HYSYS Introduccion

INTRODUCCIÓN A LAS PRACTICAS DE

DISEÑO DE PROCESOS

Objetivo General:

Suministrar las herramientas necesarias para realizar simulaciones de procesos químicos, y proveer una experiencia de entrenamiento en el uso del software HYSYS.

Desarrollo de las prácticas de Diseño de Procesos I

1. Introducción al entorno a HYSYS2. Equipos de transferencia de calor,

momentum y masa3. Reactores4. Equipos de separación5. Unidades lógicas6. Casos de estudio

DISEÑO DE PROCESOS QUÍMICOS

Los ingenieros debe producir documentos que definan y describan el sistema a diseñar.

El diseño de plantas químicas se lleva a cabo en varias etapas:

1.Ingeniería BÁSICA2.Ingeniería DETALLADA

1. INGENIERÍA BÁSICA

• Realizada principalmente por ingenieros químicos.

• Define los aspectos centrales de la planta.

• Genera los siguientes documentos: – descripción del proceso– diagrama entrada salida– Diagrama de bloques genéricos– BFD– PFD– Hojas de datos.

• Descripción del proceso: documentos que describen la secuencia de operaciones que conforman el proceso.

• Diagrama entrada salida: incluye estequiometria de la reacción, materia primas y productos principales.

• Diagrama de bloques genéricos: basado en el anterior incluye nuevos bloques que representan que representan las áreas de la planta (reacción, separación…).

• Diagrama de bloques (BFD): Incluye condiciones principales de operación, información importante (rendimientos, conversiones…), balances de materia y energía preliminares.

• Diagrama de flujo de proceso (PFD): incluye los lazos de control principales, balances de materia y energía definitivos y especificación de equipos.

Este tipo de diseño se lleva a cabo en HYSYS

• Hoja de datos (data sheet): especifica los equipos durante la ingeniería básica

2. INGENIERÍA DETALLADACARACTERÍSTICAS:• Se lleva a cabo por un grupo interdisciplinario de

ingenieros.• Se genera toda la documentación para la construcción

física de la planta:

Diagrama de Tuberías e Instrumentación (PID O P&ID): se basa en el PFD y especifica además diámetro y longitud de tuberías, servicios industriales, drenajes, espesores, materiales, instrumentos de control,

Hojas de datos: especificaciones técnicas de los equipos.

MODELACIÓN Y SIMULACIÓN• Modelación: representación matemática de

fenómenos físicos. Un modelo es un conjunto de ecuaciones que relacionan variables del proceso. Evalúa un proceso sin tenerlo fisicamente.

• Simulación: consiste en evaluar numéricamente el modelo para condiciones especificas. El simulador de procesos resuelve las variables desconocidas a partir de las conocidas o parámetros de diseños deseados.

SIMULACIÓN DE PROCESOS Usa las relaciones físicas fundamentales:• Balances de masa y energía• Relaciones de equilibrio• Correlaciones de velocidad (Reacción y transferencia de masa y

calor)

Predice• Flujos, composiciones y propiedades de las corrientes• Condiciones de operación • tamaño de equipo Algunas aplicaciones• Diseño y optimización de procesos • Entrenamiento operativo de operarios• Para llevar a cabo control de procesos (estrategias de control predictivo

FF)

Ventajas de la Simulación• Reduce el tiempo de diseño de una planta• Permite al diseñador examinar rápidamente

varias configuraciones de planta.• Ayuda a mejorar procesos actuales• Responde a las interrogantes en el proceso• Determina condiciones óptimas del proceso

dentro de las restricciones dadas

Se debe tener en cuenta que los resultados de una simulación no son siempre fiables y estos se deben analizar críticamente.

Hay que tener en cuenta que los resultados dependen de:

- La calidad de los datos de entrada- De que las correlaciones empleadas sean las

apropiadas (escoger bien el paquete termodinámico)

- Elección adecuada el proceso.

SIMULADORES DE PROCESOS QUÍMICOS

• Entre 1970 y 1990 comenzaron a surgir simuladores de procesos comerciales.

• Son herramientas básicas en los programas universitarios de ingeniería química

• Las tres empresas que se reparten casi la totalidad del mercado de la simulación de procesos son AspenTech, Honeywell y Simulation Sciences.

• El sector del petróleo y gas ha sido uno de los preferidos por las empresas de simulación de procesos.

• Modelos forman parte del acervo privado de la compañía.

• Existen software de simulación privados (desarrollados por empresas) y académicos que poseen características de simulación especificas que pueden superar muchas veces a los paquetes comerciales.

Algunos de los paquetes actuales de software para se muestran a continuación:

CHEMCAD creado en 1984

Paquete de módulos que abarca:–Cálculo y diseño de intercambiadores de calor –Simulación de destilaciones dinámicas –Simulación de reactores por lotes –Simulación de destilaciones por lotes–Simulación de redes de tuberías

SuperPro-Designer, provee:• Simulación del proceso• Evaluación económica• Análisis avanzado del rendimiento específico• Programación del proceso• Valoración del impacto ambiental (incluyendo

cálculos rigurosos de la emisión de VOC).

• Sistema Avanzado para Ingeniería de Procesos - Advanced System for Process Engineering (ASPEN).

• Desarrollado en los años 1970s por investigadores del MIT

• Comercializado desde 1980 por una compañía denominada AspenTech.

• AspenPlus tiene la base de datos más amplia entre los simuladores de procesos comerciales, e incluye comportamiento de iones y de electrolitos.

• Tiene muchos datos de propiedades a varias temperaturas y presiones

- Adquirido por Aspentech en 2004.

- Software especializado para la industria petroquímica.

- Las principales ventajas de HYSYS son:

- Su facilidad de uso (interfaz amigable)

- Base de datos extensa (superada solo por la de AspenPlus)

-Utiliza datos experimentales para sus correlaciones. La mayoría de los datos son experimentales, aunque algunos son estimados (la mayoría de simuladores usa modelos predictivos como UNIFAC)

– Las principales desventajas de HYSYS son:– Pocas o nulas aplicaciones de sólidos

– Software de optimización limitado (el optimizer no es muy potente)

HYSYS es un software para la simulación de plantas petroquímicas y afines.

Incluye herramientas para estimar:- Propiedades físicas - Equilibrios líquido vapor, - Balances de materias y energía - Simulación de muchos equipos de ingeniería química.

- Simula procesos en estado estacionario y dinámico.

OTROS SIMULADORES DE PROCESOS COMERCIALES

INDUSTRIA PETROQUÍMICAExtracción de cualquier sustancia química a partir de combustibles fósiles.

-Combustibles fósiles purificados: metano, propano, butano, gasolina, queroseno, gasoil, combustible de aviación. - Pesticidas- Herbicidas- Fertilizantes -Plásticos- Asfalto - Fibras sintéticas.

Bibliografía:• Hyprotech. HYSYS.Process Documentación

Suite (1998). Calgary: Hyprotech.

• Henao, C., Vélez, J. Manual del laboratorio diseño de procesos químicos - Uso del paquete de simulación HYSYS.Process. UPB. Medellín. 2002