Download - Trabajo de Hysys
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 1
“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU
PICCHU PARA EL MUNDO”
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL
DE INGENIERÍA QUÍMICA
ASIGNATURA : Simulación y Optimización de Procesos
TEMA : Ejercicios de Simulación
DOCENTE : Ing. JIMENEZ ESCOBEDO, Manuel José
CICLO : X
ALUMNOS :
JAMANCA ANTONIO, Edgar Martin
Huacho – Perú
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 2
Caso II
1. Determinar qué Paquete de Fluidos permite calcular las temperaturas de ebullición del
etileno, cloro, cloruro de vinilo y cloruro de hidrógeno con la menor desviación respecto a
los datos experimentales a 1 atm. Hacer un análisis comparativo.
2. Comprobar que:
El etileno es gas y el cloro es líquido en las condiciones de almacenamiento del
proceso.
El dicloroetano es líquido a la presión y temperatura a que opera el reactor de
cloración directa.
La temperatura del punto de burbuja de la mezcla líquida que se alimenta a la
primera columna de rectificación es 6 ºC a la presión de 12 atm.
La temperatura de rocío de la corriente que sale del horno de pirolisis a 26 atm es
170 ºC.
La mezcla líquida contenida en el calderín de la primera columna de rectificación
hierve a 93 ºC para la presión de operación de la columna (12 atm).
El cloruro de vinilo hierve a 33 ºC a la presión de 4,8 atm.
3. Obtener los diagramas isobáricos de equilibrio temperatura-composición y composición
para la mezcla cloruro de vinilo/dicloroetano que se destila en la segunda columna del
proceso de obtención de cloruro de vinilo.
SOLUCION
Paso I: Iniciando HYSYS
Ejecutamos el programa de simulación de hysys 3.2, en la cual nos abrirá la siguiente
ventana, la cual muestra distintas opciones ejecutables para poder establecer un programa
de simulación, en la primera pestaña que indica components que se encuentra de negrita
en la imagen; se adicionara los componentes que se va a simular en este caso los
componentes de la primera parte para calcular el punto de ebullición y comprarlos los
datos obtenidos con datos dados.
Ingreso de los componentes de la simulación en HYSYS 3.2
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 3
Paso II: Introduciendo los compuestos (etileno, cloro, cloruro de vinilo y HCl)
En la ventana aparece una lista de componentes de las cuales uno debe ingresar los
nombres o fórmula para que lo ubique y después de haber encontrado añadirla en el
comando “Add pure” y luiego aparecerá una lista de los componentes seleccionados; en
este cado seleccionamos los componentes que intervienen en el problema caso; y después
la ventana que se muestra a continuación indica la manera en la cual se puede ingresar a
la base datos del simulador, en esta paso se puede apreciar la cantidad de sustancias que
cuenta dentro de su base de datos del simulador, así como los distintos paquetes de fluido
o Fluid Pckgs
Lista o base de datos de los componentes que se encuentran dentro del simulador
En el paquete de fluido se selecciona el modelo termodinámico en la cual se desea
trabajar, la selección del modelo permitirá la presión al calcular los datos o el proceso y
evitar errores.
Para ello trabajamos con la Ecuaciones de estado (EOS) donde se encuentra modelos de
coeficiente de actividad, especiales como son las correlaciones teóricas o empíricas.
Los modelos EOS pueden representar fases liquidas y vapor, mientras que los modelos
gamma representan solamente la fase liquida del sistema. Por esta razón, se utilizan junto
con una ecuación de estado para representar el vapor.
En la siguiente ventana se muestra los EOS que cuenta el simulador, simularemos con
algunos modelos EOS para visualizar cual es el más adecuado que nos resulta menos
errores.
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 4
Paso III: Entrando al ambiente de simulación
Ya que se tiene la información necesaria iniciar la simulación; pasamos a desarrollar la
simulación. Pero para ello debe de haberse cargado todos los datos necesarios en el
simulador ya que si falta algún dato se mostrara una ventana de advertencia. Si todo esta
correcto se pasa a escoger la opdion Enter Simulation Environment la cual nos dará la
imagen en donde se va a simular.
Panel donde se simulara el proceso
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 5
Paso IV: Cálculos del caso
Pregunta 1
ETILENO
Ingresamos la corriente que vamos a calcular el punto de ebullición, para es necesario
ingresar los datos necesarios para que apartir de ello nos calcule el punto de ebullición del
componentes, para todos se trabajo a 1 atm de presión. Debemos tener criterio al ingresar
los datos.
En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullición para el etileno que es -
104.1 °C (EOS Peng - Robinson)
CLORO
En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullición para el cloro que es --
84 °C (EOS Peng - Robinson)
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 6
CLORURO DE VINILO
En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullición para el cloruro de vinilo
que es -15.57 °C (EOS Peng - Robinson)
ACIDO CLORHÍDRICO
En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullición para el HCL que es -
3.45 °C (EOS Peng - Robinson)
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 7
ANALISIS
Después de haber simulado con las diferentes EOS que contiene el paquete de fluido,
mostraremos una tabla en la cual muestre la temperatura real del fluido (obtenida de
Manual del Ingeniero Químico Perry).
Compuesto
C2H4 Diferencia(TE-EOS) (°C)
Temperatura de ebull. (°C) -103.9
BWRS -103.86 -0.03
KabadiDanner -103.6 -0.21
Lee KeslerPlocker -104.08 0.18
Peng Robinson -104.08 0.18
PR Twu -103.80 -0.09
PRSV -103.66 -0.23
Sour PR -104.08 0.18
Sour SRK -103.68 -0.21
SRK -103.68 -0.21
SRK Twu -103.77 -0.12
TwuSimTassone -103.81 -0.08
ZudketvichJoffee -103.84 -0.05
Compuesto
Cl2 Diferencia(TE-EOS) (°C)
Temperatura de ebull. (°C) -34.6
BWRS -34.09 -0.50
KabadiDanner -32.72 -1.87
Lee KeslerPlocker -33.26 -1.33
Peng Robinson -33.45 -1.14
PR Twu -34.14 -0.45
PRSV -33.14 -1.45
Sour PR -33.45 -1.14
Sour SRK -32.72 -1.87
SRK -32.72 -1.87
SRK Twu -34.02 -0.57
TwuSimTassone -34.19 -0.40
ZudketvichJoffee -34.00 -0.59
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 8
Compuesto
Cloruro de vinilo Diferencia(TE-EOS) (°C)
Temperatura de ebull. (°C) -13.8
BWRS -17.20 3.40
KabadiDanner -15.09 1.29
Lee KeslerPlocker -16.83 3.03
Peng Robinson -15.57 1.77
PR Twu -13.52 -0.27
PRSV -14.02 0.22
Sour PR -15.57 1.77
Sour SRK -15.09 1.29
SRK -15.09 1.29
SRK Twu -13.72 -0.07
TwuSimTassone -13.31 -0.48
ZudketvichJoffee -13.78 -0.01
Compuesto
HCl Diferencia(TE-EOS) (°C)
Temperatura de ebull. (°C) -85
BWRS -86.19 1.19
KabadiDanner -83.86 -1.13
Lee KeslerPlocker -85.85 0.85
Peng Robinson -84.33 -0.66
PR Twu -84.90 -0.09
PRSV -84.77 -0.22
Sour PR -84.33 -0.66
Sour SRK -83.86 -1.13
SRK -83.86 -1.13
SRK Twu -84.86 -0.13
TwuSimTassone -84.92 -0.07
ZudketvichJoffee -85.05 0.05
Como podemos diferenciar en las tablas vemos de todas ecuaciones de estado de
ZudketvichJoffee, tiene menos diferencia o error con la temperatura de ebullición.
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 9
PREGUNTA 2
Comprobar que el:
a) El etileno es gas y el cloro es líquido en las condiciones de almacenamiento del proceso.
Evaluaremos la condición de almacenamiento a 2 atm de presión y 25°C.
Para el etileno:
Debemos tener en cuenta que debemos ingresar las condiciones de entrada en este caso
que son la presión y temperatura y nos indica que el etileno a estas condiciones es
gas(EOS ZudketvichJoffee); y en la parte Liq Vol Flow indica que no existe liquido y esta
totalmente en estado vapor.
Para el cloro:
Para el cloro utilizamos
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 10
Debemos tener en cuenta que debemos ingresar las condiciones de entrada en este caso
que son la presión y temperatura y nos indica que el etileno a estas condiciones es
gas(EOS ZudketvichJoffee); y en la parte Liq Vol Flow indica que hay 4.961 m3/h, quiere
decir que se encuentra una cantidad de liquido asociado al cloro, pero todo no es liquido
porque se encuentra una cantidad de vapor en su composición según se muestra la tabla
anterior.
b) El diclorometano…………….
La reacción que ocurre es de cloración directa:
𝐶𝐻2 = 𝐶𝐻2 + 𝐶𝑙2 → 𝐶2𝐻4𝐶𝑙2
Para la reacción se necesita un reactor donde ocurrirá la reacción mencionada:
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 11
En esta parte se ingresaron los componentes y además como ocurre una reacción
debemos especificarla ingresando los coeficientes para determinar los reactantes y
productos y no ocurra un problema durante la simulación.
Esquema donde se muestra el proceso de la reacción:
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 12
Para comprobar que el diclormetano es liquido.
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 13
Buscando la opción de balances de materiales, nos mostrara la tabla con las composiciones en cada
corriente. Como podemos apreciar, las corrientes que entran al reactor es netamente puro en el sistema para
ambos casos.
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 14
c) La temperatura del punto de burbuja de la mezcla líquida que se alimenta a la
primera columna de rectificación es 6 ºC a la presión de 12 atm.
Nos precisa que la mezcla que ingresa a la columna de rectificación es la mezcla que sale
del horno de pirolisis, donde se lleva a cabo la siguiente reacción
𝐶2𝐻4 → 𝐶2𝐻3𝐶𝑙 + 𝐻𝐶𝑙
Tomando como base 1.00 mol para el cálculo en la simulación
0.14 de dicloroetano (C2H4Cl)
0.43 de cloruro de vinilo(C2H3Cl)
0.43 de ácido clorhídrico (HCl)
Con esa composición dentro de la reacción y a una presión de 12 atm, simularemos el
punto de roció con el hysys 3.2.
Ingresando los datos que intervienen en la simulación:
Como ocurre una reacción debemos especificar en el simulados basis Manager, debemos
especificar los coeficientes para detallar cual son los reactantes y el producto:
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 15
Ahora ingresamos los moles de fracción de la mezcla como especificamos anteriormente:
El punto rocio calculado el 6.038 a la presión de 12 atm
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química
SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 16