2. Para la próxima clase
hay examen de todo
lo visto
(no incluye esta
clase)
3. 5. SIMULACIÓN DE EQUIPOS PARA
TRANSFERENCIA DE MASA
5.1 Divisor de Flujo (Component Splitter)
Es necesario especificar
-Fracción en la cual la
corriente de entrada se divide.
- Este equipo puede usarse para simular
procesos de separación no estándares que
no se encuentran en Hysys.
4. Ejercicio 5. Se desea dividir 226000 lb/h de
Amoniaco (-9 F y 225 psig) en dos corrientes una
con 30 % y otra con 70 % de la cantidad de masa.
Solución
1. Adicionar el componente Amoniaco. Crear la
lista de componentes: Lista Divisor – ID
2. Seleccionamos el paquete Peng Robinson y
darle nombre: Divisor – ID
3. Exportamos el paquete : Divisor – ID
4. Ingresamos al espacio de la simulación (Enter
Simulation Environment)
5. 5. Vamos a la paleta de
unidades de equipo y
seleccionamos
Component Spliter (divisor
de corriente) y hacemos clic
sobre el icono
6. Vamos al
espacio de
simulación y
hacemos clic con
lo cual queda
seleccionada esta
unidad de equipo
6. 7. Definimos las corrientes de entrada y salida,
para lo cual hacemos doble clic en la unidad de
operación.
Clic en Connections y nombramos a la unidad
como Divisor-1 y a las corrientes
Alimentación, Salida-1 y Salida-2
7. Y vemos que estos nombres aparecen en
las corrientes del diagrama de flujo en el
espacio de la simulación.
8. 8. Especificar la corriente alimentación
con la siguiente informaciónEspecificaci
ón
Cantidad
Temperatura -9 F
Presión 225 Psig
Flujo másico 226000 lb/h
Fracción
molar
1
9. Al especificar lo anterior, vamos a Conditions y
vemos que la barra inferior ha cambiado a verde y
se han completado los parámetros que faltaban
Si hay otras
alimentacion
es podemos
hacer clic en
Define from
Other
Stream para
especificarla
s
10. Al volver al Diagrama de Flujo, la corriente
Alimentación ha cambiado a color Azul lo cual
indica que ha sido especificada completamente.
11. 9. Especificaciones de parámetros de
operación del equipo: Doble clic en el equipo y
en la pagina de parámetros seleccionar Equal
Temperatures.
El programa nos indica que no se ha definido la
fracción dividida
12. Para especifica la fracción dividida por lo
que pasamos a Splits y especificamos 0.3
Para la Salida-1 y 0.7 para la Salida-2
Pero aún falta especificar otro parámetro y
este puede ser la presión
13. En Parameters y
especificamos la
presión en cada
corriente de salida de
225 psig.
Como este valor es
igual al de la
alimentación también
se logran los mismos
valores empleando el
radio botón Equalize
All Stream PressuresLa barra verde
indica que se
han especificado
todos los
parámetros para
la unidad. Los
resultados lo
podemos ver en
la etiqueta
15. 5.1.1 Manipulando el Diagrama de Flujo
Hysys permite al usuario ver las propiedades y tablas
e imprimir información para el PFD, operaciones
unitarias y corrientes.
1. Para el PFD, clic derecho del mouse y seleccionar
Add Workbook Table
17. Al hacer clic en Select aparece una tabla con
los valores seleccionados
18. 1. También se puede mostrar la información de
forma individual para cada corriente.
Seleccionar la corriente, hacer clic derecho y
hacer clic en Show Table
19. Y aparece la
tabla adjunta
para la corriente
seleccionada
Este mismo
procedimiento lo
podemos usar para
mostrar
información de la
Unidades de
Proceso
20. 5.2 Mezclador (Mixer)
El MEZCLADOR combina
varias corrientes de materia de entrada para
producir una corriente de salida.
Calcula rigurosamente la temperaturas,
entalpías, presión, composición que no se
conocen.
- Calcula la temperatura teniendo en cuenta
el calor de mezclado
21. Ejercicio 6. Se desean mezclar tres corrientes
para encontrar la composición de la corriente
mezclada.
Procedimiento:
4.Adicionar la lista de componentes: Benceno,
Tolueno y Xileno.
2. Seleccionar Peng Robinson como Fluid package
Mezclador-1
3. Insertar en el PFD un mezclador:
23. 5. Si deseamos podemos aumentar o
disminuir el tamaño de las unidades y la
corrientes con la opción Size Mode
24. . Especificamos las corrientes de alimentación
• Todas las corrientes de alimentación
están a temperatura ambiente (25 o
C) y
presión atmosférica (1 atm).
• Las composiciones están en Flujo molar
(Kmol/h) y son:
Componen
tes
Corriente
benceno
Corriente
Tolueno
Corriente
Xileno
Benceno 10 20 30
Tolueno 0.5 1 1.5
Xileno 0.25 0.5 0.75
26. 5.3 Destilación Continua
5.3.1 Columna de Destilación por métodos corto
(Shotcut column)
La Shortcut Column desarrolla los cálculos no
rigurosos para torres simples con el método Fenske-
Underwod.
Con el método de Fenske se calcula el
número mínimo de platos y el de Underwood
calcula la relación de reflujo mínima.
Con la Shortcut Column se estiman además: los flujos
de vapor y líquido en la sección rectificadora y
despojadora, el Qcondensador y Qrehervidor, plato
de alimentación óptimo y número de platos ideal.
- Esta unidad da valores iniciales para las torres
27. Ejercicio 7. Destilación
Una corriente a razón de 100 kmol/hr con un composición
molar de 50% etanol y 50% n-propanol, es alimentada a una
columna de destilación continua a temperatura ambiente
(298 K) y presión atmosférica (1 atm).
La caída de presión a través de la columna es despreciable y
se usa una relación de reflujo de 1.5.
Se quiere que el destilado tenga un 93% en mol del etanol y
un 5% mol del n-propanol de la corriente de alimentación.
Diseñar una columna de destilación continua para conseguir
las especificaciones deseadas usando una Shortcut column
en HYSYS y reportar el número total de etapas, número
mínimo de etapas, ubicación de la etapa de alimentación,
relaciones de reflujo mínimo y calculado, concentraciones del
destilado final y corriente de fondo, y cargas de calor del
rehervidor (reboiler) y condensador.
28. Solución
3.Adicionar etanol y n-propanol en una component
list.
2. Adicionar como Fluid package (Destilación-1) el
paquete Geneal NRTL con modelo de vapor SRK
3. Clic en el
icono de
Short Cut
Distillation
de la paleta de
objetos
y crear el PDF.
29. . Especificar la corriente de alimentación
Especificación Valor
Temperatura 24.85 °C
Presión 101.3 kPa
Flujo molar 100 Kgmole/h
El flujo de alimentación es equimolar
30. 5. Definir los parámetros de equipo en la página
Parameters
Parámetros Valor
Light key Ethanol in
Bottoms
0.07
Heavy Key n-Propanol in
Distillate
0.05
Condenser Pressure 1 atm
Reboiler Pressure 1 atm
Al
especificar
lo anterior
se obtiene
la relación
minima de
reflujo
(1.610)
31. 6. A partir de la relación minima de reflujo (Rmin)
se calcula por regla de dedo la relación de reflujo
externa (Eternal Relux Ratio) que es R = 1.5
Rmin
Para este caso R = 1.5 (1.610)
Esto
complet
a el
diseño
de la
columna
de
destilaci
ón
usando
un
método
corto.
32. Los resultados del balance de materiales lo
podemos ver haciendo clic en la etiqueta
Worksheet
33. Los resultados para el número de etapas así como
el condensador y rehervidor pueden verse haciendo
clic en la etiqueta performance.
34. 5.3.1 Columna de Destilación por método Riguroso
Ejercicio 8. El Propano y Propileno son muy difíciles de separar
uno de otro, ya que son componentes con puntos de ebullición
cercanos. No obstante, la destilación a presión elevada es una
tecnología común, con tal que exista suficiente número de platos en
la columna de destilación.
En este ejemplo, se presentan cálculos de una torre con 148 platos
reales. El modelo de destilación SCDS (Método de corrección
simultánea) se usa para acomodar un número grande de platos, y
dar explicación sobre platos reales.
El equilibrio liquido-vapor Propane/propylene y ethane/ethylene
son afectados por interacciones entre los componentes. Se usan los
parámetros especiales de interacción binaria para la Ecuación de
Estado de Peng-Robinson para reflejar estas no idealidades
35. 1. Compuestos: Propileno, Propano, Etano y n-Butano
2. Crear el Fluid package (Destilación-2) Peng Robinson
3. Colocar la corriente de Alimentación con las siguientes
especificaciones
Componen
te
Flujo molar
(lbmol/h)
Etano 0.3
Propileno 550
Propano 200
N-Butano 5
Fracción de
vapor
0
Presión 1655 kPa
36. Ir a la paleta de unidades de equipo, seleccionar Columna
de destilación
37. Hacer doble clic en la columna y aparecerá el
Distillation Column Input Expert a fin de guiar en el
llenado de los datos que definen a este sistema:
En la página 1 de 4 ingresar los siguientes datos:
· Número de etapas : 150
· Plato de alimentación: 110
· Nombre de la alimentación: Alimentación
· Tipo de condensador: Total
· Nombres de las corrientes de materia y energía según
se muestra en la Fig.
38. Completada la página 1 se habilitará el botón Next.
Presionando este pasaremos a la página siguiente
39. En la página 2 de 4 se define el perfil de presión dentro de la
columna. Los valores son:
· Presión en el condensador: 220 psia
· Presión en el rehervidor: 250 psia
· Caída de presión en el condensador: 0 psia
40. En la página siguiente 3 de 4 se pueden ingresar
estimaciones. Estos valores son opcionales y no se
consideran en este ejemplo.
41. En la página siguiente 4 de 4 ingresamos:
Cantidad de destilado liquido: 550 lbmol/hr (el equivalente a todo el
propileno)
Razón de reflujo: 20 Flow basis: molar
Al terminar
presionamos
DONE
42. Los datos del sistema quedan completamente
definidos.
43. Una vez posicionados en el libro de cálculo correspondiente a la
columna en la hoja Specs se debe notar que las especificaciones
establecidas deben ser tales que garanticen que los grados de
libertad sean igual a 0 indicando que la columna ya esta lista para
ser resuelta
44. El proceso exige obtener un destilado en el cual la
fracción molar de propano no sea mayor a 0.04
45. Presionando el botón ADD
aparece una ventana con
todas las posibles
variables que pueden ser
especificadas.
46. Cerramos la ventana y hacemos clic en Run
Durante la simulación puede aparecer algún mensaje de
advertencia el cual podemos omitir
47. Cuando termina la simulación aparece la barra
verde que nos indica que la simulación ha terminado
y se ha logrado convergencia.
48. Ahora pasamos a revisar los resultados de la simulación
Notar que la mayoría de los datos de interés aparecen en la hoja
MONOITOR así como los perfiles de las variables tales como
temperatura, presión, flujos de líquido y vapor se hallan presentados en
PROFILE
49. Los resultados del caso principal pueden verse en el
WORKBOOK desplegando la información detallada:
51. Con lo cual la columna esta
completamente especificada
52. 5.4 DESTILACIÓN FLASH (SEPARATOR)
La operación de Separación (Separator)
permite varias entradas y produce una
corriente de vapor y una de líquido con
diferentes concentraciones.
En estas unidades también se llevan a
cabo reacciones.
53. Ejercicio 9:
1 kmol/hr de una corriente que contiene:
Benceno (40 mol%)
Toluene (30 mol%)
O-xylene (30 mol%)
Ingresa a una unidad flash a 373 K y
1 atm.
Seleccione el paquete termodinámico.
54. A continuación se introducen las corrientes
de entrada y salida del separador
55. Una vez se especifican las composiciones, P, T y
Flujo molar de la corriente de alimentación se
especifica completamente el separador.
56. Además de calcular las condiciones de salida,
además se dimensiona el equipo. Observe que se
puede seleccionar 3 tipos de separadores.
57. Los Separadores de 3 Fases permite varias
alimentaciones y produce una salida de vapor y dos de
líquido, una fase pesada y una líviana. Esta corrinete tiene
un icono diferente en la barra de objetos.
58. Si se elije la opción Separador de 3 fases se
requiere insertar una nueva corriente para que se
especifique toda la unidad.
64. Selecionar la geometría del contenedor :
Dependiendo de la orientación seleccionada algunas de las
geometrías no estarán disponibles. Los contenedores
Ellipsoidal and Hemispherical cylinder solo están
disponibles para la orientación horizontal.
65. Especificar algunas de las siguientes medidas: Volumen,
Diámetro, o altura (la longitud se emplea cuando la
orientación del tanque es horizontal).
O use el botón Quick Size que establece valores
predeterminados
66. En la opción de dimensionamiento se pueden
ingresar los datos o con la opción Quick Size se
obtiene la estimación.
68. Se debe especificar el diámetro y altura del
Desnebulizador.
O se puede calcular con el botón Quick Size que
por defecto:
Calcula la altura del desnebulizador como 1/3 de
la altura del tanque.
Calcula el diámetro del
desnebulizador como
1/3 del diámetro
del tanque.
69. Active el botón Weir para adicionar un Weir al
tanque. Esta opción solo está disponible para la
geometría Flat cylinder.
71. En la pestaña Rating en la página C. Over Setup.
Allí puede seleccionar el tipo de Carry Over Model
Carry Over Model se refiere a las condiciones en
las cuales el líquido entra en la fase vapor o el
vapor entra en la fase líquida. Esto es causado
por la turbulencia que causa la corriente de
entrada al contenedor.
En Hysys se puede modelar este efecto
especificando la fracción de la corriente de
entrada o de salida, o empleando la correlación
disponible.
72. The C.Over Setup page allows you to
model six types of carryover flow in the
feed, and product stream:
· Light liquid in gas
· Heavy liquid in gas
· Gas in light liquid
· Heavy liquid in light liquid
· Gas in heavy liquid
· Light liquid in heavy liquid
En la página C.Over Setup se puede escoger seis tipos de modelos de
flujo carryover en la alimentación o productos: Light liquid in gas, Heavy
liquid in gas, Gas in light liquid, Heavy liquid in light liquid, Gas in heavy
liquid, Light liquid in heavy liquid.
73. Notas:
Si solo se especifica el volumen cilíndrico total, la
relación L/D es por defecto 3:2.
La altura de líquido en un tanque cilíndrico
vertical se relaciona linealmente con el volumen
del líquido.
No hay una relación lineal en el caso de tanques
esféricos y cilíndricos horizontales.
74. En el área Liquid Level, especifique el nivel del líquido
como un porcentaje del volumen total del contenedor. El
valor predeterminado es 50%.
El volumen de liquido se calcula el producto del volumen
del tanque y la fracción de nivel de líquido.
75. Para adjuntar una corriente de
energía a uno se estos equipo se
debe presionar Crtl y acercar el
puntero al equipo en el cuadro
rojo y arrastrar
Si se adjunta una corriente de energía a un Separador,
separador de tres fases o tanque seleccionar si es
calentamiento o enfriamiento. Si conoce este valor
especifíquelo en Duty field.
76. Se alimenta la siguiente corriente alimentación a
una unidad flash (separator):
1 kmol/hr de una corriente que contiene:
Benceno (40 mol%)
Toluene (30 mol%)
O-xylene (30 mol%)
Considere que no hay caída de presión.
No hay entrada de calor.
Responder las siguientes preguntas:
77. 2. Si la alimentación está a 385 K y 1 atm. ¿Cuál es la
composición de las corrientes de salida?
2. Si la alimentación está a 385 K y tiene una fracción de vapor
de 40% p/p. ¿Cuál es la presión a la cual opera la unidad
flash? y ¿Cuál es la composición de las corrientes de salida?
3. La unidad flash opera a 1 atm y tiene una fracción de vapor
de 30%. ¿Cual es la temperatura a la cual opera la unidad
flash? y ¿Cúal es la composición de las corrientes de salida?
4. La unidad flash opera a 1 atm y se desea que la fracción
separada de tolueno en la fase líquida sea 0.65. Computar la
temperatura a la cual opera la unidad flash y la composición
de las corrientes de salida?
79. Pregunta 3:
Pregunta 4:
No es posible separar el 65% del tolueno para que salga por la
corriente líquida a una presión de 1 atm.
La máxima separación que se logra es de 0.15 kmol/h es decir
del 50% a una temperatura de 99.7349C
80. Vessel Sizing Utility
La Vessel Sizing utility permit dimensionar y costear
separaores, tanques y reactores. Para obtener mejores
resultados Hysys permite realizar cambios en los
parámetros
La utilidad Vessel Sizing sirve para dimensionar equipos a
partir de condiciones de operación dadas o también a partir
de modelos propios de dimensionamiento.
Esta utlility reporta datos sobre la geometría del equipo
(diámetro, altura..), las especificaciones de los materiales
de construcción (espesor, esfuerzos,….) y los costos de
construcción en dólares (a partir de una ecuación propia
con coeficientes definidos por el usuario).
81. 1. En el meu Tool seleccionar Utilities ó presione CTRL+U
2. De la lista disponible seleccionar Vessel Sizing.
3. Click en el botón Add Utility button, aparece entonces
el Vessel Sizing property view.
82. En esta ventana se debe seleccionar el objeto y
se da el nombre de la Utility:
Al resolver
la
simulación
se debe
desactivar
esta Utility
chequeando
Ignored
checkbox
83. En la ventana Select Separator seleccionar el objeto y
presionar OK con o cual la Utility queda totalmente
especificada.
84. En la pestaña Design en la página Connections se
encuentra el botón Set Default lo que quiere decir que
se fijan los parámetros por defecto establecidos por
Hysys
85. En la pestaña Design en la página Sizing se selecciona
de la lista Avaliable Especification las especificaciones
que se quieren usar. Seleccione de la lista la
especificación Max Vap Velocity y presione el botón
Add Spec con lo cual dicha especificación queda en la
lista Active Specifications
86. El botón Remove Spec quita de la lista activa
las especificaciones pero deben quedar siempre
mínimo tres especificaciones.
Esas especificaciones establecidas por Hysys
son modificables.
La Utility se recalcula luego de realizar algún
cambio en la simulación.
87. En la pestaña Design en la página
Construction se especifican los siguientes
parámetros:
88. En la pestaña Design en la página Costing se
especifican los coeficientes para el análisis de
costos
90. Los resultados de los costos despliegan los costos
base del contenedor, plataforma, todo en US
dollars.
91. Los resultados de dimensionamiento se presentan
en la pestaña Performance en la página Sizing
Results.
93. 5.5 Columnas de Absorción de Gases
La absorción de gases es una operación en la
cual una mezcla de gases se pone en contacto
con un líquido, a fin de disolver de forma selectiva
uno o más componentes en el gas y obtener una
solución de estos en el líquido. En Hysys están
disponible columnas de absorción de gases. Este
equipo en la paleta de objetos tiene el siguiente
icono.
94. Ejercicio 10:
El CO2 es absorbido en carbonato de propileno
(propylenecarbonato) .
La corriente del gas de entrada es 20 % mol CO2 y 80 %
mol metano, este fluye a razón de 2 m3/s y la columna
funciona en 60°C y 60.1 atm.
El flujo de solvente de la entrada es 2000 kmol/hr.
Use HYSYS para determinar la concentración de CO2
(%mol) en la corriente del gas de la salida, la altura de la
columna (m) y el diámetro de la columna (m).
95. Solución
•Crear la lista de componentes y seleccione el paquete
termodinámico SourPR.
2. Introduzca 4 corrientes de materia con los siguientes
nombres y especificaciones:
Entrada
Solvente
Gases
entradaPresión 60.1 atm 60.1 atm
Temperat
ura
60°F 60°F
Flujo 2000 kmole/h 7200 m3/h
Xco2 0 0.2
XCH4 0 0.8
Xcarbonat
e
1 0
96. 3. Introducir una Columna
de absorción seleccionar el
icono "Absorber“ de la
paleta de objetos.
Hacer doble clic en la columna T-100 para abrir
la ventana del ‘Absorber Column Input Expert’
la cual consta de 4 páginas.
97. En la primera página se asignan las corrientes de entrada
y salida a la columna de absorción de gases.
Se considerará una columna en contracorriente.
Cuando se ha completado la información, se activa el botón Next.
98. La opción Top Stage Reflux es para adicionar bombas
laterales en la etapa seleccionada.
99. Se puede seleccionar el orden en el cual se
numerar las etapas y el número de etapa (que por
defecto son 10).
100. Haciendo clic en Next se abre la página 2. Colocar las
presiones del tope y el fondo (60.1 atm) en cada lado.
101. En la página 3 se especifican las temperaturas del tope y
el fondo (opcional), colocamos 60 ºC en cada lado.
102. Si se da clic en el botón Side Ops> aparece la siguiente
ventana. En este caso no emplearemos esta opción.
103. Presionando Done aparece la siguiente ventana.
El color rojo de la barra inferior indica que los cálculos no se han
efectuado, por lo que hacemos clic en el botón Run para efectuar la
simulación.
111. En esta página se especifican las opciones del
método numérico para solucionar la columna.
112. En esta página se especifican valores de diseño
de la torre:
113. Hysys permite especificar allí :
Tipo de columna: empacada, vacía etc.
Diámetro de la columna.
Volumen empacado de columna
Volumen vacío de columna
Si se consideran o no pérdidas de calor y
seleccionar el modelo para esto.
Entre otros.
114. En esta página se especifican los parámetros de
diseño de la columna de absorción:
115. Aquí se manipulan las opciones de solución del
perfil de presión en la columna
116. En la pestaña performance hay varias páginas que
muestran los resultados de los cálculos:
119. 5.5.1 Dimensiones de los platos
Vamos al menú 'Tools' y seleccionamos
'Utilities'. Desplegamos la barra y seleccionamos
'Tray Sizing'.
Clic en el botón 'Add Utilities' y se abre una
ventana 'Tray Sizing'
120. Con la Utility Try Sizing se pueden realizar los
cálculos de diseño y dimensionamiento en parte
o en toda la columna ya calculada.
La información de la torre y el empaque se puede
especificar. Los resultados incluyen el diámetro
de la torre, caída de presión, flujos y dimensiones
de a torre.
Esta Utility esta disponible solo para las
columnas con flujos de vapor-liquido. Por lo tanto
no se puede usar para columnas de extracción
líquido-líquido
124. Aparece la siguiente ventana para seleccionar el tipo de plato. En este
caso seleccionamos platos perforados (Sieve) y aparece una ventana
con las dimensiones de los platos.
Para más información presionar el botón Next
125. Aparece esta
ventana con toda
la información de
dimensionamiento
la cual puede
modificarse si se
conservan las
relaciones entre
los parámetros.
Presionar el botón
Complete
Autosection
127. Para ver los parámetros internos de la columna.
129. En la pestaña Design en la página Specs :
En la sección Name field se especifica el nombre de cada
sección.
De la lista desplegable End Tray seleccione el número de la
etapa donde la sección empieza
De la lista desplegable End Tray seleccione la etapa donde
termina a sección.
De la lista desplegable Internal seleccione el tipo de plato
usado en esa sección. La opciones son: Sieve, Valve, Packed
or Bubble Cap.
De la lista desplegable Mode selección alguno de los modelos
de cálculo: Design and Rating.
130. 5.5.2 Columna con Relleno
Seguimos el procedimiento anterior hasta simular la
columna con Platos
Luego vamos al menú 'Tools' y seleccionamos 'Utilities'.
Desplegamos la barra y seleccionamos 'Tray Sizing'.
Clic en el botón Select TS , hacemos la selección y luego
clic en OK
Clic en el botón Auto Section y seleccionar el tipo de plato.
En este caso seleccionamos platos empacados (Packed) .
Se debe escoger de la lsta desplegable el tipo de empaque
a emplear :
135. Ejercicio 11: Absorción de acetona en una torre
con etapas a contracorriente.
Se desea absorber 90% de la 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 30.0 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. No
hay caída de presión. El número de etapas
requeridas para esta separación es 20.
A que temperatura y presión debe trabajar la torre?