HYSYS 8.4 (2016) TEMA 3 ASPEN HYSYS Es una herramienta de modelado para el diseño conceptual, la optimización, planificación empresarial, gestión de activos y la supervisión del rendimiento p ara la producción de petróleo y gas, procesamiento de gas, refinación de petróleo, y las industrias de separación de aire. Aspen HYSYS es un elemento central de aspenONE AspenTech ® aplicaciones de ingeniería. Ver: Welcome to Aspen HYSYS HYSYS, fue desarrollada por la empresa Hyprotech, la cual tiene versiones anteriores en esta empresa como Hysys v3.0 y v3.2 y desde el año 2004 compra la empresa Aspen Tech, que desde ahí se denomina denomin a “Aspen HYSYS”, la cual las versiones, características y compatibilidades son las siguientes:
Versiones de Aspen Hysys
Fecha de Lanzamiento
2000.5
Sistemas operativos compatibles
Versiones compatibles con oficce
200. XP, vista
2003, 2007
V7.0
Sep. 2008
XP, Vista
2003, 2007
V7.1
Feb. 2009
XP, Vista
2003, 2007
V7.2
Jul. 2010
XP, Vista
2003, 2007
V7.3
Nov. 2011
XP, Vista, Win.
2003, 2007,
V8.0
V8.2
V8.3
V8.4
V8.6
V8.8
7x32, Win. 7x64
2010
Dic. 2012
XP, Win. 7x32, Win. 7x64
2007, 2010
May. 2013
XP, Win. 7x32, Win. 7x64
2007, 2010
Ag. 2013
XP, Win. 7x32, Win. 7x64
2007, 2010
Nov. 2013
Win. 7 y 8. x32, x64, Win.
2010, 2013
May. 2014
Win. 7x32, Win 7x64, Win 8x64
2010, 2013
May. 2015
WIN 7x32, WIN 7x64, WIN 8x64
2010, 2013
Aspen HYSYS® es una herramienta de simulación d e procesos muy poderosa, ha sido específicamente creada teniendo en cuenta lo siguiente: arquitectura de programa, diseño de interfase, capacidades ingenieriles, y operación interactiva. Este software permite simulaciones tanto en estado estacionario como estacionario como en estado transitorio (dinámico). Los variados componentes que comprende Aspen HYSYS® proveen un enfoque extremadamente poderoso del modelado en estado estacionario. Sus operaciones y propiedades permiten modelar una amplia gama de procesos con confianza. Para comprender el éxito de Aspen HYSYS® no se necesita mirar más allá de su fuerte base termodinámica. Sus paquetes de propiedades llevan a la presentación de un modelo más realista. realista. En los últimos años, este programa ha sido ampliamente usado en la industria para: investigación, desarrollo, simulación y diseño. Aspen HYSYS® sirve como plataforma ingenieril para modelar procesos como: procesamiento como: procesamiento de gases, instalaciones criogénicas, procesos químicos y de refinación, etc. También ha sido utilizado en universidades en
V8.0
V8.2
V8.3
V8.4
V8.6
V8.8
7x32, Win. 7x64
2010
Dic. 2012
XP, Win. 7x32, Win. 7x64
2007, 2010
May. 2013
XP, Win. 7x32, Win. 7x64
2007, 2010
Ag. 2013
XP, Win. 7x32, Win. 7x64
2007, 2010
Nov. 2013
Win. 7 y 8. x32, x64, Win.
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May. 2014
Win. 7x32, Win 7x64, Win 8x64
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May. 2015
WIN 7x32, WIN 7x64, WIN 8x64
2010, 2013
Aspen HYSYS® es una herramienta de simulación d e procesos muy poderosa, ha sido específicamente creada teniendo en cuenta lo siguiente: arquitectura de programa, diseño de interfase, capacidades ingenieriles, y operación interactiva. Este software permite simulaciones tanto en estado estacionario como estacionario como en estado transitorio (dinámico). Los variados componentes que comprende Aspen HYSYS® proveen un enfoque extremadamente poderoso del modelado en estado estacionario. Sus operaciones y propiedades permiten modelar una amplia gama de procesos con confianza. Para comprender el éxito de Aspen HYSYS® no se necesita mirar más allá de su fuerte base termodinámica. Sus paquetes de propiedades llevan a la presentación de un modelo más realista. realista. En los últimos años, este programa ha sido ampliamente usado en la industria para: investigación, desarrollo, simulación y diseño. Aspen HYSYS® sirve como plataforma ingenieril para modelar procesos como: procesamiento como: procesamiento de gases, instalaciones criogénicas, procesos químicos y de refinación, etc. También ha sido utilizado en universidades en
cursos introductorios y avanzados, especialmente en ingeniería química, Petróleo y petroquímica. petroquímica. Dentro de sus principales funciones tenemos: •
Generacion de tablas y graficas
•
Análisis de sensibilidad y casos de estudio
•
Dimensionamiento de equipos
•
Ajuste de datos experimentales
•
Analisis de componentes puros y propiedades de mezcla
•
Optimizacion de procesos
•
Estimacion y regresión de propiedades fisioquímicas
•
Analisis dinamico de procesos
Partes Partes de de A spe spen H Y SY S v8.4 v8.4 Las versiones 8 de Aspen Hysys dividen en los siguientes tipos de análisis, una corrida. 1. Properties (Propiedades) •
Definir componentes (Puros e hipotéticos)
•
Método físico (Ecuaciones de estados y modelos físicos)
•
Datos de ensayo d destilación
•
Definir reacciones
2. Simulation (Simulación) •
Configurar unidades
•
Corrientes (Materia y energía)
•
Modelos de operaciones unitarias
•
Análisis
3. Safety Analysis (Análisis de seguridad)
•
Análisis de sistemas de venteo
4. Energy Analysis (Análisis de energía) •
Análisis de consumo de energía
Procedimiento de la simulación en Aspen HYSYS Pasos para la simulación Los pasos de la simulación en Aspen HYSYS, se pueden dividir en 5 pasos sencillos, de forma general, pero cabe destacar que en Aspen HYSYS hay más de una forma de ingresos de datos, para este tutorial usaremos los siguientes pasos: 1. Definir los componentes. Este es el primer paso importante, cuando abrimos el programa de simulación de HYSYS. En esta opción hay varias formas de ingreso de componentes tales como: forma tradicional (se escoge una de la librería de HYSYS), Hipotéticas (es donde se crea un componentes hipotético la cual no existe en la base de datos), componentes de petróleo y entre otros. 2. Selección del método termodinámico. Se debe seleccionar el modelo termodinámico adecuado, para cada tipo de proceso o componentes seleccionados donde existen más de 32 correlaciones de propiedades en HYSYS, para su correcto uso. Los dos pasos anteriores son pasos previos para entra al e ntorno de simulación de HYSYS, de no introducir estas dos propiedades, el programa no deja acceder al entorne de simulación, para armar el PFD (Diagrama Flujo de Proceso). 3. Comprobar el sistema de unidades. Este paso es el tres, la cual se puede realizar antes de entrar al entorno o dentro del entorno, no afecta en los resultados, pero si es importante ya que dependiendo de los datos que tenga convierto las unidades para armar el PFD. Existen tres tipos de sistemas de medida: Internacional, Ingle, Métrico; por otro lado también se puede armar el sistema de unidades que deseemos clonando. 4. Suministro de datos del fluido. Ya estando en el entorno de simulación, los primeros que se hace en HYSYS es introducir las corrientes de materia de alimentación e introducir tres parámetros, con las que se tendrá todas las propiedades de la corriente de alimentación. 5. Proporcionar condiciones de procesos y ver los resultados. Después del paso anterior, solo debemos introducir los equipos, conectarlas con las corrientes de entradas y salida, luego especificar los parámetros con las que trabaja el equipo, e inmediatamente muestra
resultados, desde donde podemos analizar el comportamiento inmediatamente, repetir este paso, hasta introducir todos los equipos que se tiene en el PFD de la simulación a realizar.
SELECCIÓN DEL METODO TD El modelo termodinámico también llamado paquete de propiedades o paquete de fluidos, debido a que estas ecuaciones son empleadas para la determinación de sus propiedades físicas de los componentes. Con el objetivo de realizar una selección adecuada y responsable se han publicado numerosos artículos y libros, una de las mas reconocidas ha sido desarrollado por un Ingeniero de Aspen, Eric Carlson que resume en algoritmos que se muestran a continuación. En la fig. 3.1 se muestra el primer criterio a tomar en cuenta para la selección del modelo termodinámico. La polaridad es un aspecto importante debido a que determina el tipo de interaccion molecular que pueden tener los diferentes sustancias. Se deduce también que si la polaridad es alta la interaccion es alta. La ruta polar debe ser seleccionado, incluso si sólo uno de los componentes es polar. El segundo parámetro tenido en cuenta depende de la primera; que significa, que la mezcla es polar (o por lo menos uno de los componentes) tiene que ser considerado si la sustancia no es una electrolito. Este parámetro es relevante porque las mez clas se componen de electrolitos de iones obtenidos a partir de sales. Su comportamiento genera la necesidad de incorporar rutinas de cálculo en equilibrio iónico, cuando están disponibles. Son varias las aplicaciones de este tipo de mezclas; como ser lavados, neutralizaciones, producción de ácido s y presipitaciones de sales. Para sustancias no polares, la existencia de pseudocomponentes es considerada. Estos son empleados en mezclas no polares complejas como en el caso del petroleo en el cual algunos componentes no son iditenficados y son representados por propiedades conocidas como el punto de ebullición. Las propiedades de estos pseudocomponentes son obtenidos como un promedio de sus componentes.
FIG 3.1
En la Fig. 3.2 se presenta el árbol de selección para una mezcla polar no eletrolitica.
FIGURA 3.2
En la fig 3.3 se muestra un árbol de desiciones adecuado a parametros en presencia de polímeros en la simulación.
En general, se mencionan cinco tareas principales de la debida representación de la propiedades físicas: 1. Seleccionar un método adecuado de propiedades físicas adecuado 2. Validar las propiedades físicas 3. Describir correctamente los componentes que no están presentes en la base de datos y la parámetros que faltan. 4. Obtener y utilizar datos experimentales 5. Estimación de cualquier parámetro que falta Estos procesos pueden no ser secuenciales.
Introducción al entorno de Aspen HYSYS Abrir Sesión Abra Aspen HYSYS haciendo clic en INICIO>Todos los Programas>Aspen Tech>Process modeling v8.4 >Aspen HYSYS> Aspen HYSYS. La primera vez que usted ejecute Aspen HYSYS aparecerá en su pantalla la ventana de inicio del programa. Por favor maximice esta ventana dando un clic sobre el botón Maximize en la esquina superior derecha de la ventana HYSYS, y Se verá lo siguiente: La línea del tope es llamada Barra de títulos. Contiene el logotipo Aspen HYSYS y nombre en el lado izquierdo, y los botones Minimizar, Restaurar, y Cerrar en el lado derecho. La siguiente línea es llamada la Barra de menús. Esta barra contiene las órdenes del más alto nivel para Aspen HYSYS v8.4. Son:
EJEMPLO 1 Teniendo los conceptos de la aplicabilidad de la ventana de Properties, adjuntar las siguientes condiciones dadas a continuación:
Componentes: •
Metano
•
Etano
•
Agua
• Nitrógeno •
MEA (Meamine)
Paquete termodinámico •
UNIQUAC - PR
Componente hipotético •
C3+, Con un NBP 20 ºF (Punto de Ebullición Normal)
CALCULO DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS CON HYSYS EJEMPLO 2 Punto de burbuja Find the bubble-point temperature for a mixture of 35 mol% n-hexane, 30% n-heptane, 25% n-octane, and 10% n-nonane at 1.5 atm total pressure.
Procedimiento • New case in Hysys, •
add all components involved in the mixture,
•
select Antoine as the fluid package, and
•
then enter the simulation environment.
•
Configurar unidades
•
Click on stream in the object pallet,
•
then click on any place in the PFD,
•
colocar las fracciones molares especificadas en el problema
•
double click on the stream and enter molar compositions of each component. In the conditions page set the vapor/phase fraction = 0;
•
the calculated temperature (which is the boiling po int temperature at the given pressure 1.5 atm) is 105.5°C .
R.- Temperatura de burbuja 105.5°C .
EJEMPLO 3 Cálculo del punto de rocio Find the dew-point temperature for a mixture of 35 mol% n-hexane, 30% n-heptane, 25% n-octane, and 10% n-nonane at 1.5 atm total pressure.
•
Seguir el mismo procedimiento del anterior ejercicio hasta el pu nto (h)
•
Double click on the stream and enter molar compositions of each component. In the conditions page set the vapor/phase fraction = 1;
•
the calculated temperature (which is the dew point temperature at the given pressure 1.5 atm).
R.- ?
Presion de vapor de una mezcla de gases Para el ejercicio anterior, calcular la presión de vapor de los componentes puros y de la mezcla a 130 °C. Pv C6 = •
Colocar en composicion fraccion hexane = 1
•
En propiedades vapor/phase fraction = 0
•
Temperatura = 130 °C
•
Observar P
Pv C7 Pv C8 Pv C9 Pv mezcla =
ECUACIONES DE ESTADO Volumen específico molar EJERCICIO 4 Estimate the specific molar volume of n-hexane at 1 atm and 25°C. •
Emplear la ecuacion pengo robinson
•
Calcular V = 0.1312
PROPIEDADES FISICAS Densidad de una mezcla líquida EJERCICIO 5 The density of 50 wt% H2SO4 in water at 25°C and 1 atm is 1.39 g/cm3. Estimate the density of the liquid mixture using the following densities of pure H2SO4 and water, and compare it with the experimentally obtained value. Density of H2SO4 at 25°C = 1.834 g/cm3 Density of H2O at 25°C = 0.998 g/cm3 •
Seleccionar como paquete TD PRSV
•
Asumir un flujo de 1 kmol/h
R.-
TRABAJO EN CLASE 2 1. Dew Point Calculation Find the dew-point temperature for a mixture of 45 mol% n-hexane, 30% n-heptane, 15% n-octane, and 10% n-nonane at 2 atm total pressure.
2. Bubble-Point Calculation Find the bubble-point temperature for a mixture of 45 mol% n-hexane, 30% n-heptane, 15% n-octane, and 10% n-nonane at 5 atm total pressure.
3. Vapor Pressure of Gas Mixture Find the vapor pressure for the binary mixture of 50 mol% n-hexane and 50% n-heptane at 120°C.
4. Vapor Pressure of Gas Mixture Find the vapor pressure for the pure components and for the mixture of 35 mol% n-hexane, 30% n-heptane, and 35% n-octane at 150°C.
EJERCICIO 6 FUIDOS EN TUBERÍAS Water is flowing in a 10-m horizontal smooth (lisa) pipe at 4 m/s and 25°C. The density of water is 1000 kg/m3 and the viscosity of water is 0.001 kg/m s. The pipe is Schedule 40, 1 in. nominal diameter (2.66 cm ID). Water inlet pressure is 2 atm. Calculate pressure drop in the pipe using hand calculations and compare the results with those obtained using Hysys. R.- Calculo manual 52.93 kPa •
Start a new case in Hysys and use the SI units, from the Tools menu, Preferences, and then Variables. Choose water as the component flowing in the pipe, and ASME STEAM as Property packages and click Enter the simulation Environment.
•
Select a material stream by double clicking on the blue arrow from the top of the object palette and fill in the stream Name: Inlet.
•
Specify the volumetric feed rate, Q, based on the velocity of 4 m/s, and the inner pipe diameter of 0.0266 m caudal volumetrico 8.03 m3/h
•
Enter values for feed pressure, temperature, and volumetric flow rate. In the composition menu, enter the mole fraction as 1 for water.
•
Add the pipe segment by double clicking on the pipe segment in the object palette. Click on the Rating tab and then on Add Segment. The pipe length is 10 m; specify the Pipe Material as “smooth” by choosing this v alue from the drop-down list .
•
Click on View Segment and select Schedule 40. Then click on the nominal diameter entry and select 1 in. diameter. To choose one of the options, click on 25.4 mm (1 in.) and select Specify.
•
Double click on the product stream and enter 25°C for the temperature of the product stream (isothermal operation).
•
To display the stream summary table below the PFD in the PFD area, click on the Workbook icon in the toolbar.
•
While on the Design page, click on the parameters; the Hysys calculated pressure drop is 51.69 kPa
•
Pressure Drop of Natural Gas in Horizontal Pipe
EJERCICIO 7 Natural gas contains 85 mol% methane and 15 mol% carbon dioxide (density, = 2.879 kg/m3 and the viscosity, μ = 1.2 × 10−5 kg/m s) is pumped through a horizontal Schedule 40; 6-in.-diameter cast-iron pipe at a mass flow rate of 363 kg/h. If the pressure at the pipe inlet is 3.45 bars and 25°C, the pipe length is 20 km downstream, assume incompressible flow. Calculate the pressure drop across the pipe.
EJERCICIO 8 Water at 2 atm and 25°C is flowing in a horizontal 10 m mild steel pipe; the pressure drop in the pipe is equal to 118 kPa. The pipe is Schedule 40 and has 1 in. nominal diameter (1.049 in. or 0.0266 m ID). Calculate the water inlet water velocity and liquid v olumetric flow rate. Select a new case in Hysys. For components, select water; and for fluid package, select ASME steam. Enter the simulation environment. Select the pipe segment from the object palette. Specify the feed stream conditions, stream composition, and product stream te mperature. Click on the Rating tab. While on the rating page, click on Append Segment and enter the pipe specification. While on the pipe Design page, click on Parameters, and enter the pressure drop Delta P as 118 kPa. “The pressure drop is greater than 10%” is only a warning and can be ignored . To view the velocity; click on the Performance tab, t hen click on View Profile. The Hysys calculated velocity is 5.13 m/s. The volumetric flow rate = velocity × pipe cross section
EJERCICIO 9 Effect of Liquid Flow Rate on Pressure Drop Water is flowing in a pipeline at 20°C. The pipeline which is 6 in. nominal diameter, Schedule 40 commercial steel pipe (length, L = 1500 m), pipe inlet pressure, P1 = 20 atm, exit pressure, P2 = 2 atm, and z1 = 0 ft and z2 = 100 m. Plot drop presion versus pressure drop across the pipe.
BOMBAS, Y COMPRESORES
Enunciado del Problema: 1 kmol/hr de una corriente conteniendo benzene (40 mol%), toluene (30 mol%), and Oxylene (30 mol%) ingresa a una unidad de separación a 385 K y 1 atm. 1. La unidad opera a 385 K y 1 atm. Cual es la composicion de las corrientes liquido y vapor saliendo de la unidad de separacion?
2. La unidad opera a 385 K y se desea obtener una fraccion de vapor de 40%. Cual es la presion a la cual opera la unidad de separacion y cual es la composicion de las corrientes liquido y vapor saliendo del separador? 3. La unidad opera a 1 atm y se desea obtener una fraccion de vapor de 30%. Cual es la temperatura a la cual opera el separador y cual es la composicion de las corrientes liquido y vapor saliendo del seprador?
EJEMPLO 4 •
Cuantas fases se observan en la alimentacion?
•
Determine el punto de rocío de la corriente “Alimento” a 200 kPa?
•
Determine el punto de burbuja de la corriente “Alimento” a 200 kPa?.
•
Analice los resultados (flujos, composiciones, dimensiones del separador)
SIMULACION DE UNA BOMBA Problema 1: Se desea bombear una corriente de agua a 25 ºC, y 1 atm con un caudal de 50 m3/h , (50000 kg/h) hasta una nueva presión de 2 atm Problema 2: Water at 120°C and 3 bar is fed into a pump that has only 10% efficiency. The flowrate of the water is 100 kgmole/h and its outlet pressure from the pump is 84 bar. Using, determine
•
the outlet temperature of the water.
•
If the outlet temperature is 200°C, what is the efficiency of the pump?
SIMULACION COMPRESOR Compressors are used to move gases. The compre ssor increases the pressure of the gases. A mixture of natural gas (C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, n-C6, C7 +) at 100oC and 1 bar is fed into a compressor that has only 30% efficiency. The flowrate of the natural gas is 100 kgmole/h and its outlet pressure from the comp ressor is 5 bar. Using Peng-Robinson equation of state as a fluid package (C7+ tiene un punto de ebullicion normal de 110 °C), determine: •
the outlet temperature of the natural gas y potencia del compresor.
•
If the outlet temperature is 400oC, what is the efficiency of the compressor? Y la potencia del compresor.
SIMULACION EXPANSOR The Expander operation is used to decrease the pressure of a high pressure inlet gas stream to produce an outlet stream with low pressure and high velocity. A mixture of natural gas
(methane, ethane and propane) at 25°C and 20 bar is fed into an expander that has only 30% efficiency. The flowrate of the natural gas is 100 kgmole/h and its outlet pressure from the compressor is 5 bar. Using Peng-Robinson equation of state as a fluid package, determine the outlet temperature of the natural gas.
If the outlet temperature is -30oC, what is the efficienc y of the expander?
Los elementos de un ciclo de refrigeración simple son un condensador, una válvula de Joule-Thompson, un evaporador y un compresor, además del medio refrigerante. En el ciclo de refrigeración mostrado en la Figura 1, la corriente “1” contiene propano líquido saturado a una temperatura de 120 °F y se expande isoentalpicamente en la válvula. La mezcla líquido-vapor en la corriente “2” es vaporizada completamente a una temperatura de 0 °F, la caída de presión en el evaporador es de 1 psi, el vapor saturado 3 es comprimido y condensado para regenerar la corriente “1”, en estado de líquido saturado, la caída de presión en el condensador es de 6.5 psi. Analice las corrientes de energía.
SIMULACION DE UNA TORRE DEPROPANIZADORA POR EL METODO SIMPLE 1. Abra un nuevo caso y defina el siguiente paquete fluido a. Ecuación: Peng Robinson
b. Componentes: C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5 y n-C6 c. Unidades: Field 2. Instale una corriente con el nombre “Alimento”con las siguientes especificaciones a. Temperatura: 200 °F b. Presión: 100 psia c. Flujo: 1300 lbmole/h d. Composición (Fracción Molar) i. Etano
0.0148
ii. Propano
0.7315
iii. i-Butano
0.0681
iv. n-Butano
0.1462
v. i-Pentano
0.0173
vi. n-Pentano
0.0150
vii. n-Hexano
0.0071
Delta presion en ta torre = 0 Light key in Bottoms (fraccion molar propano) = 0.02 5 Heavy Key in distillate (fraccion molar i-butano) = 0.02 External Reflux Ratio =1.5 veces la relación de reflujo mínimo Diseñar una columna de destilación continua para conseguir las especificaciones deseadas usando una Shortcut column en HYSYS y reportar el número total de etapas, número mínimo de etapas, ubicación de la etapa de alimentación, relaciones de reflujo mínimo y calculado. Concentraciones del destilado final y co rriente de fondo, y cargas de rehervidor (reboiler) y condensador.
COLUMNAS DE ABSORCIÓN DE GASES
La absorción de gases es una operación en la cual una mezcla de gases se pone en contacto con un líquido, a fin de disolver de forma selectiva uno o más componentes en el gas y obtener una solución de estos en el líquido. En Hysys están disponible columnas de absorción de gases. Este equipo en la paleta de objetos tiene el siguiente icono.
El CO2 es absorbido en carbonato de propileno (propylenecarbonato). La corriente del gas de entrada es 20 % mol CO2 y 80 % mol metano el cual fluye a razón de 2 m3/s y la columna funciona en 60°C y 60.1 atm. El flujo de solvente de la entrada es 2000 kmol/hr. Use HYSYS para determinar la concentración de CO2 (%mol) en la corriente d el gas de la salida, la altura de la columna (m) y el diámetro de la columna (m).
b) Change the Solvent In flowrate from 2000 kmole/h to 2500 kmol/h. Run the simulation and see how the column dimension and exit concentration of CO2 have changed.
EJERCICIO PROPUESTO Absorcion de acetona en una torre con etapas a contracorriente. Un gas que contiene 1.0% mol de acetona en aire en una torre de etapas a contracorriente. El flujo gaseoso total de entrada a la torre es 30.0 kg mol/h, y la entrada total de flujo de agua pura que se usara para absorber la acetona es 90 kg mol H2O/h. El proceso operara isotermicamente a 300 K (80 ‘F) y a Presion total de 101.3 kPa. La relacion de equilibrio para la acetona (A) en el gasliquido es yA = 2.53xA.
SIMULACION EXTRACCION Una corriente de acetona disuelta en agua, y ácido acético tiene un flujo de 100 kg/h se pone en conctacto con una corriente de 350 kg/h de cloroformo, la torre opera a 18.5 C y 101.3 kpa. Calcular las composiciones de las corrientes de salida.
SIMULACION EN REACTORES The interest in production of hydrogen from h ydrocarbons has grown significantly in the last decade. Efficient production of hydrogen is an enabling technology. The conversion of fuels to hydrogen can be carried out by the partial oxidation. The partial oxidation method relies on the reaction of the fuel for example methane with air in order to produce carbon oxides and hydrogen. Conversion of 40% of first reaction, and 60 % of second reaction.
GUARDAR LA SIMULACION
Reactor de Conversión
El ácido clorhídrico, HCl, reacciona con el oxígeno a temperaturas altas para formar cloro, Cl2, y agua, con una conversión del 60%. 4 HCl + O2 → 2 Cl2 + 2 H2O La corriente de alimentación es de 66 kgmol/h a una temperatura de 21°C y presión atmosférica, la alimentación tiene una composición de 80% de HCl y el resto oxigeno. Determinar los flujos masicos de las corrientes de salida y sus composiciones. PAQUETE DE FLUIDOS: PRSV
REACTOR DE EQUILIBRIO Hence, if the hydrogen is produced from hydrocarbon or alcohol reforming, purification is required in order to reduce the CO levels to cell requirements. The most technologically feasible purification train consists of a water gas shift reaction (WGS). The reaction
has been employed for 40 years in the industrial process for H2 production from liquid and gaseous hydrocarbons. The role of the WGS reaction is to increase the H2 yield and decrease the CO concentration, which is a poison for some catalysts used.
La corriente de agua tien las siguientes características:
REACTOR CSTR INTRODUCCION Un reactor CSTR es un tanque en el cual la masa reaccionante es continuamente agitada de tal manera que se considera como una mezcla completa y, por lo tanto, se asume que sus propiedades son uniformes en todo el interior del reactor. La ecuación de diseño de un reactor de mezcla completa es:
Siendo V, el volumen del reactor, FAo, el flujo molar del reactivo límite, τ, el tiempo espacial, CAo, la concentración del reaccionante A en la corriente de entrada, XA, la conversión de A y r A, la velocidad de reacción de A. La velocidad de una reacción no catalítica depende de la concentración de reaccionante. Con respecto al reaccionante A, la ecuación de velocidad de reacción se expresa de la siguiente manera
Siendo k, la constante específica de velocidad de reacción, n, el orden cinético de la reacción
y CA, la concentración de reaccionante El orden de una reacción se determina experimentalmente y la constante de velocidad de reacción depende de la temperatura de la reacción y se puede calcular con la ecuación de Arrhenius, de la forma
Siendo A, el factor pre-exponencial, E, la energía de activación, T, la temperatura en escala absoluta y R, la constante universal de los gases Para simular un reactor CSTR con reacción de tipo cinético cuya velocidad depende solamente de la concentración de uno de sus reaccionantes, el número de variables que se requieren para una especificación completa es de seis. Las variables que usualmente, se especifican son el flujo calórico en la corriente de energía, la caída de presión en el tanque y el volumen del reactor, además de la energía de activación, el factor pre-exponencial y el orden de la reacción.
PRODUCCION DE ACIDO ACETICO
Se desea producir ácido acético mediante hidrólisis de anhídrido acético en un reactor tanque continuo operando a 50ºC (isotérmico) y a presión atmosferica. La alimentación consiste en 1000 kg/h de una solución acuosa de anhídrido acetico al 35.8 % en masa. Calcular el diámetro y la altura del reactor si el volumen es de 100 L. Se conoce además que la cinética de la reacción es de primer orden respecto a la concentración de anhídrido y que los datos cinéticos son los siguientes:
Las constantes A y E son 592830 y 47766 respectivamente si las unidades de la velocidad cinetica de reacción están en gmol/lt-s. Ademas analizar la composición del producto de salida, y la conversión alcanzada.
CALCULAR LAS DIMENSIONES DEL REACTOR SI SE DESEA ALCANZAR UNA CONVERSION DEL 95 %.
OBTENCION DE PROPILENGLICOL
La reacción que estudiaremos es la de la obtención de propilenglicol a partir de óxido de propileno y agua, cuya estequiometría es, se asume una reaccion de primer oden:
Los reactivos se mezclan en un Mixer, el producto del Mixer ingresa a un reactor isotérmico, el producto del reactor se separa en una columna de destilación. (Ver diagrama de Flujo).
ALIMENTACION AL MIXER
DATOS DEL REACTOR Temperatura: 75 °F, Constantes de la ecuación de Arrhenius son:
A = 1.7e13. E = 3.24e4. Volumen del reactor = 280 ft3 Porcentaje de Volumen del Líquido = 85%. Fase de la reaccion: Liquido combinado Base Unit lbmol/ft3
Rate Units lbmol/ft3-hr
COLUMNA DE DESTILACION La columna de destilacion trabaja por defecto con 10 platos y la alimentacion se lo realiza en la etapa 5, la presión del condesador es de 15 psia y del revoiler es de 17 psia, con un reflujo de 1, la concentración molar de agua no debe pasar de 0.005 en la corriente de producto de fondo
A continuación se muestra el PFD
SIMULACION REACTOR PFR
Un reactor PFR es básicamente un tubo donde se realiza una reacción con cambios axiales en la concentración, la presión y la temperatura. La ecuación de diseño de un reactor tubular es:
Siendo V, el volumen del reactor, FAo, el flujo molar del reactivo límite, τ, el tiempo espacial, CAo, la concentración del reaccionante A en la corriente de entrada, XA, la conversión de A y r A, la velocidad de reacción de A Los reactores PFR, a menudo, se construyen de muchos tubos de pequeños diámetros y de grandes longitudes y se emplean con fluidos a grandes velocidades y pequeños tiempos espaciales. Esto minimiza el mezclado axial del fluido, limita los perfiles radiales de temperatura y provee el área de transferencia de calor necesaria. Los tubos se arreglan en un banco como en los intercambiadores de calor. Si no se desea intercambio calórico en la zona de reacción, puede utilizarse uno o una serie de lechos empacados de diámetros mas grandes.
OBTENCION DE METANO La reacción que estudiaremos es el craqueo adiabático en fase vapor de la acetona para transformarla en metano y keteno en un reactor PFR.. La estequiometría de la reacción es
Se utiliza un reactor tubular que se alimenta con acetona pura en estado gaseoso. El keteno que se produce es un compuesto completamente inestable cuya transformación no se incluye en esta simulación. La reacción es de primer orden con respecto a la concentración de acetona, CAcetona, con una cinética de la forma
y la constante específica de velocidad de reacción está dada por una ecuación de la forma de Arrhenius y propuesta por Jeffreys así
Siendo T, la temperatura en Kelvin y K, en segundos-1
Ecuación:
PRSV (Peng-Robinson Stryjek-Vera)
Componentes:
Acetona, keteno y metano
Reacción Tipo:
Cinético
Estequiometría:
Acetona Keteno + Metano
Base: La Base para la ecuación cinética es la Concentración Molar; el Componente Base es la acetona; la fase de la reacción es Vapor y las unidades bases son kgmol/m3 para la concentración, kgmol/s-m3 para la velocidad de reacción, y ºK para la temperatura.
Parámetros Cinéticos: La reacción es irreversible. El factor pre-exponencial es 8 .2x1014 y la energía de activación es 2.8x105 kJ/kgmol Los parámetros de la alimentación son: Temperatura, °C 761.85 Presión, kPa 162 Flujo molar, kgmol/h 137.9 Fracción mol Acetona 1.0 El reactor tiene un volumen de 1,271 m3 longitud de 2.280 m compuesto de 1000 tubos.
