1027157 Clases de Hysys 6 Funciones Logicas

PRÁCTICASDE DISEÑO DE PROCESOS PROCESOS Adriana Aristiz Aristizábal ábal

OPERACIONES LÓGICAS HYSYS dispone de varias operaciones lógicas las cuales se encuentran en la paleta de objetos. Entre ellas se encuentran las funciones: SET, AJUSTE, RECICLO.

A continuación se presenta la lista de las funciones lógicas que tiene hysys. De las anteriores operaciones lógicas solo se emplean 5 en el modo de estado estacionario: SET, SET, ADJUST, ADJUST, BALANCE, BALANCE, RECYCLE, RECYCLE, y Spreadsheet. preadsheet.

Función de Ajuste La función de ajuste varía un valor de una corriente (Variable Independiente) para cumplir con un valor requerido o especificación (Variable dependiente) en otro corriente u operación. La función objetivo puede emplearse para automáticamente realizar iteraciones de ensayo y error en una simulación que es difícil de resolver resolver debido las especificaciones especificaciones requeridas.

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La función AJUSTE es muy flexible. Esta permite relacionar variables en una simulación de formas que no son posibles usando operaciones unitarias ordinarias. Se puede emplear para resolver para un valor especifico de una variable dependiente, o se pueden emplear múltiples funciones de AJUSTE para resolver de manera simultánea para varios valores deseados. La Función AJUSTE puede desempeñar las siguientes funciones: Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente tenga el valor objetivo (Target Value). Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente sea igual a otra variable de otro objeto más un offset.

Ejercicio 18. 1 kmol/hr de una corriente que contiene: •

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Benceno (40 mol%) Toluene (30 mol%) O-xylene (30 mol%)

Considere una operación adiabática y que no hay caída de presión. Se trabaja a 1 atm. Ajuste la temperatura de operación para obtener un flujo másico de líquido de 62.9 kg/h.

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Para lograr lo anterior se emplea el tanteo o la función ajuste que varíe la temperatura de la corriente de alimentación (Adjusted variable) hasta obtener un flujo másico de líquido (Target Value) de 62.9 kg/h. De la paleta de objetos seleccionar la función de ajuste y abrir el visor de la operación.

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Clic en el botón Select Var para seleccionar la temperatura de la corriente de alimentación (Adjusted variable). …

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Seleccionando la Variable Ajustable o Variable independiente.

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Luego se selecciona la Variable dependiente con el botón Select Var..  De la variable objetivo o dependiente (tarjet Variable)

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Una vez seleccionadas las variables se debe escoger la fuente de la variable dependiente para lo cual Hysys tiene 3 opciones. En Source seleccione una de las opciones.

User Supplied: se especifica el valor que el usuario quiere fijar la Target Variable (variable dependiente) en este caso 62.9 kg/h.

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Luego de intentar varias veces y de ajustar los parámetros de la operación Ajuste se logra la convergencia.

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Los resultado son: T = 105°C

Ahora se quiere saber que fracción de vapor en la alimentación se debe fijar para que el flujo de tolueno en la corriente vapor sea 0.1994 kmol/h para el mismo flash que opera a 1 atm.

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Respuesta:

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Inserte una corriente llamada síntesis con las siguientes especificaciones: Especificaciones

Valor

Presión

1 atm

Temperatura

200 C

Flujo molar

2 kmol/h

Fracción molar tolueno

0.6478

Fracción molar benceno

0.3522

Considere un flash que opera a 1 atm y 104°C sin caída de presión que tiene una corriente de alimentación de 1 kmol/h de una corriente que contiene:  –

 –

 –

Benceno (40 mol%) Toluene (30 mol%) O-Xylene (30 mol%)

Adicione una corriente de calor al flash y ajuste este Q para que la fracción molar de benceno en la corriente síntesis más 0.1 .

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Utilizando la función ajuste:

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Los parámetros de solución se muestran a continuación:

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También se puede fijar el valor de la Tarjet Variable a una celda de una Spreadsheet

Hay dos formas de iniciar una operación de Ajuste: 1. Si todos los valores de los campos de la pestaña Parameters se especifican la operación inicia automáticamente los cálculos. 2. Si se omite uno o los valores de los campos Minimum/Maximum para la variable independiente se debe pulsar el botón Start para iniciar los cálculos.

Una vez la operación ADJUST está corriendo el botón Start desaparece indicando que los cálculos están en progreso. Cuando el error es menor que la tolerancia la barra de estatus se torna color verde con el mensaje OK. Si la función ajuste llega al máximo de iteraciones sin converger aparece el siguiente mensaje en la barra de estatus que se orna color rojo "Reached iteration Limit without converging“.   Si se presiona el botón Start y los parámetros requeridos no está definidos aparece una barra amarilla con el mensaje “Incomplete”  y no se inician los cálculos. •

  Para parar o deshabilitar los cálculos emplear la checkbox Ignore •

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Antes de instalar la función de ajuste se recomienda dar valores a la variable independiente para ver como afecta la variable dependiente. dependiente. Lo anterior con el fin de saber que PASO  PASO  que se requiere para que los cálculos lleguen a la convergencia. Si el PASO  PASO  es muy pequeño y no se logra la convergencia antes de exceder el máximo número de iteraciones se debe variar este valor.

Ejercicio 11: Absorción de acetona en una torre con etapas a contracorriente. Se desea absorber 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 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. El proceso operará isotérmicamente y no hay caída de presión a través de la columna.

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Si la torre tiene 10 etapas y opera a 1 atm sin caída de presión ¿Cuál es la temperatura a la cual opera la torre para absorber 63.06% de la acetona en el gas? Si la torre tiene 10 etapas y opera a 500 k ¿Cuál es la presión a la cual opera la torre para absorber 95.69% de la acetona en el gas?

RESPUESTAS •

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La torre debe operar a una temperatura de 26.85°C para absorber 63.06% de la acetona en el gas. Si la torre tiene 10 etapas y opera a 500 k debe operar a 202.6kPa para absorber 95.69% de la acetona en el gas

OPERACIÓN SET •

La operación set se usa para fijar el valor de una variable de proceso en relación a otra. La relación es entre variables de proceso de dos objetos del mismo tipo. Esta operación se puede usar en modo dinámico o en estado estacionario.

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Inserte una función SET y abra el visor.

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Se debe seleccionar la variable que se quiere fijar en un valor y el objeto al cual se quieren relacionar. Ejercicio:  En este caso se quiere fijar el flujo de entrada a un tanque separador de tres fases como dos veces el flujo de vapor del flash simulado en el último ejercicio.

Especificando los operación SET:

parámetros

de

la

En la pestaña Parameters se debe especificar el multiplicador (Multiplier) y el offset (intercepto) de la ecuación: Y= MX + B Que relaciona la variable Tarjet con el objeto fuente que se desee.

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Se puede emplear un Spreadsheet para variar el término multiplicador y el offset de la operación SET. Tarea:

Esto se verá más adelante y se debe entregar impreso este reporte de este ejercicio el lunes.

OPERACIÓN RECICLO •

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La operación lógica de Reciclo de HYSYS se emplea para resolver un lazo en un sistema donde una corriente aguas abajo es mezclada con una corriente aguas arriba en el proceso. Esta operación resuelve iterativamente, comparando el valor actual con el valor calculado y actualiza dicho valor. Esto se repite hasta que el valor cumpla con la tolerancia.

En una misma simulación es posible tener varias operaciones de Reciclo. Se debe seleccionar bien donde se ubican las operaciones de reciclo para minimizar el tiempo de cálculo.

  Recomendaciones: •

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Utilizar los bloques de reciclo antes de corrientes que definen múltiples corrientes (Ej: antes de un splitter y un mezclador) En corrientes que tienen condiciones fijas como a la salida de un calentador o enfriador, debido a que así hay que itera menos variables. En corrientes que no empleen funciones de ajuste.

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Después de que la operación Reciclo converge las corrientes de entrada y salida a esta unidad deben ser iguales con cierta tolerancia que puede ser modificada por el usuario.

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La tolerancia de la función Reciclo es calculada como el producto de la tolerancia que hysys tiene por defecto según el tipo de variable por la tolerancia especificada por el usuario. La tolerancia absoluta depende de la propiedad en cuestión fijada por hysys. La siguiente tabla muestra las tolerancia absolutas para cada propiedad fijas por Hysys: Propiedad

Tolerancia absoluta

Unidades

Fracción de Vapor

0.01

Temperatura

0.01

°C

Presión

0.01

kPa

Flujo

0.001

Kgmole/s

Entalpía

1

kJ/kgmole

Energía

0.1

kW

Composición

0.0001

La Tolerancia es calculada en Hysys en unidades SI.

Cuando hay múltiples operaciones de reciclo hay dos modos de operación: NESTED: cuando las operaciones de reciclo son independientes.

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SIMULTANEOS: cuando las operaciones de reciclo interactúan o están interconectadas.

En este modo los bloques de reciclo no se calculan con las demás unidades de operación. Se resuelven en un solver adicional que calcula luego de que las demás unidades se resuelven.

 Ajuste del modo de cálculo en la función reciclo

Ejercicio: Recircule la corriente Gas Sin Acetona al absorbedor que opera a 500 K debe operar a 202.6 kPa y que tiene 10 etapas. Calcule el porcentaje de absorción de acetona en el solvente. ¿Cuanto aumenta este porcentaje con la recirculación?

Solución: 1.Inserte la función Reciclo en el PFD y habra el visor.

2. Especifique la corriente a recircular (Solvente con Acetona 2) y la corriente de entrada al equipo.

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Al conectar las corrientes a la función reciclo se observa lo siguiente en el PDF.

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En esta ventana se cambian las tolerancias por variable y la dirección en la cual se propaga la información en la simulación.

Hay tres opciones de dirección de transferencia: Not transferred: se emplea si solo algunas de las variables de las corrientes quieren ser transferidas a la corriente de salida del reciclo. Transfer forwards: la información va de la corriente de entrada al reciclo hacia la de salida para recalcular. Transfer backwards: la información va de la corriente de salida del reciclo hacia la de entrada, para recalcular.

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En esta ventana se parámetros de iteración.

ajustan

los

La operación Reciclo se puede ajustar para usar uno de los dos tipos de algoritmos para lograr una convergencia más rápida. Los dos métodos disponibles son: Wegstein Acceleration y Dominant Eigenvalue Acceleration.

El método Wegstein Acceleration tiene diferentes parámetros que se ajustan para lograr mejores resultados. Los valores por defecto de estos parámetros en Hysys son:

El progreso de los cálculos desarrollados en el Reciclo se pueden chequera en la pestaña Monitor en la página Property View. Esto es útil cuando el reciclo pone problemas de convergencia. Los resultados se presentan en tablas o gráficas.

Respuesta: Con la recirculación de la corriente de gas el porcentaje de absorción de acetona es del 99.79% respecto a un 95.69% sin reciclo.

SPREADSHEET La Spreadsheet es una herramienta muy útil de Hysys la cual tiene completo acceso a todas las variables de proceso. Desde allí se pueden adicionar funciones, formulas y operadores lógicos. Se puede además importar y exportar variables. Cualquier cambio en el ambiente de simulación se refleja de inmediato en le Spreadsheet y viceversa.

La Spreadsheet tiene muchas aplicaciones entre ellas realizar operaciones matemáticas usando variables de la simulación como por ejemplo conversiones y rendimientos de reactores o costos de equipos. También es útil ya que si se emplea adecuadamente evita tener que abrir varias ventanas de equipos y para analizar resultados o la influencia de una variable sobre otra.

Una variable de una simulación puede ser importada a una hoja de cálculo (Spreadsheet) o una variable definida en la hoja de cálculo se puede exportar a una variable en un caso de simulación. Hay tres formas de importar valores en una hoja de cálculo:

• Drag and Drop. Position the cursor over the desired item; then

click and hold the right mouse button. Move the cursor over to the Spreadsheet. Once over the Spreadsheet, the cursor's appearance will change to a "bull's eye" type. Release the right mouse button when the "bull's eye" cursor is over the desired cell. The specific information about the imported variable will appear in the Current Cell group. • Variable Browsing. A variable may also be imported into the Spreadsheet by placing the cursor on an empty cell in the Spreadsheet and clicking (and releasing) the right mouse button. Choose Import Variable from the list that appears, and select the variable using the Variable Navigator. Connections Page. On the Connections page, click the Add Import button and select the desired variable using the Variable Navigator. After selecting the variable, choose the desired cell from the drop-down list.

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Los procedimientos para exportar variables de una spreadsheet tambien se explican a continuación:. Exporting variables from the Spreadsheet into the Simulation environment is also a simple procedure. The methods for doing this are very similar. • Drag and Drop. Position the cursor over the Spreadsheet cell that is to be exported. Click and hold the right mouse button; the cursor should now change to the "bulls' eye" type. Move the "bull's eye" cursor over to the desired cell. Release the right mouse button, the transfer should be completed. • Variable Browsing. A variable may be exported from the Spreadsheet into the Simulation environment by placing the cursor on the exportable cell in the Spreadsheet and clicking (and releasing) the right mouse button. Choose Export Formula Result from the list that appears, and select the desired location for the variable using the Variable Navigator. • Connections Page. On the Connections page, click the Add Export button and select the desired variable using the Variable Navigator. After selecting the variable, choose the desired cell from the drop down list.

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Para facilitar el acceso del usuario a una hoja de cálculo, se puede dar nombre a las variables. This is done either by selecting the cell on the Spreadsheet tab and typing a name in the Variable field above the spreadsh

FUNCIÓN BALANCE Esta función permite realizar balances en una sección de una planta o el balance global de la misma. Se debe especificar cuales corrientes de materia y energía cruzan los límites imaginarios del subsistema.

Hay cinco tipos de balances disponibles: •

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Balance molar y de Energía: sirve para calcular flujos base desconocidos. Realiza primero los cálculos del balance de moles y los completa así el balance de energía este sin especificar completamente. Balance molar: -There is another way to use the Balance Operation. The "system" for which you have inlets and outlets need not be part of the process at all. You can use the balance to create new streams with characteristics of streams in your process. In the HYSYS' Gas Processing Tutorial, they use the Mole Balance to create a stream with the same composition and flow as a process stream, but then they give the new stream a different pressure and a vapor fraction of 1 to see what the stream's dew point would be (remember, when you specify vapor fraction of 1 or 0, HYSYS assumes you want saturated  vapor or liquid and solves for the corresponding temperature or pressure). Balance de Masa: Sirve para calcular un flujo a partir de especificar las composiciones y todos los flujos menos uno. You could have five streams of pure nitrogen as inlets and one stream of CO2 as the outlet, and HYSYS will gleefully pass the sum of the mass flowrates of the nitrogen to the CO2. So, be careful with this one. Balance de Energía Balance Global: Se puede especificar con esto la relación entre componentes de una corriente. Se debe tener cuidado al realizar especificaciones en esta función debido a que puede provocar que las demás unidades este sobre especificadas.

CASOS DE ESTUDIO •

Un Caso de estudio permite realizar varias corridas de una simulación variando los parámetros de entrada.

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Para realizar un Estudio de Casos presione CTRL+D o : Open the DataBook from Tools-Databook, or by pressing CTRL D. With the DataBook, HYSYS provides a location from which a systematic approach to data analysis can be taken.

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El DataBook permite monitorear variables de proceso claves en estado estacionario o dinámico. The DataBook allows you to monitor key process variables in Steady State and in Dynamics mode. Variables for all DataBook features are selected in a single location. You can then activate variables from the main list for each application. There is only one DataBook in each HYSYS case, containing variables from all Flowsheets. All of the following features are defined and accessed through this single DataBook:

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El primer paso es configurar las variables de interés del caso de estudios para los cuales Hysys efectuara cálculos y grabará los resultados para cada caso. Los datos solo se presentan para las variables seleccionadas en el estudio de casos. 2. En el databook presione Insert y adicione asi las variables comos e muestra a continuación: Note que la descripción de las variables que se muestra en las celdas del spreadsheet corresponde al nombre de cada celda. Debido a que están en azul pueden editarse aquí. Presiones Add y OK

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4.Dirijase a la pestaña Case Study y presione Add para iniciar un nuevo caso. Asignele el nombre Operating Analysis. Todas las variables configuradas anteriormente se listan en dos columnas llamada Ind (Independientes) y Dep (Dependientes)

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Seleccione las variables dependientes e independientes a estudiar.

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Presione View y configure los límites superior e inferior para los cálculos Tenga en cuenta que las ariables aquí estan un unidades SI.

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Al crear un caso debe ignorar todas la herramientas utilities que emplee en la simulación. Presione strt para que el estudio de casos inicie los cálculos Al terminar los cálculos se pueden ver los resultados Presione el boton Results en on the Case Studies Setup window or on the Case Studies tab of the Databook.

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Los resultados también se pueden ver de forma gráfica 10. Select Graph on the Case Studies tab. 11. Select Setup. 12. Click the Display Properties tab.

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13. Size and arrange the windows so that you switch the graph between the three dependent variables.

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The main interest of course is the Overall Profit and the combination of Chiller exit temp and Expander exit pressure that will give us the maximum Operating Profit.

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14. Right-click on the graph, and experiment with the tools available. Try removing Hidden Lines, Rotation, and Plane Cutting. 15. In order to view the graph with the colours shown previously, rightclick on the graph and select Colour Control. Set the ranges as above. Note that the red colour appears because there is a discontinuity in the entered ranges between 410 and 430.