Simulación En Hysys De Planta De Ciclohexano Caso de estudio: El caso de estudio propone la simulación de una planta productora de ciclohexano, como muestra el diagrama adjunto, a partir de la hidrogenación de benceno. La información de las alimentaciones es la siguiente: |1|| Benceno | !."! | #mol$h | %olueno | &.&' | #mol$h | (CC | &.&1 | #mol$h | %)%*L | !." | #mol$h | +resión | & | #g$cm'g | %emperatura | !&. | -C | |'|| idrogeno | &./ | 0racción molar | (etano | &.1 | 0racción molar | +resión | . | #g$cm'g | %emperatura | ' | -C |
El caudal molar necesario de idrogeno impuro para e2itar cra3ueo de mol4culas es de !." a 1 respecto a la alimentación de benceno. El benceno se bombea a . #g$cm'g para me5clarse con la corriente de hidrogeno e intercambiar calor en el (6&1 saliendo a una presión de ".7 #g$cm'g 8 a una temperatura de 1'.7-C .9e termina de calentar en (6&' a '&!."-C 8 bajando su presión a !.7 #g$cm'g para entrar en reactor #6&1 donde reacciona C₆₆ ₂ C₆₁₂ ;Ciclohexano< C₃6C₆₅ ₂ C₃6C₆₁₁ ;(etil6ciclohexano< Las reacción se producen con una con2ersión del 1&&= en un reactor isot4rmico 3 trabaja a ''.7-C8 con una ca>da de presión de 1.! #g$cm'g. El producto gaseoso intercambia calor en el (6&1 con una p4rdida de presión de 1.& #g$cm'g 8 se enfr>a en el (6& a !&.-C, siendo su presión en la salida de 1.! #g$cm'g.
EL separador flash )6&' permite la separación del exceso de hidrogeno 3ue se recirculara a la planta .+arte de la salida gaseosa ;el 1=< se 2entea 8 el resto se comprime para realimentarse a "." #g$cm'g. La salida li3uida del separador )6&' se descomprime en una 2?l2ula a 11.! #g$cm'g, se precalienta con el fondo de @6&1 en el (6&!, donde se alcan5a la temperatura de 1"-C ;la ca>da de presión es de 1 #g$cm'g< para luego ingresar a la torre de destilación. La torre trabaja con una presión de cabe5a de 1&.1/ #g$cm'g 8 de 1&.! #g$cm'g en el fondo. El diseAo de la torre de permitir una calidad de salida de ciclohexano de //./= m?sico.
9imulación de la planta productora de ciclohexano en 8s8s Crear un set de unidades El primer paso para nuestra simulación es elegir un conjunto de unidades con el 3ue se prefiere trabajar .8s8s no permite modificar los tres conjuntos de unidades b?sicos ;9, Euro9, 0ield< 3ue trae incorporado, pero si posibilita generar uno a partir de ellos, un nue2o set 3ue se ajusta a nuestras exigencias o preferencias. 1. +ara cambiar las unidades debemos seleccionar %oolsD del men principal 8 posicionar el cursor sobre +referencesD, aparecer? una pantalla titulada 9ession preferences ;F9F9.prf
aparecer? en la 2entana Gnit set nameD, donde colocaremos el nombre 3ue deseamos, en nuestro caso ser? ciclohexano 8 modificaremos las unidades de la presión, pasando de I+a a #g$cm'g. Cuando el nue2o conjunto de unidades 3ueda definido cerramos la 2entana. nicio de la simulación: Construcción de la planta +ara comen5ar un nue2o caso seleccionamos 0ile @eH Case tal como se muestra en la figura. *parecer? la 2entana del 9imulation Basis (anagerD como se muestra en la fig. ". El próximo paso es crear el 0luid +acIage .Este contiene los componentes 8 el m4todo elegido para la predicción de las propiedades f>sico63u>micas.
Estando en la pestaAa de 0luid +Igs presionamos el botón addD, se abre una nue2a 2entana donde seleccionaremos el pa3uete de propiedades 3ue para nuestro caso ser? el +eng6JobinsonD, como se muestra en la fig. El siguiente paso es agregar los compuestos utili5ados en el caso, en la celda (atchD colocamos los nombres de los compuestos 8 los seleccionamos de la lista hasta 3ue figuren en el cuadro de 9elected ComponentsD como se muestra en la fig. K efinicion de la reaccion 3uimica La definicionde la reaccion 3uimica perteece a las acti2idades basicas o preliminares , por lo tanto seleccionamos la pestaAa Jeactions , 8 hacemos clicI en *dd Jxn , de donde se abrir una nue2a 2entana en la cual salen distintos tipos de reacciones , nosotros seleccionamos con2ersion 8 hacemos clicI en *dd Jeacction como se muestra en la fig 7 Luego planteamos las dos reacciones 3ue inter2ienen en nuestro proceso, indicando los componentes 3ue est?n presentes 8 sus correspondientes coeficientes este3uiometricos, de sigo ;6< los reacti2os 8 de signo ;< los productos, como se muestras en las fig. / 8 fig. 1& Luego en cada 2entana 2amos a la pestaAa BasisD 8 colocamos el componente base de cada reacción, benceno en la reacción 1D 8 tolueno en la reacción 'D .%ambi4n indicamos en el coeficiente Co 3ue la con2ersión es del 1&&=, como se muestra en la fig11 8 fig. 1' asta a3u> hemos definido las bases de nuestro caso. +resionando el botón Enter to 9imulation En2iromentD se ingresa al ?mbito de simulación. Entorno de simulación *l ingresar al ?mbito de simulación, aparecer? una 2entana denominada +0 en la cual se ira constru8endo el caso. +ara construir un caso se puede comen5ar de diferentes maneras, en este caso definiremos primero las corrientes de alimentación. +rimero acti2aremos la planilla para el ingreso de datos denominada MorIbooID presionando el botón .En esta planilla ingresaremos los datos de las corrientes de alimentación denominadas 1D 8 'D 8 la composición de las mismas normali5adas como se muestra en la fig. 1!, fig. 1" 8 fig. 1.
+ara normali5ar las composiciones solamente ha8 3ue ingresar los 2alores de cada corriente 8 luego apretar el botón @ormali5eD. Luego de definir las corrientes de alimentación cerramos las 2entana 8 las mismas 2an a estar representadas con dos flechas en la 2entana +0 .9egn el caso de estudio estas corriente ten>an 3ue tener una relación para e2itar el cracIeo de mol4culas, por esta ra5ón 2amos a introducir un operador set. El operador set se usa para fijar de una 2ariable de proceso en relación a otra. En nuestro caso el caudal de hidrogeno impuro tiene 3ue ser !." 2eces ma8or 3ue el caudal de benceno, ponemos entonces la alimentación ' en función de la alimentación 1, como muestra la fig1K Luego en la pestaAa +arametersD indicamos por cuanto se tiene 3ue multiplicar el caudal 1D 8 dejamos el offset igual a &. Luego introducimos la bomba 3ue bombea la alimentación ' 8 denominamos al caudal de salida como 1*D 8 la energ>a necesaria para la bomba como EBD como se muestra en la fig. '&. En la pestaAa de MorIsheetD introducimos el 2alor de presión . #g$cm'g en la corriente 1*D Luego se colocan dos me5cladores para obtener la corriente D, el (ix61&& me5cla las corrientes 1* 8 '*, el (ix61&1 me5cla la corriente ' con la recirculación de hidrogeno 3ue 2endr? desde el separador flash )6&'.la figura '1 muestra el es3uema inicial de esta conexión. Luego se introduce el intercambiador 3 precalentara la corriente con el producto del reactor #6&1.La corriente * sale del intercambiador con 1'.7-C 8 una presión ".7 #g$cm'g 3 son los datos 3 se ingresan en el mismo, como se muestra en la fig. ' Luego la corriente * se termina de calentar en (6&' alcan5ando '&!."1-C 8 bajando su presión a !.7#g$cm'6g, esos 2alores deben ser ingresados en la pestaAa MorsheetD del intercambiador en la corriente B .fig. '". Con la corriente B en condiciones para entrar al reactor, tenemos 3ue definir las corrientes de salida del mismo, las cuales son !D 8 LD En la pestaAa JeactionsD seleccionamos la reacción 1 3ue hab>amos definido
pre2iamente.fig ' La corriente ! del reactor la utili5amos en el intercambiador (6&1 3ue utili5amos pre2iamente 8 generamos una corriente !*D de menor temperatura. La fig'7 muestra las conexiones de la planta hasta al momento. * la corriente !*D se la hace pasar por un enfriador definiendo la corriente !BD 8 una energ>a EC)LEJD.0ig'/ Los 2alores de salida de la corriente !BD son de !&.-C 8 una presión de salida de 1.!#g$cm'g los cuales se deben colocar en la pestaAaD MorIsheetD. Luego se introduce el separador flash )6&' 3 permite la separación del exceso de hidrogeno 3 se recirculara en la planta la cual es la corrientes "D 8 la corriente !CD 3ue ira posteriormente a la torre de destilación. +ara la corriente " utili5amos un e3uipo para separar corrientes, 8a 3ue una parte del hidrogeno se recircula 8 otra parte se 2entea. El porcentaje 3 se 2entea 8 el 3 se recircula se coloca en la pestaAa esignD en la opción +arametersD. onde la corriente 11 se recircula con el 7!= 8 la corriente 1' se 2entea con 1=. La corriente 11 3 se recircula primero se comprime a "."#g$cm'g, para lo cual ocupamos el compresor N6&1.La presión de salida se coloca en la pestaAa MorIsheetD La operación lógica de Jeciclo de F9F9 se emplea para resol2er un la5o en un sistema donde una corriente aguas abajo es me5clada con una corriente aguas arriba en el proceso, como en este caso donde la corriente ' tiene me5clarse con la corriente 11B. Esta operación resuel2e iterati2amente, comparando el 2alor actual con el 2alor calculado 8 actuali5a dicho 2alor. El diagrama de la planta hasta el momento con la recirculación de hidrogeno desde el separador flash es el siguiente. La corriente li3uida !CD se descomprime en un 2?l2ula a 11.!Ig$cm'g la cual introducimos en el diagrama 8 ponemos como salida la corriente D, los
datos de la presión de salida se introducen en la pestaAa MorIsheetD La corriente se precalienta con el producto de fondo de la torre de destilación mediante el intercambiador (6&!, dando la corriente * con una temperatura de 1"-C 8 una ca>da de presión de 1#g$cm'g, estos datos se ingresan en la pestaAa MorIsheetD +ara poder colocar una torre de destilación es necesario hacer un paso pre2io para poder obtener los datos 3ue nos pedir? la misma para funcionar, para eso usamos 9hortcut columnD en F9F9, esta nos dar? 2alores aproximados del nmero de platos de la torre, el plato de alimentación, la temperatura del condensador 8 del reboiler para cada reflujo deseado. En la siguiente figura se muestra el producto de cabe5a N*+D 8 el de cola 1&D , tambi4n las energ>as necesarias en el condensador 8 en el reboiler EC1 8 EJ1 respecti2amente. En la pestaAa esignD 8 en la opción +arametersD tenemos 3ue colocar el cla2e li2iano 3ue sale por el fondo 8 el cla2e pesado 3 sale por el destilado 8 en 3ue fracción molar , en nuestro caso el compuesto m?s li2iano 3 3ueremos 3 salga por el fondo es el metano con una fracción molar de &.&&1 8 el compuesto m?s pesado 3 3ueremos 3 salga por el destilado es el ciclohexano con una fracción molar de &.&&1.%ambien ingresamos los 2alores de presión del condensador 8 del reboiler 8 el reflujo 3ue 3ueremos en la torre. Luego de ingresar los datos, en la pestaAa MorIsheetD seleccionamos la opción CompositionD 8 2emos 3ue la composición del producto de fondo se acerca bastante a lo re3uerido en el caso de estudio alcan5ando una composición de //.7"= de ciclohexano. Como el producto de fondo alcan5a aproximadamente lo composición re3uerida, 2amos a la pestaAa de +erformanceD 8 obtenemos los datos de nmeros de platos, plato de alimentación, temperatura del condensador 8 del reboiler 3ue luego ocuparemos en la torre de destilación. *l tener estos datos podemos colocar nuestra torre de destilación en el diagrama , esta torre nos pedir? la corriente de alimentación , plato de alimentación ,reflujo de la torre, la presión 8 temperatura del condensador 8 del rebolier .*l producto de fondo lo denominaremos corriente 1&D 8 al de cabe5a N*+D , las siguientes figuras muestran los pasos a seguir.
Gna 2e5 completados los datos necesarios para la torre 2emos 3ue no con2erge, esto es debido a 3ue toda2>a no colocamos las especificaciones de la torre para nuestro caso +ara colocar las especificaciones correspondientes a nuestra torre 2amos a la opción 9pecsD de la pestaAa designD. En el cuadro 6Column 9pecifications6 2emos 3ue ha8 cuatro especificaciones de las cuales 2amos a eliminar tres 8 2amos a dejar solamente Jeflux JatioD , lo cual nos da un grado de libertad por lo 3ue ha8 3 agregar una especificación m?s , apretamos *ddD 8 se abrir? una nue2a 2entana de la cual seleccionaremos Column component Jeco2er8D, luego se abrir? una nue2a 2entana en donde nos pedir? cual es el componente de la columna recuperado 8 cu?l es el 2alor esperado , en nuestro caso el componente es el ciclohexano 8 el 2alor esperado es &./// , en las siguientes figuras se muestras los pasos a seguir. Luego de poner las correctas especificaciones de la torre 2emos 3ue esta con2erge. 9i 2amos a la opción CompositionsD de la pestaAa MorIsheetD 2emos 3ue la calidad del producto de cola supera la calidad re3uerida en el caso de estudio, alcan5ando una calidad del &.///! Luego de 3ue obtu2imos el ciclohexano con la calidad deseada, ha8 3ue utili5ar esta corriente en el intercambiador 3ue precalienta la carga de la torre de destilación. El diagrama de la planta productora de ciclohexano a partir de la hidrogenación del benceno es el siguiente.
