primeros pasos con hysys

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 1

Índice 1. Primeros pasos por hysys .......................................................................................................................................... 2

1.1. Introducir lista de componentes ....................................................................................................................... 4

1.2. Fluid packages .................................................................................................................................................... 8

1.3. Diagrama del proceso ...................................................................................................................................... 13

1.4. El caso de estudio ............................................................................................................................................ 44

1.5. Obtención de propilenglicol por hidrólisis del óxido de propileno ................................................................. 50

1.5.1. Componentes........................................................................................................................................... 51

1.5.2. Ecuaciones de estado (Fluid package) ..................................................................................................... 51

1.5.3. Diagrama de proceso ............................................................................................................................... 52

1.5.4. Reacción ................................................................................................................................................... 55

1.5.5. Reactor ..................................................................................................................................................... 61

1.5.6. Columna de destilación ........................................................................................................................... 66

2. Ejercicio del examen ................................................................................................................................................ 87

2.1. Composición .................................................................................................................................................... 88

2.2. Reacción ........................................................................................................................................................... 94

2.3. Reactor ............................................................................................................................................................. 95

2.4. Torre destilación .............................................................................................................................................. 98

2.5. Preguntas examen ......................................................................................................................................... 104

2.5.1. ¿Condición de entrada del agua? .......................................................................................................... 104

2.5.2. Presión de la corriente de entrada a la columna de destilación ........................................................... 106

2.5.3. Composición de etilenglicol en la corriente final por la que se obtiene el producto ............................ 106

2.5.4. Indicar a que temperatura debería operar el reactor para mejorar la selectividad del etilenglicol. ¿Y si el producto deseado fuese el dietilenglicol? ......................................................................................................... 107

ASPEN ONE V8 HYSYS

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 2

1. Primeros pasos por hysys

Se le da a new para empezar un nuevo ejercicio Vamos a realizar el siguiente ejercicio

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 3

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 4

1.1. Introducir lista de componentes

Componentlist es la lista de todos los componentes químicos Fluid pack es la lista de sistemas termodinámicos Metod asistan indica cual es el mejor método termodinámico que cree mejor para cada caso Cuando existen reacción se pueden meter en reactions Componentlist se deciden los componentes que se han de meter

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 5

La primera parte del ejercicio consiste en introducir los componentes de la lista. En este ejercicio están aquí indicados.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 6

En rojo abajo ponen los detalles de cosas que fallan o faltan

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 7

Ya introduciendo los componentes Se meten los primeros compuestos en base de carbono

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 8

1.2. Fluid packages

Nuestro segundo paso es introducir el modelo Fluid Packages En este caso se trata de un Peng-Robinson. Como se ve en la siguiente imagen se puede poner

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 9

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 10

Si en mi modelo no están los coeficientes binarios completos hay que completarlos. El único método que complementa es unifacvle vapores líquidos en equilibrio, si es líquido líquido debería pinchar el de abajo LLE. Pinchando en sólo los desconocidos me calculan los que no conozco Todo sistema que tenga sustancias polares (agua) necesita sistema modelo de actividad Los que tengan sustancias apolares (petróleo, gases) necesita sistema dinámico Para este primer ejercicio se deja el peng.-robinson

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 11

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 12

Una vez completado las propiedades hemos metido lo básico. Luego nos vamos a simulación

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 13

1.3. Diagrama del proceso

Se pincha en simulación y se dibuja el proceso por etapas. La tabla de ayuda se esconde y aparece con F4. Las corrientes azules son de materia. Las rojas son de energía. El semáforo se pone en pausa si hay algún cálculo que da error o falla. No vuelve a funcionar hasta que el semáforo lo coloquemos de nuevo en verde. El sistema de unidades el trae unos cuantos básicos. Se pincha dos veces sobre la corriente de materia

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 14

En streamname se pone feed que es como se llama en el ejercicio a esa corriente Hay que darle la composición, el caudal, De las tres siguientes hay que dar dos: presión, temperatura y fracción de la fase vapor(porcentaje vapor y líquido en la mezcla).

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 15

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 16

Tras meter los datos del problema la franja amarilla me canta que falta la composición. En la tabla de la izquierda meto la composición

Si se meten los caudales de cada uno de los componentes… Procedemos a meter los datos que tenemos en el enunciado del problema en el apartado de composición. Tener en cuenta que hay que cambiar a fracción molar

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 17

Si son fracciones molares abajo debe dar uno

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 18

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 19

Al meter la temperatura en farenheit me la ha calculado a grados centígrados. Se ha puesto la franja en verde porque el ha calculado el resto de los datos. Supongamos que no metemos los dos valores. De temperatura y presión. Supongamos que tenemos el líquido en un punto de burbuja [temperatura a la que empieza a formar vapor) punto de rocío a la que empieza a condensar los vapores] Si le digo que la fracción vapor es todo cero me calcula la temperatura del punto de burbuja a esa presión. Si cambiamos la presión me cambia la temperatura. Si le cambio la fracción de vapor a 1 (todo vapor) me cambia la temperatura

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 20

Pinchando sobre la tabla podemos modificar variables

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 21

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 22

Si le meto la densidad En la tabla podemos ver más a la derecha las fases líquidas y vapor sus condiciones

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 23

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 24

Si pinchamos en la pestaña worksheet marca todas las corrientes de entrada y salida del equipo. Hay que introducir la caída de presión o deltaP que se produce al líquido cuando llega a la válvula.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 25

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 26

Worksheet aparece en todos los equipos Metemos el separador

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 27

Metemos una bomba

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 28

Como en los casos anteriores tenemos que ponerle las entradas y las salidas. Las entradas ya las debemos tener en el desplegable. Las salidas si aún no las hemos introducido deberemos escribir su nombre y automáticamente se unirán cuando metamos los datos que les correspondan más adelante.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 29

Se me han pasado algunos pasos

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 30

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 31

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 32

Se recomienda ir a la ayuda para ver que equipo y forma de cálculo que tiene cada uno. Simple en point considera que la variación de la temperatura es linear. Esto solo es verdad si la diferencia de temperatura es muy grande. Sólo se puede usar si no hay cambio de fase. El simple weighted no considera que se lineal. Divide el cambiador de calor en segmento y hace los cálculos segmentos por segmentos. En rigorous requiere conocer todas las dimensiones y características internas del cambiador de calor. Si la conoces bien el cálculo es mucho más preciso. Tiene su propia pestaña. En el ejercicio vamos a usar el simple

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 33

Ft es un factor de cálculo para los cambiadores de calor cuando tenemos corriente cruzada. Lo dejamos por defecto.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 34

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 35

Aquí se cambia el icono a uno que nos guste más

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 36

Metemos los datos de shellout

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 37

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 38

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 39

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 40

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 41

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 42

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 43

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 44

1.4. El caso de estudio El objetivo modificar una variable independiente para ver cómo se comporta la dependiente

Añadir las variables a trabajar

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 45

El objeto a controlar válvula1. Corresponde en el enunciado a la VLV-101 porque le cambiamos el nombre para probar por valvula1

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 46

Queremos controlar la presión

Rangos de medida

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 47

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 48

Pulsar Run para ejecutar

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 49

El máximo es el punto ideal de trabajo para maximizar la cantidad de propano en la salida Hay que tener en cuenta que si dejo esto así mi presión drop se irá a 300. Así que podemos volver al paso previo para el cálculo de este máximo o poner la presión más óptima para que se obtenga la cantidad de propano en la salida.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 50

1.5. Obtención de propilenglicol por hidrólisis del óxido de propileno

Como antes la secuencia es:

1. Introducir los componentes de la reacción que está escrita arriba. La forma más fácil de localizarlos es por la fórmula

2. Seleccionar Fluid Package que en este caso es UNIQUAC 3. Introducir los flujos (simulation) de entrada en el mezclador. Teniendo en cuenta siempre meter las

cantidades de cada uno. 4. Introducir el mezclador marcando los flujos de entrada que ya deben estar metidos y poniendo el nombre en

el flujo de salida. 5. Introducir la reacción en el reactor químico. Recordar que esto está en Propieties no en simulation. 6. Luego introducir el reactor. 7. Así vamos siguiendo introduciendo los componentes.

Seguidamente está con imágenes del proceso.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 51

1.5.1. Componentes

1.5.2. Ecuaciones de estado (Fluid package) Añadimos los componentes y seguidamente Fluid package

De tanto probar hay dos basis. Borro uno y trabajo con uno sólo.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 52

1.5.3. Diagrama de proceso Vamos a Simulation

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 53

En simulation metemos los flujos de entrada

Que no se os olvide como a mi meter en la composición cual está y cual no está. Si no se introduce esto luego se verá un halo amarillo alrededor del dibujo que nos indica que algo falla. En este caso de arriba se ve que el primero es cero, el segundo es 1 y del tercero tampoco hay nada en el flujo de entrada. Como se observa en el dibujo se me había pasado y cuando llegué al reactor tenía deficiencias que me hizo volver pasos atrás.

Si en vez de la composición está en mass fracction está en otro tipo como mass flow podemos pinchar en basis y luego seleccionar el tipo

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 54

En esta imagen de arriba se ve en amarillo porque cuando se saco la impresión no se habían metido los datos del PropOxide y daba error.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 55

1.5.4. Reacción Nos vamos a reactions

Para cada reactor hay que definir el grupo de reacciones. Le damos a añadir reacción.

Según los datos que tengamos tendremos reacciones de conversión, de equilibrio o como en este caso de cinética.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 56

Señalamos que es una reacción cinética

Es importante introducir primero que componentes están en la reacción, en ambas partes.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 57

Seguidamente hay que introducir los coeficientes estequiométricos. Será menos uno para este caso los que están a la izquierda y más uno los que están a la derecha de la reacción.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 58

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 59

Tipos de fases en los que ocurre la reacción. Si las fases en que ocurre la reacción son líquidas se pone la señalada. Si hay fase vapor la de arriba. Si hay combinación de las fases la combinadaliquid.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 60

La temperatura máxima y mínima no recuerdo haberla tocado. Lo que si he tocado es la unidad base y rateunits. En este caso se pone la unidad lbmole/ft3 porque en el enunciado del problema me decía que A tenía esas unidades.

Ponemos los valores de entrada y al poner la unidad cambia los valores si esta difiere de la que tenemos estandarizada. Hay que poner que es combinadeliquid porque hay parte líquida y vapor. Si no se pone al final no se resuelve.

Como se observa en amarillo hay que añadir FP (fluid package)

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 61

Una vez añadido el paquete termodinámico se pone en verde. Señal de que la cosa va bien.

1.5.5. Reactor Añadimos el reactor

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 62

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 63

Rx Ven, RxProd y Refrigerante Liq los meto sin poner nada de datos. En parámetros metemos los que tenemos del enunciado Un reactor es isotérmico si la entrada es igual a la salida Un reactor es adiabático ¿?

No olvidar meter la caída de presión si la conocemos.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 64

Nos falta algún detalle más, por eso no se obtiene aún en verde. Añadimos en la pestaña reactions, la reacción. El reactor se hace adiabático poniendo en el duty 0 Si es isotermo me voy a worksheet y le doy a la corriente de salida la misma que la de entrada. Y él me calcula la energía que debo aportar o retirar. Si en duty da un valor negativo hay que sacar calor y si es positivo hay que aportarla.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 65

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 66

1.5.6. Columna de destilación Pues ahora al trabajo duro. Toca meter la columna de destilación.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 67

Metemos los datos de la columna.

Dejamos el estándar

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 68

De esto no tengo detalles, lo dejo en blanco

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 69

Le damos a Done

Nos vamos a monirtor

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 70

Como se puede observar a datos que sobran y me falta la Fracción molar del agua por meter que es un dato que tengo. Le damos a añadir spec..

Seleccionamos ColumnComponentFraction

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 71

Ahora nos vamos a sumary y lo activamos

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 72

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 73

Se observa que el grado de libertad dice menos 1. Esto es porque hay más incógnitas que funciones. Por lo tanto hay que eliminar algo. Si le damos a Run nos lo va a cantar sólo. No obstante con desactivar el siguiente se soluciona

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 74

Apuntes clase 3-6-14

Si el condensador es total todo el vapor pasa a liquido. Si es parcial parte de vapor y parte de líquido En entrada y salida de corrientes a la columna puede entrar muchas o varias En donde pone el nº de etapas es el teórico. Si se pone el nº reales hay que ir luego a la parte de eficacia de platos y poner la eficacia de cada uno Hay que tener en cuenta se entra por el plato contando de arriba abajo o al revés. El plato de entrada puede variar según el sentido de conteo. A la corriente de salida si hubiera hay que darle un nombre, decir si vas a sacarlo de la fase vapor o la fase líquida. También hay que indicar de que plato sale.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 75

Le damos a seguir

Si no sabes el tipo de calderín que tenemos en la base de columna dejamos el que está por defecto

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 76

Aquí se pone las presiones y perdidas de presiones que se ponen en el calderín y el condensador

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 77

Aquí se ponen los datos que sepamos de temperatura

Rate es el caudal RR relación de reflujo l/d: cantidad de liquido que reciclo partido por la destilado. Un valor de 1 es que un 50% lo devuelvo a la columna y el otro 50 es el destilado.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 78

Ahora le damos a Done. Me falta un dato que es el de la fracción molar del agua.

Como se ve la columna no ha convergido Nos vamos a monitor y especificaciones . Trabajamos con la de monitor

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 79

Fijaros que abajo a la derecha pone grados de libertad. Hay que meter tantas especificaciones como corrientes tengo. Se ve que hay una activada que no tiene información. Eso no sirve para nada. Por ello hay que poner otra. Quitamos esa y se me pondrá un valor de 1. Esto indica que me falta una ecuación, un grado de libertad. Hay que meterle un dato. Han dicho que la fracción molar del calderín es cinco por diez a menos tres molar de agua.

En nuestro caso es fracción de un componente en la columna Se mete en el reboiler la fracción, en el hervidor.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 80

si ponemos stream es la etapa y si ponemos stage es todo. .Ahora se le da a run y se obtiene la convergencia.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 81

En diseño me ha dado el perfil de temperatura, presión y flujo que tengo en la columna Si nos vamos aparametros vemos los datos por cada plato

Si nos vamos a estimaciones nos dice donde están las concentraciones de cada componente . sirve para saber de que plato sacar cada componente

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 82

Si nos vamos a eficacia, aquí deberíamos modificar la eficacia si fueran platos reales. El calderín siempre se considera una etapa teórica. El condensador igual.

En la pestaña rating podemos hacer una columna con varias secciones

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 83

Aquí se pueden poner los tipos de rebosadero, tipos de platos, tamaños y demás. En workseet nos dice que ha pasado.

Aquí vemos que el agua sale por

Sale por el destilado y el objetivo por la cola.

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 84

Ejercicio Simulación de una columna con corrientes laterales

Para un caso de estudio para este caso

Para este cado

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 85

Buscamo el heptano

La variante independiente es la componente de reflujo La variable independiente me pide valor máximo y mínimo

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 86

Hemos puesto dos valores aleatorios Damos a run y vemos resultados

Se observa que al ir aumentando la corriente de reflujo el heptano sale más por la correiente dos que por la uno. Va disminuyendo la cantidad que sale de la corriente 1

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 87

2. Ejercicio del examen

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 88

2.1. Composición

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 89

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 90

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 91

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 92

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 93

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 94

2.2. Reacción

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 95

2.3. Reactor

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 96

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 97

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 98

2.4. Torre destilación

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 99

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 100

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 101

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 102

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 103

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 104

2.5. Preguntas examen

2.5.1. ¿Condición de entrada del agua? En la entrada inicial

En el reactor las condiciones de entrada son

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 105

En el destilador la composición era

En el destilado

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 106

2.5.2. Presión de la corriente de entrada a la columna de destilación

2.5.3. Composición de etilenglicol en la corriente final por la que se obtiene el producto

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 107

2.5.4. Indicar a que temperatura debería operar el reactor para mejorar la selectividad del etilenglicol. ¿Y si el producto deseado fuese el dietilenglicol?

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 108

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 109

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 110

La mejor selectividad para el Etilen está entorno a 40ºC Para el dietilen hay que ampliar el rango de temperatura

Apuntes clase Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 111

Para el dieteilenglicol la temperatura optima está en 280ºC