CURSO BASICO DE SIMULACION DE PROCESOS CON ASPEN HYSYS.pdf

cuRso B$rco DE slltll uLAcloN

lnstructor: lng. Jos Luis Aguilar SalazarE-mai I : joseag ui [email protected]

Telf.: 7506 407 5 & 7217A170

aspefl'' '

Curso Bsico de Simulacin de Procesos con Aspen

I

I

t_II

II

II

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II

ADMtNtsrRADon estco DE LA stMULAclnOBJETIVOS

de un proceso qumico en Aspen HYSYS.

determinacin de propiedades de componentes.

BASEs PARA UNA stMULAclru

Paquete Fluido

Aspen HYSYS utiliza el concepto de paquete fluidos o "Fluid Packages" como elcontenido de toda la informacin necesaria para desarrollar clculos Oe propiedadesfsicas y evaporaciones espontneas de corrientes. El paquete fluido permite definirtoda la informacin (propiedades, componentes, componentes hipotticos,parmetros de interaccin, reacciones, datos tabulados, etc) dentro de un archivornuy sencilfo. Son tres las ventajas de esto, que son:

Toda la informacin asociada se define en un solo lugar, lo que permite la fcilcreacin y modificacin de la informacin.Los paquetes fluidos pueden almacenarse como un archivo con extensin"fpk" para usarlos en cualquier simulacin.

embargo, todos los paquetes definidos se encuentran dentro del administradorbsico de la simulacin.

Administrador del Paquete Bsico de la simulacin

El "Administrador Bsico de la Simulacin" o "simulation Basis Manager" es unaventana que permite crear y manipular cada paquete fluido en la simulacin. paradesplegar esta ventana, abra un nuevo caso, haciendo clic en el botn "New Case"de la barra estndar de Aspen HYSYS. Observe en la Figura 1 que, por defecto, el"Administrador Bsico de la Simulacin" se despliega con la pestaa "Components"activa.

En el "Administrador Bsico de la Simulacin", el grupo "Component Lists" contienelos botones "view", "Add", "Delete", "Copy", "lmport", "Export" y "Refresh,' con loscuales se observan, aaden, borran, copian, importan, exportan y refrescan loscomponentes incluidos en el paquete fluido. Acerque el puntero del Mouse a cadauno de estos botones y observe la anotacin que aparece en la barra de estado.Debajo se observan fas pestaas "Components", "Ffuid Pkgs", "Hypotheticafs", "OlManager", "Reactions", "Component Maps" y "UserProperty". En cada una de lasventanas correspondientes a las anteriores pestaas se agregan los componentes,las ecuaciones y las reacciones qumicas que intervienen en el proceso qumico asimular con el paquete fluido construido.

lng. Jos Luis Aguilar Salazar

Curso Bsico de Simulacin de Procesos con Aspen Hysys

Definicin del Paquete Bsico de la Simulacin

1. Abra un nuevo caso seleccionando el botn "New Case" localizado en el extremoizquierdo de la barra estndar. Se desplegar la ventana "simulation BasisManager" como se observa en la Figura 1.

Cornpment Lists

9:* iAdd I

_ - t

_ _ q r * J-.js--i

lmpor.. i_Jry_J- *E{""-l

Coponent Maps I UserProperly

2. Haga clic sobre la pestaacreacin o instafacin delobserva en la Figura 2.

"Fluid Pkgs" para desplegar la ventana que permite lapaquete fluido a utilizar en la simulacin y que se

Figura 2. Ventana para la creacin o instalacin del paquete fluido

Esta ventana contiene los grupos "Current Fluid Packages" y "Flowsheet-FluidPkg Associations". Se pueden usar varios paquetes fluidos dentro de unasimulacin, asignndolos a diferentes diagramas de flujo y enlazndolos. El botn"lmport" permite la importacin de un paquete fluido predefinido y que haya sidoalmacenado en el disco duro del computador. Los paquetes fluidos tienen laextensin "fpk".

3. Haga clic sobre el botn "Add" para crear un nuevo paquete fluido en la ventana

i::*Etielg--''gsnn:.Errft eti;;.-:ilFigura 1. Administrador del Paquete Bsico de la Simulacin


Curso Bsico de Simulacin de Procesos con

despfegada con ef nombre de "Fluid Package: Basis-1" y que se observa en laFigura 3. Por defecto, se despliega activa la pestaa "Set Up".

Figura 3. Ventana para la definicin del paquete fluido

Seleccione la ecuacin de Peng-Robinson ya sea buscndola directamente en elgrupo "Property Package Selection" o haciendo previamente un clic sobre el radiobotn que permite la seleccin de solo ecuaciones de estado o "EOSs" que seencuentra en el grupo filtro o "Property Package Filter".

En el cuadro localizado en la parte inferior con el ttulo "Name" Cambe el nombrepor defecto "Basis-1" e introduzca "Planta de Gas". Observe la Figura 4.

Haga clic sobre el botn "View" para aadir los componentes incluidos en elpaquete fluido.

Seleccione los componentes de la librera N2, H2S , COz, C1, C2, C3, -C4, n-C4,i-Cs, n-CS, C6 y HzO. La seleccin se puede hacer ya sea digitando los nombres

4.

5.

6 .

7 .

Figura 4. Ecuacin y nombre del paquete fluido



sobre el cuadro "Match", resaftando el compuesto de la lista o haciendo uso delfiltro y a continuacin la adicin al grupo "Selected Components" se hace ya seapresionando la tecla "Enter" o el botn .Add Pure" o haciendo doble clic sobre elcomponente a seleccionar. Observe la seleccin de los componentes en laventana "Component List View" de la Figura 5.

Add Coqorcnt- Canponcnts

TadbmlHpothctical0thcr

S#ed ConponentsNibogenH25co2Methanethanc

,ProprrcriSrtarnBrtariPcntxrrPs{aarHcsna

Eonporpr{s Avdbte h the Cormonat ttry

atch I I V-rFft*---]


introduzca C7+ como nombre de este en el cuadro "Component Name". ObserveFigura 7 . En este mso, no se conoce la estructura del componente hipottico y semodela una mezcla de tal manera que no se usar la opcin "Structure Builder".

Component ldentication

Uset lD Tags

Figura 7. Nombre de un compuesto hipottico

10.Haga clic en la pestaa "Critical" de la ventana de propiedades del compuestohipottico. Solo se conoce el punto de ebullicin normal del C7+, es decir,"Normal Boiling Pt". Introduzca un valor de 110"C (230'F). Presione el botn"Estimate Unknown Props" para estimar todas las propiedades del componentehipottico y definirlo completamente, como se observan en la Figura 8.

Bgse PropertiesMolecula\deightNormalBoilins Pt [ClldealLiq Densig

Temperature [Cl[kPal

[m3/kgmole]

' l 1 1.0110.0745.4

lD Critical

lillrlr-EFp..ryf na-lFdrtp'"p"'tb'lFdrrvr'"e,^:l

Citical Properties

Figura 8. Estimacin de Propiedades desconocidas del componente hipottico


Curso Bsco de Simulacin de Procesos con Aspen Hysys

11.Cuando haya sido definido el componente hipottico, cierre la ventana y regrese ala ventana "Component List View". Seleccione el componente hipottico C7+ queaparece en el grupo "Available Hypo Components" y haga clic sobre el botn .AddHypo" para aadirlo a la lista de componentes agrupados en "selectedComponents", como se observa en la Figura g.

Add Cmgoncnt Salected ConPmris

: Cqootrr{s Nlrcgeni,adbnr 3n

Htpoahicl MBthEOtht Ethne

Hypolh.licd Corpb Ava.t 16Avcleblc H}po Gro+$ iEEM

PropmeiSqtanenutrna-Pente

'n.Penlacn*lorrcH20C7+'iWn

I Hypo Maagor I

l**"*";t*"*"r', Ilr*-*-.--"**-rt .-|

t--e"r" I

Figura 9. lnclusin del componente hipottico dentro de la lista de componentes

Cada hipocomponente que se cree es parte de un "Hypo Group". Por defecto,este hipocomponente es colocado en el "HypoGroup1". Se pueden aadir gruposadicionales y mover hipocomponentes entre grupos. Ya se ha completado lainstalacin de un paquete fluido. Se pueden ver los coeficientes binarios de Peng-Robinson para los componentes, haciendo clic en la pestaa "Binary Coeffs" de laventana titulada "Fluid Package: Planta de Gas", como se observan en la Figura1 0 .

Seleccin de un sstema de unidades

En Aspen HYSYS, eS posible cambiar el sistema de unidades utilizado para

Eqtim d Stato Intotacticr Paqgctors

0-000000.00440,500000.tr121

ii-P6ntdtlnPcrtanelnHeroelH20i cz*'

-. 0.1 6ib00.16761'1-0,020011 0.r00000.036D0 0.08500.050llll 0.08,1000.Bg0r'10 0.a7.JrJ00.09500 0 05000.09000 0.06tJ000.03500 0.060000.10000 0.0F5000,14900 0.08000-rJ.31 50 .091 900.1000 0.04500

0.1 000tt.1 ?9e00.1 3500.1 23gti0.1neo0.1 25000.1 25000.1 25000.0445tF.1 01 tlo

0.10080 0.149tr00.065tr0 0.060000.1 25t10 0.1 25000.1i93 0.023470.00761 D.rl1 1 41fJ.0027tt 0.0051,tD.00033 0.D01 570.00f.r5t 0)101870.0r:t00 0.00044

- 0.00330.lln0$0.4P0Dli fJ.5000

Trtncnt ol Inlcroction Coefficbls Unavdlable fiom the Librory'!i Estmae HC+IC / Scr Non HC+|C to 0.0 ii SetA to 0.0

fT----@t] = [dna ; Planta de 6as

Figura 10. Coeficientes binarios entre los componentes del paquete fluido

Ing. Jos Luis Aguilar Salazar


1l.Cuando haya sido definido ef componente hipottico, cierre fa ventana y regrese ala ventana "Component List View". Seleccione el componente hipottico C7+ queaparece en el grupo "Available Hypo Components" y haga clic sobre el botn ..AddHypo" para aadirlo a la lista de componentes agrupados en "selectedComponents", como se observa en la Figura g.

Add CorWrc* SeIEC*ed Cdnporrt{s: Cqrponcr{: I*t^

Trdional :::Hlpothaticd ilin-"

Hpotftbal Corpocd AvalablcAvalblc Hypo Grot^pw@!ffiWrirrm

I HypoMcnagcr IEttnneRopnaiulanenutanciPent')c

I n.Pananan*lacarp

r H20C7*'rmmMs$Fma

l-ld"t" I

Figura 9. Inclusin del componente hipottico dentro de la lista de componentes

Cada hipocomponente que se cree es parte de un "Hypo Group". Por defecto,este hipocomponente es colocado en el "HypoGroupl". Se pueden aadir gruposadicionales y mover hipocomponentes entre grupos. Ya se ha completado lainstalacin de un paquete fluido. Se pueden ver los coeficientes binarios de Peng-Robinson para los componentes, haciendo clic en la pestaa "Binary Coeffs" de laventana titulada "Fluid Package: Planta de Gas", como se observan en la Figura1 0 .

Figura 10. Coeficientes binarios entre los componentes del paquete fluido

Seleccin de un sstema de unidades

En Aspen HYSYS, s posible cambiar el sistema de unidades utilizado para

Equctin d St6tc lnlct*lian Paroctcrs

.0.tJ2ir0rl0 .10000,

0.1 00000.1398t_'l0.1 3500.1 23900.1 29e00.1 25000.1 25000.12580D.044Er)tJ.180 ,

0.036r,t|0.qs50q0.r 0000

0.050t100.004000.1 23800.00224

Traatmenl ol Inlraction Coeflicis{s Unavail,able from thc Libraryr!

tlmate XC+C / Sct Non HC*IC to 0.0 O Saal ro O.O

L:U.'-ffi= Nanp ;PlantadeGs


curso Bsico de simulacin de procesos con Aspen Hysys

desplegar en fas diferentes variables.

Despliegue el men "Tools" y seleccione la opcin "Preferences".Haga clic sobre la pestaa "Variables", haga clic en "Units" que aparece en elgrupo "Variables" y seleccione el sistema Sl. Observe la Figura 11'.

c) Cierre estaExportacin de paquetes fluidos

Aspen HYSYS permte exportar paquetes fluidos para usarlos en otras simulaciones.Esta funcionalidad permite crear un paquete fluido sencillo y comn que puedeutilizarse en mltiples casos.

a) Sobre la pestaa -F[uid Pkgs" de la ventana "simulation Basis Manager"

resalte el paquete fluido "Planta de Gas" que aparece en el grupo "CurrentFluid Packages". Observe Figura 12.

b) Presione el botn -Export" y se desplegar una ventana que le permitirguardar el paquete fluido.c) Introduzca el nombre "Planta de Gas" para el paquete fluido y presione elbotn "Guardar". Observe la extensin .fpk al nombre del paquete. .

Al definr completamente el paquete ffuido, se tiene todo fisto para comenzar lasimulacin. Para ingresar a la ventana donde construr el diagrama de flujo deproceso o PFD a simular, presione el botn "Enter Simulation Evironment" que seencuentra en la parte inferior derecha del Administrador Bsico de la Simulabin ohaga clic sobre el icono que se encuentra dentro de la barra estndar con el mismonombre.

a)b)

Figura 1 1. Sefeccin def sistema de unidad

ventana para regresa r a la simulacin



Figura 12. Exportacin de un paquete fluido

PROPIEDADES DE LOS COMPONENTES

Algunas propiedades de los cmponentes seleccionados que han sido calculadas porAspen HYSYS de acuerdo a la ecuacin seleccionada se pueden visualizar en laventana correspondiente a cada uno de ellos. Para ello:

1. Haga clic en la pestaa "Set Up" de la ventana "Fluid Package: Planta de Gas"y haga clic en el botn "View" que permite desplegar la lista de componentesseleccionados en el cuadro "Component List Selection" con el nombre de"Component LSt-1". Observe que la ventana desplegada se titula "ComponentList View" y que, adems, s encuentran activos los botones "Add Group","Add Hypo", "Remove", "Sort List" y "View Component". Mediante la opcin"Sort List" se ordenan los componentes segn lo desee el usuario.

2, Seleccione el componente C7+ y haga clic sobre el botn "View Component"para que se despliegue la ventana de propiedades.

3. Haga clic en la pestaa "Critical" y se observar nuevamente la Figura 7 , quemuestra algunas propiedades bsicas en el grupo "Base Propierties" y algunaspropedades crticas en el grupo "Critical Properties".

4, Haga clic en la pestaa "Point" y observe las propiedades fsicas,termodinmicas y moleculares del componente seleccionado.

5. Haga clic en la pestaa "TDep" y observe las tres ecuaciones propuestas porAspen HYSYS para el clculo, respectivo, de la entalpa del vapor, la presinde vapor y la energa libre de Gibbs del cornponente seleccionado.

Tabulacin de propiedades fisicas y termodinmicas de los componentes

Aspen HYSYS facilita en la pestaa "Tabular" de la ventana "Fluid Package: Plantade Gas", correlaciones matemticas para calcular algunas propiedades fsicas ytermodinmicas como densidad, viscosidad, conductividad trmica, entalpa, entropay otras.

1. Haga clic en la pestaa "Tabufar" Se despfegar una ventana que contiene ungrupo con el ttulo de "Tabular Package" y que muestra un rbol de opciones.

1 0 lng. Jos Luis Aguilar Salazar


2. Haga clic sobre el cuadro con un signo ms a la izquierda de "Options". Sedesplegarn todas las propiedades fsicas y termodinmicas disponibles enAspen HYSYS para correlaconarlas con otras variables fsicas.

3. Haga clic en el botn 'Edt Properties" que se encuentra en la esquina inferiorderecho y detalle las propiedades fsicas y termodinmicas para cada uno delos componentes del sistema.

4. Cierre la ventana anterior, seleccione la propiedad "Latent Heat" que apareceen el cuadro derecho de la ventana "Tabular package"

5. Haga clic sobre el cuadro con un signo ms a la izquierda de "lnformation" yseleccione la opcin "Latent Heat".

6. Seleccione en el cuadro "Equation Shape" la opcin polimrica o "Poly1".Observe su escritura en el cuadro de abajo.

7. Haga clic en el botn "Cmp Plots". Se desplegar una ventana con el ttulo"LatentHeat" que muestra las curvas de calor latente en funcin de latemperatura para cada uno de los componentes de la lista.

8. Cierre la ventana anterior y haga clic sobre el botn "Cmp. Prop. Detail" paraconocer mas detales sobre la propiedad. Se desplegar una ventana con elttulo "PropCurve: LatentHeat_Nitrogen" y con las pestaas "Variables","Coeff', "Table", "Plots" y "Notes". Haga clic sobre cada una de eltas y detallela informacin suministrada en cada una de ellas.

CASO DE ESTUDIO

A continuacin, despliegue la ventana "Component List View", haga clic en la opcin"Components" del grupo "Add Component", seleccione los componentes n - heptanoy n-octano y agrguelos a la lista de componentes seleccionados. Compare taspropiedades del componente hipottico C7+ con las del n-C7 y n-C8 llenando laTabla 1.

Tabla l. Propiedades del n-Heptano, n-Octano y ef compuesto hipottico C7+

PROPIEDAD C7+ c7 c8Normal Boil ing Point

ldeal Liquid Density

Molecular Weight

lng. Jos Luis Aguilar Salazar 1 1


CORRIENTES Y MEZCLAS

OBJETIVOS

un proceso qumico en Aspen HYSYS.

determinacin de propiedades de mezclas.

INTRODUCCIN

simulacin de

posibilitan la

Clases de corrientes en Aspen HYSYS

Aspen HYSYS utiliza el concepto de corrientes de materia y corrientes de energa.Las corrientes de materia requieren, para su completa definicin, de la especificacindel flujo y de aquellas varia.bles que permitan la estimacin de todas sus propiedadesfsicas y termodinmicas. Las corrientes de energa se utilizan para representar fosrequerimientos energticos en unidades como intercambiadores de calor, bombas,etc. y se especifican, completarnente, con solo la cantidad de energa intercambiadao transferida en dichas unidades. En Aspen HYSYS, la corrente de materia seobserva, por defecto, de color azul, mientras que la corriente de energa es de colorrojo.Corrientes de materia

El elemento ms simple que un diseador de proceso debe especificar es una simplecorriente homognea. Las variables que definen a una corriente que contiene Ccomponentes son:

Variables

ConcentracionesTemperaturaPresinFlujoTotal de Variables

Cantidad

C + 3

c111

Expresando las concentracones en fracciones molares, Xi, se cumple una restriccinde suma entre ellas, es decir que:

Nr

a 'Por lo tanto, el nmero de variables de diseo,N,", que se requieren para especificarcornpletamente una corriente de materia es la diferencia entre el nmero de variables



y el nmero de restricciones, es decir:

N f = c + 2 (2)De acuerdo a la ecuacin (2), se define el estado termodinmico de una corriente demateria al conocerse la composicin de una corriente de materia y otras dospropiedades, (fraccin de vapor, temperatura, presin, entalpa o entropa) una de lascuales debe ser o la temperatura o la presin.

Evaporacin espontnea de una corriente de materia

Cuando se especifica una corriente de materia con la informacin suficiente, AspenHYSYS hace los cfculos apropiados de la evaporacin espontnea. Es decir, si seespecifican, por ejemplo, temperatura y presin calcula si la corriente es de una fase(lquida o vapor) o de dos fases lquido y vapor, etc. Dependiendo de las dospropiedades conocidas de la.corriente de materia, Aspen HYSYS desarrolla uno delos siguientes clculos de evaporacin espontnea:

1. lsotrmica: T-P2. lsoentlpica: T-H o P-H3. lsoentrpica: T-S o P-S4. Fraccin de vaporizacin conocida: T-VF o P-VF

En la evaporacin espontnea a una fraccin de vaporizacin conocida entre 0.0 y1.0, Aspen HYSYS calcula la presin o la temperatura dependiendo de la que seaespecificada como variable independiente. Si se despliega un error, en este tipo declculo, significa que la fraccin de vapor especificada no existe a las condiciones depresin o temperatura especificadas. Es decir, la presin especificada es mayor quefa presin cricondenbrica o la temperatura especificada es de un valor a la derechade la temperatura cricondentrmica sobre la envofvente estndar de presintemperatura.

Punto de roco de una corriente de materia

Si, adems de la composicin de una corriente de materia, se especifica una fraccinde vapor de 1.0 y su temperatura Aspen HYSYS calcular la presin del punto deroco. En forma similar, si en vez de especificar la temperatura se especifica lapresin Aspen HYSYS calcular la temperatura del punto de roco de la mezcla. Lospuntos de roco retrgrados se calculan especificando una fraccin de vapor de -1.0.

Punto de burbuja de una corriente de materia / Presin de vaporUna especificacin de una fraccin de vapor de 0.0 para una corriente define unclculo de punto de burbuja. Si adems se especifica o la temperatura o la presin,Aspen HYSYS calcular la variable desconocida presin o temperatura. Al fijar unatemperatura de 100 "F la presin correspondiente al punto de burbuja es la presinde vapor a 100 "F.


INSTALACIN DEPara la instalacinnstrucciones:

Curso Bsico de Simulacin de procesos con

UNA CORRIENTE DE MATERIA EN ASPEN HYSYS

de corrientes de materia en Aspen HYSYS realice tas siguientes

1 .

2.

Abra un nuevo caso e importe el paquete fluido "Planta de Gas" construido yalmacenado en la Prctica 1.Haga clic en el botn "Enter Simulation Environment". Aspen HySyS por$lfecto despliega la ventana titulada "PFD - Case (Main)" y la denominada"Paleta de objetos. En la primera se construye el diagrama de-flujo del procesoa simular y en la segunda se incluyen las unidades u operaciones aseleccionar para instalarlas en ef proceso a simular.Haga doble clic sobre el icono de la corriente de materia (flecha de color azul).Se despliega, sobre el PFD, una flecha de color azul claro, numerada con ",i"y, adems, la ventana de especificacin de propiedades de dicha corriente,con la pestaa "Worksheet" activa, por defecto, como lo muestra la Figura 1.La instalacin de corrientes puede hacerse de varias formas comopresionando la tecla clave o seleccionando la opcin "Add Stream" delmen "Flowsheet".

3.

\rforkrheet

Conditin 1PropatiesComposition

K Valre

UserVariables :Natcs

,

Cost Parameters

Sheam NomoVapo r.n /, Phasa Fract'ronTemperature [C]Prcssure [kPalMofar Flow lkgmola/+rlMass Flow [kgrh]Sld lded trqVotFbw (m3/hlM olar Enthalpy [UikqndelM olar Enlropy fltJlkgrnolsC]Heat Flow [kJ/h]Liq Vol Flow @Std Cond [m3/hlFluid Packoqe

-"*._*-"*T-{empty}< ernpty)( efnpty)( ernpty)j ".ttpty>(Brp!)( ernpty)


H5c02MathareEIrorrcPmpanei-Eulane

(enEty>{emFtyrtcmFtY?

:rnFty{crnFty?(efntty>


Evaporacin isoentfpica, T-H o P-H, de la corriente "Gas'n

11. Borre la temperatura y mantenga la presin asignada en el punto 9.Especifique una entalpa molar de -15000 kJ/kgmole. Cunto es latemperatura, la fraccin de vapor, y la entropa molar de la corriente?

12. Borre la presin asignada en el punto I y mantenga la entalpa molar.Especifique una temperatura de de 980 "C. Cunto es la presin, la fraccinde vapor y la entropa molar de la corriente?

l3.Borre la temperatura anterior y asigne un valor de 2000 "C. Cmo se explicael error que reporta Aspen HYSYS?

Punto de roco de la corriente "Gas"

l4.Asigne una fraccin de vapor de 1.0 y una presin de 7500 kPa. Cunto es latemperatura de roco de la corriente "Gas" a la presin de 7500 kPa?

15. Borre la presin asignada y mantenga la fraccin de vapor. Asigne unatemperatura de 100 "C. Cunto es la presin de roco a la temperatura de100 "c?

16.Asigne una fraccin de vapor de -1.0 y una presin de 5000 kPa. Cunto yqu significado tiene la temperatura calculada?

Punto de burbuja de la corriente 'nGas"

l7.Asigne una fraccin de vapor de 0.0 y una presin de 7500 kPa. Cunto es latemperatura de burbuja de la corriente "Gas" a la presin de 7500 kPa?

l8.Borre la presin asignada y mantenga la fraccin de vapor. Asigne unatemperatura de -30 'C. Cunto es la presin de vapor de la corriente "Gas" auna temperatura de -30 'C?

19. Cambie fa temperatura asignada en el punto 18 y asigne el valor de 100 "C.Cmo se explica el error reportado por el simulador?

GUARDAR LA CORRIENTE "GAS"

Se puede utilizar uno de varios mtodos diferentes para guardar un caso en AspenHYSYS.

1. Despliegue el men "File" y seleccione la opcin "Save As" para guardar elcaso en una cierta localizacin y con el nombre "Gas".

2. Despliegue el men "File" y seleccione la opcin "Save" para guardar el casocon el mismo nombre y en la msma localizacin.

3. Presione el botn "Save" en la barra estndar para guardar el caso con elrnismo nombre.

INSTALACIN DE UNA CORRIENTE DE ENERGA EN ASPEN HYSYSUna corriente de energa se instala mediante el mismo procedimiento que unacorriente de materia y solo necesita de una especificacin que es el flujo calrico

1 7lng. Jos Luis Aguilar Salazar


correspo ndiente.

S la paleta de objetos no est abierta sobreclave para abrirla.Haga doble clic sobre el botn "Energy Stream"nombre "Q-100" y su ventana de propiedades,4.

el escritorio, presione la tecla

para desplegar la corriente decomo se observa en la Figura

1 .

2.

ffirEilttBtPoperties

ls["a* htm ll-.--_---D.'ioo-f neat Row ltlfr i 'lH uf- T "rnpoature [C] | .empty>

Unknown Heat Flow

Figura 4. Ventana de propiedades de una corriente de energa

3. En ef cuadro "Stream Name" cambie el nombre de la corriente a "QHeat" eintroduzca el valor de -10000 kJ/h en el cuadro "Heat Flow (kJ/h)". Observe labanda verde que indica que la corriente est completamente especificada.


Curso Bsico de Simulacin de Procesos con Aspen Hys

PROPIEDADES DE CORRIENTES DE MATERIA

OBJETIVOS

INTRODUCCINAspen HYSYS dispone de la opcin "Utilities", QUe es un conjunto de herramientasque interactan con una corriente de materia suministrando informacin adicionalpara su anlisis, como los diagramas presin-volumen-temperatura y otros. Despusde instalada, la informacin anexada se convierte en parte del diagrarna de flujo detal manera que cuando cambian las condiciones de la corriente, autornticamentecalcula los otros cambios en las condiciones afectadas.

Los diagramas lquido-vapor disponibles para una corriente de composicindesconocida son: Presin-Temperatura, Presin-Vofumen, Presin-Entalpa, Presin-Entropa, Temperatura-Volumen, Temperatura-Entalpa y Temperatura-Entropa.Algunas otras facilidades incluidas dentro de la opcin "Utilities" son las propiedadescrticas, el dimetro o cada de presin en tuberas, tablas de propiedades, etc.

DIAGRAMAS DE PROPIEDADES DE UNA CORRIENTE

Para anexar un diagrama de propiedades a una corriente:

1. Instale un nuevo caso importando el paquete fluido "Planta de Gas" definidoen la Prctica 1.

2. Instale una corriente de materia con el nombre de "Gas", 10 oC, 7500 kPa, 100kgmol/h y composicin especificada como lo muestra la Figura 1.

3. Haga clic sobre la pestaa "Attachments" y luego haga ctic sobre la pgina"Utilities".

4. Dentro de la ventana desplegada, presione el botn "Create" para acceder a laventana "Available Utilities" que se observa en la Figura 2.

5. Seleccione la opcin "Envelope" y entonces presione el botn "Add Utility". Sedespfegar la ventana de ttulo "Envelope: Envefope Utility-1" que se observaen la Figura 3. La pgina "Connections" de la pestaa del mismo nombre,muestra los valores mximos (Cricondenbrico y Crcondentrmico) y crticosde presin y temperatura para la envolvente de la corriente "Gas".

6. Haga clic en la pestaa "Performance" y luego clic en la pgina "Plots" paraobservar el diagrama presin-temperatura que aparece por defecto, como seobserva en la Figura 4. Compare los valores mximos y crticos detemperatura y presin de la Figura 3 con los determinados en el grfico PT.



WorksheetConditionsPropeltiesEompositionK VlueUser VailablesNotesCost Parameters

H25co2MethaneEthanePropanei-Eutanen-Butanei-Pantanen-Pentanen-HexaneH20C7+"

t l{ l I

4.923700.00480

| 0.s80000I 0.132000r-"T/T#g'ti o.ooebooI 0.003600I 0.002100I o.o3ooI o.DoooooI o.ooooo ,

7.

8.

Total 11'00000

Est.. j _Igl.e"15al Basis.. i

Define from 0ther Sheam.. l + +Figura 1. Composicin de la corrente de materia "Gas"

C02 SolidsCold PropertiesEritical PropertyDepressuringDynamic DepressuringEnvelopeHydrate FormationPipe SizinsProperg TableUser Properg

Add Utility

Figura 2. Utldades disponibles para la corriente "Gas"

Para incluir la curva de calidad 0.4, digite este valor en el cuadro "Quality 1"del grupo "Curves" que se encuentra en la parte superior derecha.Para observar |os datos numricos de presin-temperatura, haga clic sobre lapgina "Table". Observe en la Figura 5, en el cuadro "Table Type" que losdatos que aparecen tabulados corresponden a la seccin del punto de burbujade la corriente "Gas".Despliegue el cuadro "Table Type" y seleccione las opciones que le permitanobservar los datos numricos de presin y temperatura para el punto deburbuja y la grfica de calidad constante de la corriente "Gas".

9.

20 Ing. Jos Luis Aguilar Salazar


Figura 3. Valores Mximos y Crticos de temperatura y presin de la corriente "Gas"

Enyelope Type P T ' " T Vr:' W i-" THf-' PH ':. TSf-. PS

Figura 4. Diagrama Presin-Temperatura de la corriente "Gas"

10. Seleccione nuevamente la opcin "Plots" y en el grupo "Envelope Type"seleccione el radio botn P-H para desplegar el diagrama presin-entalpa dela corriente.

11. En el cuadro "lsotherrn 1" del grupo "Curves" digite el valor -14 "C para incluiruna lnea isoterma de dicha temperatura, como se observa en la Figura 6

12.Para editar el grfico, presione el botn derecho del Mouse y seleccione laopcin "Graph Control" del men contextual desplegado. Se desplegar laventana que le permite hacer cambios que modifiquen la presentacin delgrfico como los observados en la Fi$ura 6.

lng. Jos Luis Aguilar Salazar 21


l3.Observe fos grficos presin - volumen, presin - entropa, temperatura -volumen, temperatura - entalpa y temperatura - entropa disponibles en elgrupo "Envelope Type".

Figura 5. Datos numricos de Punto de burbuja de la corrente "Gas"

Cgrves|lsomermTf -T4fo-llsotherm 2lJ llsotherm 3l

T----_-i

-l!a-*lEnyelope Typei-' PT f-' TVa w r - ' T Hr-;ffli r Tsr-' PS

Design Peformance

Figura 6. Diagrama Presin - Entalpa de la corriente "Gas"

PROPIEDADES CRTICAS DE UNA CORRIENTELas propiedades crticas y seudocrticas de una mezcla son estimadas por AspenHYSYS de acuerdo a la ecuacin elegida en el paquete fluido. La opcin "CriticalProperty" de la herramienta "Utilities" facilita dicha informacin para la corrienteseleccionada.

Tabular DataTable Type f Bubbb Pt_-* -

ll [rn3ikErnolel lkj/ksmole] [kJ/ksmole.Cl --150.6 3.889e-002 I -9.866e+004 77.80 --146.7 3.926e-002 , -9.843e+004 79.61-1 42.6 3.967e-002 -9.819e+004 81.48t tt., E@X -e.7e3e+oo4 s3.40-133.8 4.064e-002' -9.756e+004 85.37-1 29.0 4.120e-002 -9.736e+004 87.39-124.0 4.184e-002 -9.705e+004 89.47-118.7 4.256e002 : -9.672e+004 91.60 .-113.3 4.337e-002 -9.637e+004 93,77 v

a 1 - a i r a ^ a F A - .

22 lng. Jos Luis Aguilar Salazar

curso Bsico de simulacin de proceso-s con Aspen Hysys

1. Haga dobfe clic sobre la conente "Gas" que aparece en ef PFD paradesplegar su ventana de propiedades.

Repita los pasos 3 y 4 del inciso anterior (3).En la ventana "Available Utilities", seleccione la opcin "Critical Property" ypresione el botn "Add Utility". Se desplegar la ventana que aparece en laFigura 7 y que despliega las propiedades crticas y seudocrticas de lacorriente "Gas".

2.

3.

Name

Sheam Select Sbeam...

--2.06-38.8489804747

9.369e-0020.11890.38760.2873

De*ign

Delete

Dynamics

I

lCriticat Properties-1

Gas

True Tc [f]Fseudo Tc [C]True Pc [kPa]Fseudo Pc [kPa]True Vc [rn3/kgmole]Fseudo Vc [m3/kgrnole]TueZcFceudo Zc

r Le.te'eilFigura 7. Propiedades crticas de la corriente "Gas"

TABLA DE PROPIEDADES DE UNA CORRIENTE

La herramienta "Property Table" permite examinar las tendencias de una propiedad,dentro de un intervalo de condiciones, tanto en forma tabular como grfica. Estafacilidad calcula variables dependientes para un intervalo o conjunto d valores devariabfe independiente especificada.

Una Tabla de Propiedades se aadira la corriente "Gas" desde el men "Tools" conel siguiente procedimiento:

Utilice la tecla clave para abrir la ventana Available Utilities.Sefeccione fa opcn "Property Table" y presione el botn "Add Utility". Sedesplegar una ventana como la que muestra la Figura 8. El botn "-SelectStream" permite seleccionar la corriente a la que se le va a anexar la tabla depropiedades. En nuestro caso se omite, porque solo se tiene una corriente queaparece seleccionada.Seleccione la Temperatura como la primera Variable independiente.Cambie el lmite inferior Y superior a 0 y 100 o C respectivaente. En el

1 .2.

3.4.



cuadro "# of increments" digite el numero 4.5. Seleccione la Presin como la segunda Variable independiente.6. Cambie al modo "State".7. En la matriz "State Values" introduzca los valores 2500, 5000, 7500 y 9000

kPa.I. Haga clic en la pgina "Dep. Prop" de la pestaa "Design". Es posible escoger

varas propiedades dependientes. Adems, pueden ser propiedades globaleso propiedades de fases diferentes.

9. Presione el botn 'Add" para desplegar la ventana "Variable Navigator".Observe Figura 9.

DerignCurrruuliuruDep. PropNotcs

rlane lFrcper:yTable-l

Ingependent Vadabl=s

Salect Slrem

-erneratr: 'e

I Incrernenbllv^li'' h t***f

*-F; "*-,,.

luoae I stete

WlUpp*' Bcund I t 00.0 litt rf ln"r"rnertc lJ 4

:E0050007F009000

reHe *l - : i r lil*s{

Navegador de variables

Density" a partir de la lista del grupo "Variable" y

Figura 8. Ventana para la construccn de una Tabla de Propiedades

VariableComp KValue - Mixec *Comp KValue-LightCompKValue-HeavMolar VolumeActualVolume FlowActual Gas FlowSpecific firavityActual Liquid FlowLiq Vol Flow @Std CcStd Gas FlowMoleculat

All/Sinslef' SinElei* All

loncel IStd ldealLiq Mass DrMolar DensigAveraoe Liouid D ensi " o K l- l

DescriPtion lMass Deneitl

Figura 9.

10. Seleccone la opcin "Masspresone el botn "OK".



ll.Sefeccione fa opcin "Thermal Conductivity" y presione el botn "OK".l2.Presione el botn "Calculate" para calcular las propiedades densidad msica y

conductividad trmica a presiones de 2500, 5000, 7500 y 9000 kPamanteniendo temperaturas constantes de 0,25,50,75 y 100'C.

13.Haga clic en la pestaa "Performance" para desplegar la ventana, Figura 10,donde se pueden seleccionar los datos calculados para visualizarlos tabuladosnumricamente o grficamente.

Peformance YVatiable CttIves1 st Independent Vadable

ry!!Variable

2nd Independent Variable

t-

D"rg" P*rfor-.n""

[- lgnoted

Figura 10. Tabla de propiedades

14. Haga clic sobre fa pgina "Table" para desplegar los datos calculados enforma numrica y tabular. Observe Figura 11.

TabfePlots

Parlaame

f rbla

Plot

--ss:--l

i Ternpratue cu - Ma:Derriy ThamalCondrvlyl - . f f i

L-VL.VL-Vt-v

v

V

v

I____-J

f brucd

ofrmom2s.m25m25.0025.0050.0050.0050.0050@[email protected]/3.WZIDJ1m,01m.01m.01m.0

5m07Cr09m02$05m07500sm02500500075009000250050007$09@02m05m07f09m0

.6101'13t.1.t8' I 8207525.43Sn.o799.f|301 28.13822.8188+9.9?0581.[1791Zn'2f,759441.2881m.38658ZfI38819.f84240.ru6Z6Un

3.ffnSoOCZ3.{[email protected]&l7c23.fi85aI23.E4gz?wz{-IB6e{f12LITilcF,@.3.69726a0023.9316-7e.0fP1.21781a.{D21.10S66oE1.03587e-{I21.24562ct121.185'11e{m

76.94 1.M163e0f12

0sbl Perlomnc I Oynmic I

| : : r r i r t r r .

Figura 11. Densidad y Conductividad trmica de


la corrienG "Gar"

25


15.Haga cfic en la pgina "Plots", seleccione la propiedad "Mass Density" ypresione el botn "View Plot" que se encuentra a la derecha. Las grficas defos clculos realizados se observan en la Figura 12.

50u ri0fj u

Pressure (kPa)

gf,

Eg'5

ag{toq,u,{EE

I Ccnrlecec

Y

' r l w

Figura 12. Grficas de densidad versus Presin para la corriente "Gas"

l6.Cierre la grfica anterior, seleccione la propiedad "Thermal Conductivity" ypresione el botn "View Plot". Las grficas de los clculos realizados seobservan en la Figura 13.

DIMENSIONAMIENTO DE TUBERA DE CORRIENTE

Dentro de la herramienta "Utilities" se encuentra una opcin denominada "PipeSizing" que estima el Rgimen de Flujo de una corriente a las condicionesespecificadas. Se calcula el dimetro mximo conociendo la cada de presin porunidad de longitud y viceversa y, adicionalmente, propiedades de flujo comovelocidad, factor de friccin, viscosidad, etc.

1. Utilice la tecla clave para abrir la ventana Available Utilities.2. Seleccione la opcin "Pipe Sizing" y presione el botn "Add Utlity". Se

desplegar una ventana como la que muestra la Figura 14. El botn "SelectStream" permite seleccionar la corriente a la que se le va a anexar la tabla depropiedades. En nuestro caso se omite, porque solo se tiene una corriente queaparece seleccionada.

3. En el cuadro "Pressure Drop (kPa/m)" digite el valor 10. Observe que Aspen


curso Bsico de simulacin de procesos con Aspen Hysys

HYSYS ha calcufado el dimetro mximo catlog o 40, seleccionados en loscuadros "Calculation Type" y "Schedufe".

b

*ilt;fijl

2000

\Itr\

.=

.=

c,

E

o(JEE{l)

Pressure (kPa)r;---:-=_:-'__I L c r F r c ? 5 . a -

Figura 13. Conductividad Trmica versus Presin para la corrient" "CLY

bam= lPice 5 zina-1

Sheam ,Gas '

5i3hg lnput

Eelect Shean... II

Calcdation TypeSchedulePire Inside Dianeter [mn]faress,re Dro: [lJ1onl

Fla+. Diarn=ter

Delete IFigura 14.

I lgncredDimensionamiento de una tubera



4. Haga cfic en la pestaa "Performance" y obserue el clculo del Rgimen deFtujo (Estratificado) de la corriente "Gas" a las condiciones especificadas queincluye propiedades de transporte (fases, viscosidad, densidad, flujo ydensidad) y parmetros adicionales del rgimen de flujo (Nrnero de Reynoldsy factor de friccin). Observe la Figura 15.

Perfomnce

flc+ult

Vaporn-Liqr-rd Floru Hegirne: Str*ified Flor,t,

5tr=an Hrcpertresrose\4scostyFovra:eVelociUDersit"

2?1 ? k/h9466 mh

i 16.4 LsJm3

Liquid5.i83e.0 cP

38.14

Curso 8sico de Simulacin de Procesos con A

DIVISORES, MEZCLADORES Y FRACCIONADORES

OBJETIVOS

fraccionador de corrientes.

corrientes.

mezcladores y fraccionadores.

INTRODUCCINDivisor de corrientes

Un divisor de corrientes simula el fraccionamiento del flujo de una corriente que fluyea travs de una tubera en varas corrientes. Un diagrama para un divisor decorrientes en dos corrientes se muestra en la Figura 1.

F1t2

Figura 1. Divisor de Corrientes

Siendo z, las composiciones en la corriente de alimento, y X's las composiciones enlas corrientes de salida, el balance de materia para cada uno de los C componenteses:

F z = Fi + FzXt ( 1 )F, es el flujo de la corriente de entrada Y Ft y Fz, son los flujos de las corrientes desalida, i es el nmero relativo a cada uno de los C componentes.

El balance de energa es dado por:

Fh+ a - Frl\+ Fzhz (2)Para una corriente de entrada y dos corrientes de salida, el sistema consta de lassiguientes variables y ecuaciones:

Variables

Corrientes de entrada y salidaCorriente de energaTotal Variables


Cantidad

s(C + 2)1

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

29


Ecuaciones o Restricciones

Balances de materiaBalance de energalgualdades entre las concentraciones de F y F1lgualdad de temperaturaslgualdad de presionesTotal Ecuaciones

Total de variables de diseo

Cantidad

C1

c - 111

2 C + 2

3C+ l - ( 2C+2 )=C+5

Al disminuir las C + 2 especificaciones de la corriente de entrada, resulta un faltantede tres especificaciones. El divisor de Aspen HYSYS es considerado adiabtico, esdecir, Q = 0 y, adems, le asigna la presin de la corriente de entrada. Por lo tanto,requiere de la especificacin de la relacin entre los flujos de una corriente de salidacon respecto al flujo de la corriente de entrada. Para ..n" corrientes de salida, serequieren "n - 1" relaciones de flujo.Mezclador de corrientes

Los mezcladores de corrientes representan la operacin de suma de corrientescuyos fluidos pueden tener distintas composiciones, temperaturas y estados deagregacin. Un diagrama de un mezclador de corriente se muestra en la Figura 2.

F1

F2F

Figura 2. Mezclador de corrientes

Siendo X, fraccin molar, , el primer nmero del subndice relativo al componente yel segundo nmero relativo a la corriente, el balance de materia para cada uno de losC componentes es

FrXi.+ FzXt- FXt

El balance de energa en el proceso de mezclado simplificado es:

Ftht + Fzhz * Q = Flt (4)

Siendo h, las entalpas especficas correspondientes a cada una de las corrientes.

El anlisis para los grados de libertad es el siguiente:

(3)

30 lng. Jos Lus Aguilar Salazar

Curso Bsico de Simulacin de Procesos con A

Variabfes


Ecuaciones o Restnicciones

Balances de materiaBalance de energaTotal Ecuaciones


Gantidad

3(C + 2)I

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

C1

C + 1

3 C + 7 - ( C + 1 ) = 2 C + 6Al disminuir las 2C + 4 especificaciones de las dos corrientes de entrada, resulta unfaltante de dos especificac.iones. El mezclador de Aspen HYSYS es consideradoadiabtico, es decir, O - 0 y, por lo tanto, requiere de una especificacin adicionafpara completar los grados de libertad.

La variable que usualmente se fija en el diseo de un mezclador es la presin de lacorriente de salida. Se sugiere asignar, a la corriente de salida, la menor presinentre las de las corrientes de entrada.

Fraccionador de corrientes

Aspen HYSYS dispone de un fraccionador de corrientes o "splitter" cuya simulacinrepresenta la separacin de una corriente en dos corrientes que requieren de laespecificacin de las fracciones de recuperacin de cada componente en una deellas, ademas de otros cuatro parmetros. Un esguema de este fraccionador semuestra en la Figura 3.

Figura 3. Fraccionador de corrientes o "splitter"

Siendo F's los flujos de las corrientes, "2" , "y" e 'rx" las fracciones molarescomponentes en cada una de las corrientes y "Q" el calor requerido.


de los

3 1


Un balance de materia de componente "i" se expresa mediante la ecuacin:

F z = Ft * F2x (5)Para C componentes, i= 1,...,C y, por lo tanto, se plantean C ecuaciones de balancede materia de componentes.

Un balance de energa se expresa mediante la ecuacin.

Fh, * Q = Frht + Fzllz (6)

El anlisis de variables de diseo en un fraccionador de corrientes es el siguiente:

Al disminuir las C + 2 variables de la corriente de entrada, las variables queusualmente se fijan son "C" fracciones de recuperacin de componentes en unacorriente (por ejemplo, Fr) y cuatro parmetros adicionales como las presiones o lastemperaturas o fas fracciones de vapor, Vf, de las corrientes de safida.

SIMULACIN DE UN FRACCIONADOR DE CORRIENTES1. Abra un nuevo caso, y defina el siguiente paquete fluido.

Variables


Ecuaciones o Restricciones

Balances de materiaBalance de energaTotal Ecuaciones


Ecuacin:Componentes:

Nombre:Temperatura:Presin:Flujo Molar:

Gantidad

3(C + 2)1

3 ( C + 2 ) * 7 = 3 C + 7Gantidad

C1

C + 1

3 C + 7 - ( C + 1 ) = 2 C + 6

Sistema de unidades: Field

2. Instale una corriente con las siguientes especificaciones:

Peng RobinsonEtano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano,n-pentano y n-hexano

Uno200 "F500 psia1000 lbmol/h


Curso Bsico de Simulacin de Procesos con Aspen

Composicin (Fraccin Molar):Etano 0.2Propano 0.6i-Butano 0.1n-Butano 0.1

3. Instale otra corrente con las siguientes especificaciones:

4.

Composicin (Fraccin Molar):n-Butano 0.8i-Pentano 0.1n-Pentano 0.05n-Hexano 0.05

Instale un mezclador de corrientes (Mixer) y en la pgina "Connections" de lapestaa "Design" de su ventana de propiedades introduzca los siguiente:Nombre: M- 100Entradas: Uno, DosSalida: Alimento

Haga clic en la pgina "Parameters" y observe que Aspen HYSYS, por defecto,sugiere que asigne a la corriente de salida la menor presin entre las de lascorrientes de entrada.Instale un "Splitter" con el nombre de "X-100" y conctelo como muestra la Figura4 .

Nombre:Temperatura:Presin:Flujo Molar:

De*ign

Connection*Parameters

SplitsTBP Cut Point

UserVariables

Notes

Dos200 "F500 psia800 lbmol/h

5.

6.

lame Fl od-_.-

Design I Flatin

Delete I- - - _ l

Figura 4. Conexiones de un "splitter"


Inlets 0yerhead 0utlet

Eneqy Sileams

F lu idPksm

7.

8.


Haga cfic en fa pgna "Parameters" y especifque las fracciones de vapor y laspresiones en las corrientes de producto como se observan en la Figura 5.Haga clic en la pgina "Splits" para especificar las fracciones de recuperacincada uno de los componentes en la corriente "Pro 1". Observe en la Figura 6 queAspen HYSYS calcula las fracciones correspondientes a la corriente "Pro 2"

Stream Specificationsf-' f,alculate EqualTernpertures [Two Products 0nlyJri. Use Strearn Flash S pecifications:

Pa 2

' Use Stream Pressure Specificationsi' EqualizeAll Strern Pressutesf-" Use Lowest Feed Pressure for AllProducts [Equalize in Dynamics Mode]

Figura**!1*:*_l r* lsnore5. Especificaciones de presones y fracciones de vapor en el "Splitter"

1.0[.3800.82j10,j0 fin5|]fi| .oo1orr

i u n:ur:r|'-rfibffilF_

I

Set fo l,C0 j Se.t to 0.00M I\.iolllsheel

Figura 6. FraI

_tcciones de recuperacin de cada uno de los componentes

,* lg,roled

9. Haga clic en la pestaa "Worksheet" y observe las condiciones y lascomposiciones de fas correntes productos del fraccionador. Observe las Figuras7 v 8

l0.lnstale un divisor de correntes (Tee) y en la pgina "Connections" de la pestaa"Design" de su ventana de propiedades introduzca los siguiente:

Nombre: D- 100Entrada . Pro 2Salida: Tres, Cuatro

DesignConnectionsPararnetelrSplitsTBP Cut PointUserVariablasN otes

1 000CI 0.n000 (eftpty)


S pEl Faclions [[l varh**rJs/B oltftrr$l

EthaneFlopene

De*gn

ConnecliorrsPer.tmetes

SrlitsTBP .rt Point

User Vriblesllotes

De+ignCnnnecJiorrsParrneles

Splt.nT8P Cut PohrlU.rer Veriblesl'lot,x

tt -

.gBCIrr.120!]il.n5CI{:f

0.0200.s800 $95$0.s991.0000t.oocrCI

ro D CI00 I, . ' . ' , . - . ' . . . . . - l

Fo 1

I s.fl010| 0_CIttl]ffiFtI

$et to 1.0tr1

5 plil Flaclior"rr (0verhead.r/tsr:l tomsJI P ro1 P ln2

f f i -0m0i l* Propana I n:e'luu o 200:i-Fttene | .C?tlt]!' 0.9900ir-Frrane I nnnnn 0$i50;i-Fentane I g.C'01O, 0999

!"rl: l Bro . I

Figura 8. Concentraciones de las corrientes del "Splitter"

11.Haga clic en la pagina "Parameters" y especifique con un valor de 0.5, la fraccinde la corriente de entrada que saldr como la corriente "Tres".

l2.Observe las especificaciones de las corrientes en el divisor.

Figura 7. Condiciones de las corrietes del "Splitter"



CICLO DE REFRIGERACION

OBJETIVOS

refrigeracin.

INTRODUCCINLos elementos de un ciclo de refrigeracin simple son un condensador, una vlvulade Joule-Thompson, un evaporador y un compresor, adems del medio refrigerante.En ef ciclo de refrigeracin mostrado en la Figura 1,la corriente "l" contiene propanolquido saturado a una temperatura de 122 "F y se expande isoentlpicamente en lavlvufa. La mezcla lquido-vapor en la corriente "2" es vaporizada completamente auna temperatura de 0 "F y, a su vez, dicho vapor es comprimido y condensado pararegenerar la corriente "1" en estado de lquido saturado.

Vlvula

tJ=ttPoractor

Figura 1. Ciclo de refrigeracin

Vlvula de Joule-Thompson

En este tipo de vlvula, los grados de libertad son de un total de C + 4. Si se fija latemperatura, la fraccin de vapor y la composicin de la corriente "1" Aspen HYSyShace un clculo de evaporacin espontnea T-Vf y especifica completamente dichacorriente. En una vlvula de Joule-Thompson como la que muestra la Figura 1 laexpansin es isoentlpica, los flujos y las composiciones de las corrientes "1" y "2"tambin son iguales y, por lo tanto, hay un grado de libertad. Si se fi ja la cada depresin permisible en la vlvula, Aspen HYSYS calcula la presin de la corriente"2" ycompleta su especificacin mediante un clculo de evaporacin espontnea P-H


Comp r{HP Compresor


Evaporador

En el calentador que muestra la Figura 1, el propsito es vaporizar completamente lacorriente "2" . Las corrientes "2" y "3" son de flujos y composiciones iguales, pero elcalor suministrado a travs del intercambiador de calor hace que sus temperaturas ypresones sean diferentes. Un balance de energa en el evaporador es el siguiente.

Fzltz * 0 = Fsllz ( 1 )Siendo F's y h's, los flujos de las corrientes y las entalpas de las corrientes y Q elflujo calrico cedido a la corriente "2".

El anlisis entre variables, ecuacones y especificaciones nos muestra que en unvaporizador hay C + 4 grados de libertad. Especificada la corriente de entrada, si sefija la cada de presin en el intercambiador, su especificacin completa es posiblealcanzarla de dos maneras a saber:

corrente "3" y Aspen HYSYS realiza un clculo de evaporacin espontnea P-H para su especificacin completa.

cfculo de evaporacin espontnea T-P y, por lo tanto, de su entalpa. Con laecuacn (1) se calcula, entonces, el flujo calrico requerido en el evaporador.

Gompresor

El compresor que muestra la Figura 1 opera isoentrpicamente. Las corrientes "3" y"4" son de flujos y composiciones iguales pero se requiere un trabajo de compresinque se calcula con la siguiente ecuacin:

-Ws - (2)

Siendo k = Cp/Cv, P's las presones de las corrientes de entrada y salida v Vg, elvolumen especfco de la corriente de entrada.

Pero el trabajo real se calcula fijando una eficiencia isoentrpica para el compresor omediante el cambio de entalpa entre las corrientes de salida y entrada en elcompresor, es decir:

-Ws,real =-ws

: H4,real - Hz (2)4isoentrpi.ca

En este tipo de compresor el nmero de grados de libertad es C + 4. Si se especificacompletarnente la corriente de entrada, el nmero de variables de dlseo requeridass dos.

1_L

k+ t-' lPzvzfrtl



S se frla la presin de la corrente de salida (o el AP en el compresor) y la eficienciadel compresor, se calcula su trabajo isoentrpico con la ecuacin (2) y su trabajo realcon la primera igualdad de la ecuacin. La entalpa de la corriente "4" se calcula conla segunda igualdad de la ecuacin (3). Aspen HYSYS realiza un clculo deevaporacin espontnea P-H para la especificacin completa de la corriente "4".

Gondensador

El anlisis de los grados de libertad el condensador del ciclo de refrigeracin de laFigura 1 es el mismo del evaporador, es decir, C+4. En este caso, se especifica lacada de presin y el ciclo converge satisfactoriamente. Por qu converge con soouna especificacin si se requeren dos adicionales a las C+2 de la corriente deentrada?

SIMULACN DEL CICLO DE REFRIGERACIN1. Abra un nuevo caso y aada el siguiente paquete fluido:

2. Haga clic sobre el botn "Enter Simulation Environment" cuando est listo paraempezar a construir la simulacin.

3. Presione la tecla clave F11 instalar una corriente y desplegar su vista depropiedades.

4. Introduzca las siguientes especificaciones:

Ecuacin:Componente:Unidades

NombreFraccin de vaporTemperaturaFlujo molar

Peng RobinsonPropanoField

10.0120 "F100 lbmol/h

Composicin (Fraccin molar)Propano 1.0

5. Instale una vlvula de Joule-Thompson seleccionando de la paleta de objetosel icono de nombre "Valve" y conctela como se observa en la Figura 2.

6. Instale un evaporador seleccionando de la paleta de objetos el icono denombre "Heater" y conctelo como se observa en la Figura 3. Cuntasvariables se necesitan introducir para que el conjunto Vlvula-Evaporadorquede completamente especificado?



Derig1l

ConnectionsPalameters

User Variables

Nates

Name lVlvula

Inlet

=l

Fluid Package

lT"','.1-*_--*-r]

T------ -::l

\dorksheet I Dynamics

Unknown D elta P [- lgnored

Figura 2. Conexiones de la vlvula en el ciclo de refrigeracin

7.

L

Figura 3. Conexiones del evaporador en el ciclo de refrigeracin

Haga clic sobre la pgina "Parameters" e introduzca una cada de presin de 1psi en el cuadro "Delta P".Haga clic en la pestaa "Worksheet" y en la columna de la corriente '3"introduzca una fraccin de vaporde 1.0 y una temperatura de 0 "F Cunto esel calor requerido en el evaporador?Instafe un compresor seleccionando de fa pafeta de objetos el icono denornbre "Compressor" y conctelo como se observa en la Figura 4. Cuntasvariables se requieren para especificar completamente el compresor? Si ustedintroduce una presin de 200 psia a la corriente "4" Por qu converge lasimulacin del compresor?

9.



Desqrt[onnecfionsFar*lme{*rtl.inku{,lierVolblesFlotes

UnknoVnr rr,rty ', lgrroredFigura 4. Conexiones del compresor en el ciclo de refrigeracin

l0.Borre la presin de 2A0 psia introducida en la corriente "4" e instafe uncondensador seleccionando de la paleta de objetos el icono de nombre"Cooler" y conctelo como se observa en la Figura 5. Cuntas variables serequieren especificar para que converja el conjunto Compresor-Condensador?

!am: lCondensad:r

InJet Energl14

--_---**-*:-l Ia" **-]l

InJetlr*

fr\--/ ogtlet

Fluid Package| asi',-1

lT--__-_--I

UnknownDuty [- lgnoredFigura 5. Conexiones del condensador en el ciclo de refrigeracin

11 . Haga clic sobre la pgin a "Pararneters" e intro duzca una cada de presin de6.5 ps en el cuadro "Delta P" Por qu converge el conjunto Compresor-Condensador con solo especificar la cada de presin en el condensador?

1?.Haga clic en la pestaa "Performance" para que observe el comportamientoentre algunas variables a travs del intercambiador. En la pgina perfiles o"Profiles" se observan los estados de temperatura, presin, fraccin de vapor yentafpa mofar de fa corriente enfriada. En la pgina Grficos o "Pfots" seobserva, por defecto, la variacin de la entalpa con la terperatura y se

J

41lng. Jos Luis Aguilar Salazar

Curso Bsco de Simulacin de Procesos con Aspen Hysys

dspone de otras opciones de anlisis entre variables. En la pgina Tablas o"Tables" se observa informacin similar

13. Despliegue la ventana de propiedades de la Vlvula y verifique si su operacines soentlpica

14. Despliegue la ventana de propiedades del Compresor y verifique si suoperacin es isoentrpica. Si no es isoentrpica, entonces, Qu tipo deoperacin se realiz en el compresor?

GASO DE ESTUDIO

El distribuidor local propone a su planta la venta de una mezcla propano/etano de95/5 (o/o malar). Qu efecto, si lo hay, provoca esta nueva composicin en el ciclode refrigeracin?

Utilice el caso base para comparacin y llene la siguiente tabla:

Propiedad Caso Base: 100 % C3 Caso Base: 5 %C2, 95 % C3

Flujo, Kgmol/hGondensador, KJ/h

Evaporador, KJ/h

Compresor, HP



SEPARACN DE FASES INSTANTNEOOBJETIVOS

instantneo.

de fases isotrmico.

INTRODUCCINUn separador de fases instantneo simula la evaporacin sbita de una (o variascorrentes). El caso tpico es el flujo a travs de una restriccin cuya cada de presinen forma adiabtica provoca una vaporizacin parcial, debido a lo cual en un tanqueposteror puede lograrse la separacin en las fases lquido y vapor, respectivamente.Observe la Figura 1 con la vlvula como restriccin y el tanque V-100.

En el modefamiento de un separador de fases se asume que:

El lquido y el vapor tienen el tiempo de contacto suficiente para lograr elequilibrioLa presin de lquido y vapor son las del tanque separador, es decir, que nohay cada de presinExiste solo una fase lquida y vapor yNo existen reacciones qumicas

Figura 1. Separador de fases instantneo

Las ecuacones de un modelo, estado estacionario, para un separador

instantneo son:

V

L

Balances de materia para cada uno de los C componentes (C ecuaciones)F z : V Y * L x


( 1 )

43

VLV-1OO


Bafance de energa

F h e * Q : V h v + L h L Q )Relaciones de equilibrio (N Ecuaciones)

! i = K * x ( 3 )

Restricciones

P v - P t : P ( 4 )T v - T r : T ( 5 )

El anlisis de grados de libertad es el siguiente:

Variables Cantidad

Corriente Vapor C + 2Corr iente l iqu ido C+2Corriente Cafor 1Total Variables 2c + 5

Ecuaciones y Restricciones Gantidad

Balances de materia CRelaciones de equilibrio CBalance de energa IRestricciones 2Total Ecuaciones y Restricciones 2C + 3

Total grados de libertad 2

Una especificacin comn es la que corresponde a una separacin isotrmica. Eneste caso, se especifican la presin y la temperatura del separador.

Separacin instantnea isotrmica

El clculo de las corrientes de vapor y lquido para este tipo de separacin suelenrealizarse utilizando la ecuacin (6) propuesta por Rachford y Rice (1952) quepermite calcular la fraccin de alimento vaporizado, V/F, suponiendo que lasconstantes de equilibrio son independientes de las concentraciones y solo dependende la temperatura y la presin.


Curso Bsico de Simulacin de Procesos can Aspen Hysys

(K * L)z= Q (6)

1Vn

/i =1 t * ) ( & - r )

Separacin instantnea adiabtica

Una especificacin muy comn es la que corresponde a una separacin instantneaadiabtica (Q = 0). En este caso, fijado Q, solo queda por asignar una variable, porejemplo, la presin de operacin del sistema. De esta manera, quedan por calcularsela temperatura y dems propiedades de las corrientes de salida.

Dado que se desconoce la temperatura, el bafance de energa queda acoplado ydebe resolverse simultneamente con la ecuacin (6). Para ello, la ecuacin (2) seexpresa como una funcin de temperatura y fraccin vaporizada de la siguientemanera

f _ V V1h" r tV\l hs l r , i l = t - ( . r / - [1 - \ i l ] n e )Para la solucin simultnea de las ecuaciones (6) y (7) se puede proceder de lasiguiente manera:

1. Se supone una temperatura.2. Se calcula la fraccin de vaporizacin con la ecuacin (6) y3. Se verifican dichos resultados con la ecuacin (7) definiendo un error para la

funcin g(T, V/F).SIMULACIN DE UN SEPARADOR DE FASES INSTANTNEO

1, Abra un nuevo caso y aada el siguiente paquete fluido:

Ecuacin: Peng RobinsonComponentes: Etano, Propano, n-Butano, n-Pentano, n-HexanoUnidades: Field

2. Haga clic sobre el botn "Enter Simulation Environment" para desplegar laventana PFD de Aspen HYSYS.

3. Presione con el botn derecho del Mouse el icono de la corriente de materia yen forma sostenida arrastre el Mouse hasta la ventana del PFD.

4. Introduzca las siguientes especificaciones:

Nombre:Temperatura:Presin:Flujo:

F150 'F50 psia125 lbmole/h



5.

6.

7 .

Composcin (Fraccin Mofar).Etano 0.05Propano 0.15n-Butano 0.25n-Pentano 0.2n-Hexano 0.35

Instale una vlvula de Joule-Thompson, asgnele como nombre "VLV-100" yconctela con corriente de entrada "F" y corriente de salida "F1".Haga clic en la pgina "Parameters" de su ventana de propiedades eintroduzca una cada de presin de 1 psi en el cuadro "Delta P".Instale un separador de fases seleccionando de la paleta de objetos el iconode nombre "Separator", asgnele como nombre .V-100" y conctelo comoindica la Figura 2.

De*ignConnectionsHaramelssUeer Variblee[.loles

Vapour utlet

Energr [0ponalJ----r

Fluid lackqelc'rf----*-- l:l

lsyrd1ulFlL - l

.-l

t Desisn J Reactions l_!ai1gJ \vcrksheet I Erynamcs

Figura 2. Corrientes de materia y energa conectadas al separador

8. Haga clic en la pgina "Parameters" e introduzca una carga calrica de ceroen el cuadro de nombre "Duty" y seleccione el radio botn "Heating", como seobserva en la Figura 3.

9. Haga clic en la pestaa "Rating" para observar la ventana que permite definiralgunos aspectos geomtricos corto del tanque separador. Observe que en elgrupo "Geometry" se elige la forma del tanque (Cilndrica o Esfrica), laorientacin (Vertical u Horizontal) y un dimensionamiento de volumen, altura ydimetro.

10.Haga clic sobre el botn "Quick Size" y observar que Aspen HYSYS proponeunas medidas para el dimetro y la altura y calcula el correspondientevolumen. El usuario puede modificar estas dimensiones especificando dos deellas con las cuales Aspen HYSYS calcula la tercera. Observe la relacinaltura/ dimetro definida para el dimensionamiento en la Figura 4.

Dele:e I


.

Cursa. Bsico de Simulacin de Procesos con Aspen Hysys

Dcrign

ConnectonsPaarnetesLser Vaiablesl.otcg I

LiquidVolue

Liqid Lcvcl l5inilr:*-r' Hegtirg r- CoolgDuts p00-tiEl'0TEuffi-

Typet5 Sepatdor J Fhare Sep

Figura 3. Carga calrica asignada al separador

+

Geometu

r; lylirder{- Shnre

[* This separator hasa boot

-ffiTII-*-Rans

Figura 4. Dimensionamiento del tanque separador

11. Haga clic en la pestaa "Worksheet" y observe los flujos y las entalpas de lascorrentes de producto del separador. Verifique el cumplimiento de la ecuacin(7).

1?.Cambie la carga calrica al separador por un valor de 5e+5. Qu cambioscon respecto a la operacin adiabtica se observan en los resultados de lasimufacin? Verifique dichos resuftados con fas ecuaciones.

CASOS DE ESTUDIO

1. Borre la temperatura especificada para la corriente "F" e introd uzca un valorde 65000 Btu/lbmole en el cuadro "Molar Enthalpy". Explique lo realizado ylos cambios observados en los resultados de la simulacin?

-*l



2. Borre fa presin especificada para la corriente uF" e introd uzca un valor de 1b0oF para la temperatura manteniendo la entalpa molar introducidaanteriormente. Explique lo realizado y los cambios observados en lasirnulacin?

3. Simule la separacin para una presin de 50 psia y una fraccin devaporizacin de 0.4. Analice los resultados.

4. Simule la separacin para una temperatura de 150 oF y una fraccin devaporzacin de 0.6. Analice los resultados.


curso Bsico de simulacin de Procesos con Aspen Hysys

SEPARADOR DE TRES FASES

OBJETIVOS

hidrocarburos y agua.

agua.

INTRODUCCINUna corriente que contiene hidrocarburos y agua puede presentarse en varias fases,dependiendo de sus condiciones de estado. Los clculos para determinar sus puntosde roco y burbuja se describen en libros como "Design of Equilibrium StageProcesses" de Smith Buford D., McGraw-Hll (1963) y son de un relavo intersacadmico. Aspen HYSYS dispone de una unidad para separar,

fl formainstantnea, una carga que se alimente con tres fases, vapor, lquida y acuosa.SEPARACIN DE UNA MEZCLA DE HIDROCARBUROS - AGUA

1. Abra un nuevo caso y defina el siguiente paquete fluido:

Ecuacn: Peng RobinsonComponentes: C1, C2, C3, -C4, n-C4, -CS, n-CS, H2OUnidades: Sl

2- Entre al ambiente de simulacin e instale una corrente con el nombre de"Alimento" y las siguientes especificaciones:

Temperatura: 20 "CPresin:Flujo:

200 kPa100 kgmol/h

Composicin (Fraccin Molar):Metano 0.10Etano 0.03Propano 0.04i-Butano 0.08n-Butano 0.10i-Pentano 0.12n-Pentano 0.13Agua 0.40

Maximice la ventana de propiedades de la corriente "Alimento" y observe lascondiciones de las tres fases que la componen en la Figura 1.Haga clic en la pgina "Composition" y observe las composicionescorrespondientes a dicha corriente en la Figura 2.Presiorie el icono de nombre "3-Phase Separator" que se encuentra en la

3.

4.

5.



paleta de objetos y en forma sostenida despface con el clic derecho del Mousearrstrelo hasta la ventana del PFD de Aspen HYSYS.

6. Seleccione el separador de 3 fases haciendo doble clic sobre el iconocorrespondiente en la paleta de objetos.

lrfoheet

Conditiom

Ptoperties

Composition

K Vabe

U ser Variables

Notes

Cost Pararnctcrs

Alimerto Vapow Phase0.38128 0.3812820.000 20.000200 00 20.00100.00 38.1283997,6 178205.5619 3.3856

-1.951e+005 -1.169e+00599.955 167.17

-1.9511er07 -4.4568a+U56.460 3.4510

R,'.i-l

L;ilPhase A.ireousEase-0.22'315 0.33557ar.000 20.000200.00 m0.0022.915 39.5571503.0 7126224623 0.n406

-1.680e+005 [email protected] 52.388

-3.7491e+06 .1.1305e+072.4485 0.792n

Wokhcct

Corditbnr

Prura.ies

lJomporon

K \ralu:

Us:r VarialesNdes

Cust P:l rtrlss

t.3t001r.04100ic.081001t.1 01001t.1 21001t.1 31001t:.401l

0.0756460.03G830.1501750.1674650.1?6160.11S800.01 1407

0.c053590.c239670.10r 9090.161 9910.:1s1630.:850780.t00377

0.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000001.000000

Dcfrne fiorn Other Stroam... i_.__"J

De'ine rom Orer 5 heam...

Iotat 11 00000

--*El---l *Eglllryls:-] --.-tsr,..-]

Wotrheal I Altmhmenh Dymnins I

i Delet: il:'::--::-:::43 @ +

50

Figura 2. Composicin de las tres fases de la corriente "Alimento"

7. En la pgina "Connections" de la pestaa "Design" introduzca los nombres delas corrientes de entrada y salida como se observan en la Figura 3.

8. Haga clic en la pgin a "Parameters" y observe que, por defecto, la cada depresin es cero. Introduzca una cada de presin de 10 kPa y observe ladiferencia en los resultados.

9. Haga clic en la pestaa "Rating" y presione el botn "Quick Size" paradimensionar, por defecto, el tanque cilndrico horizontal correspondiente alseparador de tres fases.

l0.Observe la verificacin de la opcin para seleccionar el anexo de una bota. Alpresionar el botn "Quick Size", inmediatamente Aspen HYSYS tambinsugere unas dimensiones para la bota como se obseryan en la Figura 4.

apor.n / Phase FractionTempaatue [ClPressure [kPa]Molar Flow lkgnnle/hlMss Flow [kgih]Std ldcal Li Vol Flow [m3/h]Mda Enthalpy [U/ksmolelMolar Enhopy [kl /kgple-ClHeat Flow qi/hlLir VolFlow @Std Cond lm3zhlFl.rid Pmkage

Figura 1. Especificaciones de la corriente "Alimento"



De*ignConnection*Paarnetels

User VariablesNotes

Name

EnerEr f0ptionallt

Fluid PackageE"'*l

****-=I

Qeomehy

i:; grlinderf* Sphere

17 This separator has a lootEootQirnensionslBoot Diameter [m]lBoot Heisht fmJ

.2540, BBgt|

-_q**J Reactions

.

Fating

[-- lgnoredFigura 4. Dimensonamiento del tanque Separador de Tres Fases

11. Haga clic sobre la pestaa "Worksheet" y observe las condiciones de lascorrientes de salida del Separador de Tres fases, Figura 5. Comprelas conlas especificaciones de las tres fases de la corriente "Alimento".

12.Haga clic sobre la pgina "Composition" y observe las concentraciones de lascorrientes de salida del Separador de Tres Fases, Figura 6. Comprelas conlas especificaciones de las tres fases de la corriente "Alimento".

5 1

Figura 3. Corrientes de entrada y safida al Separador de tres fases



1*/ork*heet

ConditionsPropertiesCompositionPF S pecs

ame

apoufcmperatua [C]ressure IkPal

FIow [kgmole/hlMass Flow [kg/h]S td ldeal Liq Vol Flow [m3/hlMolar Entholpy [U/kqmole]Molar Entropy [U/kqrnole-ClFleat Flow [kJh]

Vapor Acuosa1.0000 0.00002000 20.m200.0 200.038.13 39.561782 712.63.386 0.7141

l.l63e{05 -2-858e{05167.2 52.R

-4.457e+006 -1.13'le+007

20.00200.0100.03998

6.562i.951e+005

s9. s6.1

.951e+007

Liquido0.000020.00200.0?232'15032.4m

'1.680e+00569.44

-3.749e+006

.-@torkheer

Figura 5. Condiciones de las corrientes de salida del Separador de Tres Fases

l*/okheet

ConditionsPropatiesComporitionPF 5 pecs

0.04000.08000.1 0000.1 2000. t 3000.4000

0.00540.02400.1CI190.16'200.31820.38510.0004

0.00000.00000.00000,00000.00000.00001.0000

0.26040.75s0.09090.15020,16750.12850.1 1560.0 ' l l4

@workhcct

-_q*e_lFigura 6. Composicin de las corrientes de salida del Separador de Tres Fases

CASOS DE ESTUDIO

1. Determine el punto de roco de la corrente "Alimento" a 204 kPa? Cuntasfases se observan? Explique por qu la fase vapor contiene agua.

2. Determine el punto de burbuja de la corriente "Alimento" a 200 kPa? Cuntasfases se observan? Explique por qu la fase lquida no contiene agua.

52 lng. Jos Luis Agular Salazar

Curso 8sico de Simulacin de Procesos can

PROCESOS CON RECTCLO

OBJETIVOS

recirculacin dentro de un proceso qumico.

INTRODUCCINLos simuladores de proceso pueden clasificarse en modulares y orientados aecuacones. En el segundo modo de simulacin, las ecuaciones de las unidades,correntes y modelos termodinmicos se ensamblan y se resuelven simultneamente.En el modo modular, los modelos termodinmicos y las ecuaciones de las unidadesse almacenan como subprogramas o procedimientos que son llarnados o requeridosen el orden de la conectividad de las corrientes para converger secuencialmente deacuerdo a la topologa del diagrama de flujo.Este cfculo secuencial requiere de un procedimiento iterativo cuando existe unacorrente de reciclo, dentro del proceso, que se asume como una rnateal corrienteabajo que debe ser de las mismas especificaciones que un material corriente arriba,conformndose lo que se denomina un lazo de reciclo o de recirculacin.

En Aspen HYSYS, un simulador modular secuencial, este procedimiento iterativo serealiza mediante la introduccin de un bloque lgico denominado "Reciclo", que sealimenta de la corriente abajo o "Corriente de Recirculacin Calculada" y descarga lacorriente arriba o "Corriente de Recirculacin Asumida".

Los siguientes pasos se llevan a cabo durante el proceso de convergencia de un fazode recirculacin:

Aspen HYSYS utiliza las condiciones de la corriente asurnida y resuelve etdiagrama de flujo hacia delante hasta la corriente calculada.Aspen HYSYS, entonces, compara los valores de la corriente calculada conlos de la corriente asumida.

3. Basado en la diferencia entre los valores, Aspen HYSYS modifica los valoresen la corriente calcufada y trasfada fos vafores modificados a la corrienteasumida.

4. El proceso de cfculo se repite hasta que los valores en la corriente catculadase diferencien de los de la corriente asumida dentro de las toleranciasespecificadas.

Para nstafar la operacn Reciclo en un proceso qumico, seleccone el botn"Recycle" en la paleta de objetos, o haga clic sobre la opcin Add Operation delmen Flowsheet y seleccione la opcin Recycle.

1 .

2.



PROCESO ESTUDIADO

En el siguiente ejemplo, una corriente bifsica, F, es mezclada con una corrente derecrculacin, RC, y alimentada al separadorV-100. El vapor del V-100 es alimentadoal expansor E- 100 y vaporizado nuevamente en el separador V- 101 . La mitad dellquido que sale de este separador es alimentado a la bomba P-100 se recircula ymezcla con el alimento fresco.

SIMULACIN EN ESTADO ESTACIONARIO1. Abra un nuevo caso, seleccione el siguiente paquete fluido:

Ecuacin. Peng Robinson.Componentes: Nitrgeno, bixido de carbono, metano, etano,

propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano, n-hexano, n-heptano y n-octano.Field.

2. Instale una corrente de materia con nombre rF" y las siguientesespecificaciones:

Pestaa Worksheet Pgina Conditions

Pestaa Worksheet Pgina Compositions (Fraccin molar):

Unidades:

Temperatura:Presin:Flujo molar:

NitrgenoCOzMetanoEtanoPropanoi-Butanon-Butanoi-Pentanon-Pentanon-Hexanon-Heptanon-Octano

Pestaa DesinglnletsVapour OutletLqud Outlet

60 "F600 psia1 MMSCFH

0.00690.01 380.48270.1 3790.06900.06210.05520.04830.04140.03450.02760.0206

3. Instale un separador de fases con el nombre de "V-100" y las siguientesespecificaciones:

Pgina ConnectionsF1VL



4. Instale un expansor con el nombre de "E-100" y las siguientesespecificaciones:

Pestaa DesignlnletOutletEnergy

Pestaa Worksheet Pgina ConditionsCorriente V1 300 psia

5. Instale un separador con el nombre de "V-101" y las siguientesespecificaciones :

Pestaa DesingPressure Drop

Pestaa DesignInletsVapour OutletLiquid Outlet

Pestaa DesignPressure Drop

Pestaa Designf nletOutlets

Pestaa DesignFlow Ratio

Pestaa DesignInletOutletEnergy

Pestaa DesignEfficiency

Pgina Parameters0 psi

Pgina ConnectionsVV1Qe

Pgina GonnectionsV1v2L2

Pgina Parameters1.45 psia

Pgina GonnectionsL2P, L3

Pgina Parameters0.5

Pgina GonnectionsPRcQp

Pgina Parameters75o/o

6- Instale una Tee con el nombre de "TE-100" y las siguientes especficaciones:

7. lnstafe una bomba con el nombre de "P-100" y fas siguientes especficaciones:

Pestaa Worksheet Pgina ConditionsCorriente Rc


600 psi

55


8. lnstale una corriente de nombre "Ra" asumiendo las mismas especificacionesde la corriente calculada o "Rc". Para ello despliegue la ventana depropiedades de la corriente "Ra" y presione el botn que se encuentra en laparte inferior con el ttulo de "Define from other Stream" y seleccione lacorriente "Rc" en el cuadro titulado "Available Streams" que se encuentra en laventana titulada "Spec Stream As". Presione el botn OK. Conecte la corrientecomo una entrada al separador V-100. En la Figura 1 se pueden ver lascondiciones para la corriente calculada "Rc" y cuyos valores se toman paraasumrlas como las especificaciones de la corriente "Ra", antes de introducir elbotn de Reciclo.

Availoble Streams

Copy Stream fonditions

t-[7 Temperaturei Pressure

li7 Composition

1 FlowFlow Basisii- Molari-- MassL-- Liquid Volume

Eencel l.**:**.*..***_l

f-f--

vl"

Vap Phase FractionT emperaturePressuleMofa FlowMass FlowS td ldeal Liq Vol FlowMolar EnthalpyMolar Enhopy

c02MethaneE thanePropanei-Butanen-Butanei-Pentanen-Pentanen-Hexanen-Heptane

Corelationsfost Parameters

0.000009.9967E0.0014.456742.5894.39

-6.203e+00420.700

0.0080310.1241990.14850S0.1443630.183275.1492420.1149320.0893970.0394550.013835

Figura 1 . Especificaciones asumidas para fa corriente Ra

9. Instale un botn de reciclo seleccionando el icono de nombre "Recycfe" que seencuentra en la paleta de objetos..

10. Despliegue su ventana de propiedades y en la pestaa "Connections"introduzca en el cuadro "lnlet" la corriente calculada o "Rc" y en el cuadro"Outlet" fa corrente asumda o "Ra". El botn reciclo se encargar de hacer losclculos iterativos hasta igualar las especificaciones entre las dos corrientes yalcanzar la convergencia de todo el proceso. La Figura 2 muestra el diagramade flujo final del proceso.

Chssen Strem Cqndition+



RCY.I

L3

Figura 2. Diagrama de flujo final del proceso

@'" F; -+------J r\P l l ) .*--I-#oo

Ra

11. Despliegue la ventarta de propiedadesfa pestaa "Worksheet" y observe encomposiciones finales de la corriente"Ra" son iguales. Compare estos datos

NameVapourTemperature [F]Pressure fpsialMolar Flow ilbmole/hrl

del botn de Reciclo y haga clic sobrefa Figuras 2 y 3 que las condiciones ycalculada "Rc" y la corriente asumidacon los observados en la Figura 1.

3.774E'Btr.I14.48743.1s4.sl

-6.199e+00420.70

-8.979e*005

Ha0.00005 zs60.c|1 4 . 4 S '743.194.51

'6.199e+004?0.7

-S.978*05 ;asumida y calculadaFigura 2. Condiciones finales de las correntes

0.12440.14880.14480.16370.1495u ,11460.0F690.3890.01360.0041

0.0060.tt08tl0.12440 14870.14480.1 6370.14950 .11460.08900.3t3f l ,1360.0CI41

Figura 3. Composiciones finales de las corrientes asumida y calculada



COMPRESN DE UN GAS EN TRES ETAPASOBJETIVOS

un proceso qumco

varas etapas.

PROCESO ESTUDIADO

La corriente gaseosa de entrada y de nombre "Alimento" se encuentra a S0 "F y B0psia y se comprime hasta 1000 psia en tres etapas. En cada una de las etapas decompresin el lquido que resulta despus de un enfriamiento y separacin de faseses recirculado a la entrada de la etapa de compresin que le antecede. Lascondiciones de temperatura y presin son 120 "F y 200 psia despus de la prirneraetapa de compresin, 120 'F y 500 psia despus de la segunda etapa y 120 "F y1000 psia despus de fa tercera etapa. La Figura I muestra el diagrama de ff ujo delproceso de compresin multietapa.

PAQUETE FLUIDO

COMPONENTES:

ECUACIr.:REACCIONES:UNIDADES:

SIMULACIN ENESTADO ESTACIONARIOCorriente de alimentacin: Instale la corriente "Alimento" con las siguientesespecificaciones en la pgina "Conditions" de la pestaa "Worksheet"

Nitrgeno, Dixido de carbono, Metano, Etano, propano,i-Butano, n-Butano, i-Pentano, n-Pentano, n-Hexano, n-Heptanoy n-Octano.Peng-RobinsonNo hayField

50 "F80 psia250 lbmole/h

0.00690 .01380.48270.1 3790.0690

En la pgina "Composition" de la pestaa "Worksheet" especifique las siguentesconcentraciones para el alimento en fracciones molares:

TemperaturaPresinFlujo molar

Nitrogenocc.2MetanoEtanoPropano



i-Butano 0.0621n-Butano 0.0552i-Pentano 0.0483n-Pentano 0.0414n-Hexano 0.0345n-Heptano 0.0276n-Octano 0.0206

Para construir este diagrama de flujo, ufl conjunto de separadores, compresores,enfriadores y mezcladores tienen que instalarse con las especificaciones queaparecen a continuacin. Las corrientes de recirculacin se aadirn despus quefas operaciones se hayan instalado. Instafe las operaciones con las especificacionesdescritas a continuacin:

Mezclador MIX-100Pestaa Design Pgina Connectionslnlet AlimentoOutlet Entradav- 100Pestaa Design Pgina ParametersAutomatic Pressure Assignment Set Outlet to Lowest Inlet

La corrente de recirculacin RC-100 se instalar a este mezclador despus quehayan sido instaladas todas las operaciones

Separa dor V-I00Pestaa Design Pgina Gonnectionslnlets Entradav-100Vapour Outlet VaporV-100Lquid Outlet Liquido V-100

Compresor K-100Pestaa Design Pgina Connectionslnlet VaporV-100Outlet EntradaE-1O0Energy QK-100

Enfriador E-I 00 (Cooler)Pestaa Design Pgina ConnectionsFeed Stream EntradaE-100Product Stream SalidaE-1O0Energy Stream QE-100Pestaa Design Pgina Parameters)Pressure Drop 5 psi

Especifique la temperatura y la presin de la corrente SalidaE-100 con valores de120 "F y 240 psia respectivamente.


Curso Bsico de Simulacin de Procesos con Aspen H

Automatic Pressure Assignment Set outlet to Lowest Inlet

La corriente de recirculacin RC-101 se instalar a este mezclador despus quetodas las operaciones hayan sido instaladas.

Mezclador MIX-01Pestaa Designf nletOutletPestaa Design

Separa dor V-101Pestaa DesignFeedVapour OutletLiquid Outlet

Compresor K-101Pestaa DesignlnletOutletEnergy

Enfriador E-| 01 (e,ooie'r)Pestaa DesignFeed StreamProduct StreamEnergy StreamPestaa DesignPressure Drop

Mezclador MIX-02Pestaa DesignInletOutletPestaa Design

Separador V-102Pestaa DesignFeedVapour OutletLiquid Outlet


Pgina ConnectionsSalidaE-100Entradav-101Pgina Parameters

Pgina ConnectionsEntradav-101VaporV-101Liquido V-101

Pgina ConnectionsVapo-101EntradaE-101QK- l01

Pgina GonnectionsEntradaE- 101Sal idaE- 101QE-101Pgina Parameters5 psi

Pgina ConnectionsSalidaE-101EntradaV- 102Pgina Parameters

Pgina GonnectionsEntradaV4A2VaporV-102Liquido V-1A2

Especifique en la corriente SalidaE-101, T = 120'F y P = 500 psia.

Automatic Pressure Assignment Set ouflet to Lowest Inlet

La corriente de recirculacin RC-102 se aadir al mezclador despus que todas lasoperaciones hayan sido instafadas.

6 1


Compresor K-102Pestaa Design Pgina Connectionslnlet VaporV-1}zOutlet EntradaE-1}zEnergy QK-102

Separador V-l03Pestaa Design Pgina GonnectionsFeed SalidaE -102Vapour Outlet VaporV-1O3Liquid Outlet LiquidoV-1O3

Aada, ahora, las corrientes de recirculacin, presione el botn "Define from otherStream" que se encuentra en el fondo de la ventana de propiedades de dichascorriente y utilice la ventana "Spec Stream As" para definirlas utilizando otraspropiedades de las corrientes.

Corrientes de recirculacin

1 . Especifique la corriente de recrculacin RC-100 como la corriente LiquidoV-101 yconctela como un alimento al mezclador MIX-100.

2. Especifique la corriente de recirculacin RC-101 como la corriente LiquidoV-1}2 yconctela como un alimento al mezclador MIX-101.

3. Especifique la corriente de recirculacin RC-102 como la corriente LiquidoV-103 yconctela como un alimento al mezclador MIX-102.

Las propiedades de las corrientes LiquidoV-101, LiquidoV-102 y LiquidoV-103 sirvencomo los estimativos iniciales para las corrientes de recirculacin. Antes de instalarlas operaciones Recycle, se sugiere colocar el resolvedor del diagrama de flujo en"Modo Holding".

Operaciones de recirculacin

Coloque el revolvedor del diagrama de flujo en el "Modo Activo" haciendo clic en elicono "Solver Active" y la simulacin converger satisfactoriamente.


Curso Bsico de Simulaein de Procesos con Aspen Hysys

Figura 1. Proceso de compresin de un gas en tres etapas



AJUSTE DE VARIABLES

OBJETIVOS

de una variable

mediante el botn "Ajuste"

INTRODUCCINSeparador de fases isotrmico

Un separador de fases isotrmico separa a una mezcla que contiene una fase lquiday otra de vapor de acuerdo a las condiciones de equilibrio definidas po latemperatura y la presin .del alimento al separador y sin un requerimiento calcoexterno.

Operacin AJUSTE

La operacin lgica "Adjust" vara el valor de una variable de una corriente (variableindependiente) hasta encontrar la especificacin o valor requerido (variabledependiente) en otra corriente u operacin.En un diagrama de ff ujo, una cierta combnacn de especificaciones puederequerirse y no puede resolverse directamente. Problemas de estos tipos debenresolverse por medio de procedimientos de ensayo y error. La operacin "Adjust"puede usarse para desarrollar automticamente las iteraciones de ensayo y error quese requieren resolver rpidamente en un diagrama de flujo.La operacin "Adjust" es extremadamente flexible. Le permite vincular variables decorriente en el diagrama de flujo en direcciones que no son posibles usando lasoperacones unitarias ordinarias. Puede usarse para resolver para el valor deseadode una sola variable dependiente o se pueden instalar mltiples Adjust para resolverpara los valores deseados de varias variables simultneamente.

La operacin "Adjust" puede desempear las siguientes funciones:1. Ajustar Ia variable independiente hasta que la variable dependiente encuentr

el valor deseado2. Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente se iguale

al vafor de la misma variabfe en otro objeto ms un valor adicionafPara instalar el botn "Adjust", seleccione el botn "Adjust" en la paleta de objetos.De otra manera, seleccione la opcin "Add Operation" del men "Flowsheet" yseleccione la opcin "Adjust".



PROCESO ESTUDIADO

Una corriente de hidrocarburos saturados a -60 "F y 600 psia es alimentada a unseparador de fases isotrmico con un ffujo de 144 lbmol/h. Se requiere ajustar latemperatura del alimento para que el flujo del lquido que sale del separador sea de100 lbmol/h

SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO

Corriente de alimentacin: Instale una corriente de nombre "Alimento" e introduzcalas siguientes especificaciones:

PAQUETE FLUIDO

COMPONENTES:

ECUACIru:UNIDADES:

Pestaa WorksheetTemperaturaPresinFlujo MolarPestaa Worksheet

Fraccin Molar

MetanoEtanoPropanoi-Butanon-Butanoi-Pentanon-Pentanon-Hexanon-Heptanon-Octano

Pestaa DesignlnletsVapour OutletLiquid Outlet

Pgina ConnectionsAlimentoVaporLiquido

Metano, Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, i-Pentano,n-Pentano, n-Hexano, n-Heptano, n-OctanoPeng RobinsonField

Pgina Conditions-60 'F600 psia144 lbmollh

Pgina Composition

0.48610.1 3890.06940.06250.05560.04860.04170.04860.02780.0208

Separador de fases: Instale un separador de fases con nombre "V-100", yespecifique lo de la siguiente manera:



OPERACIN AJUSTEPara ajustar la temperatura del alimento para que el flujo de la corriente "Lquido" seade 100 lbmol/h, Aspen HYSYS dispone del botn "Adjust". Ahora, instale la operacinajuste haciendo clic en el men "Flowsheet" y a continuacin seleccionando la opcin"Adjust". De otra manera, seleccione el botn "Adjust" que se encuentra en la paletade objetosLas especificacones introducidas en la pgina "Connections" nos muestran a laTemperatura del alimento corno la variable indep

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CURSO BASICO DE SIMULACION DE PROCESOS CON ASPEN HYSYS.pdf