Clase i

SIMULACIÓN DE PROCESOS

APLICADOS A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SANCHEZ CARRIÓN

Edgar Jamanca Antonio - [email protected]

INTRODUCCIÓN A LOS

SIMULADORES DE PROCESO

En los últimos años, la simulación de procesos ha llegado a ser unaherramienta de apoyo para el diseño y evaluación de distintosprocesos relacionados a la industria química, hidrocarburos, mineria,etc.

La simulación de procesos juega un papel muy importante en lasindustrias antes mencionadas, como herramienta adecuada yoportuna para el diseño, caracterización, optimización y monitoreodel funcionamiento de procesos industriales.

SOFTWARES DE SIMULACIONES

Son herramientas que nos permiten facilitar el diseño,caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento deprocesos industriales.

Entre los principales tenemos: Aspen Hysys

Pro II

Aspen Plus

Chemcad


ESQUEMA DEL PAQUETE

ASPENONE -HYSYS


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 elsistema 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 elproceso a desarrollar un modelo es largo y complicado para su validación.

Por error se producen diferentes resultados en repetidas corridas en elcomputador.

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

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

Aplicación de softwares de simulación


VENTAJAS DEL USO DE SOFTWARE

DE SIMULACIÓN

Aplicación de softwares de simulación

Detección de cuellos de botella en la producción.

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

Optimización de las variables de proceso.

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

Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo deenergía.

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 ycontaminantes.

Entrenamiento de operados e ingenieros de procesos.

Investigación de la factibilidad de la automatización de un proceso.


MAPA DE RUTA


SIMULACIÓN EN ESTADO

ESTACIONARIO

Permite evaluar las diferentes alternativas de configuración delproceso y/o determinar la sensibilidad de las variables claves delproceso con respecto a cambios “factible” en el proceso.


SIMULACIÓN EN ESTADO DINÁMICA

La simulación Dinámica puede ayudar a mejor el diseño, optimizary operar procesos. Las plantas nunca están en estado estacionario.Los disturbios de la carga y del medio ambiente, el malintercambio de calor y la degradación catalítica continuamenteafectan las condiciones de un proceso estable.

El comportamiento de los sistemas de procesos es mejorestudiado usando una simulación dinámica. Con la simulacióndinámica se puede confirmar que la planta puede producir elproducto deseado en una forma que sea seguro y fácil de operar.Definiendo detalladamente las especificaciones de los equipos, enla simulación dinámica, se puede verificar que los equiposfuncionen como se espera en una situación real de planta tambiénoptimizar el diseño de control sin afectar negativamenteseguridad de la planta.


SIMULACIÓN EN ESTADO DINÁMICA


MÓDULO I

MÓDELOS TERMÓDINAMICOS, COMPONENTES Y

PROPIEDADES

Administración básico de laSimulación.

Propiedades de mezcla


Administración básico de la simulación

Ingreso de componentes



Componente hipotético

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; setiene varios métodos de estimación para asegurar larepresentación adecuada del comportamiento de os componenteshipotéticos adicionados. También hay métodos para estimar loscoeficientes binarios entre componentes hipotéticos.

También sirve para clonar los componentes de la lista disponiblesen Aspen Hysys y luego modificar sus especificaciones, estoscompuestos se pueden usar en reacciones.



Los compuestos hipotéticos no pertenecen a un paquete de fluidoespecífico dentro de la simulación porque en su creación sonpuestos en el Hypo Group. Debido a que estos componentes nopertenecen a un paquete específico estos pueden ser compartidospor varios paquetes en la misma simulación.

La información mínima requerida por Aspen Hysys para estimarlas propiedades del componente hipotético se resumen en la tablasiguiente:

Punto normal de Información mínima

Menor a 700ªF Punto normal de ebullición

Mayor a 700ªFPunto normal de ebullición

Densidad del liquido

No se conoce o es un solidoDensidad del liquido

Peso molecular


Administración básico de la simulación Sub- Adicionar

CH3 3

CH2 4

-C- 1

CH 1


Administración básica de la simulación

Paquete de fluido

Aspen Hysys utiliza el concepto de paquete de fluido o “Fluid Package” comoel contenido de toda la información necesaria para desarrollar cálculos depropiedades físicas y evaporaciones espontaneas de corrientes. El paquete defluido permite definir toda la información (propiedades, componenteshipotéticos, 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 lafácil creación y modificación de la información.

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

Pueden usarse varios paquetes fluidos n una misma simulación. Sin embargo,todos los paquetes definidos se encuentran dentro del administrador básicode la simulación.

Este paso es muy importante y no se debe tomar al a ligera, ya que definir labase de la simulación. Si tenemos una buena base, tendremos una buenasimulación, pero si introducimos un error desde el principio, este se agravaracon el desarrollo de la simulación.

Antes de iniciar la simulación se debe considerar la selección de un sistema deunidades


Administración básica de la simulación



Ejemplo N° 1:

Evaporación espontanea isotérmica, T – P, dela corriente “Gas”

Asigne una presión de 7500 kPa y una temperatura de 10ºC,¿Cuánto es la fracción vaporizada? ¿Por qué la corriente “Gas” noestá completamente especifica?

Asigne un flujo molar de 100 kgmol/h y observe el “ok” queaparece en la banda vede que significa que la corriente “Gas” seencuentra completamente especificada”.



Evaporación isoentálpica, T – H o P – H, de la corriente “Gas”

Asigne una presión de 7500 kPa, ingrese una entalpia molar de -1500kJ/kgmole. ¿Cuánto es la T, la fracción de vapor, y la entropía molar dela corriente?

Borre la presión asignada en el punto anterior y mantenga la entalpiamolar. Especifique una temperatura de 980ºC. ¿Cuánto es la presión,la fracción de vapor y la entropía molar de la corriente?

Asigne una temperatura de 2000ºC ¿Cómo se explica el error quereporta Aspen Hysys?

Punto de Burbuja de la corriente “Gas”

Asigne una fracción de vapor de 0.0 y una presión de 7500 kPa.¿Cuánto es la temperatura de burbuja de la corriente “Gas” a lapresión de 7500 kPa?

Asigne una Temperatura de -30. ¿Cuánto es la presión de vapor de acorriente “Gas” a un temperatura de -30?

Cambie la temperatura asignada en el punto anterior y asigne el valorde 100ºC. ¿Cómo se explica el error reportado por Aspen Hysys?



Punto de Roció de la corriente “Gas”

Asigne una fracción de vapor de 1.0 y una presión de 7500kPa.¿Cuánto es la temperatura de roció de la corriente “Gas” a lapresión de 7500 kPa?

Borre la presión asignada anteriormente y mantenga la fracción devapor. Asigne una temperatura de 100ºC. ¿Cuánto es la presión deroció a la temperatura de 100ºC?

Asigne una fracción de vapor de -1.0 y una presión de 5000 kPa.¿Cuánto y qué significado tiene la temperatura calculada?





Propiedades criticas de una corriente



Tabla de propiedades de una corriente



Ejemplo N° 2

Seleccione la Temperatura como la primera variableindependiente

Cambie el límite inferior y superior a 0ºC y 100ºC respectivamente.En el cuadro “#of increments” digite el numero 5

Seleccione la presión como la segunda variable independiente

Cambie al modo “State”

En la matriz “Sate Values” introduzca los valores 2000, 4000, 6000,8000 y 10 000 kPa

Ahora introduciremos la propiedad dependiente “Dep. Prop”,seleccionar “Mass Density”





Dimensionamiento de tubería de una coriente

Dentro de la herramienta “Analysis” se encuentra una opcióndenominada “Pipe Sizing” que estima el Régimen de Flujo de unacorriente a las condiciones especificadas. Se calcula el diámetromáximo conociendo la caída de presión por unidad de longitud yviceversa y adicionalmente propiedades de flujo como velocidad,factor de fricción, viscosidad, etc.; para ello seleccionaremos “PipeSizing”, para especificar la tubería, asumiéramos que la caída depresión es de 10 kPa/m.


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