1 BY ING. EFRAÍN TORRICO
Expectativas del Curso

Afianzar conocimientos de Operaciones Unitarias
 Entender
la filosofía del HYSYS

Definir corrientes

Propiedades Físicas
 Componentes
 unidades
 Herramientas
Propiedades termodinámicas
2 BY ING. EFRAÍN TORRICO
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Sistema de unidades usadas en Ingeniería
• Las unidades usadas, son una mezcla en la industria ya que
cada empresa de ingeniería establecida en diferentes paises
usan sus propias unidades, generando una mezcla de estas, y
pueden ser verificadas al momento de implementar nuevas
unidades de proceso y conectarlas al sistemas.
3
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Sistema de unidades usadas en Ingeniería
• Así tenemos por ejemplo
ºC-ºF-ºK-ºR – Atm – psia kpa.
Joule – Hp – Watts – Metros – pulg, Pies- yardasgalon – barriles – MMFCD, etc.
4
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Sistema de unidades usadas en Ingeniería
• Unidades molares
Peso Molecular, ejemplo (CH4)
16.04 (kg de CH4)/(kmol de CH4 )
Fracción molar Xa = (moles A)/(moles totales)
5
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Fundamentos
•Leyes de los gases y presión de vapor
•Existen muchas formas de expresar la presión ejercida por un
fluido
•Presión absoluta de 100 atm es equivalente a 760 mm de hg a
0ºC. - 29, 921 plg. de hg - 14.696 lb fuerza/plg2
•Presión manométrica – es la presión por encima de la
absoluta, así 21,5 lb/plg2 equivale a (21,5 + 14,7) = 36,2 lb/plg2
abs.
6
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Fundamentos
-Ley de Boyle
Al disminuir el volumen de un gas incrementa la densidad
numérica y la presión de este se incrementa.
-Ley de Charles
Al incrementar la temperatura la presión sube
-Ley de Dalton
La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las
presiones parciales
7
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Diagrama de fases
- Representación gráfica que resume las condiciones en la que
existen en equilibrio entre los diferentes estados de la materia y
nos permite definir la fase en la que se encuentra una sustancia
estable en determinadas condiciones
8
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Diagrama de fases
-

A. Punto triple. Es la temperatura
y presión a la cual coexisten los
tres estados físicos para una
sustancia.

B. Punto crítico. Valor de
temperatura a la cual el gas ya no
se puede licuar.(gas ideal)

C y D. Equilibrio de fases.

Línea A – D. Representa el punto
de fusión de una sustancia
9
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Diagrama de fases de CO2 y H2O
-
10
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Termodinámica
El objetivo de la termodinámica es predecir la espontaneidad de
los procesos
El cambio de energía de un sistema es igual a la energía que le
entra desde los alrededores menos la energía que sale a los
alrededores
∆Ε= Q - W
Entre un sistema y sus alrededores puede haber intercambio de
energía pero la energía total del sistema y sus alrededores es
constante
11
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Procesos espontáneos
 Un proceso espontáneo ocurre sin ninguna intervención exterior
 El proceso espontáneo es en una sola dirección
 Procesos espontáneos a una temperatura pueden no serlo a otra
temperatura
 Todos los procesos espontáneos son irreversibles
 Para que un proceso no espontáneo ocurra se debe realizar
trabajo sobre el sistema
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Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Entropía
 Entropía puede pensarse como una medida del grado de
desorden de un sistema
 Está relacionada con los distintos modos de movimientos de las
moléculas
13
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores

 Los cambios espontáneos son acompañados por dispersión de
energía hacia una forma mas desordenada.
 No es posible convertir completamente calor en trabajo.
14
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 º ∆Hº
∆Sª
(-)
(-)
(+)
(-)
-T∆Sº
(-)
(+)
(+)
(+)
(-)
(+)
(-)
(+)
∆Gº
(-)
(-)
(+)
(+)
(-)
(+)
Espontánea (a cq. T)
Espontánea (a BAJA T)
No espontánea (a ALTA T)
No espontánea (a BAJA T)
Espontánea (a ALTA T)
No espontánea (a cq. T)
15
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
Absorbedor
Torre o columna que facilita el contacto entre el gas natural y otro fluido (aceite de
absorción, glicol o solución de amina) produciendo una transferencia de masas en
el proceso.
Aceite de absorción
Es el hidrocarburo líquido que se utiliza para absorber o retirar un componente del
gas natural que se procesa.
Adsorbente
Substancia sólida usada para remover componentes del gas natural en un proceso.
Adsorción
Remoción de ciertos componentes de la corriente de gas que incluye, pero que no
se limita a, uno o más de los siguientes componentes: gases ácidos, agua, vapor o
16
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
vapores de hidrocarburos. Estos componentes son adsorbidos en una
cama granular de sólidos debido a la atracción molecular hacia la
superficie adsorbente.
Amina
Alguna de las alcanolaminas, tales como MEA, DEA, TEA, MDEA,
etc. Empleada en el tratamiento de gas natural. Las aminas por lo
general se trabajan en soluciones acuosas para remover el sulfuro de
hidrógeno o el dióxido de carbono de las corrientes de gas.
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Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
-Barril
Unidad que se usa en la industria del petróleo para medir los hidrocarburos en
estado líquido, equivalente a 42 galones (E.U.A.) de petróleo o de subproductos
medidos a 60ºF y en equilibrio con su presión de vapor. Los productos químicos
pueden venir empacados en recipientes de 55 galones.
18
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
Calor de combustión
Es la cantidad de calor que se libera por la combustión completa de una cantidad unitaria de
un material. Para el gas natural por lo general se expresa como valor calorífico superior o
bruto (normalmente referido para los Estado Unidos de América) y se mide en BTU por pie
cúbico de gas. El valor calorífico superior o bruto se mide en un calorímetro donde el agua
producida durante el proceso de combustión ha sido condensada. El calor de condensación
del agua se incluye en el calor total medido. El valor calorífico neto (normalmente referido a
Europa) es el que se obtiene cuando el agua obtenida durante el proceso de combustión no se
condensa y permanece en estado gaseoso. La diferencia entre el valor calorífico bruto y el
neto es la cantidad de calor que se podría recuperar si se condensa el agua producida.
19
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
-Calorímetro
Aparato en el cual se determina el valor calorífico de un material
combustible, principalmente del gas natural.
Colchón de gas
Fase gaseosa con la cual se aísla una fase líquida para evitar que se
contamine con aire.
Columna empacada
Una columna de fraccionamiento o de absorción llena con empaques
diseñados para proveer una superficie relativamente grande por
unidad de volumen, que proporciona el contacto requerido entre el
vapor que sube y el líquido que descienden dentro de la torre.
(complementar con nombres y formas) vale 5puntos
20
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
Compensación (peak shaving)
El uso de combustible, equipos para producir gas y/o uso esporádico
de reservas acumuladas en los yacimientos o en las mismas tuberías,
con el fin de suplir los requerimientos de gas en los periodos de alta
demanda.
Comportamiento retrógrado
Formación de una fase de mayor densidad (condensación), al someter
un sistema a una reducción isotérmica de presión o a un incremento
isobárico de temperatura. También puede definirse como la
formación de una fase de menor densidad (vaporización), al someter
un sistema a un aumento isotérmico de presión o a una reducción
isobárica de temperatura.
21
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
Investigar (valor 10 puntos)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Condensación retrógrada.
Condensado
Condensado estabilizado
Condiciones críticas
Constante de equilibrio (valores-k) de un componente
Constante del gas (R)
Cricondembárico
Cricondentérmico
Cromatografía
Curva de puntos de burbujeo
Curva de puntos de rocío
Deetanizador
Debutanizador
22
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Depropanizador
Desecante
Deshidratación
Desulfuración
Dulce
Efecto Joule Thomson
Desacidifícación
Estabilizador
Estado crítico
Expansión adiabática
Expansor o Turbina de expansión
Extracción
Factor de absorción
Factor de compresibilidad
23
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Flash o separación instantánea
Fraccionador
Gas ácido
Gas agrio
Gas asociado
Gas bajo especificaciones de tuberías
Gas dulce
Gas en solución
Gas natural
Gas o vapor saturado
Gas rico
Gas seco
GPM
Gravead API
24
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Hidrato
Hidrocarburos livianos
Inerte
Inmiscible
Levantamiento artificial por gas
Límite de inflamabilidad
Líneas isovolumétricas
Liquido saturado
LPG O GPL
Mercaptanos
Número Wobbe
Odorante
Peso en el aire
Peso en el vacío
25
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Plantas de procesamiento de gas natural
ppm
Presión atmosférica
Presión de convergencia
Presión de vapor
Presión de vapor Reíd (RVP)
Presión y temperatura de burbujeo
Presión y temperatura críticas
Presión y temperatura de rocío.
Procesamiento del gas
Proceso Claus
26
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Producto desmetanizado
Productos del fondo
Punto de burbujeo
Punto de ebullición normal
Punto de rocío
Punto triple
Razón de compresión
Razón de reflujo
Reflujo
Región de dos fases
27
Tema 1
Fundamentos de las operaciones unitarias y reactores
 Terminología
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Región retrógrada
Relación gas - petróleo (GOR O RGP)
Separador
Sistemas de recolección
Sulfuro de carbonilo (COS)
Temía
Tratamiento
Válvula de congelamiento
Vapor saturado
Fracción molar
Volumen del gas y aire en condiciones normales
Diferencia entre condiciones normales y condiciones estandar
28
Modelo de Proceso

Definir el Problema a ser Simulado

Iniciar el HYSYS

Crear una nueva simulación

Definir el Diagrama de Flujo usando la Interface
Gráfica
29
Esquema de Simulación

Información necesaria:
 Alimentaciones a la Planta - Flujos, composiciones,
condiciones de Temperatura y Presión
 Información de Servicios Auxiliares
 Información a calcular - Balance de Materia,
Especificación de Productos, Cargas térmicas.
 Información de Equipo - Para evaluación y/o Diseño

Tomar Información de:
 Diagramas de Flujo de Proceso
 Bases de Diseño de Proceso
 Descripción del Proceso
 Cliente
 Datos de Operación de la Planta
30
Abriendo el HYSYS

Abrir el HYSYS
 Ir a Inicio (Start)
 Programas (Programs)
 Aspentech
 Aspen Engineering Suite
 Aspen Hysys 2006
 Aspen Hysys Entrada (Enter)
31
Abriendo HYSYS
 Definir
unidades
Tools
Prefernces
32
Abriendo HYSYS
Variables
33
Abriendo HYSYS
 Definir
unidades
Field
34
Abriendo HYSYS

Seleccionar “File”

Seleccionar “New Case”
Case
Introduzca los siguientes componentes
File
New
Metano
Etano
Propano
i-Butano
N-Butano
i-Pentano
n-Pentano
n-Hexano
n-Heptano
Agua
35
Definir el Modelo Termodinámico

La siguiente pantalla aparece y se deberá definir:
 La Termodinámica.
Botón para Adicionar
Componentes
36
Definir el Modelo Termodinámico

Seleccionar “Add” y se sobrepondrá una ventana
37
Definir el Modelo Termodinámico
Aplicación
Margules
Van Laar
Wilson
NRTL
UNIQUAC
Sistemas binarios
Aplicable
Aplicable
Aplicable
Aplicable
Aplicable
Sistemas de Múltiple
componentes
Aplicación
limitada
Aplicación
limitada
Aplicable
Aplicable
Aplicable
Sistemas azeotrópicos
Aplicable
Aplicable
Aplicable
Aplicable
Aplicable
Equilibrio LiquidoLiquido
Aplicable
Aplicable
Aplicación
limitada
Aplicable
Aplicable
Sistemas diluidos
Cuestionable
Cuestionable
Aplicable
Aplicable
Aplicable
Sistemas de asociación
individual
Cuestionable
Cuestionable
Aplicable
Aplicable
Aplicable
No Aplica
No Aplica
No Aplica
No Aplica
Aplicable
Cuestionable
Cuestionable
Bueno
Bueno
Bueno
Polímeros
Extrapolación
38
Definir el Modelo Termodinámico

Modelos Termodinámicos en HYSYS
 EOS’s. Se refiere a las Ecuaciones de Estado manejadas por el HYSYS. Típicamente estas ecuaciones de
estado son útiles para simular sistemas basados en
hidrocarburos a moderadas, altas, temperaturas y
presiones. (Ej. Metano, Etano, Propano, etc.)
39
Definir el Modelo Termodinámico

Activity Models. Se refiere a los modelos de
solución basados en el cálculo de los coeficientes
de actividad, estos modelos son útiles para simular
sistemas
altamente
condiciones
de
no
ideales
temperatura
y
a
moderadas
presión.
(Ej.
Químicos, Aldehidos, Cetonas, Etheres, Agua,
alcoholes, etc)
40
Definir el Modelo Termodinámico

Ecuaciones de Estado en HYSYS
 GCEOS
Kabadi Danner
 Lee-Kesler Plocker
 MBWR
 Peng Robinson
 PRSV
 Sour PR
 Sour SRK
 Soave Redlich Kwong
 Zudkevitch Joffe
41
Definir el Modelo Termodinámico

Modelos de Solución en HYSYS
 Chien Null
 Extended NRTL
 General NRTL
 Margules
 NRTL
 Uniquac
 Van Laar
 Wilson
42
Definir el Modelo Termodinámico

En la mayoría de los casos se usará una
ecuación de estado, y la más recomendada es la
de “Peng-Robinson”
43
Seleccionar Componentes

Regresamos a nuestra ventana anterior y esta nos
muestra en la ventana de paquetes actuales de
propiedades físicas que tenemos 10 componentes y
se seleccionó a la Ecuación de Estado de PengRobinson.

Enter
Simulation
Environment
Ingresa as Medio Ambiente
de Simulación
44
Diagrama de Flujo

Ventana del Diagrama de Flujo
Barra de
Menús
Abre un Nuevo
Archivo
Abre un
Archivo
Muestra el
Diagrama de Flujo
Muestra el
Balance de
Materia y Energía
Pantalla de
Simulación
Zoom In
Ajusta el
Diagrama
de Flujo a
la Pantalla
Inicia la
Simulación
Detiene la
Simulación
Zoom Out
Nombre del
Diagrama
de flujo
45
Definir Corrientes

Buscar el icono en la paleta

Arrastrar el Icono

Clic con el mouse en el Ambiente de simulación
46
Definir el Modelo Termodinámico

Introducir en temperatura 200 °F ,en presión 304
psig. y en flujo 1200 lbmol/h
Alimentar
la Presión
304 psig
Alimentar la
Temperatura 200 °F
Alimentar el
Flujo 1200
lbmol/h
Normalizar
las
Composicione
s
Regresar al
menú anterior
47
Seleccionar Componentes

En caso de que se requiera modificar la
termodinámica, hay que presionar el icono con la
forma de un matraz.
48
Seleccionar Componentes

Cree 5 nuevos casos, elija para cada uno un paquete de fluido y guarde
en una carpeta de ejercicios con la identificación de cada fluido:





PRSV
Sour PR
Sour SRK
Soave Redlich Kwong
Zudkevitch Joffe

En cada nuevo caso cree una segunda corriente de materia variando
en un 7% la composición de la corriente creada anteriormente

Explique las variaciones que tiene la materia prima frente a los cambios
de presión y temperatura.
49
Seleccionar Componentes

Si se da el caso de tener componentes
Hipotéticos, presionar el botón “Hypothetical”
50
Seleccionar Componentes

Nuestra ventana cambia de forma
Para adicionar un
componente
hipotético presionar
51
Seleccionar Componentes

Aparece el menú del administrador de
componentes hipotéticos.
Cambiar el
Nombre a C7+
Si conocemos la
estructura molecular
52
Seleccionar Componentes

Aparece nuestro menú para construir nuestra
molécula
53
Seleccionar Componentes

Ejemplo. Construir la molécula del Heptano.
 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
=
C7H16
Una ves definido,
salir del menú
54
Seleccionar Componentes

Estructura del componente.
La estructura de nuestro
componente ha sido definido
Estimar propiedades
no definidas
55
Seleccionar Componentes

Diferentes vistas del Menú
Propiedades
Críticas
Propiedades
Varias
Una vez definido,
salir del menú
Propiedades
Térmicas
56
Seleccionar Componentes

Menú de componentes Hipotéticos.
Adicionar nuestro
componente hipotético
57
Ejercicios
Ejercicio.
1. Crear un nuevo caso
2. Adicionar los compuestos Benceno, Tolueno y Aire
3. Nombrar esta lista como
Ejercicio 1-NOMBRE
4. Seleccionar el paquete termodinámico Wilson y como
modelo de actividad elegir SRK para el vapor
58
1. Adicionando corrientes
En HYSYS, hay dos tipos de corrientes, Material y Energía (deben especificarse).
Existe varias formas para adicionar las corrientes en HYSYS.
En este ejercicio, usted adicionará tres corrientes.
Cada corriente será adicionada usando un método diferente de ingreso.
Ingresando Corrientes desde la Paleta de Objetos:
Pulsar 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.
Para dar especificaciones a la corriente
hacemos doble clic en la corriente y aparece
el visor de propiedades de las corrientes. Se
puede cambiar el nombre de la corriente
simplemente escribiendo un nombre nuevo
en la caja Stream Name.
59
2. Cambie el nombre de corriente para Benceno
y seleccionemos la opción Composition en el
menú Worksheet
En HYSYS se puede seleccionar la base para definir las
composiciones haciendo clic en la opción Basis,
apareciendo la caja de diálogo siguiente:
3 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
60
Ingresar las siguientes flujos másicos.
4. Presione el botón OK cuando se han
ingresado todos los flujos de masa.
5. Si regresamos a Condiciones, vemos lo siguiente
Se ha actualizado las cantidades de masa y moles de la
corriente, pero la corriente no está totalmente especificada
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.
6. Cerrar el visor de Propiedades de las corrientes.
61
2. Ingresando Corrientes desde el Workbook
1. Para abrir o desplegar el Workbook, presione el
botón de Workbook sobre la barra de botones.
2. Ingrese el nombre de la corriente, Tolueno
en la celda **New**.
3. Para especificar composición hacer doble
click en <empty> de la columna tolueno fila
Mass Flow
62
3. Al regresar a la ventana del PFD se tiene ahora
la nueva corriente ingresada
63
4 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
2. Seleccionamos la opción Compositions
donde se puede cambiar de base de unidades
para las corrientes seleccionando Basis, o
seleccionando directamente Edit. En este
caso ingresamos la corriente como fracciones
molares.
64
3. Al regresar a la ventana del PFD se tiene ahora la nueva corriente ingresada.
Hay 3 corrientes de color azul claro que indica que las corrientes no están
completamente especificadas.
65
5.
Cálculos Instantáneos
HYSYS puede efectuar 5 tipos de cálculos instantáneos sobre las corrientes:
P-T
Vf-P
Vf-T
P-Entalpía Molar
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.
66
2.3. Cálculos Instantáneos
HYSYS puede efectuar 5 tipos de cálculos instantáneos sobre las corrientes:
P-T
Vf-P
Vf-T
P-Entalpía Molar
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.
67
Con las capacidades instantáneas de HYSYS, se calcula el
punto de rocío y punto de burbuja.
Especificando una fracción de vapor de 1 y ya sea la presión o
la temperatura de la corriente, HYSYS calculará la
Temperatura o la Presión de Rocío.
Para calcular la Temperatura o la Presión de Burbuja, debe
introducirse una fracción de vapor de 0 y cualquier presión o
cualquiera temperatura.
68
Ejemplos de Cálculos Instantáneos
1. Efectuar un cálculo instantáneo T-P en la corriente Tolueno.
-Hacer doble clic en la corriente Tolueno
- Fijar la presión en 14.7 psia y la temperatura en 90C°.
¿Cual es la fracción de vapor?
69
Respuesta. La fracción de vapor es 0
Nota: El cambio de color de la barra inferior a verde
indica que la corriente Tolueno ha sido definida
completamente
70
2. Efectuar un cálculo de punto de rocío en la corriente Tolueno.
- Hacer doble clic en la corriente Tolueno
- Establecer la presión en 101.4 kPa (14.7 psia).
- Borrar la temperatura y Especificar una fracción de vapor de 1.
¿Cuál es la temperatura de punto de rocío? Respuesta. La temperatura de
Punto de Rocío es 100°C
71
3. Efectuar un cálculo de punto de burbuja en la corriente Tolueno.
- Establecer la presión en 101.4 kPa (14.7 psia).
- Especificar una fracción de vapor de 0.
¿Cuál es la temperatura de punto de burbuja? Respuesta. La temperatura de Punto de
Burbuja es 89.68ºC
72
Ejercicio de clase:
A continuación se presenta la
composición de la corriente de gas:
Flujo 100 kg/h
Realice el calculo en el flash para
esta corriente. Ajuste una presión
de 7500 kPa y una temperatura de
10C. Cual es la fracción de vapor?
Realice el calculo de punto de rocío
a esta corriente. Fije una presión de
7500 kPa Cual es la temperatura
de rocío?
73
UTILITIES
Los UTILITIES disponibles en HYSYS
Son un conjunto de herramientas útiles que interactúan con su
proceso, proporcionando información adicional de corrientes o
las operaciones.
74
Adicionando un Utilitario del
Stream Property View
Al igual que con la mayoría de objetos en HYSYS, hay un número de formas para
adicionar utilitarios para corrientes.
El utility Property Table le permite examinar tendencias de propiedades sobre un
rango de condiciones en formatos tabulares y gráficos. Esta utility calcula variables
dependientes para rangos de variable independiente. Realiza gráficos con curvas
parámetricas.
Ejercicio de clase: Un utility Property Table será adicionado a la
corriente Tolueno desde el visor de propiedades de corriente.
75
1. Ingresamos al Menú Tools para abrir la ventana Utilities.
76
2. Hacemos Clic en Utilities y aparece el menú Available
Utilities. Seleccione Property Table desde el menú en la
derecha y presione el botón Add Utility. Se mostrará la
Property Table.
77
3. Presione el botón Select Stream
78
4. Seleccione la corriente Tolueno. Presione el botón
OK para regresar a la etiqueta Ind. Prop.
79
5. Por defecto, la Temperatura es seleccionada como
Variable 1, y la Presión es seleccionada como Variable 2.
80
-
Cambiar el Upper Bound (límite superior) a 100oC
Cambiar el Lower Bound (límite inferior) de la temperatura a 85oC .
Fijar el número de incrementos en 10.
Para la Presión variable, use el menú desplegable para cambiar Mode
a State.
81
6. Ingrese los siguientes valores para la presión en State Values:
90 kPa, 100 kPa, 101.3 kPa, 110 kPa, y 120 kPa.
82
7. Cambiar a la página Dep. Prop. Pulsar Add
83
8. Aparece el Variable Navigator para seleccionar la propiedad.
Seleccionar Mass Density de la lista desplegada. (Es posible seleccionar
múltiples propiedades dependientes)
Pulsar OK
84
9. Regresamos a Property Table, donde aparece la variable seleccionada. y
regresamos a Property Table, donde aparece la variable seleccionada.
Pulsar Calculate
para calcular la
Variable
seleccionada (Mass
Density) para la
corriente Tolueno a
temperatura
y
presión.
85
10. La barra verde significa que se ha logrado convergencia en los
cálculos.
86
Luego seleccionar la etiqueta Performance para mostrar la densidad calculada.
puede examinar los resultados Property Table, mediante una tabla o en formatos
gráficos para lo cual en la etiqueta Performance debe hacer click en Table o
Plots.
87
Seleccione Plots y luego View Plot
88
89
Completando la información de las corrientes
Añada las siguientes temperaturas y presiones 101 C 15 KPa, 25 C y 101 KPaa las
corrientes de aire, etanol y tolueno y adicione un caudal de 18 000 kg/h a la
corriente Aire. Presionar Enter cada vez que ingrese un dato.
90
91
Guarde estas tres corrientes como: ejercicio #
92
EJERCICIO 2. Simular el siguiente proceso: bombeo de agua
Especificaciones
Cantidad /
unidades
Componente
Agua
Paquete termodinámico
NRTL
Temperatura de entrada
-20C
Presión de entrada
101.3 KPa
Presión de la corriente de
salida
202.6 KPa
Flujo molar de entrada
0.5551 Kmol/h
Cuanto es el Q?
Cual es la temperatura
de corriente de
salida?
Analizar los resultados en una hoja WORD , y grabar el archivo con sus
nombres y la fecha en el escritorio. Enviar a: efrajo_36hotmail.com
93
SOLUCIÓN DE EJERCICIO DE CLASE:
SE BOMBEA AGUA SÓLIDA?.
CONCLUSION: LOS
CUIDADOSAMENTE.
RESULTADOS
DE
HYSYS
DEBEN
ANALIZARSE
By Efraín Torrico 94
SIMULACIÓN DE EQUIPOS PARA TRANSFERENCIA
DE MASA
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.
95
Ejemplo 1
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:
3. Ingresamos al espacio de la simulación (Enter Simulation
Environment)
96
Vamos a la paleta de unidades de
equipo y seleccionamos
Component Spliter (divisor de
corriente) y hacemos clic sobre el
icono
Vamos al espacio de
simulación y hacemos
clic con lo cual queda
seleccionada esta
unidad de equipo
97
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
98
Y vemos que estos nombres aparecen en las corrientes del
diagrama de flujo en el espacio de la simulación.
99
Especificar la corriente alimentación con la siguiente información
Especificación Cantidad
Temperatura
-9 F
Presión
225 Psig
Flujo másico
226000 lb/h
Fracción molar
1
100
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
alimentaciones
podemos hacer clic en
Define from Other
Stream para
especificarlas
101
Al volver al Diagrama de Flujo, la corriente Alimentación ha
cambiado a color Azul lo cual indica que ha sido especificada
completamente.
102
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
103
Para especificar la fracción dividida pasamos a Splits y
especificamos 0.3 Para la Salida-1 y automaticamente se definirá
la salida 2
Pero aún falta especificar otro parámetro y este puede ser la
presión
104
En Parameters ,
especificamos la presión en cada
corriente de salida con 225 psig.
Como este valor es igual al de la
alimentación, también se logran
los mismos valores empleando el
radio botón Equalize All
Stream Pressures
La barra verde indica
que se han especificado
todos los parámetros para
la unidad. Los
resultados lo podemos ver
en la etiqueta
Worksheet.
105
Y retornando al PDF vemos todas las corrientes de Azul
106
 Manipulando el Diagrama de Flujo
Hysys permite al usuario ver las propiedades y tablas e imprimir
información para el PFD, operaciones unitarias y corrientes.
Para el PFD, clic derecho del mouse y seleccionar
Add Workbook Table
107
Aparece la ventana para seleccionar lo que deseamos mostrar
108
Al hacer clic en Select aparece una tabla con los
valores seleccionados
109
También se puede mostrar la información de forma individual
para cada corriente.
Seleccionar la corriente, hacer clic derecho y hacer clic en Show
Table
110
Y aparece la tabla
adjunta para la
corriente seleccionada
Este mismo
procedimiento lo
podemos usar para
mostrar información de
la Unidades de Proceso
111
Mezclador (Mixer)
El MEZCLADOR combina
varias corrientes de materia de entrada para producir
una corriente de salida.
Calcula rigurosamente temperaturas, entalpías, presión,
composición que no se conocen.
- Calcula la temperatura teniendo en cuenta el calor de
mezclado
112
Ejemplo 2.
Se desean mezclar tres corrientes para encontrar la composición de
la corriente mezclada.
Procedimiento:
1. 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:
113
4. Dar nombre a las corrientes de entrada y salida
114
5. Si deseamos podemos aumentar o disminuir el tamaño de las
unidades y la corrientes con la opción Size Mode
115
6. Especificamos las corrientes de alimentación
• Todas las corrientes de alimentación están a temperatura
ambiente (25 oC) y presión atmosférica (1 atm).
• Las composiciones están en Flujo molar (Kmol/h) y son:
Componentes
Benceno
Tolueno
Xileno
Corriente
benceno
10
0.5
0.25
Corriente
Tolueno
20
1
0.5
Corriente
Xileno
30
1.5
0.75
116
117
6. EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Los equipos de transferencia de calor en Hysys son:
118
En
la paleta de objetos los iconos son:
119
CALENTADORES
 CALENTADOR
es un intercambiador de calor en el cual
la corriente de entrada es calentada hasta las
condiciones de salida requeridas. La corriente de
energía provee en este caso la diferencia de entalpía
entre las dos corrientes
120
Intercambiador de Coraza y Tubos
Ejercicio:
Se desea enfriar 50000 kg/h de Metanol desde 90oC
hasta 40oC , para tal efecto se debe usar agua de
enfriamiento disponible a 25 oC. y puede calentarse
hasta 40oC. La presión de entrada del metanol es 5
atm y se permite una caída de presión de hasta 0.5
atm. La presión de entrada del agua es 6 atm y se
permite una caída de presión de hasta 0.6 atm.
121
Solución:
1. Crear cuatro corrientes de materia
2. Introduzca un intercambiador de coraza
y tubos
122
Al
adicionar el Intercambiador de calor este se ve
igual que los enfriadores y calentadores en el PFD.
123
En
el visor del Intercambiador asociar las corrientes
de entrada y salida:
124
Observe
que en este equipo se puede seleccionar
un paquete de fluidos para el fluido de intercambio y
de enfriamiento.
125
Se
considera que el Metanol va por el lado del
casco y al agua de enfriamiento por el lado de
los tubos.
By Ing. Efraín Torrico 126
Especificaciones
de corriente Entrada a la Coraza:
By Ing. Efraín Torrico 127
Especificar
la salida de metanol
By Ing. Efraín Torrico 128
Especificamos
la entrada del agua:
By Ing. Efraín Torrico 129
Especificamos
la Salida del agua:
By Ing. Efraín Torrico 130
Al
especificar la ultima corriente se especifica el
intercambiador:
By Ing. Efraín Torrico 131
En
el worksheet se pueden ver los resultado de los
cálculos
By Ing. Efraín Torrico 132
También
se pueden ver las especificaciones del
intercambiar:
By Ing. Efraín Torrico 133
Hay cuatro modelos de intercambiadores de calor:
By Ing. Efraín Torrico 134
El tipo de pérdidas de calor solo está disponible
para los modelos de cálculo Weighted Exchanger
Design o End Point Exchanger Design.
By Ing. Efraín Torrico 135
En
el modo dinámico no hay esta opción:
By Ing. Efraín Torrico 136
En el lado de la coraza el campo UA es para especificar el
coeficiente de transferencia de calor global. Si no se
especifica Hysys lo calcula.
By Ing. Efraín Torrico 137
En esta pagina están los parámetros del solver que se
pueden variar para lograr que el intercambiador
converja.
By Ing. Efraín Torrico 138
Los
datos de dimensionamiento del intercambiador:
By Ing. Efraín Torrico 139
ENFRIADORES
 Los
enfriadores son intercambiadores de calor en los
cuales la corriente de entrada es enfriada a las
condiciones de salida requeridas. La corriente de energía
absorbe en este caso la diferencia de entalpía entre las
dos corrientes
 Esta
operación es útil cuando solo se está interesado en
saber cuanta energía es requerida para enfriar una
corriente de proceso pero no en las condiciones de la
corriente de enfriamiento.
By Ing. Efraín Torrico 140
Ejercicio: Calcular cuanto calor se requiere para
enfriar hasta 50°C una corriente con las siguientes
especificaciones:
Especificación
Temperatura
Presión
Flujo
Valor
100 °C
2 atm
100 kg /h
Componentes:
Composición molar:
Cumeno
Agua
Amoníaco
H2S
0.5
0.1
0.2
0.2
By Ing. Efraín Torrico 141
 Seleccione
 Ingrese
el paquete termodinámico.
un enfriador al PFD
 Conecte
la corriente de alimentación y una de salida del
enfriador.
By Ing. Efraín Torrico 142
By Ing. Efraín Torrico 143

Asuma una caída de presión de 0.2 atm
By Ing. Efraín Torrico 144
 Una
vez se especifica la temperatura de salida o el Q de
enfriamiento el enfriador queda completamente
especificado:
By Ing. Efraín Torrico 145
 Solo
se emplea modelo de pérdida de calor en modo
dinámico.
By Ing. Efraín Torrico 146
 .Calentador

Esta operación es útil cundo solo se está interesado en
saber cuanta energía es requerida para calentar una
corriente de proceso, pero no en las condiciones del
fluido de calentamiento
By Ing. Efraín Torrico 147
 En
el visor del calentador se observa que esta unidad se
emplea de igual forma que el enfriador y tiene las misma
pestañas.
By Ing. Efraín Torrico 148
 Ejercicio:
Calcular cuanto calor se requiere para calentar
150°C una corriente con las siguientes especificaciones:
Especificación
Temperatura
Presión
Flujo
Componentes:
Valor
100 °C
2 atm
100 kg /h
Composición molar:
Cumeno
Agua
Amoníaco
H2S
0.5
0.1
0.2
0.2
By Ing. Efraín Torrico 149
By Ing. Efraín Torrico 150
 Suponga
una caída de presión de 0.2 atm.
By Ing. Efraín Torrico 151
 Para
alcanzar una temperatura de 150°C se requiere:
By Ing. Efraín Torrico 152
6.4 AIR COOLER
La unidad AIR COOLER emplea aire ideal como un medio de
transferencia de calor para enfriar o calentar una corriente de
proceso hasta unas condiciones de salida. Uno o mas ventiladores
son empleados para circular el aire a través de los tubos en el
proceso de enfriamieno de fluidos. El flujo de aire puede ser
especificado o calculado desde las especificaciones de ventilador.
Esta unidad puede emplearse para calcular:

El coeficiente global de transferencia de calor (UA)

El flujo total de aire

La temperatura de la corriente de salida.
By Ing. Efraín Torrico 153
SISTEMAS DE BOMBEO Y CONEXIÓN A TUBERÍA
Bombas
La operación de bombeo es empleada para incrementar la presión
de la corriente líquida de entrada. Dependiendo de la información
suministrada la bomba calcula la presión desconocida,
temperatura o eficiencia
de la bomba.
By Ing. Efraín Torrico 154
Ejercicio: De un tanque cerrado provisto de un respiradero a la
atmósfera se desea bombear agua a 20 C, hacia una torre de
absorción. El nivel de líquido en el tanque se encuentra a 7 m
sobre el eje de la bomba, el caudal es de 20 m3/h .
La conexión de entrada del agua en el tope de la torre se halla a
20 m sobre el nivel del eje de la bomba.
La línea de succión consiste de tubería de acero estándar de 2"
(5,08 cm) de diámetro nominal, No. de cédula 40S y 40,0 m de
longitud, posee 4 codos estándar y una válvula de compuerta
("gate") abierta.
La línea de descarga también es de acero estándar de 2" (5,08 cm)
de diámetro nominal, No. de cédula 40 y 60,0 m de longitud,
tiene 2 codos estándar, 2 T usadas como codo y una válvula de
control, la presión manométrica en la torre de absorción es de
137,9 kPa (20 psig).
By Ing. Efraín Torrico 155
 Solución:
1. Propiedades y composición de la entrada:
By Ing. Efraín Torrico 156
2. Insertamos un segmento de tubería para la succión al cual
denominaremos Hs.
By Ing. Efraín Torrico 157
A
este segmento le conectamos las siguientes corrientes:
By Ing. Efraín Torrico 158
 Iniciamos
el diseño del sistema de tubería seleccionando
las correlaciones para cálculo de fricción:
By Ing. Efraín Torrico 159
 Definimos
dimensiones de la tubería, columna estática y
accesorios: Primero aparece las características que debemos
definir en este segmento
Clic en el
botón
Append
Segment
By Ing. Efraín Torrico 160
Aparece
la información básica para especificar el
primer segmento de tubería. El primer segmento que
adicionaremos Corresponde a tubería recta: Pipe
Por lo que
hacemos
clic en
View
Segment
By Ing. Efraín Torrico 161
Se muestra la ventana Pipe Info. Definimos Schedule
40, Diámetro Nominal 50.80 mm y Cast Iron. Clic en
Specify

By Ing. Efraín Torrico 162
 Completamos
dando la Longitud y Elevación, con lo cual está
definida la tubería recta.
By Ing. Efraín Torrico 163
 Ahora
definimos los accesorios: 4 codos estándar
By Ing. Efraín Torrico 164
 Definimos
la transferencia de calor con los alrededores:
By Ing. Efraín Torrico 165
 Pasamos
al Worksheet para definir Fracción de Vapor 0 y
Temperatura 20 C
By Ing. Efraín Torrico 166
Y
el PFD aparece ahora como:
By Ing. Efraín Torrico 167
 El
siguiente paso en la simulación es adicionar la bomba y la
tubería y accesorios que corresponden al lado de la descarga.
Conecte las siguientes corrientes a una bomba
By Ing. Efraín Torrico 168
By Ing. Efraín Torrico 169
 Tubería
y accesorios: conecte el siguiente segmento de tubería.
By Ing. Efraín Torrico 170
 Especificamos
la tubería y accesorios del lado de la descarga
By Ing. Efraín Torrico 171
 Transferencia
de calor
By Ing. Efraín Torrico 172
Ahora debemos especificar las condiciones de la salida ( Nos
interesa la presión de descarga: 20 psig + 14.7 = 34.7 psia y el
otro parámetro será la temperatura)
By Ing. Efraín Torrico 173
 Con
esto se completa la simulación, y el PFD se muestra ahora:
By Ing. Efraín Torrico 174

Si deseamos ver la potencia suministrada a la bomba tenemos:
By Ing. Efraín Torrico 175
Destilación Continua
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 Q condensador y Q rehervidor, plato de alimentación
óptimo y número de platos ideal.
- Esta unidad da valores iniciales para las torres rigurosas
- Está limitado para torres simples.
By Ing. Efraín Torrico 176
Ejemplo 3 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 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.
By Ing. Efraín Torrico 177
Solución
1.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.
By Ing. Efraín Torrico 178
4. Especificar la corriente de alimentación
Especificación
Temperatura
Presión
Flujo molar
Valor
298 °K
101.3 kPa
100 Kgmole/h
El flujo de alimentación es equimolar
By Ing. Efraín Torrico 179
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)
By Ing. Efraín Torrico 180
6. A partir de la relación minima de reflujo (Rmin) se
calcula por regla de dedo la relación de reflujo externa
(Eternal Reflux Ratio) que es R = 1.5 Rmin
Para este caso R = 1.5 (1.610)
Esto
completa el
diseño de la
columna de
destilación
usando un
método
corto.
By Ing. Efraín Torrico 181
Los resultados del balance de materiales lo podemos ver
haciendo clic en la etiqueta Worksheet
By Ing. Efraín Torrico 182
Los resultados para el número de etapas así como el
condensador y rehervidor pueden verse haciendo clic en
la etiqueta performance.
By Ing. Efraín Torrico 183
Columna de Destilación por método Riguroso
Ejercicio 4.- 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
By Ing. Efraín Torrico 184
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
Componente
Etano
Propileno
Propano
N-Butano
Flujo molar (lbmol/h)
0.3
550
200
5
Fracción de vapor
Presión
0
1655 kPa
By Ing. Efraín Torrico 185
Ir a la paleta de unidades de equipo, seleccionar
Columna de destilación
By Ing. Efraín Torrico 186
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.
By Ing. Efraín Torrico 187
Completada la página 1 se habilitará el botón
Next.
Presionando este pasaremos a la página siguiente
By Ing. Efraín Torrico 188
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
By Ing. Efraín Torrico 189
En la página siguiente 3 de 4 se pueden ingresar
estimaciones. Estos valores son opcionales y no se
consideran en este ejemplo.
By Ing. Efraín Torrico 190
En la página siguiente 4 de 4 ingresamos:
Cantidad de destilado liquido: 550 lbmol/h (el
equivalente a todo el propileno)
Razón de reflujo: 20
Flow basis: molar
Al terminar
presionamos
DONE
By Ing. Efraín Torrico 191
Los datos del sistema quedan completamente definidos..
By Ing. Efraín Torrico 192
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
By Ing. Efraín Torrico 193
El proceso exige obtener un destilado en el cual la
fracción molar de propano no sea mayor a 0.04
By Ing. Efraín Torrico 194
Presionando el botón ADD aparece una ventana
con todas las posibles variables que pueden ser
especificadas.
By Ing. Efraín Torrico 195
Cerramos la ventana y hacemos clic en Run
Durante la simulación puede aparecer algún mensaje de
advertencia el cual podemos omitir
By Ing. Efraín Torrico 196
Cuando termina la simulación aparece la barra verde que
nos indica que la simulación ha terminado y se ha logrado
convergencia.
By Ing. Efraín Torrico 197
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
By Ing. Efraín Torrico 198
Los resultados del caso principal pueden verse en el
WORKBOOK desplegando la información detallada:
By Ing. Efraín Torrico 199
LAS COMPOSICIONES DE LA CORRIENTES SON:
By Ing. Efraín Torrico 200
Con lo cual la columna esta completamente
especificada
By Ing. Efraín Torrico 201
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.
By Ing. Efraín Torrico 202
Ejercicio :
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.
By Ing. Efraín Torrico 203
A continuación se introducen las corrientes
de entrada y salida del separador
By Ing. Efraín Torrico 204
Una vez se especifican las composiciones, P, T
y Flujo molar de la corriente de alimentación
se especifica completamente el separador.
By Ing. Efraín Torrico 205
Además de calcular las condiciones de salida,
se dimensiona el equipo. Observe que se
puede seleccionar 3 tipos de separadores.
By Ing. Efraín Torrico 206
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 corriente tiene un icono diferente
en la barra de objetos.
By Ing. Efraín Torrico 207
Si se elije la opción Separador de 3 fases se requiere
insertar una nueva corriente para que se especifique
toda la unidad.
By Ing. Efraín Torrico 208
Los Separadores, permite varias alimentaciones y
produce una salida de vapor y una líquida en
equilibrio.
By Ing. Efraín Torrico 209
Los Tanques permiten varias alimentaciones y produce
una salida de vapor y una líquida en equilibrio.
By Ing. Efraín Torrico 210
Si se elije la opción tank no se
requieren nuevas especificaciones.
By Ing. Efraín Torrico 211
Además de calcular las condiciones de
salida, también se dimensiona el equipo.
By Ing. Efraín Torrico 212
Dimensionamiento básico
Se debe especificar la orientación del separador:
Horizontal o vertical en la pestaña Rating
By Ing. Efraín Torrico 213
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.
By Ing. Efraín Torrico 214
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
By Ing. Efraín Torrico 215
En la opción de dimensionamiento se pueden
ingresar los datos o con la opción Quick Size
se obtiene la estimación.
By Ing. Efraín Torrico 216
Seleccione según el caso si el contenedor tiene
un desnebulizador.
By Ing. Efraín Torrico 217
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.
By Ing. Efraín Torrico 218
Active el botón Weir para adicionar un Weir al
tanque. Esta opción solo está disponible para
la geometría Flat cylinder.
By Ing. Efraín Torrico 219
By Ing. Efraín Torrico 220
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.
By Ing. Efraín Torrico 221
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.
By Ing. Efraín Torrico 222
Notas:
Si solo se especifica el volumen cilíndrico total, la
relación L/D es por defecto.
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.
By Ing. Efraín Torrico 223
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.
By Ing. Efraín Torrico 224
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.
By Ing. Efraín Torrico 225
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:
By Ing. Efraín Torrico 226
1. 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?
By Ing. Efraín Torrico 227
Respuestas
Pregunta 1:
Pregunta 2:
By Ing. Efraín Torrico 228
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
By Ing. Efraín Torrico 229
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
By Ing. Efraín Torrico 230
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).
By Ing. Efraín Torrico 231
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.
By Ing. Efraín Torrico 232
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
By Ing. Efraín Torrico 233
En la ventana Select Separator seleccionar el objeto y
presionar OK con o cual la Utility queda totalmente
especificada.
By Ing. Efraín Torrico 234
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
By Ing. Efraín Torrico 235
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
By Ing. Efraín Torrico 236
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.
By Ing. Efraín Torrico 237
En la pestaña Design en la página Construction se
especifican los siguientes parámetros:
By Ing. Efraín Torrico 238
En la pestaña Design en la página Costing se
especifican los coeficientes para el análisis de
costos
By Ing. Efraín Torrico 239
El
botón
Cost
Equation
Help
muestra la ecuación
de costos empleada
en Hysys.
By Ing. Efraín Torrico 240
Los resultados de los costos despliegan los costos
base del contenedor, plataforma, todo en US dollars.
By Ing. Efraín Torrico 241
Los resultados de dimensionamiento se presentan en la
pestaña Performance en la página Sizing Results.
By Ing. Efraín Torrico 242
By Ing. Efraín Torrico 243
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.
By Ing. Efraín Torrico 244
Ejercicio 10:
El CO2 es absorbido
(propylenecarbonato) .
en
carbonato
de
propileno
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).
By Ing. Efraín Torrico 245
Solución
1. 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
entrada
Presión
60.1 atm
60.1 atm
Temperatur
a
60°F
60°F
Flujo
2000 kmole/h
7200 m3/h
Xco2
0
0.2
XCH4
0
0.8
Xcarbonate
1
0
By Ing. Efraín Torrico 246
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.
By Ing. Efraín Torrico 247
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.By Ing. Efraín Torrico 248
La opción Top Stage Reflux es para adicionar bombas laterales
en la etapa seleccionada.
By Ing. Efraín Torrico 249
Se puede seleccionar el orden en el cual se numerar las
etapas y el número de etapa (que por defecto son 10).
By Ing. Efraín Torrico 250
Haciendo clic en Next se abre la página 2. Colocar las presiones
del tope y el fondo (60.1 atm) en cada lado.
By Ing. Efraín Torrico 251
En la página 3 se especifican las temperaturas del tope y el
fondo (opcional), colocamos 60 ºC en cada lado.
By Ing. Efraín Torrico 252
Si se da clic en el botón Side Ops> aparece la siguiente ventana.
En este caso no emplearemos esta opción.
By Ing. Efraín Torrico 253
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.
By Ing. Efraín Torrico 254
Cuando terminan los cálculos esta barra se torna verde.
By Ing. Efraín Torrico 255
En la página monitor los perfiles.
By Ing. Efraín Torrico 256
Se pueden hacer diferentes especificaciones desde aquí:
By Ing. Efraín Torrico 257
Se observan los perfiles por etapa de los flujos de vapor
y liquido.
By Ing. Efraín Torrico 258
Se observa la composición del líquido o del vapor en
cada etapa o se pueden especificar de allí.
By Ing. Efraín Torrico 259
Se especifica la eficiencia por etapa, puede ser global o
por componente. Por defecto la eficiencia es 1.
By Ing. Efraín Torrico 260
Especificando la eficiencia por etapa para cada
componente.
By Ing. Efraín Torrico 261
En esta página se especifican las opciones del método
numérico para solucionar la columna.
By Ing. Efraín Torrico 262
En esta página se especifican valores de diseño de la
torre:
By Ing. Efraín Torrico 263
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.
By Ing. Efraín Torrico 264
En esta página se especifican los parámetros de diseño
de la columna de absorción:
By Ing. Efraín Torrico 265
Aquí se manipulan las opciones de solución del perfil de
presión en la columna
By Ing. Efraín Torrico 266
En la pestaña performance hay varias páginas que
muestran los resultados de los cálculos:
By Ing. Efraín Torrico 267
En estos equipos también se llevan a cabo reacciones:
By Ing. Efraín Torrico 268
Vamos al Workbook y vemos la composición de las corrientes.
By Ing. Efraín Torrico 269
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'
By Ing. Efraín Torrico 270
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
By Ing. Efraín Torrico 271
Clic en el botón Select TS
By Ing. Efraín Torrico 272
Aparece la siguiente ventana para elegir la
columna a dimensionar:
Hacemos la selección y luego clic en OK
By Ing. Efraín Torrico 273
Clic en el botón Auto Section
By Ing. Efraín Torrico 274
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
By Ing. Efraín Torrico 275
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
By Ing. Efraín Torrico 276
By Ing. Efraín Torrico 277
Para ver los parámetros internos de la columna.
By Ing. Efraín Torrico 278
By Ing. Efraín Torrico 279
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.
By Ing. Efraín Torrico 280
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 :
By Ing. Efraín Torrico 281
Clic en Next
By Ing. Efraín Torrico 282
Y
aparece
una
ventana
con
las
dimensiones de los
platos.
Presionar el botón
Complete
Autosection
By Ing. Efraín Torrico 283
By Ing. Efraín Torrico 284
Seleccionamos la etiqueta Performance.
Vemos un diámetro de 1.524 m
By Ing. Efraín Torrico 285
Ejercicio : 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?
By Ing. Efraín Torrico 286