Aspen HYSYS v8.4, Nivel Avanzado Manual de Participante
Información de control Identificación
Manual del curso taller, Aspen HYSYS nivel avanzado, de las versiones 7.3 y 8.4, que sirve de guía para los participantes del curso que se va resolviendo cada uno de los ejercicios planteados en clases. Para un mejor entendimiento de este manual, es necesario ser parte del curso en modalidad presencial, semi presencial y a distancia, donde se desarrolla cada uno de los temas propuestos, como son: Operaciones lógicas, utilidades, extensiones, columnas avanzadas, hojas de cálculo, estudio de casos, modelaje de Separadores Reales, Despresurización Dinámica, Reactores, Optimización y otros.
Creación, revisión y aprobación
Este manual es preparado, por parte del facilitador, y revisado por el equipo de INCOTEGAS Responsable Elaboración Ing. Edy Gonzalo Aspi Quispe Revisión Ing. Susana Fernandez Montaño
Confidencialidad
Fecha
Firma
2013 2013
Queda prohibida la reproducción total o parcial de este manual, por cualquier medio o procedimiento, sin para ello contar con la autorización previa, expresa y por escrito del editor.
Tabla de contenidos El contenido del presente manual ha sido dividido en los siguientes capítulos: Información de control .......................................................................................................................................... 2 Tabla de contenidos ............................................................................................................................................. 3 Sobre este manual ............................................................................................................................................... 4 Introducción a las operaciones lógicas ................................................................................................................. 6 Función ADJUST .................................................................................................................................................. 7 Función SET ....................................................................................................................................................... 10 Función BALANCE ............................................................................................................................................. 13 Función RECYCLE ............................................................................................................................................. 16 Uso de las utilidades y Extensiones ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Utilidades .............................................................................................................. ¡Error! Marcador no definido. Extensiones .......................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Columnas Avanzadas (Tray Sizing y KG Tower).................................................. ¡Error! Marcador no definido. Las hojas de cálculo (SpeadShet) y estudio de casos ......................................... ¡Error! Marcador no definido. Modelaje de Separadores Reales ........................................................................ ¡Error! Marcador no definido. Reactores ............................................................................................................. ¡Error! Marcador no definido. Tabla de diseño de intercambiadores de calor ..................................................... ¡Error! Marcador no definido.
Sobre este manual Objetivo
Desarrollar capacidades técnicas y aptitudes, sobre el manejo de la herramienta de simulación de procesos Aspen HYSYS, en un nivel avanzado, tales como: operaciones lógicas, utilidades, extensiones, Tray Sizing, SpeadShet, Modelaje de separadores reales y reactores.
Alcance
Utilizar de manera eficiente el simulador de procesos Aspen HYSYS, para realizar balances de masa, energía, cálculos de equilibrio de fases, punto de roció, predecir condiciones de procesos, optimización y entre otros ventajas que trae aparejado el correcto uso de un simulador de procesos en procesos de los hidrocarburos
Audiencia
Documento complementario dirigido a los participantes del curso, básico intermedio de Aspen HYSYS, para: Ingenieros, técnicos, supervisores, docentes universitarios, estudiantes y público interesado, que dedican sus labores en Ingeniería química, petrolera, gas, petroquímica y otras afines a estas
Recomendaciones
Para utilizar éste manual, es necesario asistir al curso, en cualquiera de sus modalidades, ya que se complementa conceptos y la práctica correspondiente que no están incluidas en esta, por otro lado es importante que el lector lea de forma sistemática para entender el contenido de la misma
Convenciones tipográficas
Descripción de la iconografía que encontrará en este manual. Este icono
Le ayuda a identificar … Información de destacada importancia dentro del contenido. Puntos de especial interés sobre el tema en desarrollo. Puntos de especial interés dentro de un tópico específico del tema. Información complementaria al tema en desarrollo.
Operaciones lógicas
Introducción a las operaciones lógicas Uso de operaciones lógicas en estado Estacionario
HYSYS dispone de varias operaciones lógicas las cuales se encuentran en la paleta de objetos. Entre ellas se encuentran las funciones: SET, AJUSTE, RECICLO
Función ADJUST Función ADJUST
La función de ajuste varía un valor de una corriente (Variable Independiente) para cumplir con un valor requerido o especificación (Variable dependiente) en otra corriente u operación. La función objetivo puede emplearse para automáticamente realizar iteraciones de ensayo y error en una simulación que sea difícil de resolver debido las especificaciones requeridas. Esta función es muy flexible. Permite relacionar variables en una simulación de formas que no son posibles usando operaciones unitarias ordinarias. Se puede emplear para resolver para un valor específico de una variable dependiente, o se pueden emplear múltiples funciones de AJUSTE para resolver de manera simultánea varios valores deseados. La Función AJUSTE puede desempeñar las siguientes funciones: Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente tenga el valor objetivo (Target Value). Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente sea igual a otra variable de otro objeto.
Ejemplo 1 (Adjust)
Simular un separador (V-100) en el cual entra una corriente Alimentación y produce las corrientes Líquido y Vapor. Utilizar la función ADJUST para variar la temperatura de la corriente de alimentación hasta que el flujo de la corriente Liquido sea de 45.36 Kgmol/hr. Bajo las siguientes condiciones (EOs PR). Corriente de Alimentación Temperatura (ºC) 15,56 Presion (atm) 40,83 Flujo Molar (Kgmol/hr) 65,32 Composiciones (Fracción Molar) Methane 0,4861 Ethane 0,1389 Propane 0,0694 i-Butane 0,0625 n-Butane 0,0556 i-Pentane 0,0486 n-Pentane 0,0417 n-Hexane 0,0486 n-Heptane 0,0278 n-Octane 0,0208 Realice un breve informe sobre los resultados antes y después del ajuste.
Procedimiento
Paso 1. Abrir el programa. Inicio > Todos los Programas > Aspen Tech > Process Modeling V7.3 (O la versión que este utilizando) > Aspen HYSYS > Aspen HYSYS. Paso 2. Iniciar New Case. Donde se abre un nuevo caso, y se introduce los componentes a simular, ecuación de estado o modelos de actividad, para este caso Peng Robinson, en las siguientes gráficas.
Entrar al entorno de simulación
Paso 3. Entrar al entorno de simulacion desde:
Paso 4. Armar el diagra flojo de proceso.
Paso 5. Introducir las condiciones de operación en la alimentacion y ajustar estas condiciones de producto en el liquido en 45.36 Kgmol/hr.
Paso 6. Correr la simulación Paso 7. Analisis de los resultados Ejemplo 2 (Para el participante)
Separación Flash 1 kmol/hr de una corriente que contiene: Benceno (40 mol%) Toluene (30 mol%) O-xylene (30 mol%) Considere una operación adiabática y que no hay caída de presión. Se trabaja a 1 atm y 15 ºC. Ajuste la temperatura de operación para obtener un flujo másico de líquido de 62.9 kg/h. Realice un informe sobre los resultados obtenidos
Ejemplo 3 (Para el participante)
Absorción de acetona en una torre con etapas a contracorriente. Se desea absorber acetona de un gas que contiene 1% mol de acetona en aire en una torre de etapas a contracorriente. El flujo gaseoso total de entrada a la torre es 30 kg mol/h, y la entrada total de flujo de agua pura que se usará para absorber la acetona es 90 kg mol H2O/h. El proceso operará isotérmicamente y no hay caída de presión a través de la columna. Si la torre tiene 10 etapas y opera a 1 atm sin caída de presión ¿Cuál es la temperatura a la cual opera la torre para absorber 63.06% de la acetona en el gas? Si la torre tiene 10 etapas y opera a 500 k ¿Cuál es la presión a la cual opera la torre para absorber 95.69% de la acetona en el gas?
Función SET Función SET
"SET" es una operación usada para especificar valores a variables del Proceso en relación a otra variable de Proceso. La relación es entre la misma variable de dos Objetos, (Corrientes, operaciones unitarias, etc.), como por ejemplo la temperatura de dos corrientes, el producto UA de dos intercambiadores de calor. La variable dependiente u objetivo, es definida en términos de la independiente o variable fuente de acuerdo con la siguiente relación lineal: Y = MX + B En donde: Y = Variable dependiente u Objetivo. X = Variable independiente o Fuente. M = Multiplicador (Pendiente). B = Incremento (Punto de Intercepción)
Ejemplo 4 (Set)
Se utilizará la función SET para especificar que la corriente de entrada a un reactor (Separador flash) se encuentre en proporciones estequiometrias. La reacción es: CO + 3H2 → CH4 + H2O Se ingresan los componentes, paquete de fluidos (Peng Robinson), y se define la reacción de conversión de 80%, bajo las siguientes condiciones: Corriente CO Alim. H2 Alim. Temperatura (ºC) 550 550 Presión (atm) 9,869 9,869 Flujo Molar (Kgmol/hr) 100 Composiciones (Fracción Molar) CO 1 0 H2 0 1 CH4 0 0 H2O 0 0 Realice un análisis y breve informe sobre los resultados obtenidos.
Procedimiento de la simulación
Paso 1. Abrir el programa. Inicio > Todos los Programas > Aspen Tech > Process Modeling V7.3 (O la versión que esté utilizando) > Aspen HYSYS > Aspen HYSYS. Paso 2. Iniciar New Case. Donde se abre un nuevo caso, y se introduce los componentes a simular, ecuación de estado o modelos de actividad, para este caso Peng Robinson, en las siguientes gráficas. Paso 3. Introducir la reacción planteada y su conversión Paso 4. Entrar al entorno de simulación, en el cual se arma el flow shet (Diagrama de Flujo).
Paso 5. Se introducen variables operacionales en la alimentación y ver resultados. Paso 6. Insertar la función ajuste y especificar las condiciones planteadas.
Ejemplo 5 (Participante)
Proceso para convertir benceno a ciclohexano, bajo la siguiente ración, por conversión 90 %, en un separador flash. C6 H 6 + 3H 2 → C6 H 12 Utilizar la función set, para especificar la corriente de hidrogeno, bajo las siguientes características: Corriente Benzene H2 Fracción de vapor Temperatura (ºC) 500 500 Presión (atm) 8 8 Flujo Molar (Kgmol/hr) 20 Composiciones (Fracción Molar) Benzene 1 0 Hidrogeno 0 1 Ciclohexano (C6H12) 0 0 Analice y realice un breve informe, sobre los resultados obtenidos
Función BALANCE Función BALANCE
Esta función permite transferir la información de flujos de materia y energía en una sección de una planta a otra. Solo se requiere el nombre de las corrientes de entrada y salida. Además puede especificar algunos variables desconocidas
Ejemplo 6 (Función Balance)
En este caso usaremos la función Balance de materia y energía para retroalimentar con información a la corriente de alimentación e intermedia entre dos enfriadores. Se asumen conocidas las cargas calóricas de los enfriadores (Duty). Incorporar las corrientes y equipos, según las especificaciones que se indican en las siguientes tablas. Paquete de fluidos: Peng Robinson.
Corriente de Alimentación Temperatura (ºC) 15,56 Presión (atm) 40,83 Flujo Molar (Kgmol/hr) Composiciones (Fracción Molar) N2 0,0149 CO2 0,0020 Methane 0,9122 Ethane 0,0496 Propane 0,0148 i-Butane 0,0026 n-Butane 0,0020 i-Pentane 0,0010 n-Pentane 0,0006 n-Hexane 0,0001 n-Heptane 0,0001 n-Octane 0,0001 Corriente E2 Out Temperatura (ºC) -51,11 Cooler (E-100) Delta P (Atm) 0,3402 Duty (Btu/hr) 2,2e+6 Cooler (E-101) Delta P (Atm) 0,3402 Duty (Btu/hr) 2,5e+6 Realice la simulación del proceso planteado y presente un breve informe sobre los pasos y resultados obtenidos.
Procedimiento de la simulación
Paso 1. Abrir el programa. Inicio > Todos los Programas > Aspen Tech > Process Modeling V7.3 (O la versión que esté utilizando) > Aspen HYSYS. Paso 2. Iniciar New Case. Donde se abre un nuevo caso, y se introduce los componentes a simular, ecuación de estado o modelos de actividad, para este caso Peng Robinson, en las siguientes gráficas.
Paso 3. Entrar al entorno de simulación, en el cual se arma el flow sheet (Diagrama de Flujo). Paso 4. Se introducen variables operacionales en la alimentación y algunas corrientes.
Paso 5. Adjuntar la función balance para relacionar los Corrientes de materia y flujo para correr la simulación y análisis de resultados
Función RECYCLE Función RECYCLE
La operación lógica de Reciclo de HYSYS se emplea para resolver un lazo en un sistema donde una corriente aguas abajo es mezclada con una corriente aguas arriba en el proceso. Esta operación se resuelve iterativamente, comparando el valor actual con el valor calculado y actualiza dicho valor. Esto se repite hasta que el valor cumpla con la tolerancia.
Ejemplo 7
En este caso, una corriente de dos fases (FEED) se mezcla con una corriente de recirculación (RECYCLE) y se alimenta a un separador (V-100). El vapor que sale del separador se expande en una turbina (E-100) y se vuelve a flashear en un segundo separador (V-101). El líquido se bombea hacia el primer separador, recirculando. Incorporar las corrientes y equipos, según las especificaciones que se indican en las siguientes tablas. Paquete de fluidos: Peng Robinson. Corriente de Alimentación Temperatura (ºC) 15,56 Presión (atm) 40,83 Flujo Molar (Kgmol/hr) 100 Composiciones (Fracción Molar) N2 0,0069 CO2 0,0138 Methane 0,4827 Ethane 0,1379 Propane 0,0690 i-Butane 0,0621 n-Butane 0,0552 i-Pentane 0,0483 n-Pentane 0,0414 n-Hexane 0,0345 n-Heptane 0,0276 n-Octane 0,0206 Separador (V-100) Delta P (Atm) 0 Expansor (E-100) P Vapor Out (atm) 20,41 Separador 2 (V-101) Delta P (Atm) 1,45 Divisor (TEE-100) Relación de división 0,5 Bomba (P-100) Presión de descarga (atm) 40,83 Realice un análisis de la simulación del sistema y presente en un informe los procedimiento realizados y los resultados.
Ejemplo 8
Se desea comprimir una corriente de gas de 100 Psia a 1000 Psia en dos etapas de compresión, de las siguientes características: Corriente de Alimentación Temperatura (ºF) 77 Presión (Psia) 100 Flujo Molar (lbmol/hr) 100 Composiciones (Fracción Molar) Methane 0,8000 Ethane 0,1000 Propane 0,0500 n-Butane 0,0300 n-Pentane 0,0100 n-Hexane 0,0100 Separador (V-100) Las mismas condiciones de la corriente alimento Compresor (K-100) Salida P-100 (Psia) 455 Enfriador (E-100) Delta P (Psi) 5 Temp. de descarga (ºF) 90 Separador (V-101) Las mismas condiciones de la corriente de entrada Compresor (K-101) Presión de descarga (Psia) 1005 Enfriador (E-100) Delta P (Psia) 5 Temp. de descarga (ºF) 90
Separador (V-102) Las mismas condiciones de la corriente de entrada Válvula (VLV-100) Diferencial de presión (Psi) 350 Válvula (VLV-101) Diferencial de presión (Psia) 900 La corriente de fondo del separador V-101 y V-102 se hace recircular al primer Separador V-100, a través de la opción recicle, como se muestra en la siguiente figura.
Realice un análisis de la simulación del sistema y presente en un informe
