torre depropanizadora en estado dinámico
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SIMULACIÓN DE PROCESOS EN
ESTADO DINÁMICO
PROF. Ana Vidovic
Romer Barroso
HYSYS® 3.2
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Las columnas de destilación son unidades bastante complejas tienen varias
entradas y salidas de modo que pueden presentar serios problemas de control.
Sus dinámicas son una mezcla de cambios muy rápidos en los flujos de vapor,
cambios moderadamente rápidos en los flujos de líquido, cambios lentos en las
temperaturas y cambios muy lentos en las composiciones.
Las variables manipuladas tienen restricciones por los límites de inundación de
la columna o las limitaciones de los intercambiadores de calor.
El diseño de un sistema de control efectivo para una columna individual
involucra por lo menos seis circuitos de control aún en la columna más sencilla.
En el HYSYS se pueden simular columnas sencillas, o complejas como son
las que involucran corrientes laterales a la entrada y a la salida, calderines o
rehervidores intermedios, entre otros.
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Datos para realizar la simulación:
La alimentación a la columna es una mezcla de propano (30 %), isobutano (40
%) y n-butano (30%). El flujo de alimentación es de 100 lbmol/hr a 90 °F, esta
corriente se encuentra a 221 psia, pero debe ingresar a la torre a 201 psia.
En el condensador se requiere una composición molar del 98 % en propano y
en el calderín la composición en propano no debe ser mayor al 1 %. La
estimación de la relación de reflujo es de 3.22.
La presión en el condensador es de 200 psia y la caída de presión en la
columna es de 2.6 psi.
La columna tiene 30 platos y la alimentación es en el plato15.
Luego de realizar la simulación estacionario especificar los datos siguientes:
El diámetro de la columna es de 1.5 pies y el espacio entre los platos
perforados es de 2 pies.
El volumen en el calderín y condensador es de 78.4 y de 35 pie3.
¿Qué tipo de condensador específico? Justificar
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Datos para realizar la simulación dinámica: Control del flujo de la alimentación (Valor mínimo de 50 lbmol/h y máximo de
200 lbmol/h)
Control de flujo de la corriente de reflujo (en el sub-ménu controlar el flujo molar
con la misma corriente reflux, mínimo 90 lbmol/h y máximo 110 lbmol/h)
Control de nivel del liquido en el condensador
Control de nivel del liquido en el calderín
Control de presión en el condensador (la variable de proceso es la corriente “to
condenser” y la variable a manipular es el flujo de calor del condensador, presión
mínima de 190 psia y máxima de 210 psia. El valor mínimo y máximo de flujo de
calor es de 0 y de 2e+06 Btu/h y el porcentaje de abertura de la válvula es de
36.6%)
Control de temperatura en el plato. (En el plato 6 numerándolo desde el tope.
Temperatura mínima y máxima 100 y 200°F. Abertura de la válvula mínima y
máxima 37 y 93%.)
Una vez realizada la simulación dinámica variar los SP de proceso y analizar la
influencia en las demás
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
En estado estacionario:
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Revisión en estado estacionario
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Revisión en estado estacionario
ANTES RESPONDER A LAS
PREGUNTAS DEL ESTADO
ESTACIONARIO
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
AL PRESIONAR COLUMN ENVIOREMENT SE ACCEDE AL DIAGRAMA
INTERNO DE LA COLUMNA
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
AL PRESIONAR SOBRE LA COLUMNA:
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
En performance: análisis del comportamiento del perfil de presiones,
temperaturas y flujos por plato
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora ESPECIFICACIONES DE DISEÑO
Al presionar All Stages calcula
los coeficientes de presión-
flujo por medio de la caída de
presión especificada en la
columna y los flujos de vapor
en los platos en estado
estacionario.
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
ESPECIFICACIONES DE DISEÑO
El volumen del calderín y el condensador puede ser especificado en el sub-menú de
la columna presionando sobre el calderín y el condensador respectivamente,
seleccionando la opción Dynamics o pueden ser especificados ambos en el menú
principal de la columna en Dynamics-Vessels.
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
GUARDAR EL CASO EN
MODO ESTACIONARIO
ANTES PASAR AL MODO
DINÁMICO.
TRABAJAR EN OTRO
ARCHIVO PARA EL
DINÁMICO
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Por último presionar sobre el modo
dinámico y el solver desactivado
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control del flujo de la alimentación:
La variable de proceso es el flujo molar a la entrada de la válvula
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control del flujo de la alimentación:
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control del flujo de la alimentación:
Se debe pasar al modo solver en estado dinámico. Aceptar la recomendación de
aumentar la temperatura y luego presionar en Start Autotuner
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control del flujo de la alimentación:
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de flujo de la corriente de reflujo
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de flujo de la corriente de reflujo
Verificar los flujos mínimos y máximos
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de flujo de la corriente de reflujo
Activar el Face Plate, el modo solver, presionar Start Autoturner y Accept.
Colocar el Solver en modo inactivo
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora Control de nivel del liquido en el condensador
Al presionar en el sub-menu en el condensador seleccionar en Dynamics
Add/Configure Level Controller. HYSYS incorpora el controlador controlado por la
válvula de la corriente de destilado
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora Control de nivel del liquido en el condensador
Al presionar sobre el controlador el mismo se encuentra definido por HYSYS
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora Control de nivel del liquido en el condensador
Al presionar sobre Face Plate y colocar en el modo Solver HYSYS coloca el
controlador en modo automático
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Control de nivel del liquido en el calderín
Se realiza de la misma manera que el control de nivel de líquido en el condensador
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de nivel del liquido en el calderín
Activar el Face Plate y el Solver y
colocar en modo inactivo
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de presión en el condensador
La variable de proceso es la corriente “to condenser” y la variable a manipular es
el flujo de calor del condensador)
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de presión en el condensador
La acción es directa: Un aumento en la presión de la corriente “to condenser” se aumenta
su temperatura de rocío y por consiguiente se aumenta la cantidad de calor que se
requiere eliminar para su condensación.
Especificar los valores mínimos y máximos y activar Control Valve
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de presión en el condensador
Al activar control Valve de debe seleccionar “Duty Source” y la opción “Direct Q”.
Especificar los valores mínimos y máximos para el flujo de calor y el % de abertura
de la válvula
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de presión en el condensador
Activar Face Plate, el Solver y Start Autoturner-Accept. Luego desactivar el Solver
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de temperatura en el plato (en el plato 6 numerándolo desde el tope) Se debe instalar un control de temperatura manipulando el flujo de calor en el calderín y
se debe utilizar el modulo Transfer Function block que considera 2 matrasos dinámicos
de 1 minuto. En el modulo de transferencia seleccionar la variable de Stage Temperature
del plato 6. LA VARIABLE OBJETO A MAIPULAR NO SE INSTALA DESDE EL MODULO
DE TRANSFERENCIA
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de temperatura en el plato (en el plato 6 numerándolo desde el tope)
En Parameters especificar los valores mínimos y máximos para la temperatura
y la abertura de la válvula OP. Para asignar la función de transferencia como
de segundo orden, luego asignar los valores de 1 a los parámetros: ganancia,
la constante de tiempo y el coeficiente de amortiguamiento.
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de temperatura en el plato (en el plato 6 numerándolo desde el tope)
Instalar un controlador en donde la variable de procesos es el OP Value del
TRF-1 y el objeto a manipular es el flujo de calor del calderín
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de temperatura en el plato (en el plato 6 numerándolo desde el tope)
En Parameters seleccionar la acción inversa ya que un aumento de
temperatura en el plato debe disminuir el requerimiento energético en el
calderín. Especificar los valores de abertura de la válvula de 37 y 93 %. Utilizar
un controlador PI con ganancia de 1. Activar Control Valve.
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Control de temperatura en el plato (en el plato 6 numerándolo desde el tope)
Activar el Solver y
luego desactivarlo
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Verificar la identificación de los controladores
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Colocar todos los Face Plate en auto y los Stripchart. Resetear el integrador y
activar el modo Solver
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora
Simulación Dinámica de una Columna Despropanizadora