Extracción de los productos de destilación  Flujos de pumparound  Variación de temperatura en el pumparound  Overflash  GAP entre cortes  Temperatura de cortes  Temperatura de los platos correspondientes a los productos obtenidos  Temperatura de las corrientes de extracción y retorno correspondiente a los pamparound  Calidad de los cortes (PIE, 10%, 50%, 90%, PFE, Flasf point)  Duty del sistema de condensación y de los pamparound Datos de partida Carga de la UDP Tipo de Crudo Crudo A Carga (BPD) 20, 000 T (°F) 630 P (psig) 23

UDP Presion cond. (psig) Variacion de presion (psi) Pesion fondo (psig)

8 6 19

Strippers N° Platos 6

Equipo Flujo (lb/h) T (°F) P(psig)

UDP 800 350 100

Vapor despojante Stripper – NP Stripper – Kerosene 330 100 350 350 100 100

Stripper – Diesel 100 350 100

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Datos de convergencia Gas Refinería (GPM) Naphta Ligera (GPM) Naphta Pesada (GPM) Kerosene (GPM) Diesel (GPM) Reflujo PA (GPM) ∆T PA °F) Flash NP (°C) PIE NP (°C) 50% NP (°C) 90% NP (°C) PFE NP (°C)

0.5 60 40 52 66 170 200

40 149 177 199 210

T (°F) plato 27 T (°F) plato 20 T (°F) plato 12

PFE Kerosene (°C) 90% Diesel (°C) PFE Diesel (°C)

350 400 600

300 357 385

Crudo A: °API@60°F Viscosidad T(°F) cSt T(°F) cSt

: 23.6 Cinematica 100 59.87 122 33.06 ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO ASPEN HYSYS V8.4

TBP %V destilado 0.98 6.92 13.14 16.63 20.55 28.18 32.41 41.69 46.09 52.93 61.95 73.93

°F 82 200 300 350 400 500 550 650 700 800 900 1050

omp. Ligeros Methane Ethane Propane i-butane n-butane i-pentane n-pentane

%V 0 0 0.24 0.16 0.58 0.59 0.69

BSW Agua

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Despresurización de tanques de alta presión Para minimizar los riesgos asociados con la despresurización rápida de un tanque de gas natural presurizado, se debe predecir la evolución de la presión, caudal másico y sobre todo la temperatura del gas en el sistema y en la corriente gaseosa purgada a través del orificio de restricción El tiempo de despresurización depende del tamaño del orificio, y no de las condiciones medioambientales. Se ha observado que incluso cuando la presión inicial es 7.1% más alta, el tiempo de despresurización hasta una misma presión final tarda lo mismo 2.5 horas, se realizara un aumento del tamaño del orificio de 2 a 6 pulg, permite una mayor velocidad de despresurización y un mayor tiempo de exposición del material a temperaturas muy bajas.

El parámetro mas importante del material es su temperatura minima de resistencia, para acero al carbono es -29°C, ASME (2006). Especificación Longitud Diámetro interno Material Densidad Calor especifico Conductividad térmica

Valor 4.097 m 2.731 m Acero al carbono 7801 kg/m3 473 J/kg°K 43 W/m°C

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Condiciones en el tanque Temperatura inicial, °C Presión inicial, barg Presión final, barg

Casos A 20 70 7

B 25 70 7

C 30 75 7

D 35 75 7

Para los casos de 70 barg, el caudal es 2800 kg/h Para los casos de 75 barg, el caudal es 30000 kg/h

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Dimensionamientos de intercambiadores tubo coraza Diseñaremos un cambiador de carcasa y tubos para calentar con agua caliente (110ºC), 7000kg/h de gas natural a 10ºC hasta los 83.15ºC. El agua debe enfriarse hasta los 90ºC. El agua entra a 5.099 kgf/cm2, el gas entra a 73.122 kgf/cm2. Considerar una caída de presión de 0.51 kgf/cm2 en el lado carcasa y una caída de 0.51 kgf en el lado tubos. El factor de ensuciamiento es de 0.0002 Definimos las opciones de diseño:

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Definimos las condiciones de Proceso: Lado carcasa: Temperatura entrada = 110ºC Temperatur salida = 90ºC Presión operación entrada = 5.099 kgf/cm2 Caída de presión estimada = 0.51 kgf/cm2 Factor de ensuciamiento = 0.0002 m2*h*ºC/kcal Lado tubo: Caudal total = 7000 kg/h Temperatura de entrada =10ºC Temperatura de salida = 83.15ºC Presión operación entrada = 73.122 kgf/cm2 Caída de presión estimada = 0.51 kgf/cm2 Caída de presión admisible en ambos lados = 0.71 kgf/cm2 Factor de ensuciamiento = 0.0004 m2*h*ºC/kcal

Para el lado caliente, definimos la composición:

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Para el lado frío definir la composición del gas (ver figura) y bases termodinámicas: Paquete termodinámico = Peng Robinson Paquete termodinámico agua = Steam – TA Solubilidad = 0 Simular condiciones flash L-V

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Estimar las propiedades del gas natural que circula por lado tubos:

Definimos la geometría del cambiador de calor. Especificación TEMA: AEU Espesor de tubo = 2mm Separación radial tubos = 0.98 in

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No usamos la opción diseño específico de boquillas en lado carcasa.

No usamos la opción diseño específico de boquillas en lado tubos.

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Definimos las especificaciones de diseño: Presión de diseño carcasa lado caliente = 12.237 kgf/cm2 Tº de diseño carcasa lado caliente = 130ºC Tº de diseño tubos lado frío = 80ºC

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En métodos de correlaciones no no usamos de trasnferencia de calor de líquido subenfriado:

PLANO MECÁNICO DEL EQUIPO:

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COSTOS DEL EQUIPO:

Puesta en marcha de planta de gas DESARROLLO DE LA INGENIERÍA BÁSICA E INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE DETALLE DE UN SISTEMA DE INYECCIÓN DE GAS NATURAL DESDE UNA FUENTE A 50BARG Y 25ºC MEDIANTE SISTEMAS DE COMPRESIÓN EN SERIE Y ENFRIAMIENTO CON AEROREFRIGERANTES Y CAMBIADORES DE CARCASA Y TUBOS. DISEÑO ESPECÍFICO DE EQUIPOS Y PREPARACIÓN DE DIAGRAMA DE FLUJOS, DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y PROCESOS, HOJA DE DATOS DE EQUIPOS. IMPUTS:

En la primera etapa instalamos 2 tanques de separación con los siguientes imputs:

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Instalamos válvulas aguas abajo y aguas arriba y una válvula de descarga de condensados con altos cv’s. Instalamos un compresor con una presión de descarga de 100barg y simulamos el conjunto especificándole una eficiencia adiabática del 75% y una velocidad de turbina de 600rpm. El compresor será tipo reciprocante de desplazamiento positivo.

Una vez inicializado el sistema seleccionamos la opción usar curva característica, especificamos una potencia de turbinas de 5612kW e introducimos punto a punto la curva del compresor en función de cada velocidad de giro.

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Instalar válvulas on/off antes del sistema de enfriamiento y definir la presión de descarga en 100barg. Observar la evolución del punto de operación en la curva del compresor.

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Instalamos el sistema de refrigeración con aeros hasta conseguir unos 45ºC de salida. La presión debe mantenerse en 100barg simulando la pérdida de carga del equipo. Lo imputs son los siguientes:

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Posteriormente instalamos pulsadores de apagado manual de los ventiladores, esto implica simular el intercambio convectivo debido a la circulación del aire en el sistema. Para ello instalamos coolers asociados a hojas de cálculo en HYSYS simulando la energía que es capaz de enfriar el aire a su paso por los tubos del aero.

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Pulsadores:

Cooler:

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Hoja de cálculo: SPREADSHEET

Las celdas A2 y A3 indican si el ventilador esta conectado (1) o apagado (0), en la celda B6 se exporta en función de las condiciones del ventilador la cantidad de calor calculada en la celda D5. La lógica es la siguiente: =@if(a2=0)then(@if(a3=0)then(d5)else(0))else(0)

Sabiendo que: Q= W*cp*(T-Tref)/PM. Convirtiendo de kcal/h a kW se calcula la cantidad de calor a enfriar por el cooler: =(a7*a4*(a5-45)*0.2/a8)*0.001163

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De la primera etapa de compersión de gas simulamos un gasoducto marino de 30km hasta una 2º etapa de compresión. Es importante simular la pérdida de carga del gasoducto y aislar el sistema de compresión de 1º etapa. Seguir la siguiente secuencia de simulación: -

Simular la pérdida de carga mediante una válvula con CV = 900USGPM:

Observar que esta válvula genera una pérdida de 219.2 kPa = 2.19 bar. -

Instalar el gasoducto como un tanque horizontal ingresando los siguientes imputs:

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Instalar la válvula que aisle la 1º etapa de compresión y una válvula circunstancial, la primera deberá estar abierta al 100% y con un CV muy alto. La segunda deberá estar completamente cerrada. El sistema deberá quedar de la siguiente forma:

Fijamos la presión de salida de la 1º etapa de compresión en 99.5 barg. Procedemos a simular la 2º etapa de compresión instanado en primer lugar 3 trenes de tanques separadores de succión de compresores. Estos tanques deberán tener los siguientes imputs:

Instalar una válvula manual completamente abierta y de alto CV aguas arriba del tanque de separación para cada tren. Instalar la válvula de control de nivel LVC 3 y una válvula de aislamiento del equipo SDV12.

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A la salida de los tanques, instalar los compresores de 2º etapa definiendo como presión de descarga 202barg.

Especificar los siguientes imputs en los compresores:

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Definir las curvas de los compresores para distintas velocidades de giro de las turbinas según los siguientes puntos:

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Es importante que nosotros definamos la potencia de suministro al compresor para obtener la presión de descarga buscada (como la definimos debemos comprobar que operamos dentro de la curva). Esto se ajustará posteriormente con un control de caudal variable. Observar que a la ING. EDGAR JAMANCA ANTONIO

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descarga del compresor la temperatura aumenta con lo cual es necesario enfriar el gas. Para ello se simulará en este caso un cambiador de carcasa y tubos en donde el fluido refrigerante será el agua proveniente de un sistema de bombeo.

Para cada cambiador de calor definir: -

Agua de refrigeración:

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Definimos la presión de entrada del agua a 12barg y 26.32ºC. El agua perderá 0.4 bar a su paso por el cambiador y la corriente de salida tendrá las siguientes propiedades:

Instalamos la válvula de control de temperatura previo al diseño del controlador de lazo cerrado:

-

Los imputs del ca,biador:

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Definimos la presión a la cual deseamos suministrar el gas.

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Para instalar el sistema de bombeo mediante un siubflowsheet definimos colectores de suministro y recepción:

Instalamos el subflowsheet para el sistema de bombeo de agua:

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Bomeamos agua desde la presión atmosférica a 26ºC:

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A partir de la curva característica de la bomba introducimos los puntos de la misma:

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En la pestaña de diseño dinámico de la bomba marcamos la velocidad de giro de la curva y que el programa use dicha curva.

Instalamos la válvula de suministro completamente abierta y con CV alto. Finalmente instalamos los siguientes controladores: 1º Control de nivel en tanques 1º etapa.

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2º Control de presión en compresores de 1º etapa:

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Realizar el mismo control de presión para compresores de 2º etapa:

Finalmente instalamos el control de temperatura a la salida de los cambiadores con un set de 45ºC y lo asociamos a la válvula de control instalada.

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IMPORTANTE: DEFINIR TIEMPOS Y ACELERACIÓN DE SIMULACIÓN HACIENDO CTRL+I:

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