INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LA REGIÓN SIERRA

M. en C. Miriam Sánchez De Dios.

Simulación de Operaciones de transferencia de materia y energía en Aspen Hysys.

Expositores: Delesma Díaz Luis.

Medina Balcázar Manuel.Méndez Mejía Brenda Berenice.

Méndez Mendoza Fátima GuadalupeSánchez Rivera Luz Stephanie. Valdivia Félix Luz Del Carmen.

Teapa, Tabasco a 09 de Abril del 2013.

SIMULACIÓN DE EQUIPOS PARA TRANSFERENCIA DE MATERIA.

 

1. Divisor de Flujo (Component Splitter). En este equipo es necesario especificar:

Fracción en la cual la corriente de entrada se divide.

Este equipo puede usarse para simular procesos de separación no estándares que no se encuentran en Hysys.

Aplicación 1. Se desea dividir 226000 lb/h de Amoniaco (-9 F y 225 psig) en dos corrientes una con 30 % y otra con 70 % de la cantidad de masa. Solución: 1.  Adicionar el componente Amoniaco. Crear la lista de componentes: Lista Divisor – ID.

2.  Seleccionamos el paquete Peng Robinson y darle nombre: Divisor – ID.

3.  Exportamos el paquete : Divisor – ID.

4.  Ingresamos al espacio de la simulación (Enter Simulation Environment).

5.  Vamos a la paleta de unidades de equipo y seleccionamos: Component Spliter (divisor de corriente) y hacemos  clic sobre el ícono.

6.  Vamos al espacio de simulación y hacemos clic con lo cual queda seleccionada esta unidad de equipo.

7. Definimos las corrientes de entrada y salida, para lo cual hacemos doble clic en la unidad de operación.

Clic en Connections y nombramos a la unidad como Divisor-1 y a las corrientes Alimentación, Salida-1 y Salida-2.

Observamos que estos nombres aparecen en las corrientes del diagrama de flujo en el espacio de la simulación.

8.  Especificar la corriente alimentación con la siguiente información:

Especificación

Cantidad

Temperatura -9 F

Presión 225 Psig

Flujo másico 226000 lb/h

Fracción molar

1

Al especificar lo anterior, vamos a Conditions y vemos que la barra inferior ha cambiado a verde y se han completado los parámetros que faltaban.

Si hay otras alimentaciones podemos hacer clic en Define from Other Stream para especificarlas.

Al volver al Diagrama de Flujo, la corriente Alimentación ha cambiado a color Azul lo cual indica que ha sido especificada completamente.

9. Especificaciones de parámetros de operación del equipo: Doble clic en el equipo y en la pagina de parámetros seleccionar Equal Temperatures.

El programa nos indica que no se ha definido la fracción dividida.

Para especificar la fracción dividida por lo que pasamos a Splits y especificamos 0.3 Para la Salida-1 y 0.7 para la Salida-2.

Pero aún falta especificar otro parámetro y este puede ser la presión.

En Parameters y especificamos la presión en cada corriente de salida de 225 psig.

Como este valor es igual al de la alimentación también se logran los mismos valores empleando el radio botón Equalize All Stream Pressures.

La barra verde indica que se han especificado todos los parámetros para la unidad. Los resultados lo podemos ver en la etiqueta Worksheet.

Y volviendo al PDF vemos todas las corrientes de Azul.

Manipulando el Diagrama de Flujo:

Hysys permite al usuario ver las propiedades y tablas e imprimir información para el PFD, operaciones unitarias y corrientes.

1.  Para el PFD, clic derecho del mouse y seleccionar Add Workbook Table

Aparece la ventana para seleccionar lo que deseamos mostrar:

Al hacer clic en Select aparece una tabla con los valores seleccionados.

También se puede mostrar la información de forma individual para cada corriente.

Seleccionar la corriente, hacer clic derecho y hacer clic en Show Table.

Y aparece la tabla adjunta para la corriente seleccionada.

Este mismo procedimiento lo podemos usar para mostrar información de la Unidades de Proceso.

5.2  Mezclador (Mixer).

El Mezclador combina varias corrientes de materia de entrada para producir una corriente de salida.

Calcula rigurosamente las temperaturas, entalpías, presión, composición que no se conocen.

Calcula la temperatura teniendo en cuenta el calor de mezclado.

Aplicación 2. Se desean mezclar tres corrientes para encontrar la composición de la corriente mezclada.

Solución:

1. Adicionar la lista de componentes: Benceno, Tolueno y Xileno.

2. Seleccionar Peng Robinson como Fluid package Mezclador-1

3. Insertar en el PFD un mezclador:

4. Dar nombre a las corrientes de entrada y salida.

5. Si deseamos podemos aumentar o disminuir el tamaño de las unidades y la corrientes con la opción Size Mode.

6. Especificamos las corrientes de alimentación.

Todas las corrientes de alimentación están a temperatura ambiente (25 oC) y presión atmosférica (1 atm).

Las composiciones están en Flujo molar (Kmol/h) y son:

Componentes

Corriente benceno

Corriente Tolueno

Corriente Xileno

Benceno 10 20 30

Tolueno 0.5 1 1.5

Xileno 0.25 0.5 0.75

5.4  DESTILACIÓN FLASH (SEPARATOR).

La operación de Separación (Separator) permite varias entradas y produce una corriente de vapor y una de líquido con diferentes concentraciones.

En estas unidades también se llevan a cabo reacciones.

Aplicación 3.

1 kmol/hr de una corriente que contiene:

a) Benceno (40 mol%).b) Toluene (30 mol%).c) O-xylene (30 mol%).

Ingresa a una unidad  flash a 373 K y 1 atm.

Seleccione el paquete termodinámico.

A continuación se introducen las corrientes de entrada y salida del separador.

Una vez se especifican las composiciones, P, T y Flujo molar de la corriente de alimentación se especifica completamente el separador.

Además de calcular las condiciones de salida, además se dimensiona el equipo. Observe que se puede seleccionar 3 tipos de separadores.

Los Separadores de 3 Fases permiten varias alimentaciones y producen una salida de vapor y dos de líquido, una fase pesada y una liviana. Esta corriente tiene un ícono diferente en la barra de objetos.

Si se elije la opción Separador de 3 fases se requiere insertar una nueva corriente para que se especifique toda la unidad.

Los Separadores permiten varias alimentaciones y produce una salida de vapor y una líquida en equilibrio.

Los Tanques permiten varias alimentaciones y producen una salida de vapor y una líquida en equilibrio.

Si se elije la opción tank no se requieren nuevas especificaciones.

Además de calcular las condiciones de salida, se dimensiona el equipo.

Dimensionamiento Básico.

Se debe especificar la orientación del separador: Horizontal o vertical en la pestaña Rating.

Seleccionar la geometría del contenedor:

Dependiendo de la orientación seleccionada algunas de las geometrías no estarán disponibles. Los contenedores Ellipsoidal and Hemispherical cylinder solo están disponibles para la orientación horizontal.

Especificar algunas de las siguientes medidas: Volumen, Diámetro, o Altura (la longitud se emplea cuando la orientación del tanque es horizontal).

O use el botón Quick Size que establece valores predeterminados.

En la opción de dimensionamiento se pueden ingresar los datos, con la opción Quick Size se obtiene la estimación.

Seleccione según el caso si el contenedor tiene un desnebulizador.

Se debe especificar el diámetro y altura del Desnebulizador.

O se puede calcular con el botón Quick Size que por defecto:

Calcula la altura del desnebulizador como 1/3 de la altura del tanque.

Calcula el diámetro del desnebulizador como 1/3 del diámetro del tanque.

Active el botón Weir para adicionar un Weir al tanque. Esta opción solo está disponible para la geometría Flat cylinder.

En la pestaña Rating en la página C. Over Setup. Allí puede seleccionar el tipo de Carry Over Model.

Carry Over Model se refiere a las condiciones en las cuales el líquido entra en la fase vapor o el vapor entra en la fase líquida. Esto es causado por la turbulencia que causa la corriente de entrada al contenedor.

En Hysys se puede modelar este efecto especificando la fracción de la corriente de entrada o de salida, o empleando la correlación disponible.

En la página C. Over Setup se pueden escoger seis tipos de modelos de flujo en la alimentación o productos: Light liquid in gas, Heavy liquid in gas, Gas in light liquid, Heavy liquid in light liquid, Gas in heavy liquid, Light liquid in heavy liquid.

Notas:

Si sólo se especifica el volumen cilíndrico total, la relación L/D es por defecto 3:2.

La altura del líquido en un tanque cilíndrico vertical se relaciona linealmente con el volumen del líquido.

No hay una relación lineal en el caso de tanques esféricos y cilíndricos horizontales.

En el área Liquid Level, especifique el nivel del líquido como un porcentaje del volumen total del contenedor. El valor predeterminado es 50%.

El volumen de liquido se calcula el producto del volumen del tanque y la fracción de nivel de líquido.

Para adjuntar una corriente de energía a uno de estos equipos se debe presionar Crtl y acercar el puntero al equipo en el cuadro rojo y arrastrar.

Si se adjunta una corriente de energía a un Separador, separador de tres fases o tanque: seleccionar si es calentamiento o enfriamiento. Si conoce este valor especifíquelo en Duty field.