descripcion de las herramientas que podemos encontrar en la paleta de hysys
Se explica los tipos de reacciones y reactores manejados por HYSYS, los grados de libertad requeridos segun el tipo de reaccion y reactor y se ejemplifica.
clases de macro recopilación
Descripción completa
Descripción: Simulacion con HYSYS para sistemas de refrigeracion
PRÁCTICA DE DISEÑO DE PROCESOS 2 ADRIANA ARISTIZÁBAL
OPTIMIZER Hysys tiene un optimizador multivariable de estado estacionario estacionario llamado llama do OPTIMIZER. Una vez se lleva a cabo la simulación y converge a una solución se puede utilizar el Optimizer para encontrar las condiciones de operación que minimizan o maximizan una Función Objetivo (Objective Function). Hysys tiene un amplio rango de variables de proceso para realizar realizar un estudio de optimización. El Optimizer tiene su propia hoja de cálculo para definir la Función Objetivo y las expresiones de las restricciones de igualdad y desigualdad.
OPTIMIZER Hysys tiene un optimizador multivariable de estado estacionario estacionario llamado llama do OPTIMIZER. Una vez se lleva a cabo la simulación y converge a una solución se puede utilizar el Optimizer para encontrar las condiciones de operación que minimizan o maximizan una Función Objetivo (Objective Function). Hysys tiene un amplio rango de variables de proceso para realizar realizar un estudio de optimización. El Optimizer tiene su propia hoja de cálculo para definir la Función Objetivo y las expresiones de las restricciones de igualdad y desigualdad.
La siguiente terminología es utilizada para describir el Optimizer: Primary Variables: Estas son variables importadas desde la simulación cuyos valores son manipuladas para minimizar (o maximizar) la Función Objetivo. Se deben fijar los límites máximos y mínimos para todas las variables primarias, que son usadas para normalizar y para fijar el rango de evaluación. quiere minimizar o Objective Function: esta es la función que quiere maximizar. Para describir esta función hay gran flexibilidad ya que se pueden importar a la hoja de cálculo del Optimizer. Optimizer. Constraint Functions: Restricciones de igualdad e inegualdad pueden ser definidas en la hoja de cálculo de Optimizer. Optimizer.
Ejercicio: En este ejemplo se simulará una columna de destilación simple para separar Tetrahidrofurano (THF) de Tolueno. El objetivo de este ejercicio es seleccionar las especificaciones del producto para maximizar las ganancias. Para esto se utilizará la herramienta Optimizer disponible en Hysys para hallar las condiciones de operaciones óptimas.
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Para esta simulación se empleará el paquete termodinámico Wilson Los componentes son Tolueno y Tetrahidrofurano. En los coeficientes binarios, calcule solo los que se desconocen.
Las especificaciones alimentación son:
de
la
corriente
de
Inserte una columna de destilación con las siguientes especificaciones: Especificaciones de la columna
Valor
No de etapas
10
Plato de alimentación
5
Tipo de condensador
Total
Pesado clave
Tolueno
Liviano Clave
THF
Caída de presión en condensador y rehervidor
0 kPa
Presión en condensador
103
Presión en rehervidor
107 kPa
Presión en condensador
103 kPa
Reflux ratio Rata de destilado
2 (estimate) 1500 kg/h (estimate)
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La simulación debe tener el siguiente PFD
Realice las siguientes especificaciones extras a la columna de destilación:
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Se quiere especificar una composición molar de 0.9828 de tolueno en los fondos y 0.9629 de THF en la cima
Una vez se introducen estas nuevas especificaciones se deben activar ambas en la torre.
Mientras que la rata de reflujo y la rata de destilado se deben especificar como estimaciones y no ser activadas.
Para trabajar de forma óptima se debe modificar la tolerancia del solver de la columna. Para que una columna se considere resuelta deben cumplirse : •
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The Equilibrium Error Tolerance The Heat/Spec Error Tolerance
En este caso fijaremos ambas en 1e-6. Note que esto incrementará el tiempo en resolver la torre.
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Especificación de las tolerancias:
Para la columna de este ejemplo la función objetivo es la Función de Ganancia neta, la cual se quire maximizar. La función de costos en este caso depende de los costos operativos asociados a los servicios industriales del rehervidor y el condensador de la columna de destilación y de las ventas de los productos y de los costos de la alimentación.
Para acceder al Optimizer presionar F5 o en el Menú principal en la pestaña Simulation se encuentra la opción Optimizer.
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El siguiente es el sistema a optimizar:
En la pestaña Variables del Optimizer se definen las variables a ajutar (Primarias) es decir las que se van a usar en la optimización.
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En este caso las variables primarias son la pureza de los productos (THF y Tolueno). Presione el botón Add para adicionar esta variable.
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Seleccione la variable primaria pureza pureza de THF en la siguiente ventana:
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Fije el límite superior en 0.99 y el inferior en 0.9.
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Adicione la segunda variable y fije los mismo límites que para la anterior
DEFINIENDO LA HOJA DE CÁLCULO El Optimizer tiene su propia hoja de calculo para definir las funciones objetivo y límites. Allí las variables primarias deben importarse y las funciones deben definirse. Esta hoja de calculo tiene las mismas capacidades que la Spreadsheet antes vista.
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Presione el boton Spreadsheet para abrir este visor
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Diríjase a la pestaña Spreadsheet
IMPORTANDO Y EXPORTANDO VARIABLES En esta Spreadsheet se puede importar casi cualquier variable de la simulación y se puede exportar los valores de las celdas a la simulación. En este caso se importaran las variables para calcular la función de costos.
Importe las siguientes variable: •
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•
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Qcondensador Qrehervidor Flujo másico de la corriente THF Fracción másica de THF en la corriente THF. Fracción másica de tolueno en la corriente Tolueno. Flujo másico de la corriente tolueno Flujo másico de la alimentación La especificación de pureza de tolueno y THF de la torre.
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Debe quedar la siguiente lista:
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Adicione las siguientes constantes en la hoja de cálculo: Variable
Valor
Costo de enfriamiento
0.471 $/kJ
Costo de calentamiento
0.737 $/kJ
Costo de la alimentación
0.05 $/kg
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Inserte las ecuaciones del precio de los productos:
Note que el precio de los producto decrece si las impurezas aumentan
La función objetivo es:
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Complete la siguiente tabla: Caso Base (SI) TH flujo másico Pureza de THF Flujo másico de Tolueno Pureza de tolueno Qcond Qrehervidor Ganancia
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Regrese al optimizer a la pestaña Functions:
En esta pestaña Function hay dos grupos: Funcion objetivo y funciones límite.
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En la parte de la función objetivo de debe especificar la celda en la que se encuentra esta en la hoja de cálculo y se debe especificar si se quiere maximiza o minimizar la función objetivo. En este caso la función objetivo es esta en la celda E2 de la hoja de cálculo y se quiere maximizar las ganancias. En este caso no hay restricciones.
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La pestaña Parameters es utilizada para seleccionar el esquema de optimización:
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Hay varios esquemas de optimización:
ESQUEMAS DE OPTIMIZACIÓN •
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BOX: acepta condiciones de desigualdades pero no igualdades. Generalmente requiere gran cantidad de iteraciones para converger a una solución. SQP (sequencial quadratic programming): resuelve condiciones de frontera que sean desigualdades e igualdades. Muchos lo consideran el método más eficiente de minimización.
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Mixed: solo resuelve condiciones límites que sean desigualdades. Este es una combinación de los métodos BOX y SQP. Este inicia la minimización con el método Box usando una convergencia alta y luego utiliza el método SQP para localizar la solución final. Fletcher Reeves: no maneja condiciones límites. Es un método esficiente para una minimización general.
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Quasi-Newton: no maneja condiciones límites. Es un método similar al Fletcher Reeves.
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En este caso se usara el esquema Mixed y los valores de tolerancia y numero de iteraciones que aparecen por defecto
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En la pestaña Monitor se muestran los valores de la función objetivo y de las variables primarias durante los cálculos del Optimizer. Allí presiones Start
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Resultados de las iteraciones:
En esta ventana se selecciona alguno de los siguientes modelos de datos del optimizer: Original, Hyprotech SQP, MDC Optim, MDC DataRecon or Selection Optimization.
ANÁLISIS DE RESULTADOS Cuáles son los valores óptimos? Complete la siguiente tabla •
Caso Base TH flujo másico Pureza de THF Flujo másico de Tolueno Pureza de tolueno Qcond Qrehervidor Ganancia
Caso óptimo
NOTA •
Recuerde que las variables utilizadas en las hoja de cálculo tienen unidades por lo tanto las ecuaciones que utilice deben ser consistentes y deben incluir los factores de cambio de unidades.
SEGUNDA PARTE •
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Ahora introduciremos una restricción en el flujo volumétrico de líquido de la corriente THF y se estudiará como afecta los resultados, la ganancia económica y la pureza de los productos. Para esto el caso debe tener las condiciones antes de la optimización
1. Dirijase a la torre de destilación 2. En la pestaña Design en la página Monitor entre el valor inicial de 0.95 para las especificaciones de pureza de THF y Tolueno. 3. Corra nuevamente la torre con el botón Run.
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RESTRICCIÓN: En este caso el flujo de líquido no debe exceder 1.85 m3/h. Primero debe importarse el flujo de líquido de THF a la hoja de cálculo y debe escribirse el valor límite también en una celda. Recuerde escribir los comentarios en la celdas para facilitar el entendimiento de las mismas.
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En la hoja de cálculo del optimizer importe el flujo volumétrico de la corrinete THF
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y en una celda de la hoja de cálculo del optimizer escriba la restricción:
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1.En la pestaña Function del Optimizer presione el botón Add
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Asigne las celdas de referencia de la variable restricción (liquid flow) y la restricción:
Donde: •
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LHS Cell: celda en la cual se encuentra la variable a restringir. Cond: es el condicional donde se especifica la relacin entre LHS Cell y RHS Cell (mayor, menor o igual). RHS Cell: celda en la cual se encuentra el valor o función de la restricción.
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Dirijase a la pestáña Monitor y presione Start:
NOTA •
Los valores de las restricciones son positivos si la inecuación es satisfecha mientras que es negativo si no están satisfechas.
