Chemcad 5 3 4 - Manual

8/14/2019 Chemcad 5 3 4 - Manual

1/76

Gua de Introduccin a la

simulacin de procesos en

CHEMCAD 5.3.4 (estado

estacionario)

Roberto Guilln P.( [email protected])

Representaciones Caesar C.A.

Steam

1

1

7

5

6

8

43

2

2 10

9

Ejemplo 10. Seccin 13-86. Perry, Manual del Ingeniero Qumico

reflujo

Stream No. 1 4 5 6 8

Name Petrleo Cru Corte 1 Corte 2 Corte 3 Corte 4

- - Overall - -

Temp F 637.0002 249.7055 323.0812 368.4691 450.0220

Pres psia 30.0000 26.4897 27.2138 28.0828 29.0966

Vapor mole fraction 0.6091 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

*** Dry Basis ***

- - Overall - -

Degree API 27.7214 57.7331 42.4220 39.0659 34.6691

Std liq BPSD 34602.8604 3020.1253 1484.7939 4834.4538 2009.1169


2/76

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado

estacionario)

Objetivos

Familiarizar al ingeniero en la metodologa de simulacin de procesos y

operaciones gas/lquido usando CHEMCAD como simulador de procesos

estacionarios.

Contenido-Introduccin a CHEMCAD

-Filosofa de un Simulador de Procesos

-Mtodo de Simulacin secuencial-modular

-Seleccin del Mtodo Termodinmico

-Especificacin de las Operaciones Unitarias

Ejemplo 1 en CHEMCAD: Planta de estabilizadora de gases

-Familiarizacin en el ambiente CHEMCAD

-Manejo de las unidades de ingeniera en CHEMCAD

- Base de datos

- Consulta de datos

- Grfica de propiedades

-Diagrama de fases

- Listado de Componentes

- Ensayos de Petrleo, base de datos de crudos

- Limitaciones, Opciones del usuario

- Sustancias definidas por el usuario

2


3/76


estacionario)

- Termodinmica

- Auto seleccin CHEMCAD

- Asistente

- Uso de la ayuda CHEMCAD

- Recomendaciones generales

- Herramientas asistentes de ingeniera:

- Dimensionamiento de Tuberas

- Grficos Termodinmicos, Opciones de Exportacin,

clculos

- Cambio de unidades de ingeniera

- Paleta de Operaciones Unitarias, subpaletas

- Uso de alimentaciones y descargas

- Relacin iconos y mtodos de clculos

- Conexin de iconos

- Numeracin de corrientes y operaciones

unitarias. Opciones

- Diseo y Evaluacin de Equipos: Criterios de Simulacin

- Grados de libertad, gua CHEMCAD

- Numeracin de las etapas por CHEMCAD

-Anlisis de sensibilidad

- Reportes y Resultados

- Formato, Opciones

- Tabla de Propiedades

- Exportacin del diagrama de proceso a otras

aplicaciones

Ejemplo 2 CHEMCAD: Evaporacin Instantnea con reciclo (3.1 Seider)

- Modelos de clculo de evaporacin instantnea

- Uso de controladores

3


4/76


estacionario)

- Algoritmos de convergencia, tolerancia, nmero de

iteraciones

- Comparacin de los mtodos de convergencia: sustitucin

sucesiva, Mtodo de Wegstein, DEM

- Cambio de corriente de reciclo

Ejemplo 3 CHEMCAD: Fraccionamiento de Crudo

- Crudo especificado por el usuario

- Prediccin de Propiedades de refineras

- Uso de la Unidad TOWERPLUS para equipos laterales

al fraccionador

- Convergencia de TOWERPLUS

- Uso de la operacin SREF: Prediccin de propiedades

de etapas, corrientes internas del fraccionador

4


5/76


estacionario)

5


6/76


estacionario)

Introduccin a CHEMCAD

Historia

CHEMCAD nace en 1984 cuando un profesor universitario form un

equipo para desarrollar un simulador de procesos para computadoras

personales PC; motivado por la incomodidad de los simuladores de

procesos existentes para le poca que requeran el uso de computadoras

de gran escala (mainframe). El Simulador fue vendido a la seccin de

softwares de McGraw Hill (COADE) y luego sigui siendo desarrollado y

distribuido por Chemstations Inc. CHEMCAD ha venido evolucionando

durante estos aos para convertirse en un paquete de mdulos que

abarca clculo y diseo de intercambiadores de calor (CC-THERM),

simulacin de destilaciones dinmicas (CC-DCOLUMN), simulacin de

reactores por lotes (CC-ReACS), simulacin de destilaciones por lotes

(CC-BATCH), simulacin de redes de tuberas (CC-SAFETY NET).

En los aos ms recientes se ha enfatizado en el desarrollo de

interfases con otras aplicaciones para aumentar las facilidades del

usuario y flexibilidad de clculo. Por ejemplo CHEMCAD trabaja

bidireccionalmente con Excel y sus tecnologas COM, DCOM y OPC le

permite trabajar fcilmente con otras aplicaciones de ingeniera o

administrativas, brindndole al usuario todas las herramientas para

integrar el trabajo de la empresa, ser ms eficiente y productivo en unambiente mucho ms competitivo.

En qu consiste CHEMCAD?

6


7/76


estacionario)

CHEMCAD es utilizado para estudiar y calcular cargas de calores,

requerimientos de energa, equilibrios qumicos y de fases, el

comportamiento de equipos complejos como torres multi-etapas,

balances de masa, dimensionamiento de equipos, entre otros clculos.

Para realizar clculos de equilibrio lquido-vapor CHEMCAD cuenta con

ms de 45 opciones termodinmicas que permiten modelar sistemas

complejos y desviados de la idealidad como: petrleo, gas natural,

qumicos comunes, qumicos desviados de la realidad (mezclas

azeotrpicas), metanol, aminas, fluoruro de hidrgeno, etc.

7


8/76


estacionario)

8


9/76


estacionario)

Filosofa del Simulador de

Procesos

Los diagramas de procesos son el lenguaje de los procesos

qumicos. Como una obra de arte describe un proceso existente o un

proceso hipottico con suficientes detalles para describir las principales

condiciones del proceso.

La simulacin, es la herramienta que el ingeniero qumico utiliza

para interpretar los diagramas de proceso, para localizar problemas

operacionales y predecir el comportamiento de los procesos. El corazn

del anlisis es el modelo matemtico, un conjunto de ecuaciones que

relacionan variables del proceso, como temperatura, presin, flujo,

composicin de las corrientes con el rea superficial, posicin de las

vlvulas, configuracin geomtrica, etc. El simulador de procesos

resuelve las variables desconocidas a partir de las conocidas o

parmetros de diseos deseados.

Hay muchos niveles de anlisis. En orden ascendente de

complejidad, se cuentan: balances de materia, balances de materia y

energa, dimensionamiento de equipos, anlisis de costos. Se agregan

ecuaciones adicionales y los algoritmos de solucin de ecuaciones se

hacen cada vez ms complicadas.

Afortunadamente, la mayora de los procesos qumicos envuelven

equipos de proceso convencionales como: intercambiadores de calor,bombas, columnas de destilacin de absorcin, etc. Para estas unidades

de proceso, las ecuaciones no difieren entre los diferentes procesos

qumicos. Las propiedades de las sustancias, las constantes qumicas s

cambian, pero no las ecuaciones. Por ende, preparar uno o ms

9


10/76


estacionario)

algoritmos de solucin es posible para cada unidad de proceso para

resolver los balances de materia y energa y para estimar costos y

dimensiones de equipos. Una librera de subrutinas o modelos puede ser

escritas en FORTRAN, MS C, MS Visual Basic para automatizar esos

algoritmos de solucin que constituyen el corazn del simulador de

procesos.

Los diagramas de procesos reales, son diferentes a los

diagramas de simulacin. La simulacin representa un modelo

matemtico del proceso y rara vez coincide con la configuracin grfica

del diagrama de proceso. Comnmente se utilizan artificios de

simulacin para representar el modelo real, o para manipular variables y

as obtener las respuestas que el usuario requiere.

10


11/76


estacionario)

Mtodo de Simulacin en un

simulador secuencial-

modular:Los pasos a seguir para hacer simulaciones en simuladores

secuencial-modular como CHEMCAD son muy parecidos a los que un

ingeniero utiliza para hacer clculos de ingeniera a mano o usando una

calculadora sencilla; pero con la gran diferencia que los clculos

iterativos necesarios para hallar las soluciones mtodos algortmicos de

operaciones unitarias o de balance de masa y energa son realizados

rpidamente por el simulador. Lo que le permite al usuario ensayar otras

posibilidades de diseo u operacin en tiempo rcord y con la garanta

de incurrir en un menor nmero de errores humanos.

En la Figura N1, se puede observar un diagrama con los pasos

mnimos necesarios para realizar simulaciones con un simulador

secuencial-modular como CHEMCAD. Estos pasos incluyen: seleccionar

las sustancias puras o definidas por el usuario, dibujar el diagrama de

simulacin, seleccionar un mtodo termodinmico apropiado, introducir

los datos de flujos de las corrientes de entrada, introducir los parmetros

de diseo o evaluacin de las operaciones unitarias o mtodos de

11


12/76


estacionario)

clculo requeridos, hacer ajustes adicionales (usando controladores u

otros artificios de simulacin) y la parte ms importante de la

simulacin: interpretar los resultados.

Figura N 1. Metodologa para simular procesos en un simulador

secuencial-modular

De manera detalla se debe proceder de la siguiente forma:

12


13/76


estacionario)

Seleccionar los componentes: Despus de abrir y darle nombre al nuevo

archivo de CHEMCAD, ste es el siguiente paso hacia la simulacin. Al

abrir el nuevo archivo CHEMCAD recibe al usuario con la paleta de

operaciones unitarias. Para poder seleccionar los componentes, sta

debe ser cerrada presionando el botn (Simulation/Graphic) en la

barra de herramientas o presionando la opcin Run Simulation del

men principal. Para abrir la seleccin de Componentes se debe

presionar el botn o seleccionar la opcin Component List del

men ThermoPhysical. En el campo Search for se debe escribir la

frmula de la sustancia, su nombre en ingls (usando de manera

opcional el botn Next para sustancias con nombres

compuestos) o su nmero de identificacin en la base de datos de

CHEMCAD. Una vez identificada la sustancia, debe ser agregada a la

lista de sustancias de la simulacin haciendo doble clic sobre la

sustancia o presionando el botn Add. Una vez completada la

seleccin de las sustancias a utilizar en la simulacin se debe presionar

el botn OK para hacer que CHEMCAD descargue la base de datos de

las sustancias puras seleccionadas.Si se desea hacer una simulacin

utilizando pseudo-componentes basados en una curva de destilacin de

un crudo o la base de datos de crudos de CHEMCAD, debe seleccionar la

opcin Distilliation Curves del men ThermoPhysical e indicar el

nmero de las corrientes a caracterizar, los mtodos a de modelaje

deseados, los rangos y nmero de pseudo-componentes a utilizar, etc.

Una vez cargadas las curvas de destilacin y y otras propiedades y/o

curvas, CHEMCAD generar los pseudo-componentes que imitarn el

comportamiento y las propiedades de la corriente de petrleo o derivado

que se simula.

13


14/76


estacionario)

Para hacer el diagrama o modificarlo el modo de CHEMCAD debe

encontrarse o ser cambiado a Grficos. Para ello, se debe utilizar el

botn (Simulation/Graphic). Luego de ser presionado aparecer la

paleta de operaciones unitarias.

Colocar las flechas de alimentacin y productos: Los iconos

imprescindibles son las flechas de alimentacin de color rojo y las

flechas de productos de color prpura. Todas las corrientes que

no sean internas del diagrama de proceso deben utilizar una de estas

flechas en el diagrama de simulacin de CHEMCAD.

Agregar las operaciones unitarias al diagrama de simulacin: El

usuario debe navegar con el puntero del ratn sobre la paleta de

operaciones unitarias y al encontrar la operacin unitaria que desea

agregar, debe presionar el icono del equipo. Luego debe hacer un clicsobre el rea de trabajo. Este procedimiento se repite hasta completar

los equipos necesarios.

Unir las operaciones unitarias con corrientes: Las flechas de

alimentacin, productos y todas las operaciones unitarias del diagrama

debe ser conectadas por corrientes. Para ello se presiona en la paleta de

operaciones unitarias el botn de corrientes Stream. Luego en elrea de trabajo se debe acercar el cursor del ratn al extremo derecho

de las flechas de alimentacin y operaciones unitarias hasta que un

botn rojo se ilumine. Al iluminarse el botn rojo del equipo, se debe

presionar el botn del ratn y desplazar el cursor hacia la operacin

unitaria o flecha de productos en la que se desea que esta corriente

14

SI CHEMCAD EST EN EL MODO Simulation, EL

USUARIO NO PODR MODIFICAR EL DIAGRAMA DE


15/76


estacionario)

descargue su flujo. Al acercarse a la operacin unitaria se encender un

botn azul del lado izquierdo del equipo o flecha de producto y

aparecer el mensaje IN-LET. Esto indica que se debe presionar el

botn del ratn para conectar la corriente al equipo. Este procedimiento

se repito hasta que todas las fechas y equipos estn conectados.

Pasar a modo de simulacin: Al finalizar de construir el diagrama de

Simulacin, se debe pasar al modo de Simulation nuevamente para

seguir con el proceso. Para ello, se debe presionar el botn

(Simulation/Graphic) en la barra de herramientas o presionando la

opcin Run Simulation en el men principal

Seleccionar el mtodo termodinmico:La exactitud, confiabilidad yreproducibilidad de los resultados de una simulacin son

extremadamente dependientes del modelo termodinmico utilizado en

el clculo.

Una de las grandes ventajas de CHEMCAD es poder ensayar

diferentes mtodos termodinmicos para un mismo sistema y utilizar

esta herramienta para interpretar los resultados y sus posibles variantes,

dependiendo de los ensayos.

Dependiendo de cada aplicacin, CHEMCAD tiene un modelo que

mejor se adapta al sistema o proceso del usuario. Con el uso constante

de CHEMCAD, el usuario generalmente desarrolla una predileccin hacialos modelos termodinmicos que mejor se adaptan a los datos

experimentales u observados en los procesos.

15


16/76


estacionario)

Sin embargo, CHEMCAD ofrece una gua para seleccionar el

mtodo ms apropiado; pero esto no excluye la responsabilidad del

usuario de utilizar el ms adecuado. Tomando en cuenta que los nuevos

usuarios de CHEMCAD podra no estar familiarizados con la oferta de

modelos disponibles en CHEMCAD, se presenta a continuacin una

pequea gua de seleccin para brindar algunos criterios de seleccin

para este proceso. En la tabla N1 se presenta un resumen de los

mtodos termodinmicos disponibles en CHEMCAD, su uso y

propiedades fsicas necesarias.

Para seleccionar un mtodo termodinmico, CHEMCAD le ofrece un

asistente que se activa la primera vez que se cargan las sustancias que

intervienen en la simulacin. Luego que se le indica al asistente los

rangos de temperatura y presin que sern las condiciones de borde, el

asistente o Wizard le ofrecer una recomendacin que Ud. podr

cambiar posteriormente. Para cambiar la recomendacin del asistente se

debe seleccionar la opcin K-values del men Thermophysical o

presionando el botn en la barra de herramientas.

Mtodo valor-K Tipo de Modelo Aplicaciones

Tpicas

Datos Fsicos

requeridosACTX ActividadADDK Agregado por el

usuario

Ajustados a

modelo nicos,

conocidos por el

usuarioAmine Emprico Remocin de

gases cidos

(DEA, MEA)API SRK Ecuacin de

Estado

Hidrocarburos Tc, Pc, , algunas

veces kijBWRS Ecuacin de Hidrocarburos Tc, Pc, , algunas

16


17/76


estacionario)

Estado livianos

(procesos

criognicos)

veces kij

ESD Ecuacin de

Estado

Polmeros y

qumicos conESSO Hidrocarburos

pesados

(asfaltos),

recomendado

para destilacin

al vaco

Tb, K

Florry-Huggins Actividad Polmeros Vi, K GMAC(Chien-

Null)

Actividad Mezclas Polares,

Equilibrio

Lquido-Vapor,

Lquido-Lquido-

VaporGrayson-Stread Ecuacin de

Estado emprico

Hidrocarburos

(procesos de

refinacin)

Tc, Pc, ,

Henrys Law Emprico Gases livianos no

condensables.

Sistemas ideales

Coeficientes de

PV de la

ecuacinHRNM Modified

Wilson

Actividad Sistemas de

alcoholes,

Equilibrio

Lquido-Vapor,

Lquido-Lquido-

Vapor

Vi, coeficientes

de PV de la

ecuacin,

Coeficientes de

Interaccin

binariaIdeal Vapor

Pressure

Ideal Coeficientes de

la ecuacin VPK-table Datos del

usuario

Pr, Ki .t.Temp.

17


18/76


estacionario)

Margules Actividad Mezclas polares,

Equilibrio

Lquido-Vapor,

Lquido-Lquido-

Vapor

Coeficientes de

PV de la

ecuacin

Modified UNIFAC Actividad Mezclas polares,

Equilibrio

Lquido-Vapor,

Lquido-Lquido-

Vapor

Grupos UNIFAC,

Coeficientes de

interaccin

binaria,

coeficientes de

PV de laecuacin

MSRK Ecuacin de

Estado

Qumicos

(modificacin del

mtdo SRK para

considerar

sustancias

polares)

Tc, Pc, m, n

NRTL Actividad Mezclas polares,Equilibrio

Lquido-Vapor,

Lquido-Lquido-

Vapor

Coeficientes dePV de la

ecuacin y

parmetros de

interaccin

binariaPeng-Robinson Ecuacin de

Estado

Hidrocarburos y

qumicos no

polares

Tc, Pc, , algunas

veces kij

Polinomial K Datos del

usuario

Pr, Ki.v.Temp.

PPAQ Datos del

usuario

Sistemas

acuosos de

electrolitos.

Presin parcial v.

Temperatura y

Concentracin.

18


19/76


estacionario)

Operaciones gas-

lquido de NH3,

Co2, HCl

Los archivos de

los sistemas

NH3-H2O, HCl-

H2O, ya estn

cargados en

CHEMCAD.PSRK Ecuacin de

Estado y

Actividad

Qumicos Tc, Pc, , grupos

UNIFAC

Regular Solution Actividad Hidrocarburos Vi, SAFT Ecuacin de

Estado

Polmeros Tc, Pc, Vs, SFs,

DE/k,

propiedades de

los polmeros y

algunas veces

coeficientes de

interaccin

binariaSour Water Emprico Gases cidos

disueltos en

agua (H2S, CO2,

NH3)SRK Ecuacin de

Estado

Hidrocarburos Tc, Pc, ,

algunas veces kij TEG Dehydration Emprico Remocin de

agua de

hidrocarburosT.K. Wilson Actividad Mezclas polares,

Equilibrio

Lquido-Vapor,

Lquido-Lquido-

Vapor

Vi, coeficientes

de PV de la

ecuacin,

coeficientes de

interaccin

19


20/76


21/76


estacionario)

binariaWILSON Actividad Mezclas polares,

Equilibrio

Lquido-Vapor

Vi, coeficientes

de VP de la

ecuacin,

coeficientes de

interaccin

binariaTabla N1. Modelos termodinmicos disponibles en CHEMCAD

Leyenda:

Tc = Temperatura crtica

Pc= Presin crtica

Vc= Volumen crtico

= Factor acntrico

q= Parmetro de superficie

r= Parmetro de volumen

= Parmetro de solubilidad

K= Factor de Watson-Nelson

Vi= Volumen molar del lquido

m,n= Parmetros MSRK

kij= Parmetros de Interaccin Binaria para la ecuacin de estado

Tb= Punto de ebullicin normal

Cw= Tercer parmetro de para HRNM Wilson

Pr= Presin de referencia

PV= Presin de vapor

Vs= Volumen caracterstico de SAFT

SFs= Factor de forma de SAFT

DE/k= Energa de distribucin de SAFT

Ci= Parmetro ajustable para UNIFAC de Polmeros

21


22/76


estacionario)

Especificar las Operaciones Unitarias en CHEMCAD: CHEMCAD

cuenta con ms de 40 operaciones unidades de clculo que no slo son

motores de clculo que representan operaciones unitarias reales, sino

tambin otras operaciones unitarias ficticias que facilitan los procesos de

clculo del usuario. Generalmente las operaciones unitarias de

CHEMCAD tienen ms de un modo de clculo para permitir realizar

evaluaciones y diseos basados en diferentes parmetros o

expectativas.

Para especificar las operaciones unitarias, el usuario debe hacer

doble clic sobre el icono de cada equipo; luego se desplegarn las

pantallas en las que podr navegar con la ayuda del ratn. Para

introducir los datos en los campos de las operaciones unitarias, el

usuario debe hacer un (01) clic sobre el espacio de la informacin a

introducir.

En la tabla N2 se presentan las operaciones unitarias en

CHEMCAD, con los datos a introducir segn sus mtodos de clculo yresultados obtenidos para cada aplicacin.

Nombre

e Icono

Aplicacione

s y

Topologa

mnima

(nmero de

corrientes

a conectar)

Modos de Operacin y Datos a

Introducir

Resultados

22


23/76


estacionario)

COMP Mdulo de

compresin

de una

corriente

gaseosa de

proceso.

1 Entrada, 1

Salida.

0: (Diseo) se especifica la

presin* de salida deseada y la

eficiencia. Modo de diseo. No

acepta ser parte de la

incgnita de una red de

tuberas. Los nodos conectados

deben cerrar o abrir la red.

Calcula la

potencia del

equipo, Cp/Cv

real y el ideal.

1: (Evaluacin) se especifica la

potencia* y la eficiencia. No


incgnita de una red detuberas. Los nodos conectados


Calcula la

presin de

salida, Cp/Cv real

y el ideal.

2: (Diseo) se especifica el

cociente de la Presin de

Salida/Presin de entrada. No


incgnita de una red de



Calcula la

presin de

salida, la

potencia, Cp/Cv

real y el ideal.

3: (Evaluacin): Se especifica

la potencia observada* y la

presin de salida*. No acepta

ser parte de la incgnita de

una red de tuberas. Los nodos

conectados deben cerrar oabrir la red.

Calcula la

eficiencia del

equipo como una

fraccin de 0 a

1.

4: (Diseo) Se especifica la Calcula el flujo* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulacin, el

usuario puede llamar el convertidor de unidades en lnea presionando la tecla F6,

introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y

luego se hace clic en OK.

*

23


24/76


estacionario)

CONT Artificio de

simulacin

para ajustar

variables. 1

Entrada, 1

Salida.

Controler Off: Desconecta

todas sus funciones, no realiza

ningn ajuste

Se desea liberar

la manipulacin

de variables y

permitir el

clculo estndar.Feed-Forward: Copia una

variable a un equipo o

corriente de alimentacin a

otro equipo u otra corriente de

alimentacin

La variable

copiada sujeta a

posibles

modificaciones

realizadas por un

operadormatemtico

Feed-Backward: Ajusta una

variable que segn la

simulacin es un dato de

operacin del equipo o una

variable de una corriente de

alimentacin

La variable

ajustada en el

equipo o

corriente de

alimentacin a

las expectativas

del usuario

*Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulacin, elusuario puede llamar el convertidor de unidades en lnea presionando la tecla F6,



***Autocalc es un mtodo antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incgnitas de

corrientes. Con el uso de la operacin unitaria nodo y los controladores se obtienen

soluciones ms rpidamente y con mayor confiabilidad.

24


25/76


estacionario)

CSEP Separador

de

Component

es

Es un

equipo tipo

caja negra.

1 Entrada, 1

Salida.

0: se especifica el grado de

remocin de cada componente

como una fraccin de 0 a 1.

Puede ajustar las variables de

temperatura* y presin* si se

especifican para las corrientes

Top Stream y Bottom

Stream.

Calcula el flujo

composiciones,

temperaturas y

presiones de las

corrientes de

salida.

1: se especifica el grado de

remocin de cada componente

como flujos molares. Puedeajustar las variables de

temperatura y presin si se


Top Stream y Bottom

Stream.

Calcula el flujo

composiciones,

temperaturas ypresiones de las

corrientes de

salida.

2: Opcionalmente se pueden

ajustar las variables de

temperatura* y presin* si se


Top Stream y Bottom

Stream.

Calcula el flujo

composiciones,

temperaturas y

presiones de las

corrientes de

salida (Requiere

el uso de

electrolitos y no

acepta

electrolitos como

especies

verdaderas).

*Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulacin, el



25


26/76


estacionario)

CVAL Vlvula de

Control.

1 Entrada, 1

Salida.

En el modo Fix valve position,

adjust flow rate, el equipo

debe formar parte de un ramal

de una red hidrulica y por

ello, estar entre dos nodos en

los que el flujo es la incgnita

como se muestra en la imagen.

Se deben especificar las

dimensiones de la vlvula ocalcularlas previamente

utilizando la herramienta de

diseo del men Sizing-

Control/ Control Valve.

Calcula el flujo

por el ramal de

la red.

En el modo Fix Flow rate,

adjust valve position, el

equipo debe estar conectado a

equipos de proceso distintos a

los nodos hidrulicos. Se debe

especificar las dimensiones de

la vlvula y presin de salida

del equipo.

Calcula la

abertura de la

vlvula de

control, copia el

flujo alimentado

y la presin

especificada a la

corriente de

salida.En el modo Fix Flow,valve

position, calc Pout, el equipo

debe estar conectado a

equipos de proceso distintos a

los nodos hidrulicos. Se debe

especificar las dimensiones de

la vlvula y la abertura de la

Calcula la

presin de

salida, copia el

flujo alimentado

y la presin

calculada a la

corriente deluego se hace clic en OK.

26


27/76


estacionario)

DIVI Divisor de

corrientes

(sin calcular

el flujo en la

red de

tuberas).

Por lo

menos 1

Entrada y 2

Salidas.

0: Se especifica la separacin

como una fraccin de la unidad

( de 0 a 1).

Calcula los flujos

de las corrientes

de salida.

1: Se especifica el flujo molar

de cada corriente

Calcula los flujos

de las corrientes

de salida.2: Se especifica el flujo de las

corrientes de salida. Debe

cambiarse el algoritmo de

convergencia a AutoCalc***.

Calcula los flujos

de la corriente

de entrada.

3: Se especifica el flujo msicode cada corriente de salida.

Calcula los flujosde las corrientes

de salida.

4: Se especifican los flujos de

las corrientes de salida en

unidades de ingeniera de

preferencia del usuario

(volumen de lquidos y gases,

flujo msico en diferentes

unidades de masa y molar a

las del perfil de la simulacin.

Calcula los flujos

de las corrientes

de salida.

EREA Reactor de

reacciones

en

equilibrio. 1

Entrada, 1

Se especifican el nmero de

reacciones en equilibrio, la

cada de presin *, el modo

trmico de clculo, el tipo de

reacciones (en paralelo o en

Calcula los flujos

de cada

componente en

la corriente de

salida, la***Autocalc es un mtodo antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incgnitas de



27


28/76


estacionario)

Salida. serie), la constante de

equilibrio y los coeficientes

estequiomtricos, el calor de

reaccin* (si se desea

especificar uno diferente al

calculado por CHEMCAD). En

la pestaa More

Specifications, se deben

introducir el nmero de

reacciones en equilibrio, su

constante de equilibrio, los

coeficientes estequiomtricos.

temperatura (en

casos diferentes

al de operacin

isotrmica y la

presin de

salida.




luego se hace clic en OK

28


29/76


estacionario)

EXPN Mdulo de

Expansin.

1 Entrada, 1

Salida.

0: Se especifica la presin de

salida deseada* y la eficiencia.

Modo de diseo. No acepta ser

parte de la incgnita de una

red de tuberas. Los nodos

conectados deben cerrar o

abrir la red.

Calcula la

potencia del

equipo, Cp/Cv

real y el ideal.

1: Se especifica la potencia* y

la eficiencia. No acepta ser

parte de la incgnita de una

red de tuberas. Los nodosconectados deben cerrar o

abrir la red.

Calcula la

presin de

salida, Cp/Cv real

y el ideal.

2: Se especifica el cociente de

la Presin de Salida/Presin de

entrada. No acepta ser parte

de la incgnita de una red de



Calcula la

presin de

salida, la

potencia, Cp/Cv

real y el ideal.

3: Se especifica la potencia

observada* y la presin de

salida*. No acepta ser parte de

la incgnita de una red de



Calcula la

eficiencia del

equipo como una

fraccin de 0 a

1.

4: Se especifica la potencia

observada*, la presin de

salida* y la eficiencia. Debe

cambiarse el algoritmo de

Calcula el flujo

de la corriente

de entrada.





29


30/76


estacionario)

EXTR Extractor

Lquido-

Lquido

contnuo. 2

Entradas, 2

Salidas.

Se introducen el nmero de

etapas ideales, la presin en el

tope de la columna*, la cada

de presin*, el nmero de la

etapa ideal en la que se

alimenta cada corriente de

entrada. Se debe

seleccionar un mtodo

termodinmico capaz de

predecir el equilibrio

lquido-lquido.

Calcula los flujos

de la corriente

liviana y la

pesada, las

presiones y

temperaturas

FIRE Horno

calentado

por

combustin

de gases. 1

Entrada, 1

Salida.

Se introduce obligatoriamente

la Temperatura de salida* y la

cada de presin*.

Opcionalmente, se puede

introducir el valor calorfico del

combustible y su flujo, as

como la eficiencia trmica

general.

Calcula el calor

absorbido y el

consumo de

combustible.

Opcionalmente,

con el uso de un

controlador que

fije el consumo

de combustible

como una

funcin de la

eficiencia, se

puede calcular la

***Autocalc es un mtodo antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incgnitas decorrientes. Con el uso de la operacin unitaria nodo y los controladores se obtienen






30


31/76


32/76


estacionario)

FLAS Separacin

instantnea

de fases. 1

Entrada, 2

Salidas.

Para

simular

separacione

s de gas-liq-

liq se

requieren: 1

Entrada, 3

Salidas.

0: No se hace ninguna

especificacin (Se utiliza la

temperatura y presin de la

alimentacin para calcular la

separacin instantnea). Para

simular separaciones de gas-

lquido-lquido se requiere

utilizar un mtodo

termodinmico que tome en

cuenta el equilibrio lquido-

lquido.

Calcula el flujo

de cada una de

las corrientes y

la condicin

termodinmica

basado en la

temperatura y

presin de la

mezcla que se

alimenta

1: Se especifica la fraccin de

vapor y la presin de

operacin*. Para simular

separaciones de gas-lquido-

lquido se requiere utilizar un

mtodo termodinmico que

tome en cuenta el equilibrio

lquido-lquido.

Calcula el flujo

de cada una de

las corrientes de

salida, la

condicin

termodinmica y

el calor

requerido.2: Se especifica la

temperatura* y la presin de

operacin*. Para simular

separaciones de gas-lquido-

lquido se requiere utilizar un

mtodo termodinmico que

tome en cuenta el equilibrio

lquido-lquido.

Calcula el flujo

de cada una de

las corrientes de

salida, la

condicin

termodinmica y

el calor

requerido.3: Se especifica la temperatura Calcula el flujo





32


33/76


estacionario)

GIBS Reactor

Gibbs, para

modelar

termodin-

micamente

las

reacciones

qumicas

espontnea

s. 1

Entrada, 1

Salida.

El reactor Gibbs utiliza las

energas de Gibbs y las

minimiza para encontrar las

posibles reacciones, hacer el

balance de masa y de energa.

Si se desea excluir alguna

sustancia, se debe especificar

como inerte en la pestaa

Inerts. Slo se utilizarn en la

prediccin las sustancias que

estn incluidas en la lista de

componentes y que no se

especifiquen como inertes.

Para sustancias agregadas por

el usuario y pseudo-

componentes, el usuario debe

introducir sus energas libres

de Gibbs para participar en elclculo del reactor.

Este modelo da

excelentes

resultados para

incineradores y

mechurrios.

Modo Trmico Adiabatic: se

hace clic sobre la opcin

Adiabatic. Se debe introducir

los coeficientes del balanceo

de la reaccin qumica (los

reactantes llevan signo

negativo y los productos

positivo)

Calcula el flujo

de cada

componente en

la corriente de

salida, la

temperatura y el

calor requerido.

Modo Trmico Isothermal: se

especifica la temperatura de

operacin*. Se debe introducir

los coeficientes del balanceo

Calcula el flujo

de cada

componente en

la corriente de

33


34/76


estacionario)

HTXR Equipos de

Intercambio

de Calor.

1 Entrada, 1

Salida.

Modelo de

doble lado:

2 Entradas,

2 Salidas.

Se debe hacer una

especificacin que se puede

seleccionar de las siguientes:

temperatura de una de las

corrientes de salida*,

fracciones de vapor de una de

las corrientes de salida, los

grados de sobre enfriamiento o

sobre calentamiento de las

corrientes, el calor

intercambiado, o el coeficiente

de transferencia de calor ms

el rea del intercambiador *.

Opcionalmente, se puede

indicar el nmero de equipos

en serie, de pasos en los tubos

y en la carcaza.

Calcula las

temperaturas de

salida, el calor

intercambiado, el

coeficiente de

transferencia de

calor (si se

especifica el rea

de intercambio

de calor)**.




** Para un anlisis ms detallado de diseos y evaluaciones de intercambiadores de

calor, se recomienda utilizar CC-THERM que trabaja de forma integrada en las

simulaciones de CHEMCAD.

34


35/76


estacionario)

KREA Reacciones

con

modelaje

cintico.

1 Entrada, 1

Salida.

Modo Specify Volume

(Evaluacin): Se selecciona este

modo al hacer clic sobre la frase

Specify Volume, se indica el

nmero de reacciones a incluir, el

tipo de reactor (Flujo Pistn o de

Mezcla Completa), el volumen del

reactor*, la fase en la que ocurre

la reaccin, el tipo de modelo

cintico a usar (standard en

formato de la ecuacin de

Arrhenius o User Specified), el

modelo trmico (si se utiliza el

modelo isotrmico se debe

especificar la temperatura*.

Luego de hacer clic en esta

primera pantalla, aparecern las

pantallas de especificacin de las

reacciones en las que se debe

indicar: las variables de la

ecuacin de Arrhenius (si se usa

el formato estndar) o se

introducir la expresin de

velocidad de reaccin en trminos

del usuario utilizando la

herramienta que aparecer para

introducir la expresin, los valores

estequiomtricos de cada

reactante y producto de las

La distribucin

de los productos

y reactantes en

las corrientes de

salida, la

temperatura de

salida, el calor

absorbido o

liberado y el

calor de

reaccin.





35


36/76


37/76


estacionario)

LNGH Equipo de

intercambio

de calor de

mltiples

corrientes.

1 Entrada, 1

Salida.

Se debe hacer una

especificacin para cada

corriente de entrada a

excepcin de una; de las

cuales el usuario puede

seleccionar: temperatura de

una de las corrientes de

salida*, fracciones de vapor de

una de las corrientes de salida,

los grados de sobre

enfriamiento o sobre

calentamiento de las

corrientes*, el calor

intercambiado*.

(N de corrientes - 1=N de

corrientes a especificar)

Calcula la

temperaturas de

salida de la

corriente no

especificada y el

calor

intercambiado.

MIXE Mezclador

de

corrientes.

2 Entradas,

1 Salida.

Se especifica la presin de

salida*. Si el algoritmo de

convergencia se encuentra en

AutoCalc***, se pueden calcular

las presiones de las corrientes

de entrada haciendo esta

seleccin en el equipo.

Calcula los flujos

de las corrientes

de salida y si no

se especifica la

presin de

salida, se asume

la menor presin






***Autocalc es un mtodo antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incgnitas de



37


38/76


estacionario)

de las corrientes

de entrada al

equipo como la

de salida.

38


39/76


estacionario)

NODE Mdulo de

punto de

presin en

una red

hidrulica.

1 Entrada, 1

Salida.

El nodo representa cualquier

punto extremo de una red

hidrulica (un tanque, la

descarga a la atmsfera o a un

equipo con una presin

determinada, mechurrios, etc.)

y tambin debe ser colocado

antes y despus de cada

equipo que forme parte de una

red hidrulica (tuberas con

accesorios, etc).

Para toda la red

hidrulica se deben

hacer tantas

especificaciones como

nodos extremos haya,

entre las cuales almenos una (01) debe

ser de presin.

Si el nodo es interno no

se debe hacer

especificacin alguna.

Un nodo Interno se muestra en

la siguiente figura:

En las figuras siguientes se

muestran las posibles

ubicaciones de un nodo39


40/76


estacionario)

PGEN Generador

de Fases,

mltiples

clculos de

evaporacin

instantnea

.

1 Entrada, 2

Salidas.

1: Se especifican los extremos

del rango de fraccin de vapor

y presin de operacin, y el

nmero de puntos a calcular.

En el reporte de

la simulacin se

puede obtener el

clculo del flujo

de cada una de

las corrientes de

salida, la

condicin

termodinmica y

el calor requerido

en el rango

especificado.2: Se especifican los extremos

del rango de temperatura y la

presin de operacin y el

nmero de puntos a calcular.

En el reporte de

la simulacin se

puede obtener el

clculo del flujo

de cada una de

las corrientes de

salida, la*Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulacin, el












40


41/76


estacionario)

PIPE Diseo de

lneas y

Clculo de

cadas de

presin. 1

Entrada, 1

Salida.

Sizing Option 0 (Evaluacin):

se selecciona un mtodo de

flujo acorde al tipo de flujo en

la tubera, se introduce el

dimetro*, el Schedule si se

desea, la longitud de la

tubera*, el material o

directamente la rugosidad si se

desea utilizar un valor

diferente al de la base de

datos. En las pestaasValve

y Fittings se introduce el

nmero de accesorios

presentes en el tramo de

tubera.

Calcula la

presin de salida

de la corriente, y

para el equipo y

sus accesorios:

la cada de

presin, la

velocidad del

fluido, el nmero

de Reynolds, el

factor de friccin.

Sizing Option 1 (Diseo): se

selecciona un mtodo de flujo

acorde al tipo de flujo en la

tubera, se introduce el

Schedule si se desea, la

longitud de la tubera*, el

material o directamente la

rugosidad si se desea utilizar

un valor diferente al de la base

de datos.

Calcula la

presin de salida

de la corriente, y

para el equipo y

sus accesorios:

el dimetro, la

cada de presin,

la velocidad del

fluido, el nmero

de Reynolds, el

factor de friccin.Sizing Option 2 (Diseo): se

selecciona un mtodo de flujo

acorde al tipo de flujo en la

tubera, se introduce la cada

de presin por cada 100 pies

Calcula la

presin de salida

de la corriente, y

para el equipo y

sus accesorios:

41


42/76


estacionario)

PUMP Bomba de

lquidos.

1 Entrada, 1

Salida

Modo Specify outlet

pressure: se introduce la

presin de salida deseada y

opcionalmente la eficiencia del

equipo.

Si la bomba se encuentra

entre dos nodos como en la

figura,

Calcula la

potencia de la

bomba, el

cabezal de

descarga y el

flujo volumtrico.











introduciendo el valor en el campo correspondiente, sepresiona la tecla Enter y

luego se hace clic en OK.*Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulacin, el








***Autocalc es un mtodo antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incgnitas decorrientes. Con el uso de la operacin unitaria nodo y los controladores se obtienen






42


43/76


estacionario)

REAC Reactor

Estequiom

-trico.

1 Entrada, 1

Salida

Haciendo clic sobre uno de los

modelos trmico se selecciona

el modo trmico (en caso de

seleccionar el modo

Isothermal se debe

especificar la temperatura de

operacin*).

Tambin se debe introducir una

conversin como un valor de

0 a 1, y especificar el

reactivo lmite en la opcin

Key Component.

Es necesario introducir los

coeficientes estequiomtricos

de la reaccin. Para ello, a los

reactantes se les asigna un

signo negativo y a los

productos un signo positivo.

Calcula el flujo

de cada

componente en

la corriente de

salida, la

temperatura y el

calor requerido.

SCDS Mdulo de

equilibrio

de

mltiples

En la pestaa General se

especifica el nmero de etapas

o de segmentos, la presin en

el tope de la columna, la cada

Calcula el flujo

por de cada

componente en

las corrientes de



introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla Enter yluego se hace clic en OK.





43


44/76


estacionario)

etapas

(fracionado-

res,

absorbedo-

res,

despojado-

res). 1

Entrada, 2

Salidas

de presin, el tipo de

condensador utilizado, y el

nmero de la etapa en que es

alimentada cada corriente. Se

debe seleccionar un mtodo de

simulacin: el mtodo Regular

VLE model supone etapas

ideales, los mtodos packed

column mass transfer y Tray

column mass transfer utilizan

un mtodo rigurosos y por ello

hacer clic en OK aparecer

una nueva pantalla para

introducir las caractersticas de

la geometra del equipo.

En la pestaa Specifications

se introducen las expectativas

de diseo o los parmetros deoperacin para el condensador

y el rehervidor.

Los modelos de transferencia

de masa de esta columna

SCDS no deben ser usados con

el mtodo termodinmico de

electrolitos.

salida , las

temperaturas y

presiones.

Genera perfiles

de temperatura y

de las

propiedades

fsicas de las

etapas

sustancias.

Calcula los

calores del

condensador y

del rehervidor.

44


45/76


estacionario)

SHOR Mdulo de

diseo y

evaluacin

de

columnas

con una

alimentaci

n y dos

productos.

1 Entrada, 2

Salidas

Modo 1 (Evaluacin): se

especifica la presin del tope

de la columna y la cada de

presin, el nmero de etapas

ideales, la relacin de reflujo,

se selecciona un componente

liviano (Light key component) y

un componente pesado (Heavy

key component), se especifica

un grado de remocin del

componente pesado. (Esta

columna no debe ser usada

para operaciones con

azetropos). Para CHEMCAD la

etapa N1 es el condensador

(en caso de existir) y el resto

de las etapas son numeradas

de arriba hacia abajo.

Calcula la etapa

de alimentacin,

el nmero

mnimo de

etapas ideales, el

calor del

rehervidor y del

condensador.

Modo 2 (Diseo): se especifica

la presin del tope de la

columna y la cada de presin,

el factor de reflujo sobre reflujo

mnimo, se selecciona un

componente liviano (Light key

component) y un componente

pesado (Heavy key

component), se especifica un

grado de remocin del

componente pesado. (Esta

columna no debe ser usada

para operaciones con

Calcula la etapa

de alimentacin,

el nmero de

etapas, el calor

del rehervidor y

del condensador,

el nmero

mnimo de

etapas.

45


46/76


estacionario)

SREF Modulo de

referencia.

1 Entrada, 1

Salida

Puede ser usado para transferir

informacin de las corrientes

de flujos internos de columnas

o de cualquier corriente del

diagrama de simulacin.

0: Se debe especificar una

corriente de destino pero

invisible para el clculo de la

simulacin.

No realiza ningn

clculo.

1: Se identifica una corriente

del diagrama de proceso comola fuente y una corriente del

diagrama de proceso como

destino (la corriente destino

debe estar conectada a una

flecha de alimentacin, de lo

contrario habr conflictos en la

simulacin). Opcionalmente se

puede especificar el flujo o un

factor para la corriente destino.

Calcula las

propiedades ycondiciones de la

corriente de

destino.

2: SREF debe ser colocado

inmediatamente aguas debajo

de la columna. Se especifica el

nmero de la columna (TPLS,

TOWR, SCDS), el nmero de la

etapa, la fase de la etapa

(lquido o gas) que se desea

obtener, el nmero de la

corriente destino (la corriente

destino debe estar conectada a

una flecha de alimentacin, de

Calcula las

propiedades y

condiciones de la

corriente de

destino.

46


47/76


estacionario)

TOWR Mdulo de

diseo y

evaluacin

de

columnas

con una

alimentaci

n y dos

productos.

1 Entrada, 2

Salidas

En la pestaa General se

especifica el nmero de etapas

ideales, la presin en el tope

de la columna, la cada de

presin, el tipo de condensador

utilizado, y el nmero de la

etapa en que es alimentada

cada corriente. En la pestaa

Specifications se introducen

las expectativas de diseo o

los parmetros de operacin

para el condensador y el

rehervidor.

Calcula el flujo

por de cada

componente en

las corrientes de

salida, las

temperaturas y

presiones.

Genera perfiles

de temperatura y

de las

propiedades

fsicas de las

etapas. Calcula

los calores del

condensador y

del rehervidor.VALV Reduccin

de presin.

1 Entrada, 1

Salida.

Se especifican cualquiera de

las opciones disponibles:

presin de salida*, la cada de

presin*, la temperatura del

punto de burbuja* o de roco*.

Calcula la

presin de la

corriente de

salida.

Opcionalmente se puede

seleccionar el cuadro de

vlvula cerrada.

La corriente de

salida no tendr

flujo de materia

alguno.

TPLS Destilaciny absorcin

Esta unidad tiene un algoritmode convergencia optimizado

Calcula el flujopor de cada





47


48/76


estacionario)

de

fracciones

con equipos

laterales.

1 Entrada, 2

Salidas.

para columnas complejas con

corrientes laterales, equipos de

bombeo, de intercambio de

calor y de destilacin que

trabajan en conjunto con la

unidad fraccionadora principal.

En la pestaa Tower

Configuration se especifican

los equipos principales

conectados y corrientes de

retiro adicionales a las clsicas

del condensador y el del

rehervidor.

En la pestaa Main Column

se especifican el nmero de

etapas, la presin del tope de

la columna y de la cada de

presin, el flujo de vapor (elagua ya debe existir en la lista

de componentes de la

simulacin). Tambin se debe

especificar en qu nmero de

etapa es alimentada cada

corriente. Esta unidad numera

las corrientes de entrada del

tope (#1) hacia la inferior (#

n).

En las pestaas Condenser y

Reboiler, se debe indicar si

existe un condensador y/o

componente en

las corrientes de

salida del posible

decantacin de

agua, las

temperaturas y

presiones.

Genera perfiles

de temperatura y

de las

propiedades

fsicas de las

etapas. Calcula

los calores del

condensador, de

intercambiadores

, pumparounds,

del rehervidor.

48


49/76


estacionario)

rehervidor y de qu tipo es. Se

debe hacer al menos una

especificacin de todas las

posibilidades.

Las pestaas Side Strippers,

Pumparounds, Side

Exchangers, Side Products,

estarn activadas en el caso de

que se haya indicado su

presencia en la pestaa y

aparecern tantas pantallas de

especificaciones como equipos

existan. Para cada equipo, se

debe indicar el nmero de las

etapas involucradas y hacer

una especificacin dentro la

oferta (en caso de existir

corrientes de retiro directas o atravs de despojadores se

debe incluir previamente la

corriente en el diagrama de

simulacin.

Opcionalmente y con el uso de

la pestaa Stage

specifications el usuario

puede dejar libre alguna (s)

especificacin(es) en los

equipos y satisfacer los grados

de libertad haciendo alguna

especificacin en las etapas

49


50/76


estacionario)

(una herramienta muy til para

modelos de destilaciones al

vaco).

En la pestaa Convergence

Parameters se pueden

modificar los puntos iniciales

de las iteraciones y as como

otras variables importantes de

la convergencia como por

ejemplo, el nmero de

iteraciones mximos ( por

defecto la unidad TPLS hace

hasta 40 iteraciones).

Utilizando la pestaa

Estimations se le puede dar

al modelo buenas estimaciones

como punto de partida para las

iteraciones como por ejemplo:temperaturas de algunas

etapas, etc.

50


51/76


estacionario)

Mtodo de Clculo de CHEMCAD

Para aclarar este mtodo, se utilizar un ejemplo (Figura N2) y

posteriormente se analizar la forma en que CHEMCAD trabaja y le

brinda respuestas a su usuario:

Se cuenta con una mezcla de gas, lquido con fases acuosas y orgnicas.

Se desea separar esta mezcla: en gas, fase lquida acuosa y orgnica. Se

propone realizar esta operacin a una temperatura y presin

determinada utilizando un separador de fases. Se requiere resolver el

balance de masa y energa de la operacin. Para ello, se utiliza

CHEMCAD para conocer el grado de separacin factible

termodinmicamente y as resolver el balance de masa y energa. A

continuacin se muestra un diagrama del problema planteado:

Figura N2. Descripcin del problema del ejemplo N1

51


52/76


estacionario)

CHEMCAD resuelve este problema de la siguiente forma:

Toma los datos de la corriente y descarga de la base datos la

informacin necesaria para el clculo de evaporacin instantnea. La

base de datos y el equipo en el diagrama de simulacin alimentan el

modelo termodinmico seleccionado y cuando ste converge, descarga

a las corrientes del equipo los datos de flujos, composicin, presin y

temperatura. La entalpa requerida del equipo es calculada restando la

entalpa final (la suma de las entalpas de las corrientes de salida) de laentalpa de la corriente de entrada al equipo. En la figura N3 se puede

observar grficamente este procedimiento.

52


53/76


estacionario)

Figura N3. Mtodo para resolver el problema ejemplo

Luego el usuario, obtiene los resultados en la interfase grfica

como se muestra a continuacin en la Figura N4 o puede continuar con

el anlisis, modificando el diagrama de proceso, calculando nuevamente

el sistema bajo diferentes condiciones o utilizando cualquier otra

herramienta de clculo de CHEMCAD.

53


54/76


estacionario)

Figura N 4. Resultados del ejemplo de clculo

54


55/76


estacionario)

Clculos de redes de tuberas

en CHEMCAD

Con el uso de las herramientas de redes de tuberas de CHEMCAD

de nodos, vlvulas, tramos de tuberas es posible resolver las incgnitas

de una red de tuberas con fluidos compresibles, incompresibles y

bifsicos.

Una red de tuberas representa el flujo a travs de diferentes

equipos. Si se especifican suficientes variables (flujos y presiones), las

variables desconocidas pueden ser calculadas en CHEMCAD. Para

flujos a travs de equipos, el caudal puede ser calculado como una

funcin de la presin de entrada y salida. Si el usuario puede especificar

dos de las tres variables, la tercera es dependiente. La especificacin de

la presin en algunos puntos de la red de tuberas permite describir el

modelo de simulacin como un sistema de ecuaciones dependendientes.

Los modelos de redes de tuberas en CHEMCAD permiten

encontrar la solucin simultnea de un sistema como el descrito

anteriormente. Si se especifican suficientes variables, el modelo

resolver el modelo de simulacin para encontrar los flujos y presionesdesconocidos del modelo.

Los modelos de redes de tuberas son utilizados para encontrar los

flujos y presiones en una red de equipos conectados. Tpicamente, el

55


56/76


estacionario)

usuario conoce en el diagrama de flujo algunas presiones y caudales

pero no conoce todas las variables del sistema.

Un nodo de presin tiene gran importancia en los modelos de

redes de CHEMCAD porque representa un punto en la rede de tuberas

en el que ocurre un cambio de presin debido a: flujo en una tubera,

flujo a travs de un equipo que cambia la presin (bombas, vlvulas,

etc). Por ello el modelo de redes de tuberas debe contar con nodos de

presin en las entradas y salidas del sistema y depus de cada elemento

de cambio de presin (tuberas, vlvulas, bombas, compresores).

56


57/76


estacionario)

Al intentar hacer una simulacin en la que existen nodos de

presin, CHEMCAD revisa las especificaciones hechas y determina si es

posible hallar una solucin antes de comenzar a iterar. Si es posible,

CHEMCAD comenzar sus procesos iterativos para encontrar la solucin

al sistema de ecuaciones cumpliendo con los lmites impuestos por el

usuario; de lo contrario CHEMCAD mostrar los errores e indicar el

numero de variables especificadas en exceso o el de las faltantes.

Una excelente gua para saber cuntas y en qu unidades de la

red se deben hacer especificaciones es seguir la siguiente regla: Para

toda la red hidrulica se deben hacer tantas especificaciones

como nodos extremos haya, entre las cuales al menos una (01)

debe ser de presin. Si el nodo es interno no se debe hacer

especificacin alguna.

57


58/76


estacionario)

Ejemplo N1

Objetivos:

- Familiarizar al participante en el uso de CHEMCAD como una

calculadora de propiedades fsicas y termodinmicas de sustancias

puras y mezclas.

- Familiarizar al participante en la seleccin de mtodos termodinmicos

apropiados a la aplicacin

Descripcin del Problema:

Se tiene una mezcla de Etanol 12%, Etil acetato 14%, cido actico

6% y agua 68% (porcentajes en peso) a una presin de 3 atm . Para esta

mezcla se desea calcular su propiedades fsicas que sern consideradas

en la toma de decisiones de operaciones de transporte que se

planificarn.

Tareas asignadas (reporte sus respuestas en unidades del sistema

internacional):

58


59/76


estacionario)

- Se desea determinar el punto de burbuja y el punto de roco.

- Se desea conocer las siguientes propiedades de la mezcla: densidad

del lquido, viscosidad del lquido en un punto y un rango de

temperaturas.

- Se desea conocer el punto de los azetropos a 0,5 atm y a 3 atm

Metodologa:

Paso 1: Abra una nueva simulacin y llmela: calculadoradepropiedades

Paso 2: Seleccione las unidades de ingeniera (Use el men Format y

Seleccione Engineering Units) como el sistema internacional.

- Perfiles

- La tecla F6

Paso 3: Seleccione los componentes (use el men Thermophysical y

seleccione la opcin Component List o el botn de la barra de

herramientas.

- Ubicar por frmula, nombre

- Agregar, insertar, borrar

- La tecla F5

Paso 4: Seleccione el mtodo termodinmico (Use el men

ThermoPhysical y seleccione la opcin K-values o el botn en la

barra de herramientas).

Paso 5: Especificar la mezcla (use el comando Select Streams del

men Specifications)

- Las unidades de la corriente

- Grados de libertad

- Entalpa

- Temperatura de roco

59


60/76


estacionario)

- Temperatura de burbuja

Paso 6: Ver y graficar los resultados (use los comandos Plot y

Results).

- Ver las propiedades

- Graficar las propiedades

- Hacer el grfico TPXY (azetropos a 0.5 y 3 atm)

- Descarga a Excel y herramientas grficas

Ejemplo N2

Objetivos:

- Familiarizar al participante en el uso de herramientas de CHEMCAD

como una herramienta til en el balance de masa y energa de

procesos.

- Familiarizar al participante con las operaciones unitarias ficticias

disponibles en CHEMCAD para lograr expectativas de diseo u

operacin.

60


61/76


estacionario)

- Familiarizar al participantes en la generacin de anlisis de sensibilidad

y su utilidad.


Una corriente de gas de 100 a 200 millones de pies cbicos por da a

120 F y 1250 psia debe ser pretratada en una planta endulzadora que

le disminuye su contenido de azufre utilizando una tecnologa de

reactores tipo adsorbedores. Segn las exigencias del proceso de

adsorcin que ofrece el fabricante, la corriente de gas a tratar debe ser

saturada en agua y filtrada en un separador de lquidos para eliminar los

excesos. Segn los anlisis de laboratorio la concentracin de azufre en

el gas agrio es de 3.000 partes por milln. La composicin del gas es la

siguiente:

Sustancia % molar

N2 0.1504

CO2 2.0675

C1 86.3042

C2 7.0074

C4 2.9236

iC4 0.4120nC4 0.7251

iC5 0.1673

nC5 0.1407

nC6 0.0622

nC7 0.0363

nC8 0.0034

100

Tareas asignadas:

- Seleccione el mtodo termodinmico que mejor se ajuste al sistema.- Calcular el contenido de azufre mximo de la corriente en libras/hora

(informacin necesaria para el fabricante).

- Calcular los requerimientos de inyeccin de agua en el rango de flujo

del gas agrio y el flujo y las propiedades de la corriente a alimentar a los

adsorbedores.

61


62/76


estacionario)

- Dimensionar la tubera que debe transportar el gas agrio.

- Dimensionar el filtro de lquidos o separador instantneo.

Metodologa:

Paso 1: Abra una nueva simulacin y llmela: calculadoradepropiedades

Paso 2: Seleccione las unidades de ingeniera (Use el men Format y

Seleccione Engineering Units) como el sistema internacional.

- Perfiles

- La tecla F6

Paso 3: Seleccione los componentes (use el men Thermophysical y

seleccione la opcin Component List o el botn de la barra de

herramientas.

- Ubicar por frmula, nombre

- Agregar, insertar, borrar

- La tecla F5

Paso 4: Seleccione el mtodo termodinmico (Use el men

ThermoPhysical y seleccione la opcin K-values o el botn en la

barra de herramientas).

Paso 5: Hacer el diagrama de simulacin e introducir los datos de la

corriente (use el botn y el comando Select Streams del men

Specifications)

-

Las corrientes de alimentacin- El controlador

- Las operaciones unitarias

- Temperatura de roco

62


63/76


estacionario)

Paso 6: Dimensionar el filtro y las tuberas (use el comando Vessel del

men Sizing)

- Criterios de diseo

- Descarga de los resultados a Word y el anlisis de

sensibilidad

Ejemplo N3

63


64/76


estacionario)

Objetivos:

- Familiarizar al participante en el uso de herramientas de clculos

termodinmicos

- Familiarizar al participante con las herramientas de clculo de

CHEMCAD

- Familiarizar al participantes en la obtencin de reportes de CHEMCAD


Se requiere disear un proceso que logre estabilizar una corriente de gas

natural de composicin, para producir un gas libre de condensables que

no contengan ms de 1% de propano. Los gases condensables deben

tener un punto de roco mximo de 20 F.

Tareas asignadas:

- Seleccione el mtodo termodinmico que mejor se ajuste al sistema

- Determine en qu fase se encuentra la alimentacin a 75 F y 200 psia

- Determine el punto de roco y burbuja de la corriente de gas natural de

alimentacin al proceso, determine el punto de ebullicin normal delmetano.

- Genere un diagrama con todos los puntos de roco y burbuja del gas

natural

- Determine el dimetro de una tubera para transportar el gas natural

- Determine la volatilidad relativa del propano y butano en el rango de

operacin

(-5F- 120 F)

- Dimensione equipos

Gas

Natural

lbmol/h

Nitrgeno 100.19Metano 4505.48Etano 514

64


65/76


estacionario)

Propano 214I-Butano 19.2N-Butano 18.18I-Pentano 26.4

N-Pentano 14N-Hexano 14

65


66/76


estacionario)

Ejemplo N 4Objetivos:

- Familiarizar al participante en la prediccin de propiedades de

corrientes

- Brindar criterios manejo de reciclos y mtodos de convergencia

- El uso del controlador para realizar balances de masa y diseo de

equipos

Descripcin del problema:

66


67/76


estacionario)

Considere el proceso de separacin que se muestra en la figura superior:

Tareas asignadas:

- Compare y discuta los flujos y composiciones de la corriente del tope

para cada uno de los tres casos. Determine el algoritmo de convergencia

ms eficiente para cada caso.

- Modifique el caso 3 para determinar la temperatura necesaria para

obtener 850 lb/h en la corriente del tope.

- Determine la cantidad de agua necesaria para hacer condensar la

corriente del tope, hasta obtener una mezcla 5% lquida.

67


68/76


estacionario)

Ejemplo N5Objetivos:

- Introducir al participante a la caracterizacin de crudos mediante

curvas de destilacin

- Brindar nociones en la simulacin de columnas de destilacin con

equipos laterales

- Familiarizar al participante en la prediccin de propiedades de

corrientes internas de columnas (reciclos, etapas, pumparounds)

68


69/76


estacionario)

- Exportacin de archivos


Cuatro fracciones obtenidas de una columna de destilacin son

caracterizadas. Se desea predecir la gravedad API, viscosidad de la

corriente de reflujo de la columna, la carga trmica del rehervidor

utilizando los siguientes datos tomados en campo:

Corriente 7 Corriente de gases

%Destilado

Temp(F)

API lbmol/day

5 116 58.5 182.550 221 140090 335 59595 355 73.6

Corriente 8 188.3

69

12

1

7

8

9

10

Gas

Naphta

Side Product

Bottom

5

2

3

4

5

Stream No. 2 3 4 5 6

Name COLUMN IN BOTTOM OUT Nafta OUT SIDE OUT GAS OUT

- - Overall - -

Temp F 665.0000 636.8266 120.0000 485.0000 120.0000

Pres psig 20.0000 17.0000 11.0000 15.2750 11.0000

*** Dry Basis ***

- - Overall - -

Degree API 26.1019 15.0872 57.9363 35.4434 145.9369

- - Liquid only - -

Std liq BPSD 25911.6872 29849.3623 8087.7940 10769.0780 0.0000

6

Reflujo


70/76


estacionario)

5 383 34.9 050 504 90.390 622.000

1

11.5

95 658.000

1

11.5

Corriente 95 530 15.550 911.000

1

Vapor

90 1337 1000 lbmol/day95 1472 400F

150 psig

Rangos N puntos100 800.000

1

40

800.0001 1200 201200 1600 20

Corriente 2

Temp F 665.0000

Pres psig 20.0000

Tower Plus Summary

Tower Plus # 5

Configuration:

No. of strippers 0 No. of pumparounds 1

No. of side exchangers 0 No. of side products 2

70


71/76


estacionario)

Main Column:

Colm No. of stgs 10

Press of colm top 12.4000

(psig)

Column press drop psi 4.6000

Bottom steam rate 1000.0000

(lbmol/day)

Steam temperature F 400.0000

Steam pressure psig 150.0000

1st feed stage # 9

Condenser:

Have a condenser (Y/N) ? Y

Condenser type 3

Cond. pressure psig 11.0000

Temperature F 120.0000

Reboiler:

Pumparounds:

Pumparound no. 1

From stage no. 7

To stage no. 6

Vol. flow rate BPSD 1000.0000

Temperature F 175.0000

Side Products:

71


72/76


estacionario)

CHEMCAD 5.1.3 Page 5

Job Name: T-1042 Date: 01/22/2002 Time: 14:35:52

EQUIPMENT SUMMARIES

Side Product no. 1 2

Withdrawal stage 1 7

Total vol. rate BPSD 8091.0000

Tray Specifications:

Tray no. 7

Tray temp F 485.0000

Convergence Parameters:

Initialization flag 1

Ejemplo N6: Un clculo

hidrulico, dos mtodos

Objetivos:

- Familiarizar al participante con los mtodos de clculo de cada de

presin en tuberas tradicionales de los simuladores de procesos.

- Familiarizar al participante con la metodologa del clculo de redes

hidrulicas.

72


73/76


estacionario)


Se desea dimensionar una bomba y la tubera para transportar 500

galones por minuto de un tanque en una montaa hasta otro tanque. El

primer tanque se encuentra a una altura de 10 pies y el tanque destino

est a 200 pies. La tubera ms ajustada a las condiciones econmicas

es de acero comercial y se desea obtener velocidades de flujo entre 12 y

13 pies por segundo.

Metodologa:

Paso 1: Crear el diagrama de simulacin bsico utilizando las

herramientas de un simulador de procesos clsico

- Uso de las corrientes para representar los tanques

- Uso del controlador

Paso 2: Seleccionar los componentes de la simulacin

Paso 3: Introducir los datos de la simulacin

Paso 4: Realizar la simulacin y verificar los resultados

Paso 5: Crear un diagrama de simulacin alterno utilizando los nodos de

presin.

Paso 6: Especificar los nodos usando la regla: Para toda la red hidrulica

se deben hacer tantas especificaciones como nodos extremos haya,

entre las cuales al menos una (01) debe ser de presin. Si el nodo es

interno no se debe hacer especificacin alguna.

Paso 7: Verificar los resultados y compararlos con los anteriores.

73


74/76


estacionario)

Ejemplo N7:

Objetivos:

74


75/76


estacionario)

- Familiarizar al participante con los mtodos de clculo de cada de

presin en tuberas tradicionales de los simuladores de procesos.

- Familiarizar al participante con la metodologa del clculo de redes

hidrulicas.

Descripcin del problema: Una bomba descarga 30 galones por minuto

de agua al sistema de tuberas de dimetro 3/4 mostrado en la

siguiente figura:

Se desea conocer para este sistema: la presin de descarga de la bomba

y el flujo en los ramales de descarga si la cada de presin en el filtro es

de 23 psia.

Metodologa:

Paso 1: Crear el diagrama de simulacin bsico utilizando las

herramientas de un simulador de procesos clsico

- Colocacin de los nodos de presin

- Seleccin de una unidad para la cada de presin

determinada por el filtro.

75


76/76

Chemcad 5 3 4 - Manual

Documents

Transcript of Chemcad 5 3 4 - Manual