Simulacin En Hysys De Planta De Ciclohexano
Caso de estudio:El caso de estudio propone la simulacin de una
planta productora de ciclohexano, como muestra el diagrama adjunto,
a partir de la hidrogenacin de benceno. La informacin de las
alimentaciones es la siguiente:| 1 | |Benceno | 64.54 | Kmol/h
|Tolueno | 0.02 | Kmol/h |MCC6 | 0.01 | Kmol/h |TOTAL | 64.56 |
Kmol/h |Presin | 0 | Kg/cm2_g |Temperatura | 40.6 | C || 2 |
|Hidrogeno | 0.9 | Fraccin molar |Metano | 0.1 | Fraccin molar
|Presin | 36.6 | Kg/cm2_g |Temperatura | 32 | C |
El caudal molar necesario de Hidrogeno impuro para evitar
craqueo de molculas es de 4.5 a 1 respecto a la alimentacin de
benceno. El benceno se bombea a 36.6 Kg/cm2_g para mezclarse con la
corriente de hidrogeno e intercambiar calor en el M-601 saliendo a
una presin de 35.86 Kg/cm2_g y a una temperatura de 162.8C .Se
termina de calentar en M-602 a 204.5C y bajando su presin a 34.8
Kg/cm2_g para entrar en reactor K-601 donde reacciona
CH + 3H CH (Ciclohexano)CH-CH + 3H CH-CH (Metil-ciclohexano)
Las reaccin se producen con una conversin del 100% en un reactor
isotrmico q trabaja a 232.8Cy con una cada de presin de 1.4
Kg/cm2_g.El producto gaseoso intercambia calor en el M-601 con una
prdida de presin de 1.06 Kg/cm2_g y se enfra en el M-603 a 40.6C,
siendo su presin en la salida de 31.64 Kg/cm2_g.EL separador flash
O-602 permite la separacin del exceso de hidrogeno que se
recirculara a la planta .Parte de la salida gaseosa (el 16%) se
ventea y el resto se comprime para realimentarse a 35.53
Kg/cm2_g.La salida liquida del separador O-602 se descomprime en
una vlvula a 11.34 Kg/cm2_g, se precalienta con el fondo de N-601
en el M-604, donde se alcanza la temperatura de 135C (la cada de
presin es de 1 Kg/cm2_g) para luego ingresar a la torre de
destilacin.La torre trabaja con una presin de cabeza de 10.19
Kg/cm2_g y de 10.34 Kg/cm2_g en el fondo. El diseo de la torre de
permitir una calidad de salida de ciclohexano de 99.9% msico.
Simulacin de la planta productora de ciclohexano en Hysys
Crear un set de unidadesEl primer paso para nuestra simulacin es
elegir un conjunto de unidades con el que se prefiere trabajar
.Hysys no permite modificar los tres conjuntos de unidades bsicos
(SI, EuroSI, Field) que trae incorporado, pero si posibilita
generar uno a partir de ellos, un nuevo set que se ajusta a
nuestras exigencias o preferencias.1. Para cambiar las unidades
debemos seleccionar Tools del men principal y posicionar el cursor
sobre Preferences, aparecer una pantalla titulada Session
preferences (HYSYS.prf).Seleccionar la pestaa Units como se muestra
en la figura 1. El set de unidades por defecto es el SI pero se
puede modificar desde esta pantalla.
Para cambiar las unidades, seleccionamos SI y apretamos el botn
Clone, New user aparecer en la ventana Unit set name, donde
colocaremos el nombre que deseamos, en nuestro caso ser ciclohexano
y modificaremos las unidades de la presin, pasando de kPa a
Kg/cm2_g.
Cuando el nuevo conjunto de unidades queda definido cerramos la
ventana.Inicio de la simulacin: Construccin de la plantaPara
comenzar un nuevo caso seleccionamos File New Case tal como se
muestra en la figura.
Aparecer la ventana del Simulation Basis Manager como se muestra
en la fig. 5.El prximo paso es crear el Fluid Package .Este
contiene los componentes y el mtodo elegido para la prediccin de
las propiedades fsico-qumicas.
Estando en la pestaa de Fluid Pkgs presionamos el botn add, se
abre una nueva ventana donde seleccionaremos el paquete de
propiedades que para nuestro caso ser el Peng-Robinson, como se
muestra en la fig. 6
El siguiente paso es agregar los compuestos utilizados en el
caso, en la celda Match colocamos los nombres de los compuestos y
los seleccionamos de la lista hasta que figuren en el cuadro de
Selected Components como se muestra en la fig. 7
Definicion de la reaccion quimicaLa definicionde la reaccion
quimica perteece a las actividades basicas o preliminares , por lo
tanto seleccionamos la pestaa Reactions , y hacemos click en Add
Rxn , de donde se abrir una nueva ventana en la cual salen
distintos tipos de reacciones , nosotros seleccionamos conversion y
hacemos click en Add Reacction como se muestra en la fig 8
Luego planteamos las dos reacciones que intervienen en nuestro
proceso, indicando los componentes que estn presentes y sus
correspondientes coeficientes estequiometricos, de sigo (-) los
reactivos y de signo (+) los productos, como se muestras en las
fig. 9 y fig. 10
Luego en cada ventana vamos a la pestaa Basis y colocamos el
componente base de cada reaccin, benceno en la reaccin 1 y tolueno
en la reaccin 2 .Tambin indicamos en el coeficiente Co que la
conversin es del 100%, como se muestra en la fig11 y fig. 12
Hasta aqu hemos definido las bases de nuestro caso. Presionando
el botn Enter to Simulation Enviroment se ingresa al mbito de
simulacin.Entorno de simulacinAl ingresar al mbito de simulacin,
aparecer una ventana denominada PDF en la cual se ira construyendo
el caso.Para construir un caso se puede comenzar de diferentes
maneras, en este caso definiremos primero las corrientes de
alimentacin.Primero activaremos la planilla para el ingreso de
datos denominada Workbook presionando el botn .En esta planilla
ingresaremos los datos de las corrientes de alimentacin denominadas
1 y 2 y la composicin de las mismas normalizadas como se muestra en
la fig. 14, fig. 15 y fig. 16.
Para normalizar las composiciones solamente hay que ingresar los
valores de cada corriente y luego apretar el botn Normalize.Luego
de definir las corrientes de alimentacin cerramos las ventana y las
mismas van a estar representadas con dos flechas en la ventana PDF
.Segn el caso de estudio estas corriente tenan que tener una
relacin para evitar el crackeo de molculas, por esta razn vamos a
introducir un operador set. El operador set se usa para fijar de
una variable de proceso en relacin a otra. En nuestro caso el
caudal de hidrogeno impuro tiene que ser 4.5 veces mayor que el
caudal de benceno, ponemos entonces la alimentacin 2 en funcin de
la alimentacin 1, como muestra la fig17
Luego en la pestaa Parameters indicamos por cuanto se tiene que
multiplicar el caudal 1 y dejamos el offset igual a 0.
Luego introducimos la bomba que bombea la alimentacin 2 y
denominamos al caudal de salida como 1A y la energa necesaria para
la bomba como EB como se muestra en la fig. 20.
En la pestaa de Worksheet introducimos el valor de presin 36.6
Kg/cm2_g en la corriente 1A
Luego se colocan dos mezcladores para obtener la corriente 3, el
Mix-100 mezcla las corrientes 1A y 2A, el Mix-101 mezcla la
corriente 2 con la recirculacin de hidrogeno que vendr desde el
separador flash O-602.la figura 21 muestra el esquema inicial de
esta conexin.
Luego se introduce el intercambiador q precalentara la corriente
3 con el producto del reactor K-601.La corriente 3A sale del
intercambiador con 162.8C y una presin 35.86 Kg/cm2_g q son los
datos q se ingresan en el mismo, como se muestra en la fig. 23Luego
la corriente 3A se termina de calentar en M-602 alcanzando 204.51C
y bajando su presin a 34.8Kg/cm2-g, esos valores deben ser
ingresados en la pestaa Worsheet del intercambiador en la corriente
3B .fig. 25.
Con la corriente 3B en condiciones para entrar al reactor,
tenemos que definir las corrientes de salida del mismo, las cuales
son 4 y L
En la pestaa Reactions seleccionamos la reaccin 1 que habamos
definido previamente.fig 26
La corriente 4 del reactor la utilizamos en el intercambiador
M-601 que utilizamos previamente y generamos una corriente 4A de
menor temperatura. La fig28 muestra las conexiones de la planta
hasta al momento.
A la corriente 4A se la hace pasar por un enfriador definiendo
la corriente 4B y una energa ECOLER.Fig29
Los valores de salida de la corriente 4B son de 40.6C y una
presin de salida de 31.64Kg/cm2_g los cuales se deben colocar en la
pestaa Worksheet.
Luego se introduce el separador flash O-602 q permite la
separacin del exceso de hidrogeno q se recirculara en la planta la
cual es la corrientes 5 y la corriente 4C que ira posteriormente a
la torre de destilacin.
Para la corriente 5 utilizamos un equipo para separar
corrientes, ya que una parte del hidrogeno se recircula y otra
parte se ventea.
El porcentaje q se ventea y el q se recircula se coloca en la
pestaa Design en la opcin Parameters. Donde la corriente 11 se
recircula con el 84% y la corriente 12 se ventea con 16%.
La corriente 11 q se recircula primero se comprime a
35.53Kg/cm2_g, para lo cual ocupamos el compresor V-601.La presin
de salida se coloca en la pestaa Worksheet
La operacin lgica de Reciclo de HYSYS se emplea para resolver un
lazo en un sistema donde una corriente aguas abajo es mezclada con
una corriente aguas arriba en el proceso, como en este caso donde
la corriente 2 tiene mezclarse con la corriente 11B.Esta operacin
resuelve iterativamente, comparando el valor actual con el valor
calculado y actualiza dicho valor.
El diagrama de la planta hasta el momento con la recirculacin de
hidrogeno desde el separador flash es el siguiente.
La corriente liquida 4C se descomprime en un vlvula a
11.34kg/cm2_g la cual introducimos en el diagrama y ponemos como
salida la corriente 6, los datos de la presin de salida se
introducen en la pestaa Worksheet
La corriente 6 se precalienta con el producto de fondo de la
torre de destilacin mediante el intercambiador M-604, dando la
corriente 6A con una temperatura de 135C y una cada de presin de
1Kg/cm2_g, estos datos se ingresan en la pestaa Worksheet
Para poder colocar una torre de destilacin es necesario hacer un
paso previo para poder obtener los datos que nos pedir la misma
para funcionar, para eso usamos Shortcut columnen HYSYS, esta nos
dar valores aproximados del nmero de platos de la torre, el plato
de alimentacin, la temperatura del condensador y del reboiler para
cada reflujo deseado. En la siguiente figura se muestra el producto
de cabeza VAP y el de cola 10 , tambin las energas necesarias en el
condensador y en el reboiler EC1 y ER1 respectivamente.
En la pestaa Design y en la opcin Parameters tenemos que colocar
el clave liviano que sale por el fondo y el clave pesado q sale por
el destilado y en que fraccin molar , en nuestro caso el compuesto
ms liviano q queremos q salga por el fondo es el metano con una
fraccin molar de 0.001 y el compuesto ms pesado q queremos q salga
por el destilado es el ciclohexano con una fraccin molar de
0.001.Tambien ingresamos los valores de presin del condensador y
del reboiler y el reflujo que queremos en la torre.
Luego de ingresar los datos, en la pestaa Worksheet
seleccionamos la opcin Composition y vemos que la composicin del
producto de fondo se acerca bastante a lo requerido en el caso de
estudio alcanzando una composicin de 99.85% de ciclohexano.
Como el producto de fondo alcanza aproximadamente lo composicin
requerida, vamos a la pestaa de Performance y obtenemos los datos
de nmeros de platos, plato de alimentacin, temperatura del
condensador y del reboiler que luego ocuparemos en la torre de
destilacin.
Al tener estos datos podemos colocar nuestra torre de destilacin
en el diagrama , esta torre nos pedir la corriente de alimentacin ,
plato de alimentacin ,reflujo de la torre, la presin y temperatura
del condensador y del rebolier .Al producto de fondo lo
denominaremos corriente 10 y al de cabeza VAP , las siguientes
figuras muestran los pasos a seguir.
Una vez completados los datos necesarios para la torre vemos que
no converge, esto es debido a que todava no colocamos las
especificaciones de la torre para nuestro caso
Para colocar las especificaciones correspondientes a nuestra
torre vamos a la opcin Specs de la pestaa design. En el cuadro
-Column Specifications- vemos que hay cuatro especificaciones de
las cuales vamos a eliminar tres y vamos a dejar solamente Reflux
Ratio , lo cual nos da un grado de libertad por lo que hay q
agregar una especificacin ms , apretamos Add y se abrir una nueva
ventana de la cual seleccionaremos Column component Recovery, luego
se abrir una nueva ventana en donde nos pedir cual es el componente
de la columna recuperado y cul es el valor esperado , en nuestro
caso el componente es el ciclohexano y el valor esperado es 0.999 ,
en las siguientes figuras se muestras los pasos a seguir.
Luego de poner las correctas especificaciones de la torre vemos
que esta converge.
Si vamos a la opcin Compositions de la pestaa Worksheet vemos
que la calidad del producto de cola supera la calidad requerida en
el caso de estudio, alcanzando una calidad del 0.9994
Luego de que obtuvimos el ciclohexano con la calidad deseada,
hay que utilizar esta corriente en el intercambiador que
precalienta la carga de la torre de destilacin.
El diagrama de la planta productora de ciclohexano a partir de
la hidrogenacin del benceno es el siguiente.
