UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA “SIMULACIÓN ESTACIONARIA Y DINAMICA DE UN PROCESO DE PRODUCCIÓN DE DIETILEN GLICOL MEDIANTE EL SIMULADOR HYSYS 3.2” AREQUIPA – 2010 i
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Simulación Estacionaria y Dinámica para la Producción de Etilenglycol. 2010. UNSA
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
“SIMULACIÓN ESTACIONARIA Y DINAMICA DE UN
PROCESO DE PRODUCCIÓN DE DIETILEN GLICOL
MEDIANTE EL SIMULADOR HYSYS 3.2”
AREQUIPA – 2010
i
PRESENTACIÓN
Señor Decano de la Facultad de Ingeniería de Procesos
Señora Director de la Escuela Profesional de Ingeniería Química
FIGURA 2.1 Inicio de Hysys-----------------------------------------------------------------11
FIGURA 2.2 Simulations Basis Manager------------------------------------------------13
FIGURA 2.3 Componentes del Simulations Basis Manager------------------------14--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
FIGURA 2.4 Lista de Componentes------------------------------------------------------- 16
FIGURA 2.5 Lista de Componentes------------------------------------------------------- 16
FIGURA 2.6 Fluid Package------------------------------------------------------------------ 18
FIGURA 2.7 Fluid Package Binary Coefficient-----------------------------------------20
FIGURA 2.8 Fluid Package Binary Coefficient-----------------------------------------20
FIGURA 2.9 Export Fluid Package Binary Coefficient------------------------------- 21
FIGURA 2.10 Save Export Fluid Package----------------------------------------------- 21
FIGURA 2.11 Guardar su trabajo---------------------------------------------------------- 22
FIGURA 2.12 Pagina de simulación de Hysys 3.2------------------------------------23
FIGURA 2.13 Simulación de un Proceso------------------------------------------------ 24
FIGURA 2.14 Flujo desde la Paleta de Objetos--------------------------------------- 25
FIGURA 2.15 Visor de Propiedades------------------------------------------------------25
FIGURA 2.16 Ingresando datos------------------------------------------------------------ 26
FIGURA 2.17 Ingresando Composición-------------------------------------------------- 26
FIGURA 2.18 Ingresando Composición en flujo---------------------------------------27
FIGURA 2.19 Completando Composición en flujo------------------------------------27
FIGURA 2.20 Completando propiedades------------------------------------------------ 28
vii
FIGURA 2.21 Workbook---------------------------------------------------------------------28
FIGURA 2.22 Ingresando datos al Workbook------------------------------------------29
FIGURA 2.23 Ingresando datos de composición-------------------------------------- 29
FIGURA 2.24 Workbook completo--------------------------------------------------------30
FIGURA 2.25 PFD----------------------------------------------------------------------------- 30
FIGURA 2.26 Visor de Propiedades------------------------------------------------------31
FIGURA 2.27 Composición en fracción molar-----------------------------------------31
FIGURA 2.28 Corrientes creadas---------------------------------------------------------- 32
FIGURA 2.29 Composición de Corrientes en el Workbook------------------------- 32
FIGURA 2.30 Composición de Corrientes de Tolueno------------------------------33
FIGURA 2.31 Composición del workbook----------------------------------------------- 34
FIGURA 2.32 Punto de Roció--------------------------------------------------------------- 34
FIGURA 2.33 Punto de burbuja------------------------------------------------------------35
FIGURA 2.34 Corriente totalmente definida--------------------------------------------35
FIGURA 2.35 Elección de modelo termodinámico------------------------------------39
FIGURA 2.36 Diagrama de balances de materia para una columna
de fraccionamiento continúo.-------------------------------------------- 47
FIGURA 2.37 Esquemas de reactores CSTR------------------------------------------56
FIGURA 2.38 Diagrama causal de la operación del reactor CSTR
FIGURA 2.39 Modelo a simular------------------------------------------------------------65
FIGURA 3.1 Diagrama de flujo del proceso de producción de Etilen Glicol---68
FIGURA 3.2 Algoritmo de simulacion---------------------------------------------------69
FIGURA 3.3 Preferencia de Unidades--------------------------------------------------71
FIGURA 3.4 Editando Unidades------------------------------------------------------72
FIGURA 3.5 Editando Unidades----------------------------------------------------------- 72-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
FIGURA 3.6 Editando Fluid Package----------------------------------------------------73-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
FIGURA 3.7 Editando Modelo termodinamico----------------------------------------73
FIGURA 3.8 Editando Modelo termodinamico-----------------------------------------74
FIGURA 3.9 Componentes seleccionados---------------------------------------------74
FIGURA 3.10 Coeficientes binarios-----------------------------------------------------75
FIGURA 3.11 Pagina de reacciones----------------------------------------------------76
FIGURA 3.12 Añadiendo componentes------------------------------------------------76
FIGURA 3.13 Estequiometria de las reacciones-------------------------------------77
FIGURA 3.14 Seleccionando modelo cinético---------------------------------------78
FIGURA 3.15 Constantes de reacción-------------------------------------------------78
FIGURA 3.16 Seleccionando segundo modelo cinético---------------------------79
FIGURA 3.17 Paleta de herramientas--------------------------------------------------80
FIGURA 3.18 Ingresando datos de operación---------------------------------------81
FIGURA 3.19 Ingresando Composición------------------------------------------------81
ix
FIGURA 3.20 Ingresando datos de operación---------------------------------------82
FIGURA 3.21 Conexiones del Mixer----------------------------------------------------83
FIGURA 3.22 Reactor CSTR-------------------------------------------------------------83
FIGURA 3.23 Reacciones del Reactor CSTR----------------------------------------84
FIGURA 3.24 Worksheet del Reactor CSTR------------------------------------------85
FIGURA 3.25 Flowsheet preparado hasta el momento----------------------------86
FIGURA 3.26 Opción Set------------------------------------------------------------------87
FIGURA 3.27 Select Tarjet Object-------------------------------------------------------87
FIGURA 3.28 Set 1- Conexiones---------------------------------------------------------88
FIGURA 3.29 Set 1- Parámetros--------------------------------------------------------88
FIGURA 3.30 Databook---------------------------------------------------------------------89
FIGURA 3.31 Variables de Databook--------------------------------------------------89
FIGURA 3.32 Databook--------------------------------------------------------------------90
FIGURA 3.33 Databook Case Studies--------------------------------------------------90
FIGURA 3.34 Case Studies----------------------------------------------------------------91
FIGURA 3.35 Grafico de Resultados---------------------------------------------------91
FIGURA 3.36 Completando Flowsheet------------------------------------------------92
FIGURA 3.37 Válvula------------------------------------------------------------------------93
FIGURA 3.38 Válvula Parámetros ------------------------------------------------------93
FIGURA 3.39 Paleta de Destilación-----------------------------------------------------94
FIGURA 3.40 Propiedades de la columna de destilación Pág. 1-----------------94
x
FIGURA 3.41 Propiedades completas de destilación Pág. 1----------------------95
FIGURA 3.42 Propiedades Specs--------------------------------------------------------96
FIGURA 3.43 Add Specs ------------------------------------------------------------------96
FIGURA 3.44 Fracción de Agua----------------------------------------------------------96
FIGURA 3.45 Monitor de la Columna---------------------------------------------------97
FIGURA 3.46 Workbook---------------------------------------------------------------------97
FIGURA 3.47 Balance de Materia--------------------------------------------------------98
FIGURA 3.48 Flowsheet--------------------------------------------------------------------99
FIGURA 3.49 Vapour Valve del Reactor CSTR--------------------------------------100
FIGURA 3.50 Vapour Valve del Reactor CSTR--------------------------------------101
FIGURA 3.51 Controlador PID-----------------------------------------------------------102
FIGURA 3.52 Select Input Pv-------------------------------------------------------------102
FIGURA 3.53 Reactor LC-----------------------------------------------------------------103
FIGURA 3.54 Tunning----------------------------------------------------------------------104
FIGURA 3.55 Variables del reactor a graficar----------------------------------------106
FIGURA 3.56 Variables del reactor----------------------------------------------------107
FIGURA 3.57 Integrador-------------------------------------------------------------------107
FIGURA 3.58 Variables de Interés------------------------------------------------------108
FIGURA 3.59 Simulación de variables------------------------------------------------109
FIGURA 3.60 Reactor TC Tunning------------------------------------------------------110
FIGURA 3.61 Evolución de la rampa en el set point-------------------------------110
xi
FIGURA 3.62 History Data----------------------------------------------------------------111
FIGURA 4.1 Workbook para 500 Kgmol/h--------------------------------------------112
FIGURA 4.2 Workbook - Composición para 500 Kgmol/h-------------------------113
FIGURA 4.3 Workbook para 750 Kgmol/h--------------------------------------------- 113
FIGURA 4.4 Workbook - Composición para 750 Kgmol/h------------------------114
FIGURA 4.5 Workbook para 1000 Kgmol/h-------------------------------------------114
FIGURA 4.6 Workbook - Composición para 1000 Kgmol/h-----------------------115
FIGURA 4.7 Workbook - Composición 1000 Kgmol/h y 5 Atm-------------------116
FIGURA 4.8 Workbook - Composición 1000 Kgmol/h y 10 Atm-----------------116
FIGURA 4.9 Workbook - Composición 1000 Kgmol/h y 15 Atm-----------------117
FIGURA 4.10 Workbook – Temperatura de 30ºC-----------------------------------118
FIGURA 4.11 Workbook - Temperatura de 50ºC------------------------------------118
FIGURA 4.12 Workbook - Temperatura de 80ºC------------------------------------119
FIGURA 4.13 Select Tarjet Object------------------------------------------------------- 120
FIGURA 4.14 Set 1- Conexiones--------------------------------------------------------121
FIGURA 4.15 Set 1- Parámetros--------------------------------------------------------121
FIGURA 4.16 Databook--------------------------------------------------------------------122
FIGURA 4.17 Variables de Databook--------------------------------------------------- 122
FIGURA 4.18 Databook--------------------------------------------------------------------- 123
FIGURA 4.19 Databook Case Studies-------------------------------------------------123
FIGURA 4.20 Case Studies---------------------------------------------------------------124
xii
FIGURA 4.21 Gráfico de Resultados---------------------------------------------------125
FIGURA 4.22 Workbook del Set---------------------------------------------------------- 125
FIGURA 4.23 Composición del Set----------------------------------------------------- 126
FIGURA 4.24 Composición del Set----------------------------------------------------126
FIGURA 4.25 Condiciones del CSTR--------------------------------------------------127
FIGURA 4.26 Composición del CSTR-------------------------------------------------128
FIGURA 4.27 Conversión de las reacciones------------------------------------------ 128
FIGURA 4.28 Condiciones del CSTR--------------------------------------------------129
FIGURA 4.29 Condiciones del CSTR--------------------------------------------------130
FIGURA 4.30 Flujo de alimentación al mixer-----------------------------------------131
FIGURA 4.31 Composición de alimentación al mixer------------------------------132
FIGURA 4.32 Porcentaje de Conversión en el CSTR------------------------------132
FIGURA 4.33 Porcentaje de Conversión en el CSTR------------------------------133
FIGURA 4.34 Balance de todo el proceso--------------------------------------------133
xiii
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 2.1 Opciones Termodinámicas----------------------------------------------------19
TABLA 2.2 Opciones Termodinámicas----------------------------------------------------36
TABLA 2.3 Modelos de Actividades--------------------------------------------------------38
TABLA 3.1 Variables a Controlar------------------------------------------------------------68
TABLA 3.2 Reacciones Químicas-----------------------------------------------------------68
TABLA 3.3 Variables a Controlar------------------------------------------------------------70
TABLA 3.4 Datos de Operación-------------------------------------------------------------80
TABLA 3.5 Datos de composición-----------------------------------------------------------80
TABLA 3.6 Parámetros-----------------------------------------------------------------------103
TABLA 3.7 Parámetros PID-----------------------------------------------------------------104
TABLA 3.8 Etapas a seguir------------------------------------------------------------------105
TABLA 3.6 Parámetros-----------------------------------------------------------------------103
xiv
CAPITULO I
GENERALIDADES
PROBLEMA EN INVESTIGACIÓN
La profesión de Ingeniería Química en uno de sus cursos de formación
profesional se imparte el de Modelamiento y Simulación donde se debe de
usar modelos y simuladores, para solucionar procesos industriales, pero
nosotros no tuvimos la oportunidad hasta que egresamos de usar ningún
simulador, sin embargo en el mercado internacional se conocen muchos
simuladores en la actualidad, que pueden representar fehacientemente un
proceso industrial y proporcionarnos información muy similar a lo sucedido
en la realidad. Entre estos simuladores más importantes se encuentran el
Chemcad y el Hysys
La problemática que se plantea es el de aprender a utilizar y aplicar este
simulador aprovechando sus bondades para representar procesos
industriales y que posteriormente se pueda implementar su utilización dentro
del curso de Modelamiento y Simulación de Procesos, para simular todo tipo
de operación y proceso y hasta la resolución de condiciones
termodinámicas, transferencia de masa y transporte y diseño de reactores,
transporte de calor, diseño de equipo con respuestas muy exactas a la
realidad. Lo que nos permitiría tener un nivel competitivo mayor que las
demás universidades y nos proporcionaría una herramienta muy útil que nos
ahorraría mucho en costos de investigación.
Mediante una investigación profunda de las bondades que ofrece este
simulador, Podríamos simular el proceso de producción del Dietilenglicol,
para condiciones de operación muy variadas, determinando las condiciones
más optimas para este proceso
ANTECEDENTES
En este trabajo, enfocaremos las motivaciones, que nos llevaran hacer una
investigación de un proceso de simulación mediante un software comercial
de simulación.
En el punto 1.7 haremos la revisión de los antecedentes investigativos
referentes a este tipo de investigación.
El ámbito geográfico al que se circunscribirá este estudio será
específicamente a la Simulación de un proceso Industrial mediante el uso del
simulador HYSYS en la Escuela Profesional de Ingeniería Química de la
UNSA.
FUNDAMENTOS DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
En la actualidad cada día se cuenta con un mayor desarrollo y auge de las
Tecnologías de la Información y la Comunicación por lo que todas las
profesiones con carácter tecnológico van usando la computación como
herramienta para poder desarrollar software que hace posible más rápido y
exactamente representar lo que sucede en un proceso, operación unitaria, o
proceso tecnológico contribuyendo de esta forma en el aprendizaje de
dichas operaciones y procesos y en la industria haciendo posible
correcciones adecuadas para obtener una producción de calidad y sin
pérdidas de tiempo y económicas contribuyendo con los supervisores y
operadores de las plantas a evitar las correcciones empíricas que se
acostumbraban a hacer basados en la experiencia de operación adquiridas
pero que en muchas ocasiones solamente permiten pérdidas económicas de
algunas materias primas o simplemente alargar el proceso sin conseguir
optimizarlo.
Viéndolo de esta forma podríamos investigar y aprovechar las bondades del
Simulador Hysys y proceder a diseñar procesos dinámicos o estáticos para
las diferentes operaciones y procesos lo que permitiría mejorar la
competitividad y bajar los costos de producción conociendo de estos
simuladores de Procesos Químicos.
Esta investigación apunta a utilizar las diferentes funciones, comandos y
herramientas del Simulador Hysys para poder simular completamente
cualquier Proceso u Operación Unitaria pudiendo en corto tiempo recibir
respuesta lo más próximo posibles a la realidad, obtenidas mediante este
software y conseguir optimizar las corrientes de alimentación y producto y
ahorrarnos el proceso de investigación de laboratorio.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Modelar y simular con el software Hysys un proceso estático y dinámico de
producción de Dietilen glicol, controlando todas sus variables de producción,
para optimizar su rendimiento.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Construir el Flowsheet de producción.
Resolver los balances de Masa y Energía.
Diseñar la cinética de reacción del proceso en los reactores utilizados.
Diseñar el mixer, reactor y columna de destilación a utilizar en todo el
proceso de producción industrial.
Correr el Proceso Industrial en modo estático y dinámico, optimizando
corrientes de alimentación y salida.
Determinar la eficiencia de la producción a condiciones simuladas.
JUSTIFICACIÓN
JUSTIFICACIÓN TECNOLÓGICA
El contar con diversos software que simulen procesos u operaciones
en la industria de procesos y en especial en Ingeniería Química nos
permitiría a largo plazo adaptar estos software directamente al
proceso industrial para el control automático a través de
instrumentación digital, también sería una herramienta importante
para el proceso de enseñanza-aprendizaje y comprensión,
permitiendo profesionales que puedan mejorar y optimizar proceso
industriales en particular.
Aplicar modelamiento y simulación, requiere de software y la
aplicación de tecnología computacional, que es de sumo interés que
el profesional de procesos moderno, pueda diseñarlo de acuerdo a
sus necesidades y exigencias, convirtiéndose en un nuevo campo
tecnológico de los profesionales de Ingeniería de procesos.
JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA
La utilización del simulador Hysys por un profesional de Ingeniería
Química en forma expeditiva permite en el campo profesional estar a
la vanguardia, mejorando de esta forma su calidad y por ende sus
ingresos económicos a las empresas que usen sus servicios les
permitiría ahorrar buenas sumas de dinero evitándose costos de
investigación de laboratorio, pérdidas de tiempo que ocasionan las
pruebas, pérdidas económicas debido al uso de materia prima o de
tiempo de operación de planta para la evaluación de estas pruebas.
JUSTIFICACIÓN SOCIAL
El uso del software simulador Hysys permitiría logros educativos
importantes para la ingeniería de procesos, permite que muchos
usuarios que en la actualidad no tienen una amplia visión de estos
procesos industriales, pueda desenvolverse mejor en el campo
educativo de pregrado, adquiriendo una cimentación más amplia de
su carrera, lo cual redundaría en un mejor servicio profesional
posterior.
La aplicación de las TICs al proceso educativo, mediante el uso de la
computadora y de los diversos paquetes, podría contribuir
ampliamente al interés de conocer más profundamente cada proceso
llevado a cabo en la industria. También incentivaría la exploración,
investigación y desarrollo de nuevos software específicos y más
cómodos económicamente que el mencionado.
ALCANCES
• Las pruebas de esta investigación se llevaran a cabo a nivel de
laboratorio de Cómputo.
• Dentro del proceso de modelamiento y simulación se estudiará y
optimizará el proceso mediante el uso de balances de materia,
determinación de la cinética más adecuada y destilación
apropiada.
RESTRICCIONES
• El software no permitiría ningún tipo de restricciones en lo que
respecta al proceso de simulación de las diversas variables a
controlar.
• La validación se hará en función de información teórica procesada
através de cálculos teóricos, de un proceso de destilación.
HIPÓTESIS
Es factible Modelar y Simular un proceso industrial de producción de Dietilen
glicol, controlando y optimizando adecuadamente las variables de
producción ahorrándonos tiempo y costo en el proceso de investigación en
laboratorio, mediante el uso del Simulador Hysys.
ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
Respecto a este Tema en la Escuela Profesional de Ingeniería Química no
se encuentran ningún antecedente investigativo sobre utilización del
software Hysys si se encuentran temas sobre el simulador Chemcad.
A nivel Internacional si se encuentra aplicación del software de Hysys para
Ingeniería de Procesos como: “Determinación de la curva de destilación
flash para cortes de petróleo utilizando simuladores comerciales” de Enrique
Eduardo Tarifa1, Eleonora Erdmann2, Demetrio Humana3, Samuel Franco
Domínguez4 y Lorgio Mercado Fuentes5
RESUMEN
El presente trabajo describe un nuevo método para estimar la curva de
destilación flash EFV (equilibrium flash vaporización) para cortes de petróleo
utilizando simuladores comerciales. Para ello se implementa un modelo
estacionario de la destilación flash en un simulador comercial y se ajusta el
modelo utilizando una curva de destilación obtenida con procedimientos
estándares de laboratorio. Dicha curva puede ser del tipo TBP, ASTM D86,
D1160 o D2887, entre otras; e involucra un procedimiento experimental más
simple que el requerido para obtener la curva EFV. Para la simulación se
puede utilizar cualquier simulador comercial que sea capaz de modelar
petróleo, en este trabajo se emplearon los simuladores HYSYS y
CHEMCAD. Para evaluar el método propuesto se analizaron experi-
mentalmente varios tipos de petróleos y cortes de petróleo. Luego, de
acuerdo con el método propuesto, los datos obtenidos fueron ingresados a
un simulador para estimar las correspondientes curvas EFV. Las curvas
estimadas utilizando HYSYS y CHEMCAD fueron comparadas con las
producidas por dos métodos tradicionales de estimación: el de Edmister y el
método de Maxwell. En todos los casos, las curvas estimadas por simulación
se aproximaron a la curva promedio de las de Edmister y Maxwell. El método
propuesto tiene varias ventajas: 1) evita la necesidad de obtener la curva
EFV en forma experimental; 2) es independiente del tipo de curva
experimental a utilizar para ajustar el modelo; 3) permite realizar
estimaciones para diferentes presiones utilizando una única curva experi-
mental como dato.
CAPÍTULO II
MARCO CONCEPTUAL
SIMULADOR HYSYS
La simulación consiste básicamente en construir modelos informáticos que
describen la parte esencial del comportamiento de un sistema de interés, así
como en diseñar y realizar experimentos con el modelo y extraer
conclusiones de sus resultados para apoyar la toma de decisiones.
Típicamente, se utiliza en el análisis de sistemas tan complejos que no es
posible su tratamiento analítico o mediante métodos de análisis numéricos.
Sus orígenes están en los trabajos de Suden para aproximar la distribución
que lleva su nombre, y los métodos que Von Newmann y Ulam introdujeron
para resolver ecuaciones integrales. Desde entonces, la Simulación ha
crecido como una metodología de experimentación fundamental en campos
tan diversos como la Economía, la estadística, la Informática o la Física, y
con enormes aplicaciones industriales y comerciales, como los simuladores
de vuelo, los juegos de simulación, o la predicción bursátil o meteorológica.
Existen diversas maneras para definir el término simulación. Sin embargo
debido a que se considera a la simulación como una extensión lógica y
natural de los modelos analíticos y matemáticos, inherentes a la
Investigación de Operaciones, la siguiente definición es considerada como
una de las más completas.
Simulación: “Es una técnica numérica para conducir experimentos en un
computador digital, la cual incluye ciertos tipos de relaciones lógicas y
matemáticas necesarias para describir la estructura y comportamiento de un
sistema complejo del mundo real sobre un periodo de tiempo”.
También se considera a la simulación como un proceso para describir la
esencia de la realidad, el cual incluye la construcción, experimentación y
manipulación de un modelo complejo en un computador.
El uso de la metodología de simulación ofrece ventajas y desventajas, entre
las cuales podemos mencionar las siguientes:
Ventajas:
1. La simulación hace posible estudiar y experimentar con las interacciones
complejas de un sistema dado (sin importar cual).
2. A través de la simulación podemos estudiar el efecto de cambios
ambientales, organizacionales de cierta información, en la operación del
sistema.
3. La observación detallada del sistema simulado nos permite tener una
mejor comprensión del mismo.
4. La experiencia al diseñar un modelo de simulación para computadora es
más valiosa que la simulación en sí.
5. La simulación nos permite experimentar con situaciones nuevas, para los
cuales no se tiene o hay poca información.
Desventajas:
1. Los modelos de simulación para computadora son costosos y requiere
tiempo para desarrollarse y validarse.
2. Se requiere gran cantidad de corridas para encontrar “soluciones
óptimas”.
3. Es difícil aceptar los modelos de simulación.
4. Los modelos de simulación no son de optimización directa (son modelos
de análisis).
5. Se pueden tener restricciones o limitaciones en la disponibilidad del
software requerido.
SIMULACION 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).
SIMULADOR HYSYS
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.
Adquirido por Aspentech en 2004. Es un 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 Aspen Plus)
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)
ENTORNO HYSYS
ABRIR SESIÓN
Abra HYSYS haciendo clic en INICIAR>Programas>Hyprotec>HYSYS
3.2>HYSYS
La primera vez que usted ejecute HYSYS aparecerá en su pantalla la
ventana de inicio del programa. Por favor maximice esta ventana (para copar
toda la pantalla) dando un clic sobre el botón Maximice en la esquina
superior derecha de la ventana HYSYS. Se verá lo siguiente:
FIGURA 2.1. Inicio de Hysys
Fuente: Software Hysys 3.2
La línea del tope es llamada la Barra de títulos. Contiene el logotipo 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 HYSYS. Son:
File Este comando es usado para definir formatos de salida, abrir
trabajos, imprimir y obtener información general sobre HYSYS
Tools Esta orden sirva para iniciar un trabajo de simulación
(Preferences)
Help Esta función da al usuario permiso de llamar las facilidades
de ayuda en línea.
La tercera línea (o barra) es llamada la Barra de herramientas. Contiene los
símbolos para directamente invocar atajos para las funciones diversas del
archivo que de otra manera se tiene acceso a través de los menús. Hasta
ahora no se difiere de otro software del entorno windows.
Lo demás de la ventana está inactivo en este nivel.
INICIAR UN NUEVO CASO
Haciendo clic en el botón New Case . Aparece la ventana del
administrador básico de simulación Simulation Basis Manager
El Simulation Basis Manager contiene una serie de pestañas que iremos
describiendo a continuación. La primera de ellas es fundamental y es donde
podemos elegir los componentes de nuestro trabajo.
FIGURA 2.2. Simulations Basis Manager
Fuente: Software Hysys 3.2
Cuando seleccionamos la pestaña Components aparece un número de
botones:
View – Le permite una Lista de Componentes Existente.
Add – Le permite crear una nueva Lista de Componentes.
Delete – Para borrar una Lista de Componentes.
Copy – Hace una copia de una Lista de Componentes existente.
Import – le permite importar una lista de componentes predefinida desde el
disco. Las Listas de Componentes tienen la extensión de archivo. fpk.
Export – le permite exportar una lista de componentes predefinida desde el
disco. Una Lista de componentes exportada puede ser usada en otro caso,
usando la función Import.
Usted puede usar <Ctrl><B> para reingresar al Basis Manager desde
cualquier punto en la simulación o haciendo clic en el botón de la barra de
herramientas.
INGRESO DE COMPONENTES
El primer paso para un trabajo en HYSYS es la definición de componentes,
los cuales se pueden agrupar en una lista y guardarlos (Exportarlos) bajo un
determinado nombre
1. Seleccionamos la etiqueta Components del Simulation Basis
Manager y hacemos clic en Add con lo cual aparece la libreria de
componentes. Esta libreria en su parte izquierda tiene tres conceptos:
Components (Los que están en la base de datos del programa),
Hypotetical (Cuando vamos a formular un componente nuevo) y
Other.
FIGURA 2.3. Componentes del Simulations Basis Manager
Fuente: Software Hysys 3.2
2. Usted puede seleccionar componentes para su simulación usando varios
métodos diferentes:
Match celda 1. Seleccione uno de los tres formatos de nombres,
SimName, Full Name/ Synonym, o Formula seleccionando el
correspondiente radio button.
2.- Clic sobre la celda Match e ingresar el nombre del componente.
3. Una vez que el componente deseado es resaltado haga ya sea:
• Presione la tecla <Enter>
• Presione el botón Add Pure
• Doble clic en el componente para adicionarlo a su simulación.
Component List 1. Usando la barra de desplazamiento para la lista
principal de componentes, desplazarse a través de la lista hasta que
encuentre el componente deseado.
2. Para adicionar el componente hacer ya sea:
• Presione la tecla <Enter>
• Presione el botón Add Pure
• Doble clic en el componente para adicionarlo a su simulación.
Family Filter 1. Asegúrese que la celda Match esté vacía, y presione el
botón Family Filter….
2. Seleccionar la familia deseada desde Family Filter para desplegar
solamente el tipo de componente.
3. Use cualquiera de los dos métodos previos para desear desear el
componente deseado.
4. Para adicionar el componente hacer ya sea:
• Presione la tecla <Enter>
• Presione el botón Add Pure
• Doble clic en el componente para adicionarlo a su simulación.
Con la opción Filter, no solamente podemos buscar por familias de
componentes (alcoholes, aminas, misceláneo etc), sino podemos ver
cuáles son los Fluid Package recomendados para cada componente y
filtrar atendiendo a este método.
Nota: Usted puede añadir un rango de componentes resaltando el rango entero y presionando el botón Add Pure.
3. Seleccione de la librería de componentes Chloroform, Toluene,
Ethanol, H2O, Oxygen y Nitrogen.
FIGURA 2.4. Lista de Componentes
Fuente: Software Hysys 3.2
4. Coloque un nombre a la lista de componentes, en este caso: Lista de
componentes-1, presione la tecla <Enter> y cierre la ventana, con lo
cual de regreso al Simulation Basis Manager aparece la lista creada
FIGURA 2.5. Lista de Componentes
Fuente: Software Hysys 3.2
La base de datos que contiene HYSYS es muy grande, y trae cantidad
de componentes, pero es un simulador muy orientado a la empresa
petroquímica y es difícil encontrar componentes de otro tipo de
empresas, como son los sulfatos, óxidos y demás componentes
inorgánicos.
Las últimas versiones de HYSYS ya incluyen el paquete de electrolitos,
donde podemos incluir sustancias que están en forma de electrolitos y
pueden variar las propiedades coligativas de la mezcla.
También podemos incluir algunos componentes, que aunque no están en
la base de datos, se pueden adicionar ingresando sus parámetros
característicos del componente.
EL PAQUETE DE FLUIDOS: FLUID PACKAGE
HYSYS usa el concepto de Paquete de Fluído (Fluid Package) para contener
toda la información necesaria para cálculos físicos de las propiedades de
componentes. Este acercamiento le permite definir toda información
(paquete de componentes, propiedades, parámetros de interacción,
reacciones, datos tabulares, componentes hipotéticos, etc.) Dentro de una
sola entidad.
Hay tres ventajas cruciales para este acercamiento:
Toda información asociada está definida en una sola posición,
permitiendo fácil creación y modificación de la información.
Los paquetes de fluidos pueden ser almacenados como una
entidad completamente separada para usarlo en una
simulación.
Pueden ser usados múltiples paquetes de fluidos en la misma
simulación; Sin embargo, todos deben ser definidos dentro del
Administrador Base común (Basis Manager).
El Basis Manager de la simulación es una vista de la propiedad que le
permite crear y manipular cada Fluid Package en la simulación. Cuando
quiera que usted inicie un nuevo caso (New Case), HYSYS coloca a usted
en esta posición. Al abrir la pestaña Fluid Pkgs del Simulation Basis
Manager, contiene la lista de definiciones corrientes de Fluid Package.
Usted puede usar múltiples Fluid Packages dentro de una simulación
asignándoselos a diferentes flowsheets y acoplando los flowsheets.
Selección del Fluid Package
El segundo paso para la simulación es definir el Fluid Package. Este paso es
muy importante y no se debe tomar a la ligera, ya que definirá la base de la
simulación. Si tenemos una buena base, tendremos una buena simulación,
pero si introducimos un error desde el principio, este se agravará con el
desarrollo de la simulación.
1. En el Simulation Basis Manager seleccione la etiqueta Fluid Pkgs y
sombrear la lista de componentes para la cual deseamos colocar la opción
termodinámica (Lista de Componentes -1) y luego hacer clic en el botón
Add.
2. Hacer clic en el radio botón (radio button) de Activity Models y seleccionar
NRTL como el paquete de propiedades (Property Package) para este caso.
FIGURA 2.6. Fluid Package
Fuente: Software Hysys 3.2
También debemos seleccionar la opción para el vapor en la esquina superior
derecha.
La siguiente Tabla es un breve resumen de las opciones termodinámicas
recomendadas para los coeficientes de actividad para diferentes
aplicaciones.
TABLA 2.1. Opciones Termodinámicas
Aplicación Margules vanLaar Wilson NRTL UNIQUAC
Sistemas binarios A A A A A
Sistemas de Múltiple
componentesLA LA A A A
Sistemas azeotrópicos A A A A A
Equilibrio Liquido-Liquido A A N/A A A
Sistemas diluidos ? ? A A A
Sistemas de asociación ? ? A A A
individual
Polímeros N/A N/A N/A N/A A
Extrapolación ? ? G G G
• A = Aplicable• N/A = No Aplicable• ? = Cuestionable• G = Bueno • LA = Aplicación Limitada
Fuente: Manual Hysys 3.2
3. Cambiar el nombre del nombre por defecto Basis-1 a Paquete-1. Hacer
esto haciendo clic en la celda "Name", y tipeando el nuevo nombre. Pulsar la
Tecla <Enter> cuando haya finalizado. Luego cerrar la ventana.
4. Ir a la etiqueta de coeficientes binarios (Binary Coeffs).
FIGURA 2.7. Fluid Package Binary Coefficient
Fuente: Software Hysys 3.2
Presione el botón Unknowns Only para estimar los coeficientes ausentes.
Ver las matrices Aij, Bij y aij seleccionando el radio botón correspondiente.
La matriz Aij es mostrada a continuación:
FIGURA 2.8. Fluid Package Binary Coefficient
Fuente: Software Hysys 3.2
EXPORTANDO FLUID PACKAGES
HYSYS le permite exportar Fluid Packages para usarlos en otras
simulaciones. Esta funcionalidad le permite crear un simple y común Fluid
Package el cual usted puede usarlo en múltiples casos.
1. Sobre la etiqueta de Fluid Packages resalte el Fluid Package Paquete-1
FIGURA 2.9. Export Fluid Package Binary Coefficient
Fuente: Software Hysys 3.2
2. Presione el botón Export.
3. Ingrese un único nombre (Paquete-1) para el Fluid Package y presione el
botón OK.
FIGURA 2.10. Save Export Fluid Package
Fuente: Software Hysys 3.2
HYSYS automáticamente le adicionará la extensión .fpk cuando guarde su
Fluid Package. El archivo es automáticamente en el subdirectorio
\HYSYS\paks. Usted si desea puede seleccionar otro subdirectorio.
Ahora que el Fluid Package está completamente definido, usted está listo
para seguir adelante y empezar a construir la simulación. Presione el botón
Enter Simulation Environment o el botón Interactive Simulation Environment.
GUARDANDO EL TRABAJO
Usted puede guardar su trabajo en cualquier momento para lo cual debe ir al
menu File/ Save as Y darle un nombre.
FIGURA 2.11. Guardar su trabajo
Fuente: Software Hysys 3.2
En este caso HYSYS lo guarda con la extensión .hsc
INGRESAR AL ENTORNO DE LA SIMULACIÓN.
Desde el Simulation Basis Manager hacemos clic en Enter Simulation
Environment.
Si no hemos definido el Fluid Package, el programa nos advierte que falta
definirlo. En este caso definimos un Fluid Package nuevo o importamos un
Fluid Package ya definido y guardado con anterioridad.
Se abre la siguiente ventana
FIGURA 2.12. Pagina de simulación de Hysys 3.2
Fuente: Software Hysys 3.2
Esta es la pantalla principal de HYSYS donde realizaremos las simulaciones.
En este medio la simulación se hace muy visual y fácil de llevar. Hay oro
medio de simulación en HYSYS que veremos más adelante el Workbook
La Paleta de Objetos la usaremos para seleccionar el equipo o el tipo de
corriente que queremos introducir en el sistema de simulación. Para ocultar
o hacer visible la paleta de objetos hay que pulsar F4. En versiones
superiores a la 3.1 hay un icono donde se puede hacer el mismo efecto que
F4.
La paleta se puede dividir en cuatro secciones, la primera es la dedicada a
las corrientes de materia (flecha azul) y energía (flecha roja). En la segunda
se muestran los equipos de separación de fases, presión, transferencia de
calor y reactores, la tercera muestra equipos de transferencia de masa
(destilación…) y la cuarta es la dedicada a la lógica.
FIGURA 2.13. Simulación de un Proceso
Fuente: Software Hysys 3.2
ADICIONANDO CORRIENTES
En HYSYS, hay dos tipos de corrientes, Materia y Energía. Las corrientes de
Material tienen una composición y parámetros tales como temperatura,
presión y flujos. Estas son usadas para representar Corrientes de Proceso.
Las corrientes de energía tienen solamente un parámetro, Flujo de Calor.
Estas son usadas para representar la carga suministrada a o por una Unidad
de Operación.
Existe una variedad de formas para adicionar las corrientes en HYSYS.
INGRESANDO CORRIENTES DESDE LA PALETA DE OBJETOS
1. Pulsemos en la paleta de objetos la flecha azul, es la correspondiente
a una corriente de materia y con el cursor nos colocaremos en el PFD,
volvemos a pulsar, el resultado es el siguiente:
FIGURA 2.14. Flujo desde la Paleta de Objetos
Fuente: Software Hysys 3.2
2. Nosotros queremos definir la composición de esta corriente mediante
la especificación de los flujos de masa para cada componente.
Hacemos doble click en la corriente y aparece el visor de propiedades
de las corrientes Usted puede cambiar el nombre de la corriente
simplemente escribiendo un nombre nuevo en la caja Stream Name.
FIGURA 2.15. Visor de Propiedades
Fuente: Software Hysys 3.2
3. Cambie el nombre de corriente para Etanol y seleccionemos la opción
Composition en el menú Worksheet
FIGURA 2.16. Ingresando datos
Fuente: Software Hysys 3.2
Por defecto, HYSYS selecciona la base para definir las composiciones
como fracción en masa. Pero esta opción lo podemos cambiar haciendo
click en la opción Basis, apareciendo la caja de diálogo siguiente
FIGURA 2.17. Ingresando Composición
Fuente: Software Hysys 3.2
4. Seleccionamos la opción para las composiciones Flujo de masa en
este caso (Mass Flows), cerramos la caja y regresamos a la caja
anterior donde ingresamos los flujos de masa de los componentes
FIGURA 2.18. Ingresando Composición en flujo
Fuente: Software Hysys 3.2
5. Presione el botón OK cuando se han ingresado todos los flujos de
masa.
FIGURA 2.19. Completando Composición en flujo
Fuente: Software Hysys 3.2
6. Si regresamos a propiedades, vemos lo siguiente:
FIGURA 2.20. Completando propiedades
Fuente: Software Hysys 3.2
Se ha actualizado las cantidades de masa y moles de la corriente, pero
faltan aún otros valores, para lo cual es necesario ingresar dos
parámetros de los que están indicados con azul y la palabra <empty>. La
falta de información para definir completamente la corriente indica la
barra amarilla de la parte inferior. Cerrar el visor de Propiedades de las
corrientes.
INGRESANDO CORRIENTES DESDE EL WORKBOOK
1. Para abrir o desplegar el Workbook, presione el botón de Workbook
sobre la barra de botones.
FIGURA 2.21. Workbook
Fuente: Software Hysys 3.2
2. Ingrese el nombre de la corriente, Tolueno en la celda **New**, y
luego seleccione la pestaña Compositions. Aparece la siguiente caja
de diálogo
FIGURA 2.22. Ingresando datos al Workbook
Fuente: Software Hysys 3.2
3. Hacer doble click en cualquiera de las celdas bajo el nombre Tolueno
y aparece la ventana para ingresar las cantidades de material. Usted
tendrá que volver a cambiar la base haciendo click en Basis o en Edit.
Luego, ingrese los flujos de masa de componentes siguientes.
FIGURA 2.23. Ingresando datos de composición
Fuente: Software Hysys 3.2
Hacer click en OK y al cerrar la ventana Aparece el Workbook con la
información ingresada y donde podemos agregar otras corrientes.
FIGURA 2.24. Workbook completo
Fuente: Software Hysys 3.2
4. Al regresar a la ventana del PFD se tiene ahora la nueva corriente
ingresada
FIGURA 2.25. PFD
Fuente: Software Hysys 3.2
INGRESANDO CORRIENTES DESDE LA BARRA DE MENÚ
1. Pulsando <F11> cuando estamos en modo simulación, aparece el
visor de propiedades. En la celda Stream Name Colocamos Aire.
FIGURA 2.26. Visor de Propiedades
Fuente: Software Hysys 3.2
2. Lo siguientes se operara como en el primer caso de corrientes. En
este caso ingresamos la corriente como fracciones molares por lo que
seleccionamos esta opción e ingresamos:
FIGURA 2.27. Composición en fracción molar
Fuente: Software Hysys 3.2
Luego hacer clic en OK. Y al cerrar esta ventana y volver al PDF se tiene
las tres corrientes ingresadas.
Como se muestra en la ventana del PFD, hay tres corrientes. El color
celeste indica que las corrientes no están completamente definidas, si
vemos en las Figuras anteriores, en la parte inferior hay una barra de
color amarillo (color que indica que falta definir algunos parámetros) y a
su vez nos da la información de que parámetro nos falta definir.
FIGURA 2.28. Corrientes creadas
Fuente: Software Hysys 3.2
También podemos ver las composiciones de las corrientes
posicionándonos en el Workbook.
FIGURA 2.29. Composición de Corrientes en el Workbook
Fuente: Software Hysys 3.2
Ahora se puede guardar el trabajo
CÁLCULOS INSTANTÁNEOS
HYSYS puede efectuar cinco tipos de cálculos instantáneos sobre las
corrientes: P-T, Vf-P, Vf-T, P-Entalpía Molar y T-Entalpía Molar. Una vez
que la composición de la corriente y dos parámetros cualquiera de
temperatura, presión, fracción de vapor o la entalpía molar son conocidas,
HYSYS realiza un cálculo instantáneo en la corriente, calculando los otros
dos parámetros.
Nota: Solamente dos de los 4 parámetros de corriente temperatura, presión,
fracción de vapor o la entalpía molar pueden ser suministrados.
Con las capacidades instantáneas de HYSYS, se logra realizar cálculos de
punto de rocío y punto de burbujeo. Especificando una fracción de vapor de
1 y ya sea la presión o la temperatura de la corriente, HYSYS calculará la
temperatura del rocío o la presión. Para calcular la temperatura de burbuja o
la presión, debe introducirse una fracción de vapor de 0 y cualquier presión o
cualquiera temperatura.
EJEMPLOS DE CÁLCULOS INSTANTÁNEOS
1. Efectuar un cálculo instantáneo T-P en la corriente Tolueno. Hacer
doble click en la corriente Tolueno.
FIGURA 2.30. Composición de Corrientes de Tolueno
Fuente: Software Hysys 3.2
Fijar la presión en 101.3 kpa (14.7 psia) y la temperatura en 90 °C (200
°F). Cuál es la fracción de vapor?
FIGURA 2.31. Composición del workbook
Fuente: Software Hysys 3.2
Respuesta. La fracción de vapor es 0. El cambio de color de la barra
inferior a verde indica que la corriente Tolueno ha sido definida
completamente
2. Efectuar un cálculo de punto de rocío en la corriente Tolueno.
Establecer la presión en 101.3 kpa (14.7 psia). Cuál es la temperatura
de punto de rocío?.
FIGURA 2.32. Punto de Roció
Fuente: Software Hysys 3.2
Respuesta. La temperatura de Punto de Roció es 99.99 C
3. Efectuar un cálculo de punto de burbuja en la corriente Tolueno.
Establecer la presión en 101.3 kpa (14.7 psia). ¿Cuál es la
temperatura de punto de burbuja?
FIGURA 2.33. Punto de burbuja
Fuente: Software Hysys 3.2
Respuesta. La temperatura de Punto de Burbuja es 89.65 C. Para hacer
los cálculos hemos tenido que definir completamente la corriente
Tolueno. Si vamos al PFD veremos que tiene color diferente a las demás
corrientes Etanol y Aire que aún faltan especificar algunos parámetros
para definirlas completamente.
FIGURA 2.34. Corriente totalmente definida
HYSYS Y TERMODINÁMICA
Los paquetes de propiedades incorporados en HYSYS proveen predicciones
precisas de propiedades termodinámicas, físicas y de transporte para
hidrocarburo, no-hidrocarburo y fluidos químicos y producto petroquímicos.
La base de datos consta de más de 1500 componentes y más de 16000
coeficientes binarios. Si un componente de la biblioteca no puede ser
encontrado dentro de la base de datos, están disponibles una serie de
métodos de estimación para crear completamente componentes hipotéticos
definidos.
SELECCIÓN DE UN PAQUETE DE PROPIEDADES
La siguiente tabla lista algunos sistemas típicos y correlaciones
recomendadas:
TABLA 2.2. Opciones Termodinámicas
EOS : Ecuación de estado PR : Peng Robinson PRSV : Peng Robinson modificada Sour PR : Peng Robinson modificada SRK : Soave-Redlick-Kwong Sour SRK : Soave-Redlick-Kwong modificada ZJ : Zudkevitch Joffee KD : Kabadi Danner LKP : Lee Kesler Plocker
Fuente: Tutorial Hysys 3.2
ECUACIÓN DE ESTADO
Para petróleo, gas y aplicaciones petroquímicas, la ecuación de estado de
Peng-Robinson EOS (PR) es generalmente la recomendada. HYSYS
actualmente ofrece las ecuaciones de estado de Peng-Robinson (PR) y
Soave-Redlich-Kwong (SRK). En adición, HYSYS ofrece varios métodos los
cuales son modificaciones de estos paquetes de propiedades, incluyendo
PRSV, Zudkevitch Joffee (ZJ) y Kabadi Danner (KD). Lee Kesler Plocker
(LKP) es una adaptación de las ecuaciones de Lee Kesler para mezclas, las
cuales por si mismas fueron modificadas de la ecuación BWR. De todas
estas, la ecuación de estado Peng-Robinson soporta un amplio rango de
condiciones de operación y una gran variedad de sistema. Las ecuaciones
de estado (EOS) de Peng-Robinson y Soave-Redlich-Kwong generan
directamente todas las propiedades de equilibrio y termodinámicas.
• Las opciones del paquete de propiedades para Peng-Robinson son PR, Sour PR, y PRSV.
• Las opciones de la ecuación de estado Soave-Redlich-Kwong son SRK, Sour SRK, KD y ZJ.
Para la industria química debido a la ocurrencia común de sistemas
altamente no-ideales, puede ser considerada la ecuación PRSV EOS. Esta
es una modificación de la ecuación de estado PR que extiende la aplicación
del método original PR para sistemas altamente no-ideales.
MODELOS PARA ACTIVIDADES
Los modelos de actividad producen los mejores resultados cuando son
aplicados en la región de operación para la cual los parámetros de
interacción fueron obtenidos.
La siguiente es un breve resumen de las opciones termodinámicas
recomendadas para los coeficientes de actividad para diferentes
aplicaciones.
TABLA 2.3. Modelos de Actividades
Aplicación Margules vanLaar Wilson NRTL UNIQUAC
Sistemas binarios A A A A A
Sistemas de Múltiple componentes
LA LA A A A
Sistemas azeotrópicos
A A A A A
Equilibrio Liquido- A A N/A A A
Liquido
Sistemas diluidos ? ? A A A
Sistemas de asociación individual
? ? A A A
Polímeros N/A N/A N/A N/A A
Extrapolación ? ? G G G
• A = Aplicable• N/A = No Aplicable• ? = Cuestionable• G = Bueno • LA = Aplicación Limitada
Fuente: Tutorial Hysys 3.2
PROPIEDADES FÍSICAS Y TERMODINÁMICAS
Ejemplo: Determinar las propiedades físicas para el Benceno y Tolueno
1. Iniciar sesión: Abrir Hysys y desde el Menú File, seleccionar New /
Case. Esto abrirá el Simulation Basis Manager.
2. Adicionar los componentes.
3. Modelo Termodinámico: En la ventana del Simulation Basis Manager
seleccionamos la etiqueta Fluid Pkgs y en la nueva ventana que
aparece hacer clic en el botón Add. Aparece el Fluid Package
denominado por defecto Basis-1, Cambiamos de nombre (PropFisicas-1)
De la lista de denominada Property Package Selection seleccionamos el
método de Wilson ya que es el mas adecuado para este sistema. El
modelo para el Vapor deberá ser el de SRK ( Soave-Redlich-Kwong) ya
que el sistema es no ideal. Note que la selección por defecto es Ideal.
FIGURA 2.35. Elección de modelo termodinámico
Fuente: Software Hysys 3.2
MARCO TEÓRICO DE LA DESTILACIÓN
DEFINICIÓN DE DESTILACION
Destilación, proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus
componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación,
enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por
medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar
una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades,
o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. En la evaporación
y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos
volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. Sin
embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente
más volátil en forma pura. Por ejemplo, la eliminación del agua de la
glicerina evaporando el agua, se llama evaporación, pero la eliminación del
agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilación, aunque se usan
mecanismos similares en ambos casos.
Si la diferencia en volatilidad (y por tanto en punto de ebullición) entre los
dos componentes es grande, puede realizarse fácilmente la separación
completa en una destilación individual. El agua del mar, por ejemplo, que
contiene un 4% de sólidos disueltos (principalmente sal común), puede
purificarse fácilmente evaporando el agua, y condensando después el vapor
para recoger el producto: agua destilada. Para la mayoría de los propósitos,
este producto es equivalente al agua pura, aunque en realidad contiene
algunas impurezas en forma de gases disueltos, siendo la más importante el
dióxido de carbono.
Si los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla sólo difieren
ligeramente, no se puede conseguir la separación total en una destilación
individual. Un ejemplo importante es la separación de agua, que hierve a 100
°C, y alcohol, que hierve a 78,5 °C. Si se hierve una mezcla de estos dos
líquidos, el vapor que sale es más rico en alcohol y más pobre en agua que
el líquido del que procede, pero no es alcohol puro. Con el fin de concentrar
una disolución que contenga un 10% de alcohol (como la que puede
obtenerse por fermentación) para obtener una disolución que contenga un
50% de alcohol (frecuente en el whisky), el destilado ha de destilarse una o
dos veces más, y si se desea alcohol industrial (95%) son necesarias varias
destilaciones.
TIPOS DE DESTILACION
Destilación Simple, donde separamos dos componentes por su diferencia
de volatilidad y punto de ebullición
Destilación Fraccionada es una variante de la destilación simple que se
emplea principalmente cuando es necesario separar líquidos con punto de
ebullición cercanos.
La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una
columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los
vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la
utilización de diferentes "platos". Esto facilita el intercambio de calor entre los
vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce
un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se
convierten en vapor, y los vapores con mayor punto de ebullición pasan al
estado líquido.
Destilación a Vacío es la operación complementaria de destilación del
crudo procesado en la unidad de destilación atmosférica, que no se vaporiza
y sale por la parte inferior de la columna de destilación atmosférica. El
vaporizado de todo el crudo a la presión atmosférica necesitaría elevar la