Manual Aspen Hysys v8.0 - Español

SIMULACIÓN DE PROCESOS

APLICADO A LA INDUSTRIA

USANDO ASPEN HYSYS V8.0 Ingenieria de Procesos

SIMULACIÓN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0

EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 1

Contenido INTRODUCCIÓN A LOS SIMULADORES DE PROCESOS ..................................................................................................... 2

MODELOS TERMODINAMICOS, COMPONENTES Y PROPIEDADES .................................................................................. 5

Administrador básico de la simulación ...................................................................................................................... 5

PROPIEDADES DE MEZCLA ........................................................................................................................................ 16

MÓDULO II..................................................................................................................................................................... 22

SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO ..................................................................................................................... 22

Divisor de corrientes (Tee) ....................................................................................................................................... 22

Mezclador de Corrientes (Mixer) .............................................................................................................................. 24

Fraccionador de corrientes (Splitter) ....................................................................................................................... 27

Bombas (Pump) ......................................................................................................................................................... 29

Compresor (compressor) – Expansor (Expander) .................................................................................................... 35

Tuberías (Pipe) y Válvulas (Valv) ............................................................................................................................. 41

Separación de fases Instantáneas (Separator & Tank) ............................................................................................. 51

SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO (Transferencia de calor) ............................................................................ 57

Air cooler ................................................................................................................................................................... 57

Cooler/Heater ........................................................................................................................................................... 60

Horno (Furnace) ........................................................................................................................................................ 63

Heat Exchanger ......................................................................................................................................................... 70

Simulación de reactores: .............................................................................................................................................. 74

Reactor de conversión ............................................................................................................................................... 74

Reactor de Equilibrio ................................................................................................................................................ 78

Reactor CSTR, ............................................................................................................................................................ 82

Reactor PFR ............................................................................................................................................................... 82

SIMULACIÓN DE COLUMNAS DE DESTILACIÓN ............................................................................................................. 86

Columnas de destilación corta .................................................................................................................................. 86

Columna de destilación simplificada ........................................................................................................................ 89

Columnas de Absorbedor .......................................................................................................................................... 92

MODULO VI: CASOS DE ESTUDIO .................................................................................................................................. 94

Caracterización de crudos de refinerías ................................................................................................................... 94

Eficiencia de Hornos o calderas ................................................................................................................................ 99

Sistema multiefecto de evaporadores ..................................................................................................................... 107

Planta de producción de etanol .............................................................................................................................. 109



INTRODUCCIÓN A LOS SIMULADORES 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

Figura Nº1: 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 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.

MAPA DE RUTA

Figura Nº2: 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 Nº3: 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.



Figura Nº4: Simulación dinámica

MODELOS TERMODINAMICOS, COMPONENTES Y PROPIEDADES

Administrador básico de la simulación

Ingreso 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 Nº5: 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 Nº6: Vista de ingreso de componentes

Figura Nº7: 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 Nº8: Vista de ingreso de componentes puros

Componente hipotético

Un componente hipotético puede ser:

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



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 Información mínima Menor a 700ªF Punto normal de ebullición

Mayor a 700ªF Punto normal de ebullición Densidad del liquido

No se conoce o es un solido 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 1,1,2-

trimetilciclohexano

Figura Nº10: Vista de ingreso de componentes hipotéticos



Se construirá la estructura de la molécula en base a

los sub-grupos.

Sub- Adicionar CH3 3 CH2 4 -C- 1 CH 1

Figura Nº11: Entorno de componentes hipotéticos

Figura Nº12: Vista de estructura de un componente hipotético



Figura Nº13: Propiedades calculadas - UNIFAC

Figura Nº14: Definición completa de un componente hipotético

Paquete de fluido



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 Nº15: Vista de definición de un paquete de fluidos – PR

Corrientes de mezclas Clases de corrientes en Aspen Hysys

Aspen Hysys utiliza el concepto de corrientes de materia y corrientes de energía. Las corrientes

de materia requieren, para su completa definición, del a especificación del flujo y de aquellas

variables que permitan la estimación de todas sus propiedades físicas y termodinámicas. Las

corrientes de energía se utilizan para representar los requerimientos energéticos en unidades

como intercambiadores de calor, bombas, etc. Y se especifican, completamente con solo la

2 Antes de iniciar la simulación se debe considerar la selección de un sistema de unidades



cantidad de energía intercambia o transferida en dichas unidades. En Aspen Hysys la corriente de

materia se observa, por defecto de color azul, mientras que las corrientes de energía es de color

rojo.

Corrientes de Energía

El elemento más simple que de un diseñador de proceso debe especificar es una simple corriente

homogénea. Las variables que definen a una corriente que contiene C componentes son:

Variables Cantidad Concentraciones C Temperatura 1 Presión 1 Flujo 1 Total de Variables C + 3

Expresando las concentraciones en fracciones molares, Xi, se cumple una restricción de suma

entre ellas, es decir que:

∑ 𝑋𝑖 = 1

𝑁

𝑖=1

Por lo tanto, el número de variables de Diseño, 𝑁𝑖𝑒 , que se reuqiern para especificar

completamente una corriente de materia es de la diferencia entre el número de variables y el

número de restricciones, es decir:

𝑁𝑖𝑒 = 𝐶 + 2

De acuerdo a la ecuación anterior, se define el estado termodinámico de una corriente de materia

al conocerse la composición de una corriente de materia y otras dos propiedades, (fracción de

vapor, temperatura, presión, entalpía o entropía) una de las cuales debe ser o la temperatura o la

presión.

Evaporación espontanea de una corriente de materia

Cuando se especifica una corriente de materia con la información suficiente, Aspen Hysys haces

los cálculos apropiados de la evaporación espontanea. Es decir, si se especifican, por ejemplo,

temperatura y presión calcula si la corriente es de una fase (liquida o vapor) o de dos fases líquido

y vapor, etc. Dependiendo de las dos propiedades conocidas de la corriente de materia Aspen

Hysys desarrolla uno de os siguientes cálculos de evaporación espontanea:

Isotérmica : T – P

Isoentálpica : T – H o P – H

Isoentrópica : T – S o P – S

Fracción de vaporación conocida : T – Vf o P – Vf

En la evaporación espontanea a una fracción de vaporación conocida entre 0.0 y 1.0, Aspen Hysys

calcula la presión o la temperatura dependiendo de la que sea especificada como variable



independiente. Si se despliega un error, en este tipo de cálculos, significa que la fracción de vapor

específica no existe a las condiciones de presión o temperatura especificadas. Es decir, la presión

especificada es mayor que la presión cricondenbárica3 o la temperatura especifica es de un valor

a la derecha de la temperatura criconentérmica 4 sobre la envolvente estándar de presión –

temperatura.

Punto de roció de una corriente de materia

Si, además de la composición de una corriente de materia, se especifica una fracción de vapor de

1.0 y su temperatura Hysys calculara la presión del punto de roció. Enforna similar, si en vez d

especificar la temperatura se especifica la presión Hysys calculará la temperatura del punto de

roció de la mezcla. Los puntos de roció retrógrados se pueden calcular especificando una fracción

de vapor de 1.0

Punto de burbuja de una corriente de materia/Presión de vapor

Una especificación d una fracción de vapor de 0.0 para una corriente define un cálculo de punto

de burbuja. Se además se especifica la temperatura o la presión, Hysys calculara la variable

desconocida presión o temperatura. Al fijar una temperatura de 100ªF la presión

correspondiente al punto de burbuja es la presión de vapor a 100ªF

INGRESO DE UNA CORRIENTE DE MATERIA EN ASPEN HYSYS5

Para la instalación de corrientes de materia, se ingresa desde el Simulation dando clic, es la

pantalla principal del simulador donde realizaremos las simulaciones en este medio se hace muy

visual y fácil de llevar,

3 Máxima presión en la cual coexisten equilibradamente la fase liquida y la fase gaseosa 4 Máxima temperatura en la cual coexisten equilibradamente la fase liquida y gaseosa. 5 Antes de iniciar la simulación, se sugiere guardar el trabajo a simular



Figura Nº16 Vista de pantalla de simulación

En la versión 8.0 la paleta de objetos se divide en 6 pestañas; Columns, Dynamics, Refining,

Common, Custom, Upstream

Para adicionar corrientes, hay dos tipos de corrientes, materia y energía

(deben especificarse.

A continuación se realizara el ingreso para un corriente de gas y se aplicara

todas las aplicaciones que contienen una corriente de materia, utilizando las

propiedades de utilities, gráficas y extensiones.

Figura Nº17: Paleta de objetos



Paleta de Objetos

Panel de Mensajes

Panel de

navegacion

Panel de Simulación

Botones del entorno



Figura Nº18: Estructura del simulador – Aspen Hysys V8.0



PROPIEDADES DE MEZCLA

Ejemplo Nª1:

Ingresar una corriente de gas que contiene la siguiente composición:

Figura Nº19: Definición de componentes de un corriente de materia

Figura Nª20: Definición de condiciones de operación de una corriente – “Gas”

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” no está completamente especifica?

Asigne un flujo molar de 100 kgmol/h y observe el “ok” que aparece en la banda vede que

significa que la corriente “Gas” se encuentra completamente especificada”.

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

Asigne una presión de 7500 kPa, ingrese una entalpia molar de -1500 kJ/kgmole. ¿Cuánto

es la T, la fracción de vapor, y la entropía molar de la corriente?



Borre la presión asignada en el punto anterior y mantenga la entalpia molar. 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 que reporta 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 la presión de 7500 kPa?

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

temperatura de -30?

Cambie la temperatura asignada en el punto anterior y asigne el valor de 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 la presión de 7500 kPa?

Borre la presión asignada anteriormente y mantenga la fracción de vapor. Asigne una

temperatura de 100ºC. ¿Cuánto es la presión de roció 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?

Instalación de una corriente de energía en Aspen Hysys

Una corriente de energía se instala mediante el mismo procedimiento que una corriente de

materia y solo necesita de una especificación que es el flujo calorífico correspondiente

Figura Nº21: Definición de una corriente de energía

Ingrese el valor de -10000 kJ/h en el cuadro “Heat Flow(kJ/h)”. Observe que la corriente esa

completamente especificada



Ingresando corrientes desde el Worbook

Al abrir el Worbook nos permite ingresar los datos no solo de una corriente, sino de n corrientes

Figura Nº22: Ingreso de composición y condiciones de operación mediante Worbook

Propiedades de corrientes de materia Para anexar un diagrama de propiedades a una corriente:

Instale un nuevo caso importando el paquete fluido “Planta de Gas” definido en el ejemplo

Nº1

Instale una corriente de materia con el nombre de “Gas”, 10ºC, 7500 kPa, 100 kgmol/h y

composición especificada como lo muestra la Figura Nº19

Haga clic sobre la pestaña “Attachments” y luego haga clic sobre “Analysis”, “Create”,

“Boiling Point Curves”

Figura Nº23: Valores máximos y críticos de temperatura y presión de la corriente “Gas”



Figura Nº24: Diagrama Presión – Temperatura de la corriente “Gas”

Propiedades críticas de una corriente Las propiedades críticas y seudocriticas de una mezcla son estimadas por Aspen Hysys de

acuerdo a la ecuación elegida en el paquete de fluido. La opción “Critical Property” de a

herramienta “Analysis” facilita dicha información para la corriente seleccionada.

Figura Nº25: Propiedades críticas 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 gráfica. Esta facilidad calcula variables

dependientes para un intervalo o conjunto de valores de variable independiente especificada.

Esta tabla se encuentra dentro de cada corriente “Attachaments”, “Create”, “Property Table”



Figura Nº26: Ventana para la construcción de una Tabla de Propiedades

Ejemplo Nº2

Seleccione la Temperatura como la primera variable independiente

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”

Figura Nº27: Navegador de variables



Figura Nº28: Grafica de densidad vs Presión para la corriente “Gas”.

Dimensionamiento de tubería de una corriente Dentro de la herramienta “Analysis” se encuentra una opción denominada “Pipe Sizing” que

estima el Régimen de Flujo de una corriente a las condiciones especificadas. Se calcula el diámetro

máximo conociendo la caída de presión por unidad de longitud y viceversa y adicionalmente

propiedades de flujo como velocidad, factor de fricción, viscosidad, etc.; para ello seleccionaremos

“Pipe Sizing”, para especificar la tubería, asumiéramos que la caída de presión es de 10 kPa/m.

Figura Nº29: Dimensionamiento de la Tubería

En la sección de “Performance” se observa el cálculo del Régimen de Flujo (estratificado) de la

corriente “Gas” a las condiciones especificadas que incluye propiedades de transporte (Fase,

viscosidad, densidad, Flujo y densidad) y parámetros adicionales del régimen de flujo (Numero

de Reynolds y factor de fricción)



Figura Nº30: Régimen de Flujo de la corriente “Gas”

MÓDULO II

SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO

Divisor de corrientes (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 Nº31: 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.




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).


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.

∑ 𝑟𝑖 = 1.0

𝑁

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.


Ejemplo N° 03

De la corriente de Gas situado en el ejemplo nº , dividir la corriente en 4 corrientes de Gas

divididas proporcionalmente (Split) 0.2, 0.4, 0.1, 0.3.

Figura Nº35: Mezclador de corrientes

Mezclador de Corrientes (Mixer)

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.


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


La página de Parámetros le permite indicar el tipo de asignación automática de la presión, HYSYS

debe usar para las secuencias unidas al mezclador.




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.


Ejemplo Nº 4

Mezclar 3 corrientes, todas las corrientes de limitación está a temperatura ambiente y presión

atmosférica

Las composiciones están e Flujo molar (kg/h) y son:

Componentes Corrientes 1 Corrientes 2 Corrientes 3



Benceno 10 20 30 Tolueno 0.5 1 1.5 Xileno 0.25 0.5 0.75

Simulación


Fraccionador de corrientes (Splitter)

Aspen Hysys dispone de un fraccionador de corrientes o “Splitter” cuya simulación representa la

separación de una corriente en dos corrientes que requieren de la especificación de las fracciones

de recuperación de cada componente en una de ellas, además de otros cuatro parámetros. Un

esquema d este fraccionador se muestra en la Figura Nº37


Siendo F’s los flujos de las corrientes, “z”, y “y” e “x” las fracciones molares de los componentes en

cada una de las corrientes y “Q” el calor requerido



𝐹𝑧𝑖 = 𝐹1𝑦𝑖 + 𝐹2𝑦𝑖 (7)

Para C componentes, i=1,…, C y, por lo tanto, se plantean C ecuaciones de balance de materia de

componentes

Un balance de energía se expresa mediante la ecuación

𝐹ℎ𝐹 + 𝑄 = 𝐹1ℎ1 + 𝐹2ℎ2 (8)

Split Permite realizar divisiones de los componentes en fracciones.

Figura Nº42: Split

Punto de corte TBP La página de punto de corte TBP le permite especificar las composiciones de las corrientes de

producto, proporcionando el punto de corte TBP entre los , y suponiendo que no hay separación

definida en el punto de corte.

Figura Nº43: TBP Cut Point

Ejemplo N° 5



Se desea dividir 226000 lb/h de Amoniaco (-9ºF y 225psig) en dos corrientes una con 30% y otra

con 70% de la cantidad de masa. (Seleccionar Peng Robinson)



Bombas (Pump)

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

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙𝑥100%

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 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊2 + 𝐷 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊3 + 𝐸 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊4 + 𝐹 ∗ 𝐹𝐿𝑂𝑊5

Figura Nº46: ingreso de los coeficientes para la ecuación de cabeza

Añadir curvas

Velocidad de 50 rpm, flujo de ingreso de 200 m3/h

Flujo (GPM) Head(ft) % Eficiencia 400 74.7 20



800 70.5 48 1200 65.2 65 1600 58.6 70 2000 50.1 63 2400 39.5 48 2800 26.4 30

Figura Nº47: perfiles de la 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)

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

𝜌𝑔+ (

𝑉12

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

Head (ft) % Efficiency

10000 40 50 20000 35 40 30000 30 30 40000 25 20

Figura Nº48: ingreso de curvas 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 de torsión (y potencia) generada por

el motor es equilibrada contra el par consumida por el equipo de rotación.



Figura Nº49: Evaluación de curvas (Speed vs Torque)

Ejemplo N° ..

Realizar la simulación de un sistema de bombeo.

Condiciones de operación, a 26°C y 14.7 psia, utilizando un flujo de 1359 m3/h. la corriente se

separa en tres corrientes con el mismo caudal en forma paralela, siendo impulsadas cada

corriente con una bomba. A continuación se detalla la curva característica de las bombas 1, 2 y

3.

Speed: 1480 rpm, eficiencia adiabática 47.08%, teniendo una caída de presión de 173.9 psi

Flow (m3/h)

Head(m) % Eficiencia

Flow (m3/h)

Head(m) % Eficiencia

0.00 135.00 0.00 1100.00 107.00 78.25

100.00 133.00 9.60 1200.00 105.00 79.50

200.00 130.00 21.20 1300.00 101.00 80.75

300.00 125.00 31.80 1400.00 98.00 82.00

400.00 123.00 42.30 1500.00 95.00 80.30

500.00 120.00 51.60 1600.00 90.00 78.70

600.00 117.00 58.00 1700.00 80.00 77.00

700.00 115.00 63.60 1790.00 74.00 74.00

800.00 113.00 68.00

900.00 110.50 72.00

1000.00 110.00 74.30



Figura N° 50 Sistema de Bombeo



Compresor (compressor) – Expansor (Expander)

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)

(𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙)𝑥100%

Eficiencia Politrópico: trabajo para un proceso mecánico reversible (politrópico)

𝑊 = ∫ 𝑃𝑑𝑉

Para una compresión politrópico de un gas de P1 a P2

Flujo (ACFM) Polytropic Efficiency (%)

Centrifugal

2 000 69 5 000 72

10 000 73 20 000 74 50 000 75

100 000 76 Ratio Presure Eficiencia Politrópico (%)

Reciprocating

1.5 73 2.0 79 3.0 83 5.0 85

Head vs la capacidad de flujo



Figura Nº51: Perfiles de curvas en el compresor (Curvas de cabeza)

Eficiencias Eficiencia

s Compresor Expansor

Adiabático

𝑊𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

𝑊𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙

=(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛)𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛)𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙

𝑊𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙

𝑊𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

=(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛)𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙

(𝐻𝑜𝑢𝑡 − 𝐻𝑖𝑛)𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

Politrópico

[(𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛

)(

𝑛−1𝑛

)

− 1] 𝑥 [(𝑛

𝑛 − 1) 𝑥 (𝑘 − 1

𝑘)]


)(

𝑘−1𝑘 )

− 1]

Donde:

𝑛 =𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡/𝑃𝑖𝑛)

𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙/𝜌𝑖𝑛)

𝑘 =𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡/𝑃𝑖𝑛)

𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙/𝜌𝑖𝑛)

Donde:

H= entalpia másica Out = salida del producto Inf = corriente de alimentación


)(

𝑘−1𝑘

)

− 1]


)(

𝑛−1𝑛

)

− 1] 𝑥 [(𝑛

𝑛 − 1) 𝑥 (𝑘 − 1

𝑘)]

Donde:

𝑛 =𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡/𝑃𝑖𝑛)

𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙/𝜌𝑖𝑛)

𝑘 =𝑙𝑜𝑔(𝑃𝑜𝑢𝑡/𝑃𝑖𝑛)

𝑙𝑜𝑔(𝜌𝑜𝑢𝑡,𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙/𝜌𝑖𝑛)

Donde:

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).



Ejemplo Nº 5

Calcular el flujo volumétrico de una corriente de “Suministro de Gas” teniendo una eficiencia

politrópica de 75% en el compresor.

Condiciones de operación

Figura Nº52: condiciones de operación

Curvas de cabeza del compresor

14 300 rpm 14 000 rpm Volume

Flow Head (m3) %Efficiency Volume

Flow Head (m3) %Efficiency 0.00 211.00 77.00 0.00 199.00 77.00

3050.00 195.93 77.00 2900.00 187.93 77.00 3100.00 193.93 77.00 3000.00 185.93 77.00 3200.00 192.93 77.00 3100.00 184.93 77.00 3300.00 191.93 78.00 3200.00 183.93 78.00



3400.00 189.93 78.50 3300.00 181.93 78.50 3500.00 187.93 78.50 3400.00 179.93 78.50 3600.00 185.93 78.20 3500.00 177.93 78.50 3700.00 183.93 79.00 3600.00 175.93 79.00 3800.00 181.93 79.00 3700.00 173.94 79.00 3900.00 179.93 79.00 3800.00 171.94 79.00 4000.00 176.93 79.00 3900.00 167.94 79.00 4100.00 173.94 79.00 4000.00 165.94 79.00 4200.00 169.94 79.00 4100.00 163.94 79.00 4300.00 166.94 78.80 4200.00 159.94 79.00 4400.00 163.94 78.50 4300.00 155.94 78.50 4500.00 159.94 78.20 4400.00 151.94 78.50 4600.00 155.94 78.00 4500.00 147.94 78.00 4700.00 149.94 77.50 4600.00 143.95 77.00 4800.00 145.95 77.30 4700.00 137.95 77.00 4900.00 138.95 75.80 4800.00 131.95 75.00 5000.00 130.95 74.00 4900.00 123.95 74.00 5100.00 119.95 70.00 5000.00 115.96 72.00 5200.00 110.96 70.00 5100.00 107.96 70.00 5350.00 0.00 1.01 5200.00 0.00 1.01

13 000 rpm 12 000 rpm

Volume Flow

Head (kJ/kg) %Efficiency

Volume Flow


0.00 170.00 77.00 0.00 145.00 77.00 2520.00 162.24 77.00 2180.00 138.95 77.00 2600.00 161.94 77.50 2200.00 137.95 77.00 2700.00 159.94 77.80 2300.00 137.75 77.50 2800.00 158.94 78.00 2400.00 135.95 78.00 2900.00 157.94 78.50 2500.00 135.45 78.00 3000.00 155.94 78.50 2600.00 133.95 78.50 3100.00 153.94 78.50 2700.00 131.95 79.00 3200.00 151.94 79.00 2800.00 130.95 79.00 3300.00 149.94 79.00 2900.00 128.95 79.00 3400.00 147.94 79.00 3000.00 126.95 79.00 3500.00 145.95 79.00 3100.00 124.95 79.00 3600.00 144.95 79.00 3200.00 121.95 79.00 3700.00 139.95 79.00 3300.00 119.95 79.00 3800.00 135.95 79.00 3400.00 116.46 79.00 3900.00 132.95 78.80 3500.00 113.96 79.00 4000.00 129.95 78.50 3600.00 109.96 78.50 4100.00 125.95 78.00 3700.00 101.96 78.00 4200.00 121.95 77.00 3800.00 97.96 77.00 4300.00 115.96 76.00 3900.00 91.96 76.00 4400.00 111.96 74.00 4000.00 85.97 74.00 4500.00 103.96 73.00 4100.00 79.90 73.00 4600.00 97.96 71.00 4250.00 77.97 70.00 4700.00 91.96 70.00 4700.00 0.00 1.00 4950.00 0.00 1.01

10 000 rpm 11 000 rpm



Volume Flow


Volume Flow


0.00 120.00 77.00 0.00 101.00 77.00 1900.00 116.46 77.00 1700.00 95.96 77.00 2000.00 115.96 77.50 1800.00 95.46 77.50 2100.00 114.96 77.50 1900.00 94.46 78.00 2200.00 113.96 78.50 2000.00 93.96 78.50 2300.00 112.96 79.00 2100.00 91.96 79.00 2400.00 110.96 79.00 2200.00 89.96 79.00 2500.00 109.96 79.00 2300.00 87.96 79.00 2600.00 107.96 79.00 2400.00 86.97 80.00 2700.00 105.96 80.00 2500.00 84.97 80.00 2800.00 103.96 80.00 2600.00 81.97 79.00 2900.00 101.96 79.00 2700.00 79.97 79.00 3000.00 97.96 79.00 2800.00 75.97 79.00 3100.00 95.96 79.00 2900.00 73.97 78.00 3200.00 91.96 78.50 3000.00 69.97 77.00 3300.00 87.96 78.00 3100.00 65.97 76.00 3400.00 84.97 77.00 3200.00 61.97 75.00 3500.00 79.97 76.00 3300.00 57.98 72.00 3600.00 75.97 75.00 3400.00 53.98 70.00 3700.00 69.97 72.00 4050.00 0.00 1.00 3800.00 63.97 70.00 4350.00 0.00 1.00

9 000 rpm 8 000 rpm Volume

Flow Head

(kJ/kg) %Efficiency Volume

Flow Head

(kJ/kg) %Efficiency 0.00 82.00 77.00 0.00 68.00 77.00

1550.00 76.97 77.00 1360.00 60.97 77.00 1600.00 76.77 77.00 1400.00 60.47 77.00 1700.00 75.97 78.00 1500.00 59.97 78.00 1800.00 74.97 79.00 1600.00 57.98 79.00 1900.00 73.47 79.00 1700.00 56.98 79.00 2000.00 71.97 80.00 1800.00 55.98 80.00 2100.00 69.97 80.00 1900.00 53.98 80.00 2200.00 67.97 79.00 2000.00 51.98 79.00 2300.00 65.97 79.00 2100.00 49.98 79.00 2400.00 63.97 78.00 2200.00 46.98 78.00 2500.00 59.97 76.00 2300.00 43.98 76.00 2600.00 57.98 74.00 2400.00 41.48 74.00 2700.00 53.98 76.50 2500.00 36.99 72.00 2800.00 49.98 74.00 2590.00 33.99 70.00 2900.00 45.98 72.00 3100.00 0.00 1.00 2950.00 42.98 70.00 3550.00 0.00 1.00

7 600 rpm Volume Flow Head (kJ/kg) %Efficiency

0.00 62.00 77.00



1300.00 54.08 77.00 1400.00 53.98 78.50 1500.00 52.98 79.00 1600.00 52.78 79.00 1700.00 49.90 80.00 1800.00 47.98 79.00 1900.00 45.98 79.00 2000.00 43.98 78.00 2100.00 40.08 77.00 2200.00 37.99 76.00 2300.00 35.99 73.50 2400.00 31.99 70.00 2800.00 0.00 1.00

Figura Nº53: Grafica de las curvas de cabeza

Figura Nº54: Proceso de compresión de una corriente “Gas”

Ejemplo Nº 6

De la misma corriente de gas Expandir un corriente de 50 bar_g a 10 bar_g, calcular la eficiencia

y la energía necesaria.



Figura Nº50: Parámetros de operación

Tuberías (Pipe) y Válvulas (Valv)

Tuberías (Pipe Segment) 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

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 Nº55: 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 Nº56: Modelos para cálculos de mecánica cuántica

Modelo Flujo Horizontal Flujo

vertical Almacenamiento

de flujo Mapa

de flujo Aziz, Govier & Fogarasi No Si Si Si Baxendell & Thomas Utilizar con cuidado Si No No



Begg & Brill Si Si Si Si Duns & Ros No Si Si Si Greogory, Aziz, Mandhane

Si No Si Si

Hagedorn & Brown No Si Si No HTFS Homogeneous Si Si No No HTFS Liquid slip Si Si Si No Olgas 2000 Si Si Si Si Orkisewki No Si Si Si Poettman & Carpenter No Si No No Tacite Hydrodynamic Module

Si Si Si Si

Tulsa 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 Nº57: Esquema de tuberías

Numero 1 2 3 4 5 6 7 Representado por A F1 B F2 C F3 D Tubería/Accesorio T A T A T A 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 Rugosidad absoluta, m Drawn Tube Dibujar tubo 0.0000015 Mild Steel Acero dulce 0.0000457 Asphalted Iron Acero asfaltado 0.0001220 Galvanized Iron Acero galvanizado 0.0001520 Cast Iron Hierro fundido 0.0002590



Smooth Concrete Hormigón liso 0.0003050 Rough Concrete Hormigón rugoso 0.0030500 Smooth Steel Acero liso 0.0009140 Rough Steel Acero rugoso 0.0091400 Smooth Wood Stave Madera lisa 0.0001830 Rough Wood Stave Madera rugosa 0.0009140

Pérdida de presión apropiada

La pérdida de presión accesorios se caracteriza por una ecuación de dos constantes como se

muestra a continuación

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 = 𝐾𝜌𝑣2

2

Donde

∆𝑃 : caída de presion

𝜌 : densidad

v : velocidad

El factor K6 de la ecuación anterior se calcula a partir de las siguientes ecuaciones:

Para reductores:

𝐾𝑜𝑢𝑡 = 0.8 sin𝜃

2(1 − 𝛽2) 𝑝𝑎𝑟𝑎 (𝜃 ≤ 450)

𝐾𝑜𝑢𝑡 = 0.5(1 − 𝛽2)√sin𝜃

2 𝑝𝑎𝑟𝑎 (450 ≤ 𝜃 ≤ 1800)

Donde:

𝛽 =𝑑𝑜𝑢𝑡

𝑑𝑖𝑛

Para agrandada

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



𝐾𝑜𝑢𝑡 =2.6 sin

𝜃2

(1 − 𝛽2)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:

Figura Nº58: 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 Nº59: Perdida de calor



Segment HTC7

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.

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 =𝑘

𝑑∗

(𝑓 8⁄ )𝑅𝑒𝑑𝑃𝑟

1.07 + 12.7(𝑓 8⁄ )1 2⁄ (𝑃𝑟2 3⁄ − 1)

Dittus and Boelter (1930)

ℎ =𝑘

𝑑∗ 0.023𝑅𝑒𝑑

0.8𝑃𝑟𝑛

Donde:

𝑛 =0.3→𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜0.4→𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

Sieder and Tate (1936)

Para flujo de 2 fases

7 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.



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.

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 Nº60: Segmento HTC

Estimate HTC

Figura Nº61: 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:

Tipo de Tierra Conductividad (W/mK)

Tipo de Tierra Conductivida

d (W/mK)

Dry Peat Turba seca 0.17 Frozen Clay

Arcilla congelada 2.50

Wet Peat Turba húmeda

0.54 Gravel Grava 1.10

Icy Peat Turba helada 1.89 Sandy Gravel

Grava arenosa 2.50

Dry Sand

Arena seca 0.50 Limestone Caliza 1.30

Moist Sand

Arena húmeda

0.95 Sandy Stone

Piedra arenosa 1.95

Wet Sand

Arena mojada

2.20 Ice Hielo 2.20

Dry Clay Arcilla seca 0.48 Cold Ice Helada 2.66 Moist Clay

Arcilla húmeda

0.75 Loose Snow

Nieve suelta 0.15

Wet Clay Arcilla mojada

1.40 Hard Snow Nieve dura 0.80

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 Conductividad

(W/mK) Aislamiento/Tubería

Conductividad (W/mK)

Evacuated Annulus

Anillo evacuado

0.005 Asphalt Asfalto 0.700

Urethane Foam

Espuma de uretano

0.018 Concrete Hormigón 1.00

Glass Block Bloque de vidrio

0.080 Concrete Insulated

Hormigón con aislamiento

0.500

Fiberglass Block

Bloque de fibra de vidrio

0.035 Neoprene Neopreno 0.250

Fiber Blanket

Manta de fibra

0.070 PVC Foam Espuma de PVC

0.040

Fiber Blanket – Vap Barr

Manta de fibre

0.030 PVC block Bloque de PVC

0.150

Plastic Block

Bloque de plastico

0.036 PolyStyrene Foam

Espuma de poliestireno

0.027

Ejemplo,

Mostrar el balance de energía de la figura 57

Utilizar agua con una presión de 100 psia y Temperatura de 25°C y un flujo de 20 m3/h.

considerar una temperatura de ambiente de 25°C, y el sistema de tuberías se encuentran sobre

arena seca, la tubería es cedula 40 y el diámetro interno 254.5 mm.



Figura Nº62: Transporte de Fluido



Separación de fases Instantáneas (Separator & Tank)

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 Nº63: Ventana de conexiones de un separador y tanque

Figura Nº64: Ventana de WorkBook de un separador y un tanque

Sizing Se utiliza esta ventana para caracterizar la orientación del separador o tanque

Figura Nº65: Sizing, geometría del equipo

Weir (Vertedero) Un vertedero puede especificarse para el separador de cilindro plano horizontal al seleccionar

Enable Weir8

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

de cilindro plano



Figura Nº66: 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 flujo de presión se refiere. Esto significa que las composiciones y

propiedades de las fases en los dos volúmenes son los mismos

Figura Nº67: vertedero y los ángulos de caída

Boquillas (Nozzles)

Figura Nº68: Dimensión del separador, diámetro de las boquillas



Pérdida de calor (Heat Loss) Modelo simple

𝑄 = 𝑈𝐴(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎𝑚𝑏)

Figura Nº69: Perdida de calor, modelo simple

Modelo detallado

El modelo detallado le permite especificar los parámetros más detallados de transferencia de

calor

Figura Nº70: Perdida de calor, modelo detalloso

Grifos9 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

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



Figura Nº71: Especificación de grifos de nivel

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

OP : límite de la salida de la escala de normalización

Carry Over Model

Figura Nº72: Carry Over, Feed Basis



Figura Nº73: Resultados de Cover over model

Ejemplo N°

Separar la siguiente corriente en una fase liquida y otra vapor



Figura Nº74: Composición de la corriente

A una presión de 658.8 kPa y una temperatura de 25°C utilizando un flujo molar de 100

kgmole/h

Figura Nº75: Resultados de la separación

SIMULACIÓN DE UNIDADES DE PROCESO (Transferencia de calor)

Air cooler

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 :caudal másico de la corriente de proceso

H :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∆𝑇𝐿𝑀𝐹𝑡

Donde


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.

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 = 𝜌𝑑(𝑉𝐻𝑜𝑢𝑡)𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

𝑑𝑡

Donde:

𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 : caudal másico de la corriente de aire



𝑀𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 :caudal másico de la corriente de proceso

𝜌 : Densidad

𝐻 : Entalpia

𝑉 : volumen de tubo enfriador de aire

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. Este relación es similar a la ecuación de la válvula en general:

𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 = √𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ √𝑃1 − 𝑃2𝑘

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

Figura Nº75: Composición molar de la corriente



Figura Nº75: Parámetros de Operación

Figura Nº75: Resultados del gas enfriado

Cooler/Heater10

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.

10 La diferencia entre el enfriador y el calentador es la convención de signos balance energético.



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 ∗ √𝑃1 − 𝑃2𝑘

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 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.

Figura Nº76: 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


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.

Ejemplo N°

Se requiere enfriar una corriente de agua de 90°C a 40°C a 14.7 psi, se requiere calcular la energía

que se libera, y de igual manera calentar dicha corriente y elevar a 90°C y calcular la perdida de

energía.

Figura Nº77: Esquema de simulación

Horno (Furnace)

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.



Figura Nº78: Esquema de un horno (Zona radiante, convectiva, zona ecomizador)

En general, un calentador encendido11 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.

11 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.



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

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.



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:

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



Heat Exchanger

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 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∆𝑇𝐿𝑀𝐹𝑡

Donde:




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

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.

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



Simulación de reactores:

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:

Ventana de resultados de reacción

El grupo Resultados Reactor Resumen muestra los siguientes resultados para un reactor de

convergencia:

Resultado Descripción Posición 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%

% de conversión Muestra el porcentaje del componente base de la corriente de alimentación, que ha sido consumido en la reacción.

Componente base El reactivo para el que basa el cálculo de la conversión.



Rxn Extensión 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.

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°…

Se requiere encontrar la masa necesaria de aire para obtener una reacción completa y consumir

todo el metano al 100%.

1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 1𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂



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°..

Composición de la corriente Gas Combustible

Componente Fracción molar

Metano (C4) 0.8837 Etano (C2) 0.1032 Propano (C3) 0.0015 i-Butano (iC4) 0.0005 n-Butano (nC4) 0.0007 i-Pentano (iC5) 0.0002 n-Pentano (nC5) 0.0003



Agua (H2O) 0.0000 Oxigeno (O2) 0.0000 Dióxido de Carbono (CO2) 0.0024 Nitrógeno (N2) 0.0075

Exceso de aire O2%: 2% Vol. O2 en base seca.

Reacción de conversión: 100%

1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 1𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 1

1𝐶2𝐻6 + 7 2⁄ 𝑂2 → 2𝐶𝑂2 + 3𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 2

1𝐶3𝐻8 + 5𝑂2 → 3𝐶𝑂2 + 4𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 3

1𝐶4𝐻10 + 13 2⁄ 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 4 (𝑖𝐶4)

1𝐶4𝐻10 + 13 2⁄ 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 5 (𝑛𝐶4)

1𝐶5𝐻12 + 8𝑂2 → 5𝐶𝑂2 + 6𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 6 (𝑖𝐶5)

1𝐶5𝐻12 + 8𝑂2 → 5𝐶𝑂2 + 6𝐻2𝑂 𝑅𝑥𝑛 − 7 (𝑛𝐶5)

PDF Final



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.

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:

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 muestra aquí.

Los valores aparecen después de la solución del reactor ha convergido, la tasa global de flujo de

entrasa, 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 Descripcion Actual % conversion

Muestra el porcentaje de compoente de base en la alimenteacion 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.

𝑋 =𝑁𝐴𝑖𝑛

− 𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡

𝑁𝐴𝑖𝑛

𝑥100%

Donde: X : Conversion real % 𝑁𝐴𝑖𝑛

: Componente del caudal de base en el reactor

𝑁𝐴𝑜𝑢𝑡 : Caudal del componente base (mismas condiciones que el entrada

de índice) del reactor. Componente base El reactivo al que se aplica la conversión Constante de Equlibrio

La constante de equilibrio se calcula a la temperatura del reactor por la ecuacuin siguiente:

𝐿𝑛𝐾 = 𝐴 +𝐵

𝑇+ 𝐶 𝐿𝑛𝑇 + 𝐷𝑇

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 instalacon de la reacción de equilibrio. Los cuatro parámetros para cada ecuación de equilibrio se enumeran en la pagina de Rxn Ln(K)



Rxn Extns. Lista el consumo de tasa molar del componete de base en la reacción divido por su coeficiente estequimetrico aparecido en la pagina de reacción.

Reacciones de equilibrio incluidas en HYSYS

Ejemplo

Reactor CSTR,

Reactor PFR

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

𝑁𝐴𝑖𝑛

𝑥 100%

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 de equilibrio

El reactor de Equilibrio es un recipiente que los modelos de equilibrio reacciones. Las corrientes

de salida Ofthe del reactor están en un estado de química y equilibrio físico. El conjunto de

reacción que usted adjuntar a la Equilibrium reactor puede contener un número ilimitado

número de reacciones de equilibrio, que son simultáneamente o secuencialmente resuelto. Ni los

componentes ni la mezcla proceso tiene por qué ser ideal, ya 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 para cada reacción en el conjunto selectedreaction. 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

Las reacciones de los reactores de Gibbs

El reactor de Gibbs calcula las composiciones que salen de tal manera que la fase y químicas

equilibrios de las corrientes de salida son alcanzado. Sin embargo, el Gibbs reactor no necesita

para hacer utilizar de una estequiometría de la reacción especificada para calcular la salida

composición de la corriente. La condición de que la energía libre de Gibbs de el sistema de

reacción está en un mínimo en el equilibrio se utiliza para calcular la composición de la mezcla

producto. Al igual que con la Equilibrio reactor, ni los componentes puros ni la reacción mezcla

se supone que se comportan muy bien.



Reactor de flujo de piston (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 energygradients). 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 subvolúmenes. Dentro de cada volumen secundario,

la velocidad de reacción es considera que es espacialmente uniforme. Un balance molar se realiza

en cada subvolumen j



𝐹𝑗0 − 𝐹𝑗 + ∫ 𝑟𝑗𝑑𝑉 =𝑑𝑁𝑗

𝑑𝑡

Debido a que la velocidad de reacción se considera espacialmente uniforme en cada uno

subvolumen, el tercer término se reduce a RJV. En el estado estacionario, la

lado derecho de este equilibrio equalszero, y la ecuación se reduce

a

𝐹𝑗 = 𝐹𝑗0 + 𝑟𝐽𝑉



SIMULACIÓN DE COLUMNAS DE DESTILACIÓN

Columnas de destilación corta

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

𝑁 + 1= 0.75 ∗ [1 − (

𝑅 − 𝑅𝑚

𝑅 + 1)

0.5688

]

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

𝑁𝑚 =𝑙𝑛 [(

𝑋𝐷,𝐿𝐾

𝑋𝐷,𝐻𝐾) (

𝑋𝑊,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:

∑𝛼𝑖𝑋𝑖,𝐹

𝛼𝑖 − 𝜃

𝑛

𝑖=1

= 1 − 𝑞

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.

∑𝛼𝑖𝑋𝑖,𝐷

𝛼𝑖 − 𝜃

𝑛

𝑖=1

= 1 + 𝑅𝑚

Relación de reflujo12

La experiencia ha demostrado que el valor óptimo de la relación de reflujo se encuentra en un

intervalo dado por:

1.03 < 𝑅𝑅𝑚

⁄ < 1.3

Ejemplo N°

Se quiere destilar la siguiente composición a las condiciones siguientes T 200ºF, presión 100 psia

y 1300 lbmole/h

Composición Fracción Molar Etano 0.0148

Propano 0.7315 i-Butano 0.0681 n-Butano 0.1462 i-Pentano 0.0173 n-Pentano 0.0150 n-Hexano 0.0071

Se determina las corrientes de entrada y los productos, para calcular el número de platos y el

plato de la alimentación.

12 Una regla de diseño sugiere que se asigne, para una separación deseada, una relación

de reflujo de 1.2 veces la mínima



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

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.

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.

Comportamiento de la composición en los platos

PFD del proceso de destilación



Ambiente de la columna de destilación

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.

Ejercicio N°

El propano y propileno son muy difíciles de separa uno de otro, ya que son componentes con

puntos de ebullición cercanos. No obstante, la destilación a presión elevada es una tecnologia

Columnas de Absorbedor

El absorbedor tiene cuatro corrientes de contorno y así requiere cuatro especificaciones de flujo

de presión. Una especificación de presión siempre se requiere para la corriente de producto

líquido que sale de la parte inferior de la columna. Una segunda especificación de presión debe

añadirse a la del producto de vapor de la columna, con las dos corrientes de alimentación que

tiene especificaciones de flujo

Laa única operación de la unidad contenida en el absorbedor es la sección de la bandeja, y las

únicas corrientes son de vapor de cabeza y los productos líquidos de fondo.

En conclusión la absorción de gases es una operación en la cual una mezcla de gases se pone en

contacti con un liquido, a fin e disolver de forma selectiva uno o mas componente en el gas y



obtener un solución de estos en el liquidi. En HYSYS están disponibles columnas de absorción de

gases.

ejemplo

El CO2 es absorbido en carbonato de propileno (propylenearbonato), la corriente de gas de

entrada es 20% mol de CO” y 80% mol de metano, este fluye a razón de 2m3/s y la columna

funciona en 60°F y 60.1 atm; el flujo de solventee de la entrada es 2000 kmol/h.



MODULO VI: CASOS DE ESTUDIO

Caracterización de crudos de refinerías

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

Especificación de Cortes

Corte PFE (°C) Gases de Refinería 32 Gasolina (NL) 150 Solvente3 (NP) 210 Kerosene 300 Diesel 385

Columna de fraccionamiento de crudo



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.



Especificaciones mínimas de equipos complementarios

Pumparound

Plato de extracción

Plato de retorno

Stripper de Vapor

Plato de extracción

Plato de retorno

Convergenvia 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) 8 Variacion de presion (psi)

6

Pesion fondo (psig) 19

Strippers N° Platos 6



Vapor despojante Equipo UDP Stripper – NP Stripper – Kerosene Stripper – Diesel

Flujo (lb/h) 800 330 100 100 T (°F) 350 350 350 350

P(psig) 100 100 100 100

Datos de convergencia

Gas Refinería (GPM) 0.5 Naphta Ligera (GPM) 60 Naphta Pesada (GPM) 40

Kerosene (GPM) 52 Diesel (GPM) 66

Reflujo PA (GPM) 170 ∆T PA °F) 200

Flash NP (°C) 40 PIE NP (°C) 149

50% NP (°C) 177 90% NP (°C) 199 PFE NP (°C) 210

T (°F) plato 27

350



T (°F) plato 20

400

T (°F) plato 12

600

PFE Kerosene (°C) 300 90% Diesel (°C) 357 PFE Diesel (°C) 385

Crudo A:

°API@60°F : 23.6

Viscosidad Cinematica T(°F) 100 cSt 59.87 T(°F) 122 cSt 33.06

TBP

%V destilado °F 0.98 82 6.92 200 13.14 300 16.63 350 20.55 400 28.18 500 32.41 550 41.69 650 46.09 700 52.93 800 61.95 900 73.93 1050

Comp. Ligeros %V Methane 0 Ethane 0

Propane 0.24 i-butane 0.16 n-butane 0.58 i-pentane 0.59 n-pentane 0.69

BSW

Agua 0



Eficiencia de Hornos o calderas

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 =𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑥 100

𝑥𝑟 =𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑡𝑒

𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑥 100

𝐸 =(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) − (𝑄𝑠, 𝑟 + 𝑄𝑠, 𝑐) − 𝑄𝑟

(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓)𝑥 100

𝑥𝑟 =(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓) − (𝑄𝑠, 𝑟) − 𝑄𝑟

(𝐿𝐻𝑉 + 𝐻𝑎 + 𝐻𝑓)𝑥 100

𝑥𝑐 = 𝐸 − 𝑥𝑟

Esquema del horno



Condiciones de proceso

Variables de proceso

T, entrada gas combustibles 77 °F

T, entrada de aire 77 °F

T, salida productos del combustible 808°F

%Vol. O2 en exceso, base seca 3.0

T, zona de choque (BWT) 1440°F

Composición del gas combustible

Metano 0.8832

Etano 0.1052

Propano 0.0014

N2 0.0078

CO2 0.0024

Consideraciones

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

Ingresando las reacciones – reacción de combustión (100%)

𝟏𝑪𝑯𝟒 + 𝟐𝑶𝟐 → 𝟏𝑪𝑶𝟐 + 𝟐𝑯𝟐𝑶



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.



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

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.

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

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.



La eficiencia del horno es 78.33%

Sistema multiefecto de evaporadores

Realizar un sistema de evaporación triple efecto paralelo, que permita concentrar el jugo en

60°brix, para ello calcular el vapor vivo suficiente para tener la concentración final en °brix.

Datos de Partida

Jugo mezclado

Flujo másico : 40 TN

Brix : 15°

Presión : 14.7 psia

Temperatura : 30°C

El vapor vivo viene de la caldera a una presión de 100 psia y 167°C, pasando por una válvula y

reduciendo su presión a 25psia, el vapor se introduce a un sistema de precalentamiento para el

jugo mezclado de 48 a 105 y la diferencia ingresa al primer tacho





Planta de producción de etanol

El objetivo del presente trabajo es presentar un programa de simulación para obtener etanol a

partir de un sistema de purificación, haciendo el uso de la tecnología de HYSYS, con el cual se

puedo dar solución del sistema plantado.

El plato óptimo de salida de la corriente “Fusel”, es el plato 20, siendo el componente que contiene

una mayor concentración de 1 – Propanol, que es el componente principal de extracción de tal

corriente.

Se determinó un perfil de flujos molares y másicos de corriente de condensado y rehervidor, en

función a la relación de reflujo en un rango de 2300 a 10000. De manera análoga también se

determinaron perfiles de calor a agregar al rehervidor y calor a retirar del condensador. Esto con

objetivo de en un futuro analizar el reflujo óptimo, teniendo en consideración el aspecto

económico.

Solución:

Modelado

Considerar la columna de absorción de gas mostrada en la Figura Nº 01. Los componentes que

entran al fondo de la columna en la corriente de alimentación de gas son absorbidos por la

corriente de líquido, de tal manera que la corriente de gas producto (saliendo por el tope de la

columna) es más "puro". Las columnas de absorción a menudo contienen "platos" con una

corriente de líquido fluyendo a través de los platos; estos platos son a menudo modelados como

etapas de equilibrio.



DEFINICIÓN DE VARIABLES

Usamos las siguientes definiciones de las variables:

L = moles de liquido / tiempo

V = moles de vapor / tiempo

M = moles de liquido / etapa

W = moles de vapor / etapa

xij = fracción molar componente i en liquido (etapa j)

yij = fracción molar componente i en gas (etapa j)

ETAPA DE EQUILIBRIO

El concepto de una etapa de equilibrio es importante para el desarrollo de un modelo dinámico

de la columna de absorción. Una etapa de equilibrio es representada esquemáticamente

1. Balances de materia para cada componente (c ecuaciones para cada etapa):

𝑀𝑖𝑗 = 𝐿𝑗−1𝑥𝑖,𝑗−1 + 𝑉𝑗+1𝑦𝑖,𝑗+1 − 𝐿𝑗𝑥𝑖,𝑗 − 𝑉𝑗𝑦𝑖,𝑗 = 0 … (1)

2. E- relaciones de equilibrio entre fases para cada componente (c ecuaciones por etapa):

𝐸𝑖𝑗 = 𝑦𝑖𝑗 − 𝐾𝑖𝑗𝑥𝑖𝑗 … (2)

3. S - Sumatorios de las fracciones molares (una para cada etapa):

(𝑆𝑦)𝑗

= ∑ 𝑦𝑖𝑗 − 1.0

𝐶

𝑖=1

= 0 … (3)

(𝑆𝑥)𝑗 = ∑ 𝑥𝑖𝑗 − 1.0

𝐶

𝑖=1

= 0 … (4)



4. H- Balance de energía (uno para cada etapa):

𝐻𝑗 = 𝐿𝑗−1𝐻𝐿𝑗−1+ 𝑉𝑗+1𝐻𝑉𝑗+1

− 𝐿𝑗𝐻𝐿𝑗− 𝑉𝑗𝐻𝑉𝑗

= 0 … (5)

Frecuentemente, los sistemas de ecuaciones que resultan al aplicar los métodos componente a

componente suelen dar lugar a una matriz de coeficientes en forma de matriz tridiagonal, y se

resuelven mediante un método de eliminación progresiva que recibe el nombre de algoritmo de

Thomas.

A continuación se plantea el sistema de ecuaciones MESH.

NOMENCLATURA SISTEMA DE ECUACIONES MESH



FLUJO CALOR RETIRADO DEL CONDENSADOR Y CALOR AGREGADO EN EL REHERVIDOR VS RELACIÓN DE

REFLUJO

FLUJO MÁSICO DEL CONDENSADOR Y REHERVIDOR VS RELACIÓN DE REFLUJO



FIGURA Nº 12 – FLUJO MOLAR DEL CONDENSADOR Y REHERVIDOR VS RELACIÓN DE REFLUJO

FLUJO MÁSICO DE 1-PROPANOL EN FUSEL VS. PLATO DE EXTRACCIÓN DE FUSEL



Atentamente:

Ing. Edgar Martin Jamanca Antonio

UNJFSC – Ingenieria Química

https://www.facebook.com/jamancaantonio

https://www.youtube.com/channel/UCkchegYyLut6GKaxEONmW5Q

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Documents

Manual Aspen Hysys v8.0 - Español