Simuladores

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Descripción general de simuladores de procesos

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Simuladores

  1. 1. SOPQ Unidad Temática II. SIMULACIÓN DE PROCESOS Tema II.2. SIMULADORES COMERCIALES ASPEN-PLUS HYSYS DESIGN PRO-II BASES DE DATOS Unidad Temática II. Simulación de procesos químicos Tema II.2. Simuladores comerciales
  2. 2. SIMULADORES COMERCIALES Modelos matemáticos: elemento esencial de un simulador de procesos (leyes de conservación, termodinámica y restricciones control y diseño) <ul><li>Sistema de ecuaciones algebraicas y diferenciales. </li></ul><ul><li>Dan forma al modelo matemático del proceso completo. </li></ul>RESOLUCIÓN Modelo secuencial modular : - Subrutinas de cálculo para cada unidad de proceso - Calculo de vbles. de salida en función de las de entrada. - Procedimiento iterativo (reciclos) Método orientado a ecuaciones : - Resolución simultánea Método modular simultáneo : - Ventajas de los métodos anteriores - Sistema de ecuaciones simplificado - Modelos ingenieriles aproximados o representaciones lineales de los modelos rigurosos SIMULACIÓN DINÁMICA: arranque, paro, procesos por lotes, perturbaciones
  3. 3. SIMULADORES COMERCIALES
  4. 4. SIMULADORES COMERCIALES <ul><li>Propiedades físicas, termodinámicas y de transporte. </li></ul><ul><li>Elección del modelo: - Intervalos específicos de condiciones </li></ul><ul><li> - Tipos de sustancias </li></ul><ul><li>CRITERIOS: </li></ul><ul><li>Naturaleza de los componentes (polaridad), idealidad o no idealidad de la mezcla. </li></ul><ul><li>Intervalo de composición, temperatura y presión. </li></ul><ul><li>Tipo de aplicación (equilibrio V-L, L-L, una fase...) </li></ul>Ecuaciones de estado, modelos de coeficientes de actividad y modelos especiales A : aplicable; NA : No aplicable; A L: aplicación limitada; B : Buena; ? : cuestionable Situación Margules Van Laar Wilson NRTL UNIQUAC Binarios L-V A A A A A Multicomponentes L-V AL AL A A A Azeótropos A A A A A Equilibrios L-L A A NA A A Sistemas diluidos ? ? A A A Extrapolación ? ? B B B
  5. 5. SIMULADORES COMERCIALES Modelos de Ecuaciones de estado Modelos de coeficientes de actividad Ley de gas ideal Lee - Kesler (LK) Lee - Kesler - Plocker Peng - Robinson (PR) Peng - Robinson - Stryje k - Vera (PRSV) Redlich - Kwong (RK) Redlich - Kwong - Soave (RKS) API - Soave - Redlich - Kwong (API - SRK) RKS o PR con regal de mezclado Hurón - Vidal - 2 modificada (MHV) RKS o PR con reglas de mezclado de Wong - Sandler (WS) RKS o PR con función alfa de Boston - Mathias RKS predictor (PRKS) Sánchez - lacombe para polímeros Hayden - O’Connell Benedict - Webb - Rubin (BWR) - Lee - Starling Schwartzentruber - Renon Electrolitos NRTL Flory - Huggins NRTL Uniquac Unifac Van Laar Wilson Margules Pitzer Métodos especiales Braun K - 10 Chao - Seader Grayson - Streed Kent - Eisenberg Aminas Tablas de vapor
  6. 6. SIMULADORES COMERCIALES ¿Para qué se utiliza la simulación de procesos? Estimar y realizar análisis de regresión de propiedades físicas Procesos donde los componentes deben ser mezclados, separados, calentados, enfriados y convertidos mediante operaciones básicas Predice el comportamiento de un proceso utilizando principios de la ingeniería Cálculo de balances de materia y energía y equilibrio químico y entre fases Analiza el comportamiento de un sistema y realiza estudios de optimización y sensibilidad Cambiar las condiciones de operación y analiza alternativas Estimar costes Generar como salida gráficas o bien tablas de resultados
  7. 7. ASPEN PLUS CARACTERÍSTICAS GENERALES Desarrollado por: Aspen Technology, Inc. http://www.aspentech.com/products ASPEN: Advance System for Process Engineering <ul><li>Flexible y fácil de usar. </li></ul><ul><li>Algoritmo de cálculo: método secuencial modular (Aspen Plus 10.2) </li></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>método orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2004.1) </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>método orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2006) </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><li>Aspen Plus permite: </li></ul><ul><li>- Regresión de datos experimentales. </li></ul><ul><li>Diseño preliminar de los diagramas de flujo usando modelos de equipos simplificados. </li></ul><ul><li>Realizar balance de materia y energía rigurosos usando modelos de equipos detallados. </li></ul><ul><li>Dimensionar piezas clave de los equipos. </li></ul><ul><li>Optimización on-line de unidades de proceso completas o bien plantas. </li></ul>
  8. 8. ASPEN PLUS
  9. 9. Title bar Menu bar Next button Toolbars Process flowsheet window Model Library Select mode button Status bar ASPEN PLUS
  10. 10. Menu tree Go to a different folder Units box Folder list Go back/forward Previous sheet Comments Status ASPEN PLUS
  11. 11. ASPEN PLUS Para sistemas líquido/gas, Aspen Plus dispone de las siguientes operaciones:
  12. 12. ASPEN PLUS <ul><li>Propiedades termofísicas: </li></ul><ul><li>Bases de datos de componentes puros y específicos de cualquier aplicación. </li></ul><ul><li>Sistemas de estimación para constantes de propiedades. </li></ul><ul><li>Bases de datos para parámetros de interacción binaria. </li></ul><ul><li>Sistemas de regresión de datos. </li></ul><ul><li>Sistemas para electrolitos. </li></ul><ul><li>Acceso a la base de datos termofísica DECHEMA </li></ul><ul><li>Herramientas: </li></ul><ul><li>Análisis de convergencia: rotura de ciclos, secuencia de soluciones.. </li></ul><ul><li>Incluye fortran y excel. Acceso a Visual Basic (Aspen Plus 2004.1) </li></ul><ul><li>Análisis de sensibilidad: variaciones debidas a cambios introducidos. </li></ul><ul><li>Caso de estudio para simular con varias entradas. </li></ul><ul><li>Especificaciones de diseño para el cálculo automático de condiciones de operación y parámetros de equipos. </li></ul><ul><li>Ajuste de datos </li></ul><ul><li>Optimización para maximizar rendimientos, consumo de energía, pureza... </li></ul>
  13. 13. iconos bloques ASPEN PLUS Diagramas de simulación con ASPEN PLUS
  14. 14. Diferentes métodos de abordar la ruptura de dos ciclos anidados. Válido para la mayor parte de los simuladores ASPEN PLUS
  15. 15. Seleccionar opción convergence/convergence Ejemplo de dos reciclos anidados ASPEN PLUS
  16. 16. Disponer y configurar las unidades de reciclo de información ASPEN PLUS
  17. 17. Selección del orden en que se rompen los ciclos ASPEN PLUS
  18. 18. CARACTERÍSTICAS GENERALES - Entorno de simulación modular tanto para estado estacionario como para régimen dinámico. - Desarrollado para su uso con PC. - Interfase gráfica de fácil uso (orientado a objeto). - Posibilidad de adicionar código de programación con VISUAL BASIC . - Interpreta interactivamente los comandos según se introducen en el programa. Por tanto no necesita un botón de ejecución (run), aunque existe la posibilidad de plantear el problema completo sin hacer cálculos y después ejecutarlo. - Es un simulador bidireccional , ya que el flujo de información va en dos direcciones (hacia delante y hacia atrás). De esta forma, puede calcular las condiciones de una corriente de entrada a una operación a partir de las correspondientes a la corriente de salida sin necesidad de cálculos iterativos. HYSYS Desarrollado por: Aspen Technology, Inc. http://www.aspentech.com/product
  19. 19. HYSYS Integrado <ul><li>La información se comparte entre aplicaciones. </li></ul><ul><li>Modelos termodinámicos comunes. </li></ul><ul><li>Flowsheet comunes. </li></ul><ul><li>Interfase </li></ul><ul><li>Cambio de aplicación </li></ul>Interactivo <ul><li>Cálculos automáticos al aportar nueva información. </li></ul><ul><li>No limites al acceso de información útil. </li></ul>Abierto y extensible <ul><li>Unidades de operación en estado estacionario o dinámico. </li></ul><ul><li>Especificar expresiones para reacciones cinéticas. </li></ul><ul><li>Paquetes de propiedades especiales. </li></ul><ul><li>Extensión de la funcionalidad de la simulación en respuesta a posibles cambios. </li></ul>
  20. 20. HYSYS Unidades de las que dispone HYSYS:
  21. 21. Workbook: colección de páginas que guardan la información de forma tubular PDF: construcción del diagrama de simulación
  22. 22. Summary view: lista de corrientes y unidades de proceso instaladas. Object navigator: acceso a la vista de propiedades de una corriente u operación. Property view: conjunto de páginas con la información de una corriente o unidad de proceso.
  23. 23. Desarrollado por: Chemstations Inc. http://www.chemstations.net CHEMCAD CARACTERÍSTICAS GENERALES: <ul><li>Incluye bases de datos de componentes químicos, métodos termodinámicos y unidades de operación que permiten la simulación en estado estacionario de procesos químicos continuos desde escala laboratorio a escala industrial. </li></ul><ul><li>Simulación en régimen dinámico y de procesos discontinuos. </li></ul><ul><li>Interfase gráfica </li></ul><ul><li>Funcionamiento bajo Windows </li></ul>
  24. 24. CHEMCAD
  25. 25. CHEMCAD Unidades de las que dispone Chemcad:
  26. 26. <ul><li>-Entorno gráfico de simulación interactivo. </li></ul><ul><li>-Funciona bajo entorno Windows. </li></ul><ul><li>-Posibilidad de incluir código de programación en VISUAL BASIC. </li></ul><ul><li>Posibilidad de realizar simulación en régimen dinámico (paquete PROTISS). </li></ul><ul><li>Puede ser utilizado en: petróleo, refinería, petroquímica, polímeros, química fina y farmacéutica, construcciones, ingeniería, etc. </li></ul><ul><li>Actualmente esta disponible la versión 6.0 con nuevas características y unidades de operación: hornos, cambiadores de calor de aire, separaciones por membrana, electrolitos para polímeros y aplicaciones para simular columnas. </li></ul>Desarrollado por: Simulation Sciences Inc. http://www.simsci.com PRO/II CARACTERÍSTICAS GENERALES:
  27. 27. PRO/II Diagrama de simulación característico de este programa:
  28. 28. PRO/II
  29. 29. BASES DE DATOS DECHEMA databank (DETHERM) <ul><li>-Base de datos para: 4.200.000 datos, 122.000 sistemas, 101.000 mezclas y 21.000 sustancias puras. </li></ul><ul><li>Datos de fases en equilibrio, datos de electrolitos y propiedades de sustancias puras y mezclas. </li></ul><ul><li>Datos de gran calidad revisados por expertos externos. </li></ul><ul><li>Base de datos producida por DECHEMA e.V. en cooperación con FIZ CEIME (Berlín). </li></ul><ul><li>http://i-systems.dechema.de/detherm/ </li></ul>
  30. 30. DECHEMA databank (DETHERM)
  31. 31. DECHEMA databank (DETHERM)
  32. 32. DECHEMA databank (DETHERM)
  33. 33. DECHEMA databank (DETHERM)
  34. 34. NIST databank Desarrollada en USA NIST National institute of standards and technogy http://www.nist.gov/public_affairs/database.htm <ul><li>Datos termoquímicos para 7.000 compuestos orgánicos y para una pequeña cantidad de compuestos inorgánicos. </li></ul><ul><li>También contiene datos de reacción termoquímicos para 8.000 reacciones y datos de energía iónica para unos 16.000 componentes. </li></ul><ul><li>Espectros de infrarrojo para unos 16.000 componentes. </li></ul><ul><li>Espectros másicos para unos 15.000 componentes. </li></ul><ul><li>Espectros UV/Vis para 16.000 componentes. </li></ul><ul><li>Espectros de componentes cristalinos ( 210402 orgánicos e inorgánicos). </li></ul><ul><li>Propiedades termofísicas para 34 fluidos incluyendo densidad, entalpía, energía interna, entropía, etc. </li></ul><ul><li>Espectros electrónicos y vibracionales para unos 4.000 compuestos </li></ul>
  35. 36. http://www.crct.polymtl.ca/fact/fact.htm OTRAS BASES DE DATOS FACT (compuestos inorgánicos) http://www.physics.usyd.edu.au/teach_res/db/d0005.htm CODATA (entalpias y entropías de diversos compuestos) SOLV-DB (base de datos de disolventes) http://solvdb.ncms.org/
  36. 37. Catálogos comerciales de HYSYS, ASPEN PLUS, CHEMCAD Y PRO II Compilación de simuladores utilizados en Ingeniería Química MATERIALES ADICIONALES

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