SIMULACI N DE PROCESOS CON
ASPEN HYSYS 2006
Ing. José Luis Aguilar Salazar
CURSO BÁSICO DE SIMULACIÓN DE
PROCESOS CON ASPEN
ASPEN HYSYS 2006
Objetivos Básic
Básicos:
os:
Una vez concluido el curso el estudiante será capaz de:
•
•
•
•
•
•
•
Com render el entorno en el ue se mane a As en H s s.
Ingresar
Ingresar compo
component
nentes
es y defin
definir
ir un paqu
paquete
ete de fluido
fluidos.
s.
Realiza
Rea
lizarr cál
cálcul
culos
os termod
termodiná
inámico
micos.
s.
Hacer
Hacer bal
balanc
ances
es de
de mater
materia
ia y energ
energía.
ía.
Simula
Simularr equipo
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rencia
cia de
de masa
masa y calor.
calor.
Simu
Simula
larr rea
react
ctor
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quím
ímico
icos.
s.
Simula
Simularr planta
plantass químic
químicas,
as, petr
petróle
óleo
o y gas natur
natural.
al.
INTRODUCCIÓN
La simulación de procesos se ha convertido en una
herramienta básica y fundamental para los ingenieros en
la etapa de formación y en el ejercicio de su profesión.
Los simuladores de procesos se utilizan en las industrias
para:
Elaboración de proyectos.
 Diseño y especificación de equipos.
 Localización y resolución de problemas.
 Control de procesos.
.
 Análisis de riesgos operativos (HAZOP).

INTRODUCCIÓN
Se aplica a todo tipo de industrias :
- Explor
Exploraci
ación
ón & Produc
Producció
ción.
n.
- Plantas
Plantas de separación
separación y tratamie
tratamiento
nto de gas
gas
- Refin
efinac
ació
ión
n del pet
petró
róle
leo
o
- Petro uímica.
- Químic
Química
a y Farmacé
armacéuti
utica.
ca.
- Aceitera
- Azucare
arera
INTRODUCCIÓN
 La simulación es la representación de un proceso o fenómeno
,
.
 A través del modelo se trata de explicar el comportamiento de un
,
.
 Los modelos se establecen a través de ecuaciones basadas en
Le es Fundamentales:
1. Continuidad (Balance de Materia)
. a ance e nerg a
3. Balance de Cantidad de Movimiento
4. Ecuaciones de Transporte
INTRODUCCIÓN
 Leyes Fundamentales (Cont)
5. Ecuaciones de Estado
6. Equilibrio
7. Actividad
.
 Con el fin de que el modelo se aproxime más a la realidad, éste se torna
complejo en su formulación y difícil en su resolución. De ahí la necesidad de
emplear métodos numéricos ya sean programados por el usuario o
Simuladores de Procesos comerciales
los modelos utilizando métodos numéricos
INTRODUCCIÓN
 Los simuladores de procesos se han convertido en una herramienta
básica para los estudiantes de Ingeniería e Ingenieros que se desempeñan
en la industria.
mecánicas, procesos, hidráulica, estructural, etc.
Los simuladores comerciales enfocados a los procesos son:
- CHEMCAD
- PRO II PROVISION
- PIPE-FLOW
- PIPESIM
- OLGA
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE
SIMULACIÓN
Los simuladores más empleados son:
1. Simuladores globales u orientados a ecuaciones.
-
Las ecuaciones que rigen cada equipo se integran entre sí, dando origen a un
planta a simular.
-
La solución del problema consiste en resolver un gran sistema de ecuaciones
algebraicas, por lo general, altamente no lineal.
Desventajas
-
Problemas de convergencia
Existencia de varias soluciones matemáticamente factibles, por ser el sistema
fuertemente no lineal.
Pérdida de la asociación entre la ecuación y el equipo correspondiente
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE
SIMULACIÓN
1. Simuladores globales u orientados a ecuaciones. (Cont.)
en a as
-
La velocidad de convergencia es cuadrática es decir mayor que en
.
-
Permite aproximar ecuaciones de restricción y funciones objetivos,
directa.
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE
SIMULACIÓN
.
-
Estos simuladores resuelven cada tipo de equipo por separado usando las
técnicas que son adecuadas para el mismo.
-
El flujo de información coincide con el “flujo físico” de la planta.
matemático.
-
El enfoque en la teoría secuencial modular impone conocer las condiciones de
as corrientes e entra as
- Calculan las condiciones de las corrientes de salida y los correspondientes
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE
SIMULACIÓN
2. Simuladores Secuenciales (Cont.)
Ventajas
-
Convergencia rápida.
Existe asociación entre la ecuación y el equipo.
Desventajas
objetivos, por lo que la tarea de optimización no se puede
realizar en forma directa.
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE
SIMULACIÓN
2. Simuladores Secuenciales (Cont.)
Elementos de un Simulador Secuencial
- Corriente: Mezcla de multicomponentes caracterizadas por el caudal,
composición y estado termodinámico
- Modulo: Representa un equipo, unidad de proceso o una operación
matemática
Corriente de
Entrada
MODULO
Parámetros
del Modulo
orr en e e
Salida
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE
SIMULACIÓN
2. Simuladores Secuenciales (Cont.)
Resolución de los modelos de los módulos una a la vez en una
determinada secuencia
Conociéndose las alimentaciones el modulo es calculado y sus salidas
determinadas
DISEÑO DE PROCESOS
Los
ingenieros deben producir documentos
diseñar
El
diseño de plantas de procesos lleva
están mas inmersos en dos que son:
 Ingeniería Básica
Ingeniería de Detalle
INGENIERÍA BÁSICA
Es
realizado principalmente por Ingenieros
u m cos.
Define los aspectos centrales de la planta
Genera los siguientes documentos:
Descri
ción del roceso
Diagrama de entrada y salida
Diagrama de bloques genéricos
Diagramas de Flujo de Bloques (BFD)
Diagrama de Flujo de Proceso (PFD)

INGENIERÍA BÁSICA
Diagrama
de flujo del proceso: Documento que
escr e a secuenc a e operac ones que
conforman el proceso
agrama e en ra a y sa a:
Diagrama
de bloques genéricos: Basado en el
anterior, incluye nuevos bloques que representan
las áreas de las plantas (Separación, Reacción….)
INGENIERÍA BÁSICA
Diagramas
de Flujo de Bloques (BFD): Incluye
con c ones pr nc pa es e operac n, n ormac n
importante (rendimiento, conversiones….), balances
Diagrama
de Flujo de Proceso (PFD): Incluye los
lazos de controles rinci ales balances de materia
y energía definitivos y especificación de equipos.
(Este tipo de diseño se lleva a cabo en hysys)
Hoja de datos (Data Sheet): Especifica los equipos
durante la Ingeniería Básica
INGENIERÍA DE DETALLE
Características:
Se
lleva a cabo en un grupo interdisciplinario de
ingenieros
física de la planta
Diagrama
P&ID)
de tuberías e Instrumentación (PID o
e asa en e
y espec ca a em s me ro y
longitudes de tuberías, servicios industriales, drenajes,
espesores, materiales, instrumentos de control.
INGENIERÍA DE DETALLE
Diagrama
de tuberías e Instrumentación (PID o
INGENIERÍA DE DETALLE
INGENIERÍA DE DETALLE
Hojas
de datos (Data Sheet): Especificaciones
t cn cas e os equ pos.
ASPEN HYSYS
 HYSYS es un simulador de Procesos, estático secuencial modular,
aplicado a la industria química, petroquímica, refinación, exploración
& producción, farmacéutica y ambiental
r
r z r
u
r y
,
calculo de propiedades Fisicoquímicas, dimensionamiento de equipos
incluyendo costos. Calculo de cargas de calor, requerimientos de
,
 Herramienta de apoyo en la elaboración de proyectos en todas sus
 Herramienta para Optimizar Procesos existentes e incrementar la
rentabilidad
ASPEN HYSYS
BASE DE DATOS
- Contiene mas de 1500 componentes sólidos, líquidos y gaseosos
- Propiedades Fisicoquímicas de las sustancias puras.
- Parámetros de Interacción Binaria para el calculo de coeficiente de actividad
- Electrolitos.
BASE DE CRUDOS
- Contiene propiedades de muchos Crudos a partir de datos experimentales
CARACTERIZACIÓN DE FRACCIONES DE PETRÓLEO
- Correlaciones especificas para fracciones livianas y pesadas.
- Modelos de interconversión de curvas de destilación
ASPEN HYSYS
MODELOS TERMODINÁMICOS
-
-
Entalpías
Modelos de actividad
Ecuaciones de estado
Miselaneos
ASPEN HYSYS
OPERACIONES UNITARIAS
HYSYS posee un integración grafica que permite modelar mas de 40 diferentes
operaciones Unitarias:
Acumuladores Flash
Columnas de Destilación, azeotropica,
Columnas de Extracción .
Compresores
Turbinas
Bombas
Intercamabiadores de Calor
Separador
Mezcladores
Tuberías
Válvulas de bloqueo y Control
ASPEN HYSYS
MÓDULOS ADICIONALES
HYSYS contiene módulos adicionales como ser:
-
RefSYS O s
Upstream Ops
HTFS, HTFS+ (intercambiadores de Calor)
PIPESYS (Tuberías)
SPS-HYSYS Tuberias (Cristalización - Secado – Ciclones)
SULSIM
ASPEN HYSYS
UNIDADES
INTRODUCIR
PARAMETROS DE
DISEÑO O DE
EVALUACION
SELECCIONAR LOS
COMPONENTES
HACER
DIAGRAMA DE
PROCESO
HACER AJUSTE
ADICIONALES
(CONTROLADOR)
SELECCIONAR EL
MODELO
TERMODINAMICO
COMPONENTES
FLUJOS Y
CONDICIONES DE
LAS CORRIENTES
DE ENTRADA
INTERPRETAR
MODELOS TERMODINÁMICOS
Antes de la era de la computadora el 40% del tiempo
termodinámicos.
para la predicción de la Entalpia (H) y la Constante de
Equilibrio (K) es fundamental para el proceso de
simulación.
La selección de un modelo inapropiado puede resultar
en problemas de convergencia y resultados erróneos.
Cada modelo es apropiado solamente para ciertos tipos
de compuestos y limitado a ciertas condiciones de
MODELOS TERMODINÁMICOS
El proceso de selección debe hacerse tomando en cuenta




Rangos de Presión y Temperatura
Fases involucradas
Naturaleza de los componentes
Disponibilidad de Información
El proceso de selección es “Profesional” no computacional
MODELOS TERMODINÁMICOS
 Hay 4 categorías de Modelos Termodinámicos:




Ecuaciones de Estado (E-o-S)
Modelos de Actividad (Coeficiente de Actividad)
Empíricos
Especial para Sistemas Específicos
Modelos EOS
Modelos de Actividad
Habilidad limitada para representar líquidos noideales
Pueden representar líquidos altamente
No-Ideales
Pueden representar ambas fases líquida y
gaseosa
Representa solamente la fase líquida. La
gaseosa debe ser representada aún por
un modelo EOS
temperatura
dependientes de la temperatura
MODELOS TERMODINÁMICOS
Ecuaciones de Estado (E-o-S)
. eng- o nson
MODELOS TERMODINÁMICOS
Ecuaciones de Estado (E-o-S)
. ee- es er
MODELOS TERMODINÁMICOS
Modelos de Actividad
.
argu es
MODELOS TERMODINÁMICOS
Modelos de Actividad
.
on- an om wo qu
qua on
MODELOS TERMODINÁMICOS
.
APLICACIÓN
Hidrocarburos en General
Presión > 1 bar
Hidrocarburos en General
Presión > 1 bar
Crio enicos < - 70°C
Compuestos Simples
Presión > 1 bar
Presiones Moderadas 7 bar<P<200 bar
Temperaturas -18°C a 430°C
Hidrocarburos Pesados
Presiones Moderadas P< 7 bar
Temperaturas 90°C a 200°C
Hidrocarburos Pesados
Presiones Bajas
Hidrocarburos - Gases
Alifáticos Halogenados
METODO PARA EL
VALOR DE K
METODO PARA
LA ENTALPIA
oave- e c - wong
Peng-Robinson (PR)
PR
Benedict-Webb-RubenStarlind (BWRS)
BWRS
Grayson-Streed (GS)
Lee Kessler (LK)
ESSO
LK
Maxwell-Bonell K-Charts
LK
ot- ures - ono ue
MSRK
SRK
MODELOS TERMODINÁMICOS
2. QUIMICOS
METODO PARA EL
METODO PARA
Presión de Vapor (VAP)
SRK
2 fases líquidas No-Ideales
Azeotropos Heterogéneos
- am
-
UNIFAC
LATE
Altamente No-Ideales
Azeotropos Homogéneos
Wilson
LATE
2 fases líquidas Altamente No-Ideales
Azeotropos Heterogéneos
UNIQUAC
LATE
2 fases líquidas Altamente No-Ideales
Azeotropos Heterogéneos
MARGULES
LATE
TK WILSON
LATE
APLICACIÓN
Soluciones Ideales
2 fases líquidas Altamente No-Ideales
Azeotropos Heterogéneos
Azeotropos Heterogéneos
MODELOS TERMODINAMICOS
2. QUIMICOS (cont.)
APLICACIÓN
VALOR DE K
LA ENTALPIA
MSRK
LATE
Compuestos Polares en Soluciones
Regulares
MSRK (4 parámetros)
LATE
ompues os o ares en o uc ones
No-Ideales
SRK Predictivo
LATE
Wilson
LATE
Alifáticos Halogenados
Moderadamente No-Ideales
Azeotropos Homogeneos
Soluciones No-Ideales con Sales
Disueltas
MODELOS TERMODINÁMICOS
3. ESPECIALES
APLICACIÓN
Gases disueltos en Agua
METODO PARA EL
METODO PARA
Ley de Henry
Endulzamiento de Gases H2S-MEADEA
Sour Water - PR
SRK
Metanol con Gases Livianos
NRTL
SRK
Compuestos Ionicos disueltos en
agua (HCL,NH3,HNO3)
PPAQ
SRK o LATE
Deshidtratación de Hidrocarburos
usando Tri-etilen glicol
TEGV - PR
SRK
Flory-Huggins (FLOR)
LATE
H2S-CO2-NH3 disueltos en Agua
Método para Polimeros
MODELOS TERMODINÁMICOS
4. MODELOS PARA SISTEMAS
METODO PARA EL
VALOR DE K
Procesos con gases criogenicos
PR
Separación de Aire
PR
Torres de Crudo Atmosferico
PR,GS
Torres de Vacio
PR,GS, ESSO
Torres de Etileno
Lee Kesler Plocker
Torres de Crudo Atmosferico
Sistemas con alto contenido de H2
Reservorios
PR,GS
PR o GS
PR
,
Inhibidores de humedad
PR
Sistemas Químicos
Modelos de Actividad
Al uilación con HF
PR NRTL
Hidrocarburos donde la solubilidad del Agua es
importante
Kabadi Danner