Curso Aspen - Plantas Quimicas

1

INTRODUCCIÓN I. LA INTERFAZ DEL USUARIO 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

La ventana Principal de ASPEN PLUS La ventana de Flowsheet del proceso La librería de Modelos El Buscador de datos Símbolos más usados Datos principales Tipos de Corridas Dando forma y Generando Reportes

II. PROPIEDADES FÍSICAS DE COMPUESTOS PUROS 2.1 2.2

Componentes que están en la base de datos de Aspen Plus Componentes que no están en la base de datos de Aspen Plus 2.2.1 Datos de Propiedades Físicas para el TIAZOL 2.2.2 Ingresando un Titulo 2.2.3 Ingreso de información de componentes 2.2.4 Especificar propiedades a estimar 2.2.5 Ingresando estructura molecular 2.2.6 Ingreso de datos de Propiedades 2.2.7 Efectuando la corrida (Running a Property Constant Estimation (PCES)) 2.2.8 Examinando las Constantes de Propiedades 2.2.9 Creando y Usando un Property Backup File

III. ASPEN Y TERMODINÁMICA 3.1 3.2

3.3 3.4

3.5

Propiedades físicas de componentes en función de la temperatura Propiedades para Sistemas Binarios 3.2.1 Inicio y Especificaciones Generales 3.2.2 Graficas para sistemas binarios: Uso de Plot Wizard 3.2.3 Energía Libre de Gibbs de Mezcla Análisis de Residuales Ecuaciones de estado 3.4.1 Comportamiento Ideal 3.4.2 Metodos: Ideal, Peng Robinson y Redlich Kwong 3.4.2 Ecuación de Antoine Constante de Equilibrio de Reacción

2

3.6

IV. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15

4.16 4.17 4.18

4.19

Calor de Reacción

CONSTRUCCIÓN Y CORRIDA DE UN MODELO DE SIMULACIÓN DE PROCESO Construcción del Modelo de Proceso Definiendo la Simulación: Columna de Recuperación de Methylcyclohexane Iniciar Aspen Plus Crear una Nueva Simulación Definiendo el Flowsheet 4.5.1 Seleccionar un Bloque Unidad de Operación 4.5.2 Para seleccionar un icono RadFrac y colocar un bloque 4.5.3 Para conectar corrientes al bloque Adicionando datos al Modelo de Proceso Especificando un Título para la Simulación Especificando datos a ser reportados Ingresando componentes Seleccionando Métodos termodinámicos Ingreso de datos para las corrientes Especificación de la Unidad de Operación Efectuando la simulación Examinando los Resultados de la Simulación Examinando Resultados de las Corrientes 4.15.1 Desplegar los resultados calculados para una corriente 4.15.2 Desplegar los resultados calculados para todas las corrientes Cambiando especificaciones de entrada Reefectuando la Simulación con los datos ingresados Creando Reportes 4.18.1 Para Generar un Archivo de Reporte 4.18.2 Para ver y Guardar parte de un Reporte Guardando su archivo y saliendo de Aspen Plus

V. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

Definiendo el Análisis de Sensibilidad Ingresando Especificaciones de Sensibilidad Definición de las variables Calculadas (Dependientes) Especificación de la Variable Manipulada Formato para tabular los resultados

3

5.6 5.7 5.8

Corrida del Análisis de Sensibilidad Desplegando los resultados del Análisis de Sensibilidad Graficando los Resultados de Sensibilidad

VI. CONSEGUIR ESPECIFICACIONES DE DISEÑO DEL PROCESO 6.1

Definiendo la Especificación de Diseño

6.2

Especificar la Variable Manipulada Corrida del Análisis de Especificación de Diseño Examinando los resultados

6.3 6.4

VII. CREAR UN DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Pasar a modo PFD Adicionando una bomba al Diagrama Desplegando datos de las corrientes Adicionando una Tabla de Corrientes Adicionando Texto Imprimiendo un PFD

VIII. SIMULACIÓN DE EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE MASA 8.1

8.2 8.3

8.4

Divisor de Flujo 8.1.1 Efectuando la Simulación 8.1.2 Adicionando Tablas y Texto al PFD 8.1.3 Generando Reportes Mezclador Destilación 8.3.1 Destilación Binaria 8.3.2 Destilación de Múltiple Componentes Método corto Método Riguroso Destilación Flash

IX. EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 9.1

Intercambiador de casco y tubos (calentador) 9.1.1 Diseño Preliminar 9.1.2 Diseño Riguroso

4

X. REACTORES QUIMICOS 10.1 10.2 10.3

Modelos de Reactores en Aspen Reactor Estequiométrico Reactor de Flujo en Pistón: PFR

XI. SISTEMAS DE BOMBEO 11.1 11.2

Bombas Compresor Isentrópico

XII. EXAMINANDO RESULTADOS Y GENERANDO REPORTES XIII. CASOS DE ESTUDIO

XIV. SIMULACIÓN DINÁMICA XV. SIMULACIÓN DE SISTEMAS CONTROLADOS

Automatización y control Economía de Procesos Optimización de Procesos

Bombas Compresores y Ventiladores Ingeniería de Procesos Procesos Industriales Inorgánicos

Destilación Instrumentación Industrial Procesos Industriales Orgánicos

Diseño de Plantas Agroindustriales Intercambiadores de Calor Tecnología de Alimentos

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,/$,17(5)$='(/868$5,2 

/DYHQWDQD3ULQFLSDOGH$63(13/86

/DVSDUWHVGHODYHQWDQDSULQFLSDOGH$VSHQVRQ 3DUWHGHODYHQWDQD

'HVFULSFLyQ

%DUUDGH7tWXOR

%DUUDKRUL]RQWDOHQHOWRSHGHODYHQWDQDTXHPXHVWUDHO,'GH ODFRUULGD(OQRPEUHSRUGHIHFWRHV6LPXODWLRQKDVWDTXH XVWHGGHXQQRPEUHDODFRUULGD

%DUUDGH0HQ~

%DUUDKRUL]RQWDOGHEDMRGHODEDUUDGHWtWXOR'DORVQRPEUHV GHORV0HQ~VGLVSRQLEOHV

%DUUDGH+HUUDPLHQWDV

%DUUDKRUL]RQWDOGHEDMRGHODEDUUDGH0HQ~&RQWLHQHERWRQHV TXHFXDQGRVRQFOLFNHDGRVHIHFWXDQFRPDQGRV

%RWyQ1H[W

,QYRFDDOVLVWHPDH[SHUWRGH$63(13/86*XtDDWUDYpVGHORV SDVRVSDUDFRPSOHWDUVXVLPXODFLyQ

$UHDGHHVWDGR

'HVSOLHJDHVWDGRGHLQIRUPDFLyQDFHUFDGHOPHQ~DFWXDO

%RWyQGH0RGR6HOHFW

3DVDDPRGR,QVHUWSDUDLQVHUWDUREMHWRV\UHJUHVDDPRGR 6HOHFW

9HQWDQDGH)ORZVKHHWGHO SURFHVR

9HQWDQDGRQGHXVWHGFRQVWUX\HHOIORZVKHHW

/LEUHUtDGH0RGHORV

ÈUHDHQ

8VHORVERWRQHVVREUHODEDUUDGHPHQ~SDUDHIHFWXDUDFFLRQHVIiFLO\UiSLGDPHQWH



/DEDUUDGHKHUUDPLHQWDVSRUGHIHFWRHVPRVWUDGDDFRQWLQXDFLyQ



/DYHQWDQDGH)ORZVKHHWGHOSURFHVR (VGRQGH8VWHGFUHD\YLVXDOL]DHO)ORZVKHHWGHOSURFHVR3)'



/D/LEUHUtDGH0RGHORV 6HXVDSDUDVHOHFFLRQDUPRGHORVGHXQLGDGHVGHRSHUDFLyQFX\RVLFRQRVVHGHEHQFRORFDUHQHO 3)'$SDUHFHHQHOIRQGRGHODYHQWDQDSULQFLSDO



(VWDOLEUHUtDGHPRGHORVFRQVWDFRVWDGHXQDSDOHWDSULQFLSDO\HQFDGD8QLGDGGH2SHUDFLyQXQD VXE3DOHWD -XQWRDHVWDOLEUHUtDVHHQFXHQWUDODOLEUHUtDGHFRUULHQWHTXHFRQVWDGHFRUULHQWHVGHPDWHULDO 7UDEDMR\&DORU

(O%XVFDGRUGHGDWRV (O  'DWD  %URZVHU  HV  XQD  KRMD  TXH  SHUPLWH  XQD  YLVWD  MHUiUTXLFD  GHO  iUERO  GH  OD  VLPXODFLyQ GLVSRQLEOHHQWUDGDUHVXOWDGRV\REMHWRVTXHVHKDQGHILQLGR 3DUDDEULUDHO'DWD%URZVHU 'pXQFOLFVREUHHOERWyQ'DWD%URZVHU

HQODEDUUDGHKHUUDPLHQWDV'DWD%URZVHU

'HOPHQ~'DWDHOFOLF'DWD%URZVHU (O'DWD%URZVHUWDPELpQDSDUHFHFXiQGRXVWHGDEUHFXDOTXLHUIRUPD



8VHHO'DWD%URZVHUSDUD 'HVSOHJDUIRUPDV\KRMDV\PDQLSXODUREMHWRV 9HP~OWLSOHVIRUPDV\KRMDVVLQUHWRUQDUDOPHQ~'DWDSRUHMHPSORFXDQGRVHFKHTXH 3DUiPHWURVGH3URSLHGDGHVLQJUHVDGRV (GLWDUKRMDVTXHGHILQHQODHQWUDGDSDUDVLPXODFLyQGHOIORZVKHHW 9HULILFDUHOHVWDGR\FRQWHQLGRGHXQDFRUULGD 9HUFXDOHVUHVXOWDGRVHVWiQGLVSRQLEOHV /DVSDUWHVGHODYHQWDQD'DWD%URZVHUVRQ 

6tPERORVPiVXVDGRV /RVVtPERORVFRP~QPHQWHXVDGRVHQ$VSHQ3OXVVRQ 

(QWUDGDLQFRPSOHWDSDUDHOIRUPXODULR



1RVHKDQGDGRHQWUDGDVSDUDHOIRUPXODULR2SFLRQDO



(QWUDGDSDUDHOIRUPXODULR&RPSOHWD



5HVXOWDGRVSDUDHOIRUPXODULRH[LVWHQ



5HVXOWDGRVSDUDHOIRUPXODULRH[LVWHQSHURFRQHUURUHVGHFiOFXOR





5HVXOWDGRVSDUDHOIRUPXODULRH[LVWHQSHURFRQDGYHUWHQFLDVGHFiOFXOR



'DWRV3ULQFLSDOHV $GHPiVGHGLEXMDUHOIORZVKHHWXVWHGQHFHVLWDSURYHHUGDWRVSDUDFLQFRFDUSHWDVSULQFLSDOHV  6HWXS(VWDFDUSHWDVHXVDSDUDHVSHFLILFDULQIRUPDFLyQHQODVLPXODFLyQXQLGDGHVHWF  &RPSRQHQWV'HVFULEHORVGLYHUVRVHVSHFLHVTXtPLFRVLQYROXFUDGRVHQHOSURFHVR  3URSHUWLHV  /H  3HUPLWH  HVFRJHU  HO  ORV  PRGHORV  WHUPRGLQiPLFRV   SDUD  HVWLPDU SURSLHGDGHV  6WUHDP(VWDFDUSHWDHVWiGRQGHXVWHGLQWURGXFHGDWRVGHFRUULHQWH  %ORFNV&DUSHWDSDUDSURSRUFLRQDUGDWRVDFHUFDGHOHTXLSRGHSURFHVR 

7LSRVGH&RUULGDV 5XQ7\SH )ORZVKHHW

6LPXODFLyQHVWiQGDUGH$VSHQ3OXVSDUDHO)ORZVKHHWLQFOX\HQGRHVWXGLRV GHVHQVLELOLGDG\RSWLPL]DFLyQ /DVFRUULGDVGHO)ORZVKHHWSXHGHQFRQWHQHUHVWLPDFLyQGHSURSLHGDGHV SXHGHQDQDOL]DUGDWRV\RFiOFXORVGHDQiOLVLVGHODVSURSLHGDGHV

$VVD\'DWD $QDO\VLV$QDOLVLV GHGDWRV

8QDFRUULGDDXWRVRVWHQLEOHGHDQiOLVLVGHGDWRV\JHQHUDFLyQVHXGR FRPSRQHQWHVVHXVDSDUDDQDOL]DUGDWRVGHSUXHEDFXDQGRQRVHTXLHUH UHDOL]DUXQDVLPXODFLyQGHOIORZVKHHWHQODPLVPDFRUULGD

'DWD 5HJUHVVLRQ

8QD5HJUHVLyQGHGDWRVDXWRVRVWHQLEOH6HXVDSDUDDMXVWDUSDUiPHWURV GHOPRGHORGHSURSLHGDGHVItVLFDVUHTXHULGRSRU$63(13/86SDUDORV FRPSRQHQWHVSXURVPHGLGRV9/(//(\RWURVGDWRVGHPH]FOD'DWD 5HJUHVVLRQSXHGHFRQWHQHUFDOFXORVGHHVWLPDFLyQGHODVSURSLHGDGHV\ FiOFXORVGHDQiOLVLVGHODVSURSLHGDGHV$63(13/86QRSXHGHHIHFWXDU UHJUHVLyQGHGDWRVHQXQDFRUULGDGH)ORZVKHHW

3523(57,(6 3/86

3523(57,(63/86HVTXHPDGHFRUULGD8VD3523(57,(63/86SDUD SUHSDUDUXQSDTXHWHGHSURSLHGDGHVSDUDXVDUORFRQ$VSHQ&XVWRP 0RGHOHUIRUPDOPHQWH63(('83 R$VSHQ3LQFKIRUPDOPHQWH$'9(17  FRQODWHUFHUDSDUWHGHSURJUDPDVFRPHUFLDOHVGHLQJHQLHUtDRRFRQVXV SURJUDPDVGHODFRPSDxLD8VWHGGHEHOLFHQFLDUHOXVRGHGH3523(57,(6 3/86

3URSHUW\ $QDO\VLV

8Q$QDOLVLVGH3URSLHGDGHVDXWRVRVWHQLEOHXVD3URSHUW\$QDO\VLVSDUD JHQHUDU7DEODVGHSURSLHGDGHV37HQYROYHQWHVFXUYDVUHVLGXDOHV\RWURV UHSRUWHVGHSURSLHGDGHVFXDQGRXVWHGQRGHVHDHIHFWXDUXQDVLPXODFLyQ GHOIORZVKHHWDOPLVPRWLHPSR 3URSHUW\$QDO\VLVSXHGHFRQWHQHUHVWLPDFLyQGHSURSLHGDGHV\DQiOLVLV\ FiOFXORVGHGDWRV

3URSHUW\ (VWLPDWLRQ

3URSHUW\&RQVWDQW(VWLPDWLRQFRUULGDDXWRVRVWHQLEOHXVD3URSHUW\ (VWLPDWLRQSDUDHVWLPDUSDUiPHWURVGHSURSLHGDGHVFXDQGRXVWHGQR GHVHDHIHFWXDUXQDVLPXODFLyQGHOIORZVKHHWDOPLVPRWLHPSR



1

II. PROPIEDADES FÍSICAS DE COMPUESTOS 2.1 Componentes que están en la base de datos de Aspen Plus Calcular y desplegar las propiedaes físicas del Etanol, Agua y Acetona Para iniciar Aspen hacer clic en: Start -> Programs -> AspenTech AES 11.1 -> Aspen Engineering Suite -> Aspen Plus 11.1-> Aspen Plus User Interfase

OK Seleccionamos la opción PROPERTIES PLUS

2

Aceptar

OK. Aparece el Data Browser

3

Hacemos clic en Setup. Luego introducimos la información de entrada. Especialmente las opciones en el folder Property

4

Clic en NEXT e ingresamos los componentes (Pueden ser 1 o más componentes)

Clic en NEXT y en primera instancia aparecen los parámetros binarios

5

Clic en NEXT y aparecen las siguientes opciones

6

Clic en OK y el programa nos indica que se han ingresado todos los datos para nuestro propósito

Clic en Aceptar y el programa comienza a generar el reporte. Luego nos da el mensaje de que se ha completado la generación de las tablas

7

Vamos al Data Browser: Results -> Pure components y vemos la tabla con las propiedades físicas de los componentes

Esta tabla de propiedades lo podemos pasar directamente a una hoja de cálculo para generar el reporte Parameter

API CHARGE CHI DGFORM DGFVK DGSFRM DHAQFM DHFORM DHFVK DHSFRM DHVLB DLWC DVBLNC HCOM MUP MW OMEGA

Data set

KCAL/MOL KCAL/MOL KCAL/MOL KCAL/MOL KCAL/MOL KCAL/MOL KCAL/MOL KCAL/MOL

KCAL/MOL DEBYE

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Component

Component

Component

ETANOL

AGUA

ACETONA

46,7 0 0 -40,090284 0 0 -68,859272 -56,116843 0 0 9,2994411 1 1 -294,97468 1,69083192 46,06904 0,643558

10 0 0 -54,597783 0 -56,549155 0 -57,756282 0 -69,96274 9,74472151 1 1 0 1,84972372 18,01528 0,344861

48,5 0 0 -36,137384 0 0 0 -51,51906 0 0 7,05947263 1 1 -396,24534 2,88101204 58,08004 0,306527

8

PC RHOM RKTZRA S025E SG TB TC TREFHS VB VC VCRKT VLSTD ZC

BAR KG/CUM

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

CAL/MOL-K C C C CUM/KMOL CUM/KMOL CUM/KMOL CUM/KMOL

61,37 0 0,2522 120,878547 0,7939 78,29 240,85 25 0,0626953 0,168 0,168 0,0581727 0,241

220,55 0 0,243172 0 1 100 373,98 25 0,0188308 0,0559478 0,0559478 0,01805 0,229

47,01 0 0,2452 122,249618 0,786 56,29 235,05 25 0,0774659 0,209 0,209 0,0739962 0,233

Guardamos el trabajo con el nombre: Propiedades

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1

2.2 Creando un nuevo componente 2.2.1 Datos de Propiedades Físicas para el TIAZOL El Tiazol (C3H3NS) no está en la base de datos de Aspen Plus. La siguiente información es obtenida de diferentes fuentes:

Peso Molecular: 85 Punto de ebullición normal: 116.8 °C Correlación para presión de vapor: ln pi = 16.445 - 3281.0/(T+216.255) para pi en mmHg, T en °C para 69 °C < T < 118°C Vamos a calcular los siguientes parámetros

Parámetro

Descripción

TC

Temperatura crítica

PC

Presión crítica

CPIG

Coeficientes para capacidad calorífica del gas

DHFORM

Calor de formación

DGFORM

Energía libre de Gibbs de formación

DHVLWT

Coeficientes de calor de vaporización de Watson

VC

Volumen crítico

ZC

Factor de compresibilidad crítico

1. Desde el escritorio, seleccionar Inicio --> Programas. 2. Seleccionar AspenTech | Aspen Engineering Suite | Aspen Plus | Aspen Plus User Interface. Aparece la ventana de diálogo de Inicio de Aspen Plus . 3. Seleccione Template y clic en OK. Aparece la nueva ventana de diálogo. 4. De la nueva ventana seleccione el tipo de aplicación General with English Units. 5. En el campo Run Type, clic y seleccione Property Estimation. 6. Clic OK.

2

Aparece el Data Browser. no hay flowsheet de procesos para una estimación de propiedades. Primero ingrese el título para la simulación. Luego defina un componente nuevo con el nombre Tiazol y solicite a Aspen Plus estimar todas las propiedades faltantes. Luego ingrese la estructura molecular del Tiazol y las propiedades conocidas. Y por último efectúe la estimación.

3

2.2.2 Ingresando un Titulo 1.

Expanda el folder Setup en el árbol de menú de Data Browser y clic Specifications. Aparece la hoja Setup | Specifications | Global . Sleccione el The run type Property Estimation. 2. En el campo Title, colocar Estimación de Propiedades del Tiazol.

A continuación defina el componente nombrado TIAZOL

2.2.3 Ingreso de información de componentes 1. Expanda el fólder Components en el menú del y clic Specifications. Aparece la hoja Components | Specifications | Selection. 2. En la primera línea de la columna Component ID, ingrese TIAZOL.

2.2.4 Especificar propiedades a estimar 1. Expandir el fólder Properties y en el fólder Estimation hacer clic en Input. Aparece la hoja Properties Estimation Input Setup 2. Aceptar la opción predeterminada Estimate all missing parameters.

4

5

Las demás hojas en este formulario le permiten seleccionar metodos específicos de estimación para cada propiedad si usted no desea usar los metodos predeterminados. Para este ejemplo, los predeterminados son adecuados. Ahora, ingrese la estructura molecular del TIAZOL. Clic en

Clic en OK

.

1

2.2.5 Ingresando estructura molecular 1. Expandir el folder Properties | Molecular Structure y hacer clic en TIAZOL. Aparece la hoja Properties | Molecular Structure | THIAZOLE | General:

Nota: Usted puede definir la estructura molecular ya sea usando el Método General el cual se basa en átomos individuales o átomos uniones, o mediante el Método de Grupos Funcionales en donde usted indica los grupos funcionales específicos para un método particular de estimación. Este ejemplo explica como usar el método General. En la hoja General, especificar la estructura molecular del Tiazol mediante el listado de cada uno de los átomos excepto el átomo de hidrógeno y cada enlace. Aspen Plus manipula al hidrógeno. 2. Mostrar la estructura del Tiazol y numerar todos los átomos que no sean hidrógeno:

Cada átomo debe ser listado dos veces, una como un átomo que conecta (Atom 1) y una como un átomo que es conectado (Atom 2).

2

3. Ingrese la siguiente información para Atom 1: Número

Tipo

1

C

2

C

3

S

4

C

5

N

Esta tabla asocia cada número con el tipo de átomo 4. Ingrese la siguiente información para Atom 2 Número

Tipo (generado automáticamente)

2

C

3

S

4

C

5

N

1

C

Esta tabla indica cual átomo está conectado a cada uno de los átomos de la primera tabla 5. En la columna Bond type, seleccionar Double bond para los enlaces entre átomos 1 y 2 y entre 4 y 5, y seleccionar Single bond para los demás enlaces. La hoja Properties Molecular Structure THIAZOLE General está ahora completa.

Enseguida ingresar los datos conocidos para el TIAZOL

3

2.2.6. Ingreso de datos de Propiedades La información de la estructura molecular es suficiente para que Aspen Plus estime las propiedades. Sin embargo, ingresando todos los datos disponibles mejorará la exactitud en la estimación de las propiedades.

Ingresando Propiedades Físicas 1.

Expanda el folder Properties | Parameters en el menú del Data Browser y clic en Pure Component. Aparece el la hoja Properties | Parameters | Pure Component.

2.

Clic en New.

3.

En la caja de diálogo New Pure Component Parameters, seleccionar Scalar.

4. Ingresar el nuevo nombre TBMW (para el punto de ebullición y peso molecular) y clic en OK.

Aparece la hoja Properties | Parameters | Pure Component | TBMW | Input. 5. En el campo Component, clic

y seleccionar TIAZOL.

6. Clic en el campo Parameters, y seleccionar TB (punto de ebullición normal). 7. Clic en el campo Units, y seleccionar C para expresar el punto de ebullición en grados Celsius. 8. En la cuarta columna (debajo del campo Component) ingresar 116.8. 9. Clic en la segunda celda debajo de la columna Parameters, y seleccionar MW (peso

4

molecular). 10. En la cuarta columna, ingrese 85. Usted ha ingresado las propiedades de componente puro para el Tiazol.

Ingresando Información de Ecuación de Antoine A continuación especificamos los coeficientes para la correlación de Antoine para la presión de vapor. 1. Clic en Properties | Parameters | Pure Component del menú Data Browser. Nuevamente aparece la hoja para ingresar los datos. Usted puede ver que que ya se han fijado los datos para TBMW como escalar. 2. Clic en New. 3.

En la caja de diálogo New Pure Component Parameters, seleccionar T-Dependent correlation. Y aparece un menú para los tipos de correlación.

4. Debajo de Liquid Vapor Pressure, seleccionar PLXANT-1 para la correlación de Antoine para presión de vapor.

5

5.

Clic en OK. Aparece la hoja Properties | Parameters | Pure Component | PLXANT-1 | Input.

6. Clic en el campo Components, y seleccionar TIAZOL. La correlación de Antoine para presión de vapor ( también dada anteriormente) es: ln pi = 16.445 - 3281.0/(T+216.255) para pi en mmHg, T en °C para 69 °C < T < 118°C

Usted puede obtener ayuda acerca de los coeficientes específicos haciendo clic en y luego en PLXANT en el tope de esta hoja. Y aparece el link a Extended Antoine/Wagner.

6

7. Clic en el campo Temperature units, seleccione C. 8. Clic en el campo Property units, seleccione mmHg. 9. Ingrese los Coeficientes de la Ecuación de Antoine para el Tiazol en los campos numerados 1 hasta 9. Campo Coeficiente 1

16.445

2

-3281

3

216.255

4

0

5

0

6

0

7

0

8

69

9

118

Con esto se ha completado la hoja Properties Parameters Pure Component PLXANT-1 Input.

7

Se han ingresado todos los datos disponibles de propiedades para el Tiazol y estamos aptos para correr el sistema de estimación de constantes de propiedades (property constant estimation system (PCES)).

2.2.7 Efectuando la corrida (Running a Property Constant Estimation (PCES)) 1. Seleccionar View | Control Panel o presionar F7 o presionar el botón de Panel Control

en la barra de herramientas de Aspen Plus.

2. Seleccionar Run | Run o presionar F5 o presionar el botón estimación.

para efectuar la

A medida que se ejecuta la corrida, se despliega mensajes de estado en el Control Panel. En la barra de estado en el fondo de la ventana principal, aparece el mensaje Results Available with Warnings. En este ejemplo, ignore estas advertencias (warnings) ya que usted no usa grupos funcionales su la especificación de la estructura.

2.2.8 Examinando las Constantes de Propiedades Examine los resultados de su simulación PCES.

8

1. En el Data Browser, clic en Results Summary | Run Status. Aparece una hoja de resumen indicando los cálculos efectuados con advertencias. 2. En el Data Browser clic, Properties | Estimation |Results. Aparece la hoja Pure Components, con las propiedades de componente puro estimadas para el Tiazol. Son tabulados el nombre de la propiedad, abreviación, valor estimado, unidades, y método usado para la estimación.

3. Clic en la etiqueta T-Dependent. Aparece la hoja T-Dependent con los coeficientes estimados para polinomios que modelen la dependencia de la temperatura de las propiedades listadas. l nombre de la propiedad, abreviación, valor estimado, unidades, y método usado para la estimación. En una Hoja Excel se tiene: PropertyName

Parameter Estimated value Units

Method

9

IDEAL GAS HEAT CAPACITY CPIG

HEAT OF VAPORIZATION

DHVLWT

MOLAR VOLUME VAPOR VISCOSITY

RKTZRA MUVDIP

LIQUID VISCOSITY

MULAND

LIQ THERM CONDUCTIVITY KLDIP

LIQUID SURFACE TENSION SIGDIP

-18820 K,J/KMOL-K JOBACK 383,17 -0,32472 0,0001112 0 0 280 1100 36029,2 0,14817965 2,16490922 38893138,7 K,J/KMOL DEFINITI 342,15 0,32051562 0,20012116 342,15 0,26920341 GUNN-YAM 4,17E-08 K,N-SEC/SQM REICHENB 0,94302215 0 0 0 280 1100 73,120896 K,N-SEC/SQM LETSOU-S -4171,8425 -11,801306 389,95 626,146298 -0,8992989 K,WATT/M-K SATO-RIE 0,00923106 -3,01E-05 4,24E-08 -2,25E-11 389,95 626,146298 0,09015221 K,N/M BROCK-BI 1,22222222 2,50E-10 -2,76E-10 1,11E-10 389,95 619,821588

2.2.9 Creando y Usando un archivo de soporte (Property Backup File) Guardar esta estimación de propiedades como un archivo de soporte (backup (.bkp)) que usted pueda importarlo a una simulación de flowsheet que use el Tiazol. 1. Seleccionar File | Save As. 2. En la ventana de diálogo Save As, seleccionar Aspen Plus Backup Files en el campo Save as type.

10

3. En el campo File Name, ingrese tiazol. 4. Clic en Save. Aparece una caja de diálogo de Aspen Plus advirtiendo que usted no esta habilitado para iniciar nuevos cálculos a partir de los resultados previos y sugiere guardar el archivo como un Aspen Plus document file (.apw). 5. Clic No ya que usted solamente el backup file. A continuación probar el uso de su backup para importar tiazol flash.apw.

a su ejemplo

Usando un archivo de soporte (backup file) Correr la simulación Flash con methanol, water, y tiazol enla Corriemte 1. Efectuar siguientes pasos: 1.

Abrir Flash.apw desde su escritorio de trabajo y clic Yes para cerrar la estimación de tiazol.

2. Clic File | Import y seleccionar tiazol.bkp y clic Open. Nota: Usted no puede importar un archivo documento de Aspen Plus (.apw) a otra simulación. 3. Aparece una caja de dialogo Information. Clic OK. El flowsheet desaparece ya que el archivo de soporte tiazol es una estimación de propiedades. Sin embargo, los datos del flowsheet Flash.apw están disponibles. 4.

Presionar F8 para abrir el Data Browser.

5.

En el menú del Data Browser expandir el folder Setup y clic Specifications. Aparece la hoja Setup | Specifications | Global.

6. En el área Global Settings, Cambiar el tipo de corrida a Flowsheet. Ahora están disponibles el flowsheet y corrientes y bloque ingreso de datos para Flash.apw. 7. En el menú del Data Browser, clic Properties | Estimation | Input y luego seleccionar Do not estimate any parameters ya que los parámetros del tiazol ya han sido estimados. 8. En el menú del Data Browser, clic Streams | 1 | Input y luego en el área Composition de la hoja Specifications, escribir 50 para el flujo molar del componente tiazol el cual es ahora listado junto con el Metanol y el Agua. 9. Presionar F5 para correr la simulación con tiazol en la Corriente 1.

11

Salir de Aspen Plus 1. Selecciona File | Exit. Aparece una caja de diálogo Aspen Plus. 2. Clic No para conservar la simulación original (sin el tiazol).

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1

III. ASPEN Y TERMODINÁMICA 3.1 Propiedades físicas de componentes en función de la temperatura Iniciamos el programa Start -> Programs -> AspenTech AES 11.1 -> Aspen Engineering Suite -> Aspen Plus 11.1-> Aspen Plus User Interfase En esta caso usamos los datos dados en el ejemplo para propiedades físicas de componentes, por lo que cargamos el programa Propiedades guardado previamente.

Se carga el ejemplo Propiedades y aparece en Data Browser

2

Seleccionamos del menú: Tools -> Analysis -> Property -> Pure...

Aparece la ventana Pure Component Properties Analysis CASO 1. Seleccionamos Capacidad calorífca para ETANOL Liquido y fijamos unidades y rango de temperatura

3

Al hacer clic en Go aparece la gráfica de Cp vs Temperatura

y también en forma tabular

4

CASO 2. Seleccionamos Capacidad calorífca pero ahora para dos componentes al mismo tiempo ETANOL y AGUA Vapor, fijamos unidades y rango de temperatura

Al hacer clic en Go aparece la gráfia Cp vs Temperatura para los componentes seleccionados

5

Y también en Forma Tabular

CASO 3. Ahora deseamos una propiedad de transporte. Seleccionamos Property type: Transport y la propiedad (Property : K) conductividad térmica para la Acetona líquida en un rango de 0 a 50 C. Acondicionamos la información para que la variación de la temperatura vaya de 1 en 1.

6

Al hacer clic en Go aparece la gráfica K vs. Temperatura

Y también en forma tabular.

7

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3.2 Propiedades para Sistemas Binarios Usted puede generar diagramas de fase comunes para sistemas binarios para: Verificar la validez de datos y valores de los parámetros Evaluar el grado de no idealidad Verificar la existencia de azeótropos Verificar para la existencia de dos fases liquidas Verificar la calidad de extrapolación del modelo

3.2.1 Inicio y Especificaciones Generales Para iniciar Aspen hacer clic en: Start -> Programs -> AspenTech AES 11.1 -> Aspen Properties 11.1 -> Aspen Properties User Interface En esta caso cargamos el archivo Propiedades que hemos guardado previamente, en el cual se han colocado los componentes: ETANOL, AGUA y ACETONA

Al hacer clic en OK, aparece el Data Browser

1

2

Seleccionamos del menú: Tools -> Analysis -> Property -> Binary...

Aparece la ventana Binary Analysis. Seleccionamos Analysis type: Txy, para l sistema ETANOL / AGUA y colocamos la información solicitada

3

Después de colocar toda la información hacemos clic en Go y el analisis aparece en forma de una gráfica

y en forma tabular

4

3.2.2 Graficas para sistemas binarios: Uso de Plot Wizard Hacemos clic en el Botón Plot Wizar y aparece la ventana siguiente:

Hacemos clic en Next y seleccionamos el tipo de gráfica que deseamos obtener

En este caso seleccionamos la gráfica YX, luego hacemos clic en Next, aparece la ventana para seleccionar al componente cuya composición deseamos graficar.

Luego aparece la ventana para colocar Título y coordenadas de la gráfica

5

6

Al hacer clic en Finish aparece la gráfica Y-x para el sistema ETANOL/AGUA

De manera similar podemos proceder si en la ventana Binary Analysis seleccionamos Analysis type: Pxy

3.2.3 Energía Libre de Gibbs de Mezcla Volvemos a la ventana Binary Analysis. Seleccionamos Analysis type: Gibbs Energy of mixing

7

Seleccionamos el sistema ETANOL AGUA y colocamos la información solicitada

Hacemos clic en Go y aparece el resultado en forma gráfica

Y en forma tabular

8

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1

3.3 Análisis de Residuales Seleccionamos del menú: Tools -> Analysis -> Property -> Residue...

Aparece la ventana para Residue Curves

Al hacer clic en Go aparece la gráfica Residual para el sistema ETANOL/AGUA /ACETONA

2

Y también en forma tabular

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3.4 Ecuaciones de estado 3.4.1 Método del Gas Ideal Problema: Encontrar el volumen molar y factor de compresibilidad del agua en el rango de temperatura de 100- 500 oC y el rango de presión de 1 a 50 bar. Una simulación en Aspen Plus será creada para encontrar el volumen molar y factor de compresibilidad usando el Método del Gas Ideal. 1. Iniciar Aspen Iniciamos Aspen Escoja la opción Template. Clic 'OK'

En esta simulación, Aspen Plus será usado para encontrar el volumen molar y el factor de compresibilidad del agua Esta ventana le permite seleccionar una opción particular de simulación. Para este ejemplo, seleccione la opción "General with Metric Units". También, asegúrese que en el espacio Run Type se muestre "Property Analysis."

2

Clic 'OK' Aparece otra ventana indicando que se ha establecido la conexión

Cilc en 'OK' Cuando se usa la función de análisis de propiedad de Aspen Plus, esta pantalla en blanco aparecerá primero. Para este tipo de problema no es necesario un diagrama de flujo.

3

Dé un clic sobre el botón Next. Aparece la hoja para las coloxcar el nombre del trabajo. Para este ejemplo es importante que la opción “METCBAR” esté seleccionada en ambos campos de loa campos etiquetados como Input data y Output results.

4

Clic en el botón Next. Aparece la ventana para ingresar el componente: Water

Clic en el botón Next. Aparece la ventana para seleccionar el modelo termodinámico. Seleccionamos Base method: IDEAL

Clic en el botón Next. Aparece una ventana indicando que debemos especificar el análisis a ser generad

Clic en el botón Aceptar. Las propiedades físicas a ser calculadas, volumen molar y factor de compresibilidad, serán especificados en esta sección.

5

6

Click en el botón New. Aspen Plus genera datos en las tablas de propiedades. Por lo tanto, ciertas propiedades son especificadas para ser desplegadas en cada tabla de propiedades. La tabla de propiedades será etiquetada como “IDEAL.” Clic en la flecha hacia abajo en Select type y seleccionar la opción GENERIC.

Clic en ‘OK.’

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1

3.5 Constante de Equilibrio de Reacción La mezcla es mantenida a una temperatura constante de 527 oK y a una presión constante de 264,2 atm. Asuma que solamente ocurre la reacción: H2O (g) + C2 H4 (g)

↔ C2H5OH(g)

Evaluar la constante de equilibrio K 1) Para iniciar Aspen hacer clic en: Start -> Programs -> AspenTech AES 11.1 -> Aspen Properties 11.1 -> Aspen Properties User Interface 2) Seleccionamos plantilla: Blank Simulation 3) Seleccione el módulo: Reactors ----> REquil y Construya el PFD

4) Guarde el trabajo con un nombre: Kequ 5) Clic

E ingresar los datos en Specifications 6) Clic

. Ingresar los componentes

2

7) Clic

. Seleccionar el modelo termodinámico

8) Clic

. Y luego OK

3

Especificar la corriente de alimentación

9) Clic

. Especificar condiciones de operación

4

10) Clic

. Editar reacciones

11) Clic . Aparece el mensaje confirmando que se han ingresado toda la información y efectuar la simulación. Aceptar

5

12) Se ejecuta la simulación

13) se obtienen los resultados

6

La constante de equilibrio es: 0.0066403

3.6. Calor de Reacción Calcular el calor de reacción para la síntesis de amoniaco a partir de hidrógeno y nitrógeno a 1 atm y 155.0°C en N2 + 3H2 → 2NH3 1. kcal/kmol de N2 reaccionado. 2. kJ/mol de H2 reaccionado. 3. La constante de equilibrio (K).

1) Para iniciar Aspen hacer clic en: Start -> Programs -> AspenTech AES 11.1 -> Aspen Properties 11.1 -> Aspen Properties User Interface 2) Seleccionamos plantilla: Blank Simulation 3) Seleccione el módulo: Reactors ----> REquil y Construya el PFD

7

4) Guarde el trabajo con un nombre: calr 5) Clic

E ingresar los datos en Specifications 6) Clic

. Ingresar los componentes

7) Clic

. Seleccionar el modelo termodinámico

8

8) Clic

. Aparecen los parámetros binarios

9) Clic

. Y luego OK

9

10) Especificar composición y propiedades de corriente de entrada

11) Clic

. Especificar condiciones de operación

12) Clic

. Editar reacción(es)

10

13) Clic

. El programa informa que se ha completado la información necesaria

Aceptar: Se realiza la simulación

14) Resultados

11

1. kcal/kmol de N2 reaccionado.= 11 666 2. kJ/mol de H2 reaccionado. 1 kcal = 4.184 kJ (11 666 x 4.184)/3 = 16 270.18

3. La constante de equilibrio (K).= 5.4211

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3.5 Constante de Equilibrio de Reacción La mezcla es mantenida a una temperatura constante de 527 oK y a una presión constante de 264,2 atm. Asuma que solamente ocurre la reacción: H2O (g) + C2 H4 (g)

↔ C2H5OH(g)

Evaluar la constante de equilibrio K 1) Para iniciar Aspen hacer clic en: Start -> Programs -> AspenTech AES 11.1 -> Aspen Properties 11.1 -> Aspen Properties User Interface 2) Seleccionamos plantilla: Blank Simulation 3) Seleccione el módulo: Reactors ----> REquil y Construya el PFD

4) Guarde el trabajo con un nombre: Kequ 5) Clic

E ingresar los datos en Specifications 6) Clic

. Ingresar los componentes

2

7) Clic

. Seleccionar el modelo termodinámico

8) Clic

. Y luego OK

3

Especificar la corriente de alimentación

9) Clic

. Especificar condiciones de operación

4

10) Clic

. Editar reacciones

11) Clic . Aparece el mensaje confirmando que se han ingresado toda la información y efectuar la simulación. Aceptar

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12) Se ejecuta la simulación

13) se obtienen los resultados

6

La constante de equilibrio es: 0.0066403

3.6. Calor de Reacción Calcular el calor de reacción para la síntesis de amoniaco a partir de hidrógeno y nitrógeno a 1 atm y 155.0°C en N2 + 3H2 → 2NH3 1. kcal/kmol de N2 reaccionado. 2. kJ/mol de H2 reaccionado. 3. La constante de equilibrio (K).

1) Para iniciar Aspen hacer clic en: Start -> Programs -> AspenTech AES 11.1 -> Aspen Properties 11.1 -> Aspen Properties User Interface 2) Seleccionamos plantilla: Blank Simulation 3) Seleccione el módulo: Reactors ----> REquil y Construya el PFD

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4) Guarde el trabajo con un nombre: calr 5) Clic

E ingresar los datos en Specifications 6) Clic

. Ingresar los componentes

7) Clic

. Seleccionar el modelo termodinámico

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8) Clic

. Aparecen los parámetros binarios

9) Clic

. Y luego OK

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10) Especificar composición y propiedades de corriente de entrada

11) Clic

. Especificar condiciones de operación

12) Clic

. Editar reacción(es)

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13) Clic

. El programa informa que se ha completado la información necesaria

Aceptar: Se realiza la simulación

14) Resultados

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1. kcal/kmol de N2 reaccionado.= 11 666 2. kJ/mol de H2 reaccionado. 1 kcal = 4.184 kJ (11 666 x 4.184)/3 = 16 270.18

3. La constante de equilibrio (K).= 5.4211

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1

IV. CONSTRUCCIÓN Y CORRIDA DE UN MODELO DE SIMULACIÓN DE PROCESO En esta simulación, crear un modelo en Aspen Plus para una columna de recuperación de Metilciclohexano: methylcyclohexane (MCH) . Esta simulación está dividida en tres secciones: 1. Construcción del Modelo de Proceso 2. Adicionando datos para el Modelo de Proceso 3. Efectuar (Corrida) la simulación

4.1 Construcción del Modelo de Proceso En esta sección, construcción del modelo de proceso efectuando las siguientes tareas: 1. 2. 3. 4.

Definir el proceso a ser simulado. Iniciar Aspen Plus. Crear una Nueva Simulación. Crear un Flowsheet (diagrama de flujo) del proceso.

4.2 Definiendo la Simulación: Columna de Recuperación de Methylcyclohexane El diagrama de flujo del proceso y las condiciones de operación son mostradas en la Fig. 4.1.

Figura 4.1 Definición de la Simulación: Columna de Recuperación de MCH El MCH y tolueno forman un sistema de punto de ebullición cercano que esdificil de separar por destilación binaria simple. En la columna de recuperación de la Figura 4.1, el Fenol es usado para extraer el Tolueno, permitiendo recuperar methylcyclohexane relativamente

2

puro en el producto del tope. La pureza del methylcylohexane recuperado depende del flujo de entrada de fenol. En esta sección, crear una simulación en Aspen Plus que permita investigar el funcionamiento de la columna.

4.3 Iniciar Aspen Plus. 1. Desde su escritorio, seleccionar Inicio y luego seleccione Programas. 2. Seleccione AspenTech, luego Aspen Engineering Suite, luego Aspen Plus 11.1, y luego Aspen Plus User Interface. Aparece la caja de diálogo de inicio del Aspen Plus . Crear una nueva simulación usando una plantilla (Template) Aspen Plus .

4.4 Crear una Nueva Simulación. Aspen Plus proporciona plantillas de construcción para aplicaciones tales como chemicals, petroleum, electrolytes, specialty chemicals, pharmaceuticals, and metallurgy. 1. En la caja de diálogo de Inicio de Aspen Plus, seleccionar Template y hacer clic OK.

Aparece la caja de diálogo New Use la caja de diálogo New para especificar el Tipo de Aplicación y el tipo de corrida (Run Type) para la nueva corrida. Aspen Plus usa el Tipo de Aplicación que usted selecciona para establecer varios estandares apropiados para su aplicación. 2.

Seleccione la plantilla General with English Units. El Run Type por defecto Flowsheet, es apropiado para esta simulación.

3

3. Clic en OK para aplicar estas opciones.

Aparece la ventana principal. Como aún no se han ingresado datos, el espacio de trabajo está en blanco.

4

4.5 Definiendo el Flowsheet 4.5.1 Seleccionar un Bloque Unidad de Operación En el Flowsheet para el proceso MCH mostrado en la Figura 4.1, hay dos corrientes de alimentación (MCH-tolueno alimentado y fenol solvente), una unidad de operación (una columna de destilación extractiva), y dos corrientes de producto (destilado y fondos). Establecer el flowsheet del proceso en Aspen Plus colocando el bloque de la unidad de operación en el espacio de trabajo y conectando cuatro corrientes a el.

Nota: Si usted hace clic en antes de construir el flowsheet del proceso, Aspen Plus despliega la caja de diálogo Flowsheet Definition, informando a usted que el primer paso es construir el flowsheet. Clic en OK y construya el flowsheet.

1. De la librería de modelos en la parte inferior de la ventana Process Flowsheet Window, seleccione la etiqueta Columns la lista de las columnas de destilación disponibles aparece desplegada como una fila de iconos. Moviendo el cursor sobre el bloque, hace que aparezca una descripción en la

5

parte inferior izquierda de la ventana. 2. Leer el prompt para el bloque RadFrac. La descripción sugiere que éste es el modelo correcto para esta simulación. 3. Seleccionar RadFrac, luego presionar F1 (la clave de Ayuda) sobre el teclado. La información de ayuda confirma que RadFrac sirve para destilación extractiva. 4. Hacer clic en

en el tope de la ventana de Ayuda para cerrarla.

Varios iconos están disponibles para representar la columna RadFrac.

4.5.2 Para seleccionar un icono RadFrac y colocar un bloque 1. Clic la flecha a la derecha de la columna RadFrac. Aparecen los iconos disponibles para RadFrac. 2. Mover el cursor sobre los iconos desplegados para ver la etiqueta para cada icono. 3. Seleccionar el icono etiquetado FRACT1 y arrastrarlo (haciendo clic y mantener presionado) a su flowsheet del proceso. esto le permite colocar un bloque sobre su flowsheet del proceso. Mueva al ratón para el centro del área de trabajo y suelte el botón del ratón. El bloque aparece en el flowsheet con el nombre predeterminado B1:

Notas acerca de colocación del bloque:

6

FRACT1 es ahora el icono predeterminado para el bloque RadFrac. Hacer clic una vez en un icono posibilita colocación múltiple del bloque. El cursor se convierte en un "crosshair" y usted puede hacer clic dondequiera en el flowsheet de proceso para colocar cualquier número de bloques. Hacer clic en cuando se termina. Para detener el nombramiento automático de bloques, seleccione a Tools, luego Options, luego la etiqueta Flowsheet y luego despeje el checkbox apropiado.

4.5.3 Para conectar corrientes al bloque

1. De la librería de modelos hacer clic en corrientes.

una vez. Esto le permitirá colocar varias

2. Mueva el cursor (ahora un crosshair) encima del flowsheet de proceso. Los puertos sobre el bloque que son compatibles con la corriente son indicados con una flecha. Rojo indica Requerido, Azul opcional. Gravite sobre un puerto para ver una descripción. 3. Encontrar el puesto Feed (Requerido; uno o mas) y hacer clic para conectar una corriente de alimentación al puerto. 4. Mueva el cursor para cualquier parte del espacio vacío del flowsheet de proceso y haga clic una vez para empezar la corriente del alimentación (Corriente nombrada 1 por defecto) en esa posición. 5.

Cree otra corriente de alimentación de material (Corriente nombrada 2 automáticamente) conectándose al bloque B1 en el mismo puerto como la Corriente 1 repitiendo los pasos 3 y 4.

6. Cree otra corriente (Corriente 3) conectada al puerto de destilado liquido cerca al tope del bloque. El nombre completo de esta corriente es: Liquid Distillate (Requerido se la Fracción de vapor del Destilado es < 1(Setup Condenser sheet)). 7. Conecte la corriente 4 al puerto Bottoms (Requerido) 8. Hacer clic en

Para parar de adicionar corrientes.

Su flowsheet del proceso está ahora completo.

7

El indicador de estado en el fondo derecho de la ventana dice Required Input Incomplete indicando que son necesarias especificaciones posteriores antes de efectuar la simulación.

Notas acerca de colocar las corrientes. • Para seleccionar una corriente de Calor (Heat) o Trabajo (Work) en lugar de una corriente de Material, clic la flecha al lado del botón de corriente y escoger el icono ya sea de Heat o Work. • Para cancelar la conexión de una corriente en cualquier momento, presione la tecla Escape. • Usted puede suprimir una corriente seleccionándola y presionando la tecla Delete. Sin embargo, Aspen Plus continuará incrementando la etiqueta numérica para corrientes nuevas, si están siendo etiquetadas automáticamente. • Para renombrar una corriente particular, selecciónela, de clic derecho y seleccione Rename Stream en el menú corto. • La forma más fácil para obtener el menú corto es seleccionar la etiqueta de corriente y clic derecho en su caja. • Dé un clic sobre el icono de corriente en el Model Library y avance lentamente colocar una sola corriente. Arrastre para un puerto y suelte el botón del ratón a conectar la corriente. Mueva el cursor para cualquier área en blanco u otro puerto y haga clic una vez para colocar el otro extremo de la corriente.

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4.6 Adicionando datos al Modelo de Proceso Ahora que se ha creado el Flowsheet, usamos el Data Browser para ingresar la información faltante requerida para esta simulación. La función Next de Aspen Plus despliega automáticamente las hojas de la información requerida. Clic en Data de la barra de menú de Aspen Plus y seleccione la hoja que usted desea. Clic en Data de la barra de menú de Aspen Plus, seleccione el Data Browser y use el árbol de menú para navegar a cualquier hoja de entrada. Dé un clic sobre el botón que es propio de la hoja que usted desee de la barra de herramientas del Data Browser:

Seleccione una corriente o bloque en el flowsheet del proceso, clic derecho y luego seleccione Input en el menú corto Doble clic en una corriente o bloque en el flowsheet del proceso

4.7 Especificando un Título para la Simulación 1. Clic en Aspen Plus desplegará la caja de diálogo Flowsheet Complete indicando que su flowsheet está completo y que usted necesita proporcionar la especificaciones faltantes.

2. Clic en OK para desplegar la primera hoja de las entradas requeridas. Aspen Plus abre la ventana del Data Browser conteniendo el árbol de menú del Data Browser y la hoja Setup | Specifications | Global:

1

3. En la celda Title, ingrese el texto Proceso de Recuperación de Metilciclohexano y presione Enter La hoja Setup | Specifications | Global exhibe un número de trasfondos que se aplican a la simulación entera. La plantilla seleccionada colocó las unidades para inglés (ENG). Estas pueden variarse aquí globalmente, o en otras hojas para corrientes de detalle o bloques.

4.8 Especificando datos a ser reportados Los resultados pueden ser revisados interactivamente en Aspen plus o después de la simulación en un archivo de reporte mediante un editor de texto, Para esta simulación, diga a Aspen Plus que calcule la fracciones molares así como también un conjunto de propiedades llamado TXPORT. 1. Navegar sobre el formulario Setup | Report Options haciendo clic en el formulario Report Options bajo el folder Setup en el árbol del menú de Data Browser. Nota: Si no es visible el formulario Report Options, hacer clic en el símbolo fólder Setup para expandirlo.

junto al

Aparece la hoja Setup | Report Options | General Dando un clic sobre la etiqueta apropiada, usted puede hacer a la medida la información para partes específicas de la simulación. 2. Clic en la etiqueta Stream 3. En el área Fraction basis seleccione Mol

2

3

Ahora Aspen Plus calculará y reportará las fracciones molares de los componentes en las corrientes. 4. Clic en Property Sets 5. La plantilla que usted seleccionó al inicio contiene un número de conjuntos de propiedades. Seleccione TXPORT de la lista y hacer clic en de propiedades a la columna Selected property sets.

para mover el conjunto

Ahora Aspen Plus calculará y reportará densidad, viscosidad y tensión superfecial para todas las corrientes. 6. Clic Close 7. Clic Aparece la hoja Components | Specifications | Selection

4.9 Ingresando componentes Use la hoja Components | Specifications | Selection para seleccionar los componentes químicos presentes en la simulación. Los componentes para el proceso en esta simulación son: toluene, phenol, y methylcyclohexane. Hacer clic en Find. Aparece el buscador de componentes. En la celda Component name or formula escribir el nombre Toluene y luego hacer clic en Find Now. El buscador desplegará todos los componentes con nombres iguales y similares, seleccionar el componente adecuado y hacer clic en Add, para adicionarlo a la lista de componentes

4

5

Repetir para los demás componentes. Cuando se ha completado la lista hacer clic en Close.

Clic en

. Aparece la hoja Properties | Specifications | Global

4.10 Seleccionando Métodos termodinámicos Use la hoja Properties | Specifications | Global para seleccionar el método de propiedades usado para calcular propiedades tales como Valores-K, entalpía y densidad. La lista de métodos contiene todos los métodos de propiedades construidos dentro de Aspen Plus. La lista de métodos puede ser reducida especificando un tipo de proceso particular. Para esta simulación usamos el método de propiedades UNIFAC para calcular las propiedades termodinámicas.

6

7

Clic en

. Aparece la caja de diálogo Required Properties Input Complete

Clic en OK Aparece el folder para ingresar datos para las corrientes.

8

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1

4.11

Ingreso de datos para las corrientes

1 Fijar la corriente 1 como la alimentación de la mezcla MCH-TOLUENO. Ingresar las siguientes variables de estado y composición de la corriente: Parámetro Temperatura

220

F

20

psi

Flujo de Tolueno

200

lbmol/hr

Flujo de MCH

200

lbmol/hr

Presión

Clic en

Valor Unidades

. Aparece la hoja Streams | 2 | Input | Specifications

Ingresar las siguientes especificaciones para la Corriente 2 Parámetro Temperatura Presión Flujo de Fenol

Valor Unidades 220

F

20

psi

1200

lbmol/hr

2

Clic en

. Aparece la hoja para especificar la Unidad de Operación RadFrac.

4.12 Especificación de la Unidad de Operación

En la hoja Blocks | B1 | Setup | Configuration, los datos requeridos son el número de etapas (number of stages), tipo de condensador (condenser type), y dos especificaciones de operación. El tipo de rehervidor, fases válidas, y método de convergencia tienen selecciones desplegadas predeterminadas en cada tipo. 1. Ingrese las siguientes especificaciones para la columna. Parámetro

Valor Unidades

Number of stages

22

-

Condenser

Total

-

Distillate rate

200

lbmol/hr

8

-

Reflux ratio

Aceptar los campos por defecto para Reboiler, Valid phases, y Convergence. 2. Clic en Streams

o en la etiqueta Streams. Aparece la hoja Blocks | B1 | Setup |

En el modelo RadFrac hay N etapas. La etapa 1 es la etapa del tope (el condensador); la etapa N es la etapa del fondo (el rehervidor). Como se muestra en la Figura 3.1, la mezcla MCH-Tolueno alimentada (corriente 1) ingresa sobre la etapa 14 y la corriente de fenol solvente (corriente 2) ingresa sobre la etapa 7. 3. Ingrese 14 en el campo Stage para la corriente 1 4. Ingrese 7 en el campo Stage para la corriente 2

3

5. Clic en

.

Aparece la hoja Blocks | B1 | Setup | Pressure Usted puede ingresar un perfil etapa por etapa, o especificar una presión en la etapa del tope y una caída de presión para el resto de la columna. Para este ejemplo use una presión en el condensador de 16 psi, y una presión en el rehervidor de 20.2 psi. Aspen Plus interpola la presión de las etapas intermedias. 6. En la lista View, clic y seleccione Pressure profile. 7. En el primer campo de Stage escribir 1 y presionar la tecla Tab. 8. En el primer campo de Pressure, escribir 16 y presionar Tab. 9. En el campo siguiente de Stage, escribir 22 y presionar Tab. 9. En el campo siguiente de Pressure, escribir 20.2. 10. Aceptar las unidades predeterminadas de Presión (psi).

4

5

11. Clic en

. Aparece la siguiente caja de diálogo.

Clic en Aceptar y se efectúa la simulación

6

4.13 Efectuando la simulación De la ventana de diálogo Required Input Complete, clic en OK. Aparece el Panel de Control y comienza a efectuarse la simulación

Use el Control Panel para monitorear los cálculos de la simulación.

4.14. Examinando los Resultados de la Simulación 1. Ir a la ventana del Flowshhet del proceso.

7

2. Seleccionar el bloque nombrado con B1 o el mismo bloque y hacer clic derecho para desplegar el menú corto

3. Del menú corto, seleccionar Results. Y aparece la hoja: Block B1 Results Su

8

Para esta corrida, los resultados del bloque son reportados de tres formas: Results Summary, Profiles, y Stream Results. En el árbol de menú del Data Browser, aparece un checkmark en un cuadrado en cada formulario para indicar que ellos contienen los resultados. 4. Del árbol del menú del Data Browser, seleccionar Blocks | B1 | Profiles haciendo clic ya sea en Profiles o su checkmark. Aparece la hoja Block B1 Profiles TPFQ, reportando temperatura, presión, carga de calor, y perfiles de flujo para el bloque:

5. Use la scrollbar(s) para ver los perfiles desplegados. 6. Desplegar la lista de View para seleccionar Stage flows.

9

7. Use la lista Basis para especificar las unidades para los resultados desplegados. 8. Use la ventana de unidades en cada columna para seleccionar las unidades deseadas. 9. Use el menú de árbol del Data Browser, the botón , y/o las etiquetas sobre cada formulario para ver el resto de resultados para el Bloque B1. 10. Verificar la pureza del methylcyclohexane en el producto del tope examinando la composición en el tope de la columna (etapa 1).

Esta simulación predice una pureza algo mayor a 97 % para el producto MCH con las especificaciones del bloque y corrientes dadas.

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1

V.

ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD

Uno de los beneficios de una simulación es que usted puede estudiar la sensibilidad de desempeño del proceso para los cambios en las variables de operación. Con Aspen, usted puede variar las entradas, y puede tabular el efecto en un conjunto de resultados de su elección. Este procedimiento es llamado un análisis de sensibilidad. En este capítulo, usted realizará un análisis de sensibilidad usando la simulación de recuperación methylcyclohexane (MCH) que usted creó en Capítulo 4. 1. Iniciar Aspen Plus 2. Abrir una Simulación existente. Abrir el archivo Ejemplo-1.apw 3. Guardar la simulación bajo un nuevo nombre: Ejemplo-1ASEN.apw

5.1 Definiendo el Análisis de Sensibilidad En el Capítulo 4 se ha simulado la recuperación de MCH usando dos valores para la tasa de flujo del solvente de fenol. En el siguiente análisis de sensibilidad, tabule la pureza del producto del destilado methylcyclohexane (MCH) (la fracción del tope), así como también la carga del condensador y del rehervidor, para varias tasas diferentes de flujo de fenol.

5.2 Ingresando Especificaciones de Sensibilidad 1. Seleccionar Data | Model Analysis Tools | Sensitivity.

2

Aparece Sensitivity Data Browser.

Usted puede usar esta hoja para: • Crear un nuevo bloque de sensibilidad. • Editar bloques de sensibilidad existentes. • Ver el estado de los bloques de sensibilidad existentes. 2. Clic en New. Aparece la caja de diálogo Create New ID:

3. Clic en OK para aceptar el ID predeterminado (S-1). Aparece la hoja Model Analysis Tools | Sensitivity | S-1 | Input | Define

3

Este análisis de sensibilidad generará una tabla de datos. La primera columna contendrá un rango especificado por el usuario de valores de entrada para la tasa de flujo del fenol. Las otras tres columnas contendrán resultados calculados para la pureza de MCH en el producto destilado. la carga del condensador, la carga del rehervidor.

5.3 Definición de las variables Calculadas (Dependientes) En la hoja Define, definir los nombres para cada una de las variables calculadas (pureza de producto, carga condensador, carga rehervidor). En la hoja Vary, especificar el rango e incrementos para la variable manipulada (tasa de flujo de fenol). En la hoja Tabulate, establecer el formato que usted desea para la tabla de datos. Iniciar con la definición de la variable pureza del MCH en el producto destilado. 1. Sobre la hoja Define, clic New. Aparece la caja de diálogo Create new variable. 2. Escribir XMCH y clic en OK.

4

Aparece la caja de diálogo Variable Definition. Definir XMCH a ser la fracción molar de MCH en la corriente 3 como sigue. 3. En el área Category, seleccionar Streams. 4. En el área Reference, clic en

del campo Type y seleccionar Mole-Frac.

A medida que usted complete las especificaciones en esta caja de diálogo, aparecerán más campos necesarios para completar la definición de la variable. 5.

En el campo Stream, seleccionar 3. En esta simulación, Usted no necesita modificar el valor predeterminado de MIXED en el campo Substream.

6. En el campo Component, seleccionar MCH. Usted ha definido XMCH a ser la fracción molar de MCH en Stream 3. El checkmarks azul indica que la especificación de la variable está completa.

7. Clic en Close. Reaparece la hoja Model Analysis Tools | Sensitivity S-1 | Input | Define con la primera variable definida, XMCH, listada.

5

Enseguida, definir las variables carga del condensador y carga del rehervidor. 1. Clic otra vez en New. Aparece la caja de diálogo Create new variable. 2. Escribir QCOND y clic en OK.

Aparece la caja de diálogo Variable Definition. Definir QCOND a ser la carga del condensador para el Bloque B1 RadFrac.

3. En el área Category, seleccionar Blocks. 4. En el campo Type y seleccionar Block-Var. A medida que usted complete las especificaciones en esta caja de diálogo, aparecerán más campos necesarios para completar la definición de la variable.

6

5.

En el campo Block, seleccionar B1.

6. En el campo Variable, seleccionar COND-DUTY. Usted ha definido XMCH a ser la fracción molar de MCH en Stream 3. El checkmarks azul indica que la especificación de la variable está completa. Aspen Plus automáticamente rellena el campo Sentence, basado en su elección de variable.

No Cierre la caja de diálogo. Antes de definir la variable siguiente, QREB. 7. En el campo Variable name, seleccionar .

Nota: Usted también puede hacer clic derecho sobre el campo Variable name y desde el menú corto, seleccionar Create. Aparece la caja de diálogo New Item. 8.

Escribir QREB y clic OK. Definir QREB a ser la carga al rehervidor para el Block B1.

9.

En el área Category, seleccionar Blocks.

10. En el campo Type y seleccionar Block-Var. 11. En el campo Block, seleccionar B1. 12. En el campo Variable, seleccionar REB-DUTY. 13. Clic en Close.

7

Usted ha definido ahora QCOND y QREB a ser la carga del condensador y la carga del rehervidor para el Bloque B1. Reaparece la hoja Model Analysis Tools | Sensitivity | S-1 | Input | Define con las tres variables calculadas definidas, XMCH, QCOND, y QREB listadas.

A continuación, especificamos el rango, tamaño de incremento, y etiqueta para la variable manipulada tasa de flujo de fenol.

5.4 Especificación de la Variable Manipulada 1.

Clic en

, o clic en la etiqueta Vary.

Aparece la hoja Model Analysis Tools | Sensitivity | S-1 | Input | Vary Definir la tasa de flujo de fenol (Stream 2) a variar desde 1200 lbmol/hr hasta 2000 lbmol/hr en incrementos de 100 lbmol/hr. 2.

En el campo Variable number, seleccionar 1.

3.

En el campo Type, seleccionar Stream-Var.

4. En el campo Stream, seleccionar 2. 5. En el campo Variable, seleccionar MOLE-FLOW. 6. En el área Values for varied variable, seleccionar Overall range e ingresar los siguientes valores Campo

Valor

Lower

1200

Upper

2000

Incr

100

7. En el área Report labels, ingresar la siguiente información en las líneas: Línea

Valor

Línea 1

FENOL

Línea 2

FLUJO

Usted ha completado la especificación del FLUJO de FENOL como una variable manipulada para éste análisis.

1

A continuación, especificar el formato para la tabla que producirá Aspen Plus cuando se efectúe el análisis.

5.5.

Formato para tabular los resultados

1. Clic en

o clic en la etiqueta Tabulate.

Aparece la hoja Model Analysis Tools | Sensitivity | S-1 | Input | Tabulate. 2. Ingresar 1, 2, y 3 en los campos Column No. e ingresar XMCH, QCOND, y QREF en los campos Tabulated variable or expression. La hoja completa aparece ahora como:

2

3

3. Clic en Table Format. Aparece la caja de diálogo Table Format. Ingresar etiquetas para columnas 1, 2, y 3, cuyos datos contenidos fueron definidos anteriormente. Las etiquetas son divididas en 4 líneas para el archivo reporte. Cada línea puede contener hasta 8caracteres. 4. En la columna 1 escribir MCH PUREZA EN DEST usando 3 líneas. 5. En la columna 2 escribir CARGA CONDENS usando 2 líneas. 6. En la columna 3 escribir CARGA REHERV usando 2 líneas La caja de diálogo completa aparece ahora como:

7. Clic en Close. El formulario Model Analysis Tools | Sensitivity | S-1 | Input está completo y usted puede proceder a correr el analisis de sensibilidad.

5.6. Corrida del Análisis de Sensibilidad Correr la simulación por cualquiera de las siguientes vías: • De la barra de menú de Aspen Plus, seleccionar Run, y luego seleccionar Run. • De la barra de tareas de Aspen Plus, clic en • Clic en

.

para abrir el Control Panel y luego clic en

del Control Panel.

• Presionando F5. Ahora usted puede desplegar y graficar los resultados.

5.7. Desplegando los resultados del Análisis de Sensibilidad El resultado del Análisis de Sensibilidad consta de una tabla de valores que usted ha requerido en la hoja Input | Tabulate, mostrado como función de la variable manipulada que usted ha definido en la hoja Input | Vary. 1 Del arbol del menú del Data Browser, clic en Model Analysis Tools | Sensitivity | S-1 | Results. Aparece la hoja Model Analysis Tools Sensitivity S-1 Results Summary:

4

5

Nota: El resultado anterior fue obtenido usando el archivo del documento Aspen Plus, Ejemplo-1.apw. Si usted usara un archivo backup de Aspen Plus, Ejemplo-1.bkp, de la carpeta Ejemplos, sus resultados pueden ser ligeramente diferentes (en el 3er. digito significante). Estas diferencias ocurren debido a que los puntos de inicio para las cálculos iterativos son diferentes. Cuando usted use un archivo .apw, Aspen Plus inicia los cálculos a partir de los resultados previos. Cuando usted usa un archivo .bkp, Aspen Plus reinicialaza antes de iniciar los cálculos.

5.8. Graficando los Resultados de Sensibilidad Hacer una gráfica de pureza de MCH vs. tasa de flujo de fenol. 1. Seleccionar la columna VARY 1 FENOL FLUJO haciendo clic en su etiqueta. 2. Del menú Plot, seleccione X-Axis Variable. 3. Seleccione la columna MCH PUREZA EN DEST haciendo clic en su etiqueta. 4. Del menú Plot, seleccione Y-Axis Variable. 5. Del menú Plot, seleccione Display Plot. Aparece una nueva ventana conteniendo la gráfica que usted ha especificado.

6

Del menú de Aspen Plus, seleccione File y luego seleccione Exit. Aparece la ventana de diálogo de Aspen Plus. Clic Yes para guardar la simulación.

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1

VI. CONSEGUIR ESPECIFICACIONES DE DISEÑO DEL PROCESO En el Capítulo 5, usted ha usado Aspen Plus para tabular la sensibilidad de la pureza de MCH en el destilado y las cargas para cambios en la tasa de flujo del solvente fenol. Usted también puede usar Aspen Plus para conseguir una especificación de diseño del proceso mediante la manipulación de cualquier variable de entrada. En éste capítulo, usted usará Aspen Plus para alcanzar una especificación de diseño ya sea usando la simulación de la recuperación del methylcyclohexane (MCH) creada en el capítulo 4 o la simulación de MCH que fue colocada en el fólder Ejemplos al instalar Aspen Plus. 1. Iniciar Aspen Plus 2. Abrir una Simulación existente. Abrir el archivo Ejemplo-1.apw Aparece la ventana del flowsheet para la simulación de la columna de MCH 3. Guardar el archivo con el nombre de Ejemplo-1esp.apw

6.1. Definiendo la Especificación de Diseño En el Capítulo 4, hemos simulado la recuperación de MCH usando dos valores para la tasa de flujo del solvente fenol. En el analisis de sensibilidad del Capítulo 5, hemos tabulado la pureza de MCH en el destilado producto, y las cargas del condensador y rehervidor, como una función de la tasa de flujo del solvente fenol. Ahora usaremos Aspen Plus para determinar la exacta tasa de alimentación del solvente fenol requerida para mantener una pureza de MCH en el destilado de 98.0%. 1. Seleccione Data | Flowsheeting Options | Design Spec.

2

Aparece la hoja Design Spec - Data Browser

2. Clic New. Aparece la hoja Create New ID

3.

Clic en OK para aceptar el predeterminado ID (DS-1). Aparece la hoja Flowsheeting Options | Design Spec | DS-1 | Define

En la hoja Define, definimos XMCH a ser la pureza de MCH. En la hoja Spec, ingresar la especificación como una expresión matemática conteniendo números y variables definidas, y también ingrese un valor objetivo para esta expresión y una tolerancia. En la hoja Vary, especificar una variable de entrada a ser manipulada y un rango dentro del cual Aspen Plus buscará en razón a obtener el valor objetivo dado en la hoja Spec. Iniciemos con la definición de XMCH como la fracción molar de MCH en la Corriente 3. Para definir XMCH 1. Clic New. Aparece la caja de diálogo Create New Variable

3

4

2. Escribir XMCH y clic en OK

Aparece la caja de diálogo Variable Definition. Defina XMCH a ser la fracción molar de MCH en la Corriente 3. 3.

En el área Category, seleccione Streams.

4.

En el área Reference, clic en el campo Type y seleccione Mole-Frac. A medida que usted llena los campos, Aspen Plus despliega campos adicionales necesarios para completar la definición de la variable.

5. En el campo Stream, seleccione 3. 6. Aceptar el valor predeterminado de MIXED en el campo Substream y seleccione MCH en el campo Component. La definición de XMCH se ha completado.

Esta variable será suficiente para establecer la especificación de diseño para este ejemplo, por lo tanto no es necesario definir otras variables.

5

7. Clic Close. Reaparece la hoja Flowsheeting Options | Design Spec | DS-1 | Input | Define con la variable definida, XMCH, listada.

Enseguida, fijar la siguiente especificación de diseño: El porcentaje de MCH recuperado debe ser 98.0 con una tolerancia de 0.01.

Para Establecer la Especificación de Diseño 1. Clic en

o clic en la etiqueta Spec.

Aparece la hoja Flowsheeting Options Design Spec DS-1 Input Spec. 2. En el campo Spec, escribir XMCH*100. El factor multiplicador de 100 convierte la fracción molar muestreada a porcentaje molar. 3. En el campo Target (objetivo), ingresar 98.0. 4. En el campo Tolerance, ingresar 0.01 para especificar una desviación aceptable del porcentaje objetivo.

La hoja completada aparecerá como:

Enseguida, especificar la tasa de flujo de fenol (Stream 2) como la variable que Usted quiere que Aspen Plus manipule en razón de conseguir la especificación de diseño anterior. Dar un rango de 1200 a 2000 dentro del cual buscará Aspen Plus.

6.2. Especificar la Variable Manipulada 1. Clic en

o en la etiqueta Vary.

Aparece la hoja Flowsheeting Options | Design Spec | DS-1 | Input | Vary. 2.

En el área Manipulated variable, clic en el campo Type y seleccionar Stream-Var.

3. En el campo Stream name, seleccionar 2. 4. En el campo Substream, aceptar el predeterminado, MIXED. 5. En el campo Variable, seleccionar MOLE-FLOW. 6. En el área Manipulated variable limits, clic en el campo Lower y escribir 1200. 7. En el campo Upper escribir 2000. 8. En el área Report Labels, clic en el campo Line 1 y escribir FENOL. 6

7

9. En el campo Line 2, escribir FLUJO. La hoja completada será:

El formulario Flowsheeting Options Design Spec DS-1 está completo y podemos proceder a correr el análisis de especificación de diseño y examinar los resultados.

6.3. Corrida del Análisis de Especificación de Diseño Correr la simulación por cualquiera de las siguientes vías: • De la barra de menú de Aspen Plus, seleccionar Run, y luego seleccionar Run. • De la barra de tareas de Aspen Plus, clic en • Clic en

.

para abrir el Control Panel y luego clic en

• Presionando F5. Ahora usted puede examinar los resultados.

6.4. Examinando los resultados

del Control Panel.

8

Determine que tan bien ha sido satisfecha su especificación de diseño examinando la hoja Results Summary | Convergence | Design Spec Summary. 1.

Del árbol del menú del Data Browser, clic en Results Summary | Convergence. Aparece la hoja Results Summary Convergence DesignSpec Summary:

Los resultados muestran que el cálculo ha convergido favorablemente y que es necesario un valor de tasa de flujo de fenol de aproximadamente 1517.1. Las unidades, lbmol/hr, no son mostradas. Del menú de Aspen Plus, seleccione File y luego seleccione Exit. Aparece la ventana de diálogo de Aspen Plus. Clic Yes para guardar la simulación.

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VII. CREAR UN DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

Aspen Plus tiene dos modos para desplegar las gráficas: • Modo Simulación • Modo PFD (Process Flow Diagram) En ambos modos, usted puede modificar su flowsheet para preparar diagramas comunes para sus reportes mediante: • Adición de textos y gráficas • Desplegando datos globales para corrientes y Bloques • Desplegando tablas de resultados para las corrientes • Adicionando objetos OLE En el modo PFD, usted puede modificar el flowsheet para describir su planta. Por ejemplo, una pieza simple de equipo en la planta que es modelada por dos bloques de unidades de operación puede ser reemplazada por un bloque simple en modo PFD. Estos cambios para propósitos de visualizar sin afectar al flowsheet que usted ha desarrollado para modelar su proceso. En este Capítulo, usted usará el modo PFD para generar un diagrama de planta para a partir del flowsheet de proceso usado por usted en la simulación del MCH. Usted puede usar el archivo creado en el Capítulo 4 o la simulación que fue guardada en el fólder Examples cuando ha instalado Aspen Plus. 1. Iniciar Aspen Plus 2. Abrir una Simulación existente. Abrir el archivo Ejemplo-1.apw Aparece la ventana del flowsheet para la simulación de la columna de MCH 3. Guardar el archivo con el nombre de Ejemplo-1esp.apw

7.1 Conmutar a modo PFD El modo Simulación es el modo predeterminado de Aspen Plus que usted usa para modelar un proceso o efectuar cálculos. El modo PFD es usado para crear una representación gráfica de su proceso para un reporte o para propósitos de visualización. Use el modo PFD para hacer lo siguiente: • Adicionar iconos de equipo y corrientes que no estén explicitamente incluidas en la simulación. • Desplegar datos de las corrientes. • Desplegar una tabla de resultados. 1

2

• Adicionar un título. Para alternar entre el modo Simulación y el modo PFD, use uno de los siguientes métodos: • Seleccionar View | PFD Mode. • Preione F12. El siguiente check mark al PFD Mode en el menú View y la barra de estado en el fondo de la ventana principal indican que el modo PFD está abierto. También, el espacio de trabajo del flowsheet del proceso tiene un borde coloreado cuando usted está usando el modo PFD. Cuando usted selecciona el modo PFD, Aspen Plus crea una nueva gráfica idéntica al flowsheet original. Esta nueva gráfica es independiente de la original. Haciendo cambios en las corrientes y bloques en cualesquiera y alternando los modos mostrará que estos cambios no pasan de uno al otro.

Nota: Si usted cambia el flowsheet original del proceso y quiere iniciar con un nuevo estilo de PFD que contenga estos cambios, seleccione View | Reset PFD mientras esté en modo PFD. Su PFD anterior será borrado y será reemplazado por un nuevo dibujo idéntico al flowsheet de proceso de su modelo de simulación revisada.

7.2.

Adicionando una bomba al Diagrama

En la simulación del MCH, no se ha modelado la bomba de alimentación a la columna; en su lugar, simplemente se ha especificado la presión en la corriente de alimentación. Sin embargo, podemos incluir una bomba de alimentación en un dibujo usado para un reporte. Colocar una bomba en su diagrama y dividir la Corriente 1 en dos Corrientes - una entrando a la bomba y otra saliendo de la bomba y entrando al Bloque B1. Seguir las siguientes indicaciones.

3

1. Ingresar a modo PFD seleccionando View | PFD Mode si usted todavía no lo ha hecho. Verifdicar el borde coloreado en el flowsheet del proceso y las palabras PFD Mode en la barra de estado del fondo para asegurarse de estar en Modo PFD. 2. De la librería de modelos (Model Library), clic en la etiqueta Pressure Changers. 3. Clic

en el modelo de unidad de operación Pump.

4. Desplegar los iconos y seleccionar ICON1. 5. Colocar el icono de la bomba en la mitad de la Corriente 1. 6. Seleccionar la Corriente 1 y clic derecho. 7. Del menú corto, seleccionar Reconnect Destination.

La Corriente 1 es ahora desconectada del Bloque B1 y está lista para conectar a la bomba. 8.

Mover el cursor al puerto de entrada a la bomba y clic izquierdo. La corriente 1 está ahora ingresando a la bomba y usted está listo para crear una nueva corriente desde la bomba al Bloque B1.

9. Colocar la nueva corriente siguiendo los mismos procedimientos para colocar corrientes. Nota: Para cancelar la conexión de una corriente en cualquier instante, presionar ESC. Su diagrama deberá aparecer ahora como:

4

7.3 Desplegando datos de las corrientes 1. Del menú View, asegure que Global Data tenga un checkmark adjunto. 2. Seleccionar Tools | Options | Results View. 3. Seleccionar checkboxes Temperature y Pressure.

4. Clic Aceptar

5

La temperatura y presión calculadas por Aspen Plus durante la simulación del MCH son mostradas sobre cada corriente. Aspen Plus también despliega una caja de leyenda en la esquina inferior izquierda de la pantalla. La caja de leyenda muestra los símbolos y las unidades para los datos globales. Mover y redimensionar la leyenda en la misma forma que los bloques. Nota: Si usted no ve la caja de leyenda, seleccione View | Zoom | Zoom Full o presione Ctrl-End para ver todo el dibujo.

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7.4. Adicionando una Tabla de Corrientes Los dibujos del PFD frecuentemente incluyen una tabla con las propiedades de las corrie3ntes. Para generar esta tabla: 1. Desde el menú View, asegúrese que se ha seleccionado Annotation. 2. Seleccionar Data | Results Summary | Streams. Aparece la hoja Results Summary | Streams | Material con datos para todas las corrientes. 3. Clic en la etiqueta Stream Table para colocar la tabla en su diagrama. 4. Clic en la etiquete del Flowsheet del proceso para retornar al diagrama. Una tabla de las propiedades de las corrientes es mostrada en su diagrama:

7.5 Adicionando Texto Adicionar un título al diagrama usando la barra de herramientas Draw. 1. Seleccionar View | Toolbar. 2. En la caja de diálogo Toolbars, seleccionar Draw checkbox. 3. Clic OK. Aparece la barra de herramientas Dibujo. Ahora podemos colocar el texto y otras características al PFD 1

2

7.6 Imprimiendo un PFD 1.

Seleccione File | Print Preview. El bloque y las corrientes IDs y todos los datos en su diagrama son escalados aproximadamente como aparece en la impresión.

2. Clic Zoom In o Zoom Out. 3. Clic Print. Aparece la caja de diálogo de impresión 4. Seleccionar la impresora adecuada y clic OK. Del menú de Aspen Plus, seleccione File y luego seleccione Exit. Aparece la ventana de diálogo de Aspen Plus. Clic Yes para guardar la simulación.

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1

VIII. EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE MASA

8.1 Divisor de Corriente Ejemplo Se desea dividir 226000 lb/h de Amoniaco (-9 F y 225 psig) en dos corrientes una co 40 % y otra con 60 % de la alimetación.

8.1.1 Efectuando la Simulación 1)

PDF

2) Data Browser. Ingresar la información inicial para la Simulación

3) Next. Ingresar Componente(s)

2

4) Next: Modelo Termodinámico

3

5) Next. Muestra el nivel de información suministrada

6) OK. Composición y condiciones de la alimentación.

7) Next. Especificar fracción que debe salir en cada corriente.

4

8) Next. Información acerca de los datos ingresados

9) Aceptar. Corrida del Simulación e informe de la misma.

5

10) Para ver los reportes: Next

10) OK. Se muestran los resultados en el Setup.

6

11) Haciendo clic en el botón >> se pueden ver todos los cálculos referentes a la simulación. Por ejemplo las corrientes:

Esta misma tabla cambiando de unidades en la parte superior

7

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8.2 Mezclador Enunciado del problema:

Corriente de Benzene: 10 kmol Benzene, 0.5 kmol Toluene, 0.25 kmol Xylene Corriente de Toluene: 20 kmol Toluene, 1 kmol Xylene, 0.5 kmol Benzene Corriente de Xylene:

30 kmol Xylene, 1.5 kmol Benzene, 0.75 kmol Toluene

Todas las corrientes de alimentación están a temperatura ambiente (25 oC) y presión atmosférica (1 atm). El Mezclador tiene una presión de 2 atm. Encontrar la composición y la temperatura de la corriente mezclada.

1) Confección de PFD. En este caso usaremos Bloques.

2) Ingresamos al Data Browser y colocamos la información inicial

2

3) Next. Ingresamos componentes

4)

Next. Nodelo termodinámico IDEAL

3

5) Nxt. Aviso sobre el siguiente paso

7) OK. Composición y condiciones de las corrientes a) Bnceno

4

8) Next. Especificaciones del Mezclador

9) Next. Información sobre la información suministrada

5

10) Aceptar: Información de la simulación

11) Composición de las corrientes. Seleccionamos todo, copiamos y pegamos en una hoja de cálculo

6

12) Ahora tenemos los reportes en Excel

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8.3 Destilación Existen varios modelos de columnas en ASPEN PLUS para simular en estado estacionario una destilación. Estos son los nueve modelos disponibles:

1. DSTWU

4. Extract

7. PetroFrac

2. Distl

5. MultiFrac

8. RateFrac

3. RadFrac

6. SCFrac

9. BatchFrac

Cuando se vaya a simular una columna, la elección del modelo depende del tipo de aplicación que se trate en el problema, de cuanta complejidad se quiera introducir en el diseño o ajuste de la columna, de si lo que se quiere es efectuar un estudio riguroso o simplemente preliminar y depende asimismo del volumen de resultados que se desee obtener una vez ejecutada la simulación. RadFrac es un modelo aplicable en un amplio número de situaciones y, además, ofrece suficiente complejidad y rigor en el cálculo, compatibles ambos con la sencillez en la construcción del modelo de columna en ASPEN PLUS. Es un modelo de columna de destilación bastante más riguroso que los basados en UnderwoodFenske o similares y más sencillo que los usados para destilaciones de crudo; pero tiene el suficiente rigor para destilaciones convencionales

8.3.1 Destilación Binaria Ejemplo 1. La corriente que deseamos separar está formada por dos compuestos -benceno y tolueno. La fracción molar de cada componente en la alimentación es 0.801 para benceno y 0.199 para tolueno. La salida deseada para este sistema es 265 lb mol con una pureza de benceno de 0.9997; Este producto debe ser obtenido a partir de una corriente de alimentación de 170 kgmols/hr Aspen permite al usuario modelar las columnas de destilación en varias formas diferentes. El modelo más fácil en Aspen es el módulo DSTWU, el cual requiere menos parámetros de operación que cualquiera de las otras unidades de destilación Aspen. Aquí está una lista de especificaciones que deben ser alcanzadas en la separación: La alimentación tiene una fracción molar de benceno de 0.801. El producto del tope debe tener una fracción molar de benceno de 0.9997. Alimentación a razón de 170 kgmol/hr.

2

Producir un producto de fondo con una concentración de benceno de 5 % mol. Alimentación como liquido saturado. Opera a una relación de reflujo 20 % más que el mínimo. Opera a presión cercana a la atmosférica. Ahora que las restricciones de operación han sido establecidas, es momento de crear el sistema en Aspen. En esta sección, la creación del modelo estará cubierta brevemente. Visite el capítulo "introducción para AspenPlus" para una explicación más a fondo en para modelos en Aspen. 1) Crear el PFD.

2) Clic en el Data Browser. Ingresar información inicial

3

3)

Clic en Next. Ingresar componentes

4) Clic Next. Modelo termodinámico IDEAL

4

5)

6).

Next. Tenemos la información suficiente para determinar propiedades fisicas.

Clic en botón OK. Especificamos las condiciones de la alimentación

5

7) Next. Parámetros de operación de la columna

8) Next. Mensaje de compilación

6

9) Aceptar. Mensaje de corrida del programa

10)

Visualización de los resultados

7

Se presentan los resultados producto de la simulación

Haciendo clic en >> varias veces se da toda la información sobre el diseño de la columna. Por ejemplo para las condiciones de Reflujo y Etapas de Equilibrio se tiene:

8

11)

Generando los reportes:

Se muestra una ventana con todos los formularios acerca de los reportes:

9

Por ejemplo seleccionando Streams --> All

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8.4 Destilación Flash Ejemplo: Una mezcla compuesta por 30 kmol/hr de Benceno, 50 Kmol/hr de Tolueno y 40 kmol/hr de O-Xyleno, se somete a destilación flash bajo las siguientes condiciones 1. Caso 1, Especificando P y T 2. Caso 1, Especificando P y recuperación fraccional de un componente 3. Caso 3, Especificando P y V/F

1) Crear el PFD

2) Clic en Next

3) Aceptar

2

4)

Next. Seleccionamos el modelo IDEAL

3

5) Next

6) OK: Completamos la información

7)

Next. Especificamos las condiciones del Flash

4

8) Next. Aparece el mensaje indicando que la información necesaria se ha dado

5

9) Aceptar. El Panel de Control muestra la información de la corrida.

10) Los flujos y condiciones de las corrientes pueden ser vistos en la tabla de resumen de las corrientes que Ud. puede conseguir de la siguiente manera:

Aquí está lo que hemos encontrado

6

Si Usted usa el botón >> varias veces, encontrará los resultados que normalmente son reportados para un cálculo Flash. Aquí está la imagen de la ventana que muestra las fracciones molares y valores K para las corrientes. NOTA. En la ventana de resultados de ASPEN, F indica la corriente de ALIMENTACIÓN, X es la corriente de LIQUIDO, Y es la corriente VAPOR, y K = Y/X

7

Este es el procedimiento básico para efectuar un flash en ASPEN. Ahora permítanos ver que es necesario para resolver los tres tipos de problemas flash en el Ejemplo 3.2 de BGW. Los compuestos son cercanos a lo ideal. Por lo tanto el paquete Ideal es usado en todos los casos.

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IX. EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 9.1 Intercambiador de casco y tubos (calentador) Enunciado del problema.- Freon-12, a una razón de flujo de 10560 kg/hr, necesita ser calentado desde 240 K hasta 300 K. Como medio de calentamiento se dispone de Etilen glicol (Ethylene glycol) a 350 K. Será usado un intercambiador típico de casco y tubo. El gerente de fábrica recomienda que el acercamiento mínimo de temperatura debería ser por lo menos 10 K. El también recomienda usar tubos de acero al carbono 20 BWG con una caída de presión que no exceda 10 psig (0.67 atm) para cada uno de los lados casco o tubos.

9.1.1 Diseño Preliminar 1. Iniciamos con Blank Simulation y creamos el flowsheet, para lo cual mostramos el subdirectorio Heat Exchanger

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Este muestra las siete opciones de tipos de intercambiadores de calor. Estos representan cinco métodos de cálculo diferentes, no intercambiadores físicamente diferentes. Heater – Intercambiador de calor básico, este efectúa cálculos simples de balance de energía; requiere solamente una corriente de proceso HeatX – Algoritmos fundamentales de transferencia de calor, usados en diseños rigurosos, calcula balances de energía, caídas de presión, área de transferencia, velocidades, etc.; requiere dos corrientes de proceso —una caliente y una fría. Este bloque será usado para nuestros cálculos de diseño. MheatX – Similar al bloque previo pero aceptará más corrientes de proceso Hetran – Interfase el programa de transferencia de calor B-JAC Hetran. Este no será usado ya que el programa B-JAC no está disponible. Aerotran – Otro bloque que usa el programa B-JAC HXFlux.- Modelo de cálculo de transferencia de calor. Modela transferencia de calor convectiva entre un receptor de calor y una fuente de calor. HTRI-Xist .- Interfase al programa Xist shell and tube heat exchanger de Heat Transfer Research Institute (HTRI). Modela intercambiadores de calor, incluyendo hervidores tipo calderin. Como un primer paso en el diseño usamos el boque Heater, para lo cual visualizamos los diferentes iconos de este bloque

3

y creamos el flowsheet

2. Clic en el Data Browser. Ingresar información inicial

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3) Next. Ingresar Componente(s), considerando que (Freon-12 es CCl2F2 y Ethylene Glycol is C2H6O2)

4) Next: Modelo Termodinámico. En este ejemplo usaremos NRTL-RK

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5) Next. Muestra el nivel de información suministrada

6) OK. Composición y condiciones de la alimentación (Freon-12). Ingresamos toda la información de la corriente de entrada

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7) Next.

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Pasamos a especificaciones del intercambiador

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7) Next. Parámetros de operación del intercambiador. Como se muestra en la figura, solo se necesitan dos de tres especificaciones: la temperatura de salida, la fracción de vapor de salida o la presión. Ingrese la temperatura de salida del enunciado del problema. para la presión, tiene dos opciones, usted puede ingresar en la presión de salida o ingresar en la caída de pasión para la unidad. Como se muestra en la figura se ha ingresado la caída de presión. Este valor es solamente un estimado inicial para la caída de presión. Notar que el valor es un número negativo; Aspen reconoce el valor negativo como una caída de presión. Por otra parte un número positivo significaría un valor para la presión real de la salida. Mantenemos “Valid Phases” establecidas como Vapor-Liquid.

8) Next. Mensaje de compilación

9) Aceptar. Mensaje de corrida del programa

10) Visualización de los resultados. Podemos visualizar los resultados directamente seleccionando Results en Heater, y observaremos la temperatura de salida, la presión de salida y la carga de calor.

2

3

Ahora borramos el bloque Heater y lo reemplazamos por HetX, para lo cual visualizamos los iconos de este modelo

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Cada icono representa un tipo de casco diferente dado por la TEMA. Ejemplos de estos tipos de cascos pueden verse en Perry’s 7th edition, pg. 11-34. Para el bloque HeatX, necesita adicionar la corriente de glicol

Click Next. Aparece un mensaje dando a conocer que el flowheet está completo

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Al hacer clic en aceptar aparece la ventana de diálogo para la corriente de Etilenglicol, la cual no se ha ingresado los datos. Del enunciado del problema, se conoce la temperatura y la presión de la corriente de glicol. Sin embargo, el flujo es desconocido. Este puede ser encontrado usando la carga de calor y la capacidad calorífica del Etilen Glicol.Aspen puede proporcionar ambos de estos valores (Ver “Estimación de propiedades en Aspen” ). La cantidad de flujo puede también encontrarse usando una especificación de diseño (Design-spec). Ingresar la información necesaria y hacer clic en Next.

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Aparece la ventana de diálogo para las especificaciones del intercambiador

Mostradas anteriormente son las primeras hojas de datos de entrada para el cambiador de calor. Toda la información necesaria para los cálculos son introducidos en estas páginas. Primero, demos una visión general de cada subcarpeta. (Mostrada en el círculo). Luego cada hoja estará clarificada en más detalle. Setup — (mostrado en la figura) esta página exterioriza el tipo de cálculo: preliminar o detallado (shortcut o detailed), la especificación del cambiador, ya sea que el cambiador este en contracorriente o corriente en paralelo (countercurrent o cocurren ), y define cómo calculará Aspen los coeficientes de transferencia de calor. Options — muestra las fases válidas para cada corriente (por ejemplo. líquidovapor), también define la convergencia para cálculos Geometry — muestra las páginas de entrada de entrada para la distribución: tubos, diámetros, deflectores (baffles), etc. Usado solamente en cálculos detallados. User Subroutine — provee una interfaz de tal manera que el usuario puede crear un algoritmo para ejecutar cálculos para diseño (involucra programación FORTRAN). Hot H-curves — muestra páginas de entrada a fin de que Aspen creará perfiles de entalpía para la corriente caliente, muy útil para los procesos de ebullición /condensación y provee alguna compenetración en la transferencia de calor

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Cold H-curves — tal como la Hot H-curves , pero crea perfiles para la corriente fría. Block Options — páginas que muestran los métodos de propiedades, y las opciones de simulación para el bloque. Dynamic — usado solamente para el modo dinámico, no al estado estacionario. Para los primeros cálculos, estaremos usando el método corto para el tipo de cálculo. Retornamos a las páginas Setup y hacemos clic en shortcut method. El siguiente paso es definir la “Exchanger specification.” Al hacer clic en la flecha hacia abajo aparece una lista de especificaciones. Cada especificación da una diferente ejecución de cálculos para Aspen. Estos son: Hot/Cold stream outlet temperature —Especificar la temperatura de salida de una de las corrientes, usado para situaciones donde no hay ningún cambio de fase. Hot/Cold stream temperature change—Especifica disminución de la temperatura de una de las corrientes.

el

incremento

o

Hot outlet temperature approach—Especifica la diferencia de temperatura entre la corriente caliente de salida y la temperatura de entrada del fluido frío, usado con flujo en contracorriente. Hot/Cold stream degrees superheat/subcool—Especifica la temperatura de salida debajo del punto de rocío o por encima del punto de ebullición de una cierta corriente, usada en ebullición y condensación Hot/Cold stream vapor fraction—Especifica la fracción de vapor de salida para una corriente dada (1.0 = Vapor saturado y 0.0 = liquido saturado), usado para diseño de condensación y ebullición Cold outlet temperature approach—especifica la diferencia de temperatura entre la salida de la corriente fría y la temperatura de entrada de la corriente caliente, usado en flujo de contracorriente Heat Transfer Area—especifica el área del intercambiador, bueno para problemas donde el tamaño del intercambiador es fijo Heat Duty—especifica la cantidad de energía transferida desde una corriente a otra Geometry—cálculos basados en la distribución (layout) del intercambiador, bueno para usar como una verificación de los cálculos (Nota *, usted necesita seleccionar el cálculo detallado para acceder a la opción Geometry)

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Para el ejemplo, queremos que la corriente de Freon-12 alcance una temperatura de 300 K. La mejor especificación para los cálculos es “Cold stream outlet temperature”. Seleccione esta opción e ingrese e ingrese el valor especificado de 300 K. (mostrado en la figura siguiente). Tambien se debe especificar si el intercambiador será de flujo en paralelo (cocurrent) o en contracorriente (countercurrent). En este ejemplo usaremos flujo en contracorriente.

Esta es toda la información necesaria para correr el método corto. Ahora efectuar la simulación y verificar el bloque de resultados (vemos Thermal Results).

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Siempre compruebe esta página cada vez que efectúe la simulación. Verifique las temperaturas de entrada y salida para ambas corrientes para el cruce de temperaturas. Verifique también las fracciones de vapor. Como usted puede ver, la corriente de glicol cayó debajo de la temperatura del diseño de 310K (En círculo). La tasa de flujo de esta corriente necesita ser aumentada para mantener la diferencia de temperatura de la salida a 10 K. (Una especificación de diseño puede ser aplicada para encontrar la tasa correcta de flujo) La tasa de flujo para la corriente de glicol resulta ser 102.87 kmol/hr 9.1.2 Diseño Riguroso Una vez que el flujo y la carga de calor son definidas claramente, es hora de iniciar los cálculos detallados. Así es que regrese a la página Setup de las páginas de entrada del cambiador de calor. La página Setup es mostrada a continuación. Ante todo, cambie el tipo de cálculo de shortcut al método detallado. Inmediatamente, Aspen le preguntará a usted que identifique por donde va el fluido caliente ?. Para este ejemplo, use como se muestra en la figura. Además, Aspen ahora calculará un factor de corrección de LMTD para el intercambiador. La corrección predeterminada es la corrección basada en la geometría y eso estará bien.

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Ahora dé un clic sobre la etiqueta Pressure drop en lo alto de la página y aparecerá una página nueva de entrada. Aquí, usted necesita especificar cómo calculará Aspen la caída de presión del cambiador de calor. Haremos que Aspen calcule la caída de presión de la geometría del cambiador de calor. Esta opción se muesta en la izquierda y es la opción preferida. Nota*: Tanto el lado frío como el caliente tienen que ser especificados para los cálculos de caída de presión.

Ahora hacer clic en la etiqueta U methods . Usted necesita especificar cómo calculará Aspen el U-Value para el intercambiador. Hay varias opciones clarificadas debajo. Para este ejemplo, el U-Value se calculará de “ Film coefficients.” Esta opción precisará más entrada y esa página será mostrada después.

Constant U-value—Aspen usa un valor constante en los cálculos; el valor es dado por el usuario Phase specific values—Aspen usará los valores por defecto dados para situaciones específicas de transferencia de calor (por ejemplo. ebullición de líquidos, liquido en el casco a liquido en los tubos, condensación, etc.; estos valores por defecto pueden tambien ser cambiados por el usuario para aplicar a situaciones nuevas) Power law expression—Aspen usará un factor de escalamiento (scaling) con un coeficiente total de transferencia conocido y un flujo conocido de una situación similar de transferencia de calor; el usuario debe suministrarar ambos valores Exchanger geometry—Aspen calcula un U-value promedio a partir de la geometría del intercambiador usando algoritmos de transferencia Film coefficients—el U-value es calculado a partir de coeficientes individuales de transferencia (ho, hi); Nota*-más entradas son necesarias y otra página para esta opción User Subroutine—da páginas de entrada para que el usuario suministre un

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algoritmo FORTRAN para los cálculos de U Ahora hacer clic en la etiqueta Film coefficients. Aparece la página para ingresar datos. Aquí es donde debe especificar como Aspen calculará los coeficientes individuales de transferencia de calor. (Nota*: Esta página solamente necesita ser llenada si los U-value son calculados a partir de “Film coefficients”.) Esta página es muy similar a la página de entrada de los métodos para U y afortunadamente las opciones de cálculo son las mismas. El ejemplo usará la opción “Calculate from geometry”. Notar, sin embargo, que ambos lados (caliente y frío) del intercambiador necesitan ser especificados. Es también una buena idea para adicionar algunos factores de incrustación (fouling) para cada corriente en el espacio proporcionado. El ejemplo no usa ningún factor de incrustación, pero si algún valor para el sistema es encontrado en la literatura, ingréselo aquí.

Después que los cálculos del coeficiente de transferencia de calor son especificados, el siguiente paso es establecer la geometría del cambiador de calor. Desde que Aspen no hace cada cálculo, serán necesarias las computaciones de la mano . Usted, el usuario, debe suministrar el número de pasos en los tubos, el diámetro del casco, el número de tubos, el largo de los tubos, los diámetros interior y exterior de los tubos, el Pt (pitch), el material de los tubos, el número de pantallas (baffles) y espaciamiento de pantallas. Una parte del material previo es arbitraria y realmente no necesita ser calculada. Sin embargo, el área de transferencia de calor necesita ser estimada, al menos para la primera simulación, en razón a encontrar el número de tubos. El área puede calcularse usando la simple ecuación A = Q/ U DTLM. la carga de calor ( Q ) fue encontrada por Aspen y la diferencia media de temperaturas puede ser fácilmente calculada (ir a Inntercambiadores ca Calor ). Para calcular el área, usted necesita encontrar un valor para el coeficiente total de transferencia de calor

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( Ir a Valores estimados del coeficiente total U). Un valor típico para nuestro ejemplo es alrededor de 150 W/m2 K. Esto da un área de aproximadamente 20 m2. El siguiente paso es encontrar el número de tubos y el diámetro del casco. Establecer las dimensiones de un tubo especificando el tamaño y longitud del tubo. Usualmente usted deberá comenzar con tubería de 1 pulgada (1-inch) si el fluido es un liquido y tubería de 1.5 pulgadas (1.5 inch) si el fluido es un vapor. Como el Freon-12 en este ejemplo está en estado liquido, se usara tubos de 1-inch. La longitud no es importante, pero debe estar dentro de valores prácticos (un rango típico es de 8-20 ft, 2-8 m). Una vez que se han establecido las dimensiones de la tubería, el número de tubos puede ser encontrado fácilmente dividendo el área total por el área de un tubo. El diámetro del casco será calculado en base al número de tubos. Una correlación dada en Intercambiadores de calor es: D(haz de tubos) = O.D.*(Nt / k)^(1 / n) O.D. es el diámetro exterior de un tubo, Nt es el número de tubos, y k y n son constantes dependientes del número de pasos en los tubos. Como este ejemplo usa dos pasos en el lado de los tubos : k = 0.249 y n = 2.207. Estos cálculos solamente dan el tamaño del haz de tubos y no el diámetro del casco. El diámetro del casco es ahora encontrado adicionando al haz de tubos la luz entre el haz de tubos y el casco. El espacio de luz depende del tipo de intercambiador de calor, pero tipicamente los rangos van de 10 mm a 90 mm. Ver la siguiente bibliografía: Coulson and Richardson. Chemical Engineering Fluid Flow, Heat Transfer and Mass Transfer. Volume 1, 5th ed., Butterworth and Heinemann, 1996. Incropera and Dewitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 4th ed., John Wiley and Sons, 1996.

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Ahora iniciar la configuración dando un clic sobre la subcarpeta Geometry en el lado izquierdo de la pantalla. La pantalla de arriba es la página de entrada para las dimensiones del casco. Ingrese la información adecuada. TEMA shell type —selecciona el tipo de cascol, un-paso, dos-pasos, flujo-dividido, etc. Ejemplos de cada tipo de casco pueden verse en las páginas 11-34 de Perry’s 7th edición. # of tube passes—selecciona el número de pasos en los tubos, generalmente son usasos dos pasos Exchanger orientation—selecciona orientación vertical u horizontal de los tubos. (Nota* si se elige orientación vertical, el usuario también debe especificar la dirección de flujo del fluido) # of sealing strip pairs —no necesario para cálculos Inside shell diameter—ingresa el diámetro del casco con las unidades adecuadas Shell to bundle clearance—ingresa el espacio entre el interior del casco y el haz de tubos, referirse a la literatura para el espaciado adecuado The tube- muestra la pantalla de entrada. Los valores son ingresados en los espacios dados como se muestra a continuación.

Select tube type—ya sea bare (tubos lisos) o finned (tubos con superficie extendida); generalmente, se usan tubos lisos (bare) Total number—especifica el número total de tubos Length—especifica la longitud total de los tubos, incluídos todos los pasos Pattern—especifica el arreglo de los tubos, ya sea triangular o cuadrado, generalmente se usa arreglo triangular Pitch—ingrasa la distancia entre centros de tubos; generalmente, el Pt es 1.25 veces el diámetro exterior de un tubo Material—selecciona el material de los tubos; Aspen tiene diferentes materiales para seleccionar o puede ser dado por el usuario Conductivity—ingresa la conductividad térmica del material seleccionado. Nota* si este espacio no se cambia, Aspen usará por defecto una conductividad de su base de datos Tube size—especifica el diámetro exterior de un tubo. Notar que puede usarse el diámetro nominal de tubería; el usuario solamente necesita suministrar el tamaño y número de cédula. (Nota*: Aspen tiene un pequeño banco de datos de tamaños nominales de tubería, para otros tamaños ver: Perry, P.H. and Green, D. Perry’s Chemical Engineering Handbook. 7th ed., McGraw-Hill Co., 1987. pg. 10-72 hasta 10-74) Después de entrar en información en la página de entrada del tubo, el siguiente paso sera especificar las características del las pantallas (baffles).

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A continuación se muestra la hoja de entrada para los deflectores. Si es posible, los resultados de cálculos a mano deberían ser introducidos en los espacios dados. En caso de que no, hay “ reglas generales ” simples para diseño en Aspen. Cada espacio está clarificado debajo.

Baffle type —selecciona segmental baffle o rod baffle; segmental baffles son típicas No. of baffles, all passes—número de pantallas en el intercambiador, si no se conoce el número exacto de diseño, un buen valor de inicio es el doble de la longitud del intercambiador en metros, por ejemplo si la longitud de los tubos es cinco metros ingrese diez pantallas. Mas pantallas pueden adicionarse para incrementar los coeficientes de transferencia de calor, pero causarán que aumente la caída de presión, por lo que debe verificarse que esta caída esté dentro de los límites aceptables. Baffle cut—especifica la fracción de área de sección transversal del casco para el flujo del fluido; por ejemplo, como se muestra anteriormente es un valor de 0.25 el cual hace que una pantalla cubra el 75% del área de sección transversal del casco mientras que el 25% se deja para el flujo del fluido. El baffle cut debe estar entre 0 y 0.5. Tubesheet to 1st baffle spacing—ingresa la longitud entre la placa de tubos y la primera pantalla Baffle to Baffle spacing—especifica el espaciado entre pantallas Last Baffle to tubesheet spacing—ingresa la distancia entre la última pantalla y

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la placa de tubos (De un lado– en general el espaciamiento de pantallas— en el esquema previo de tres espacios de pantallas, dos de los tres espacios necesitan estar llenos para la simulación. Si el espaciamiento del deflector no se conoce en el inicio de la simulación, entonces la mejor forma es escoger espaciamiento entre la placa de tubos y el primer / último deflector. Luego Aspen automáticamente calculará el espaciando interior de las pantallas) Shell-Baffle clearance—especifica la distancia entre el casco y el exterior de la pantalla; esta información no es necesaria para la simulación y puede dejarse en blanco Tube-Baffle clearance—especifica la distancia entre el tubo y el hueco del tubo en la pantalla; esta información no es necesaria para la simulación y puede dejarse en blanco. Cuando aparece un check mark azul cerca a la etiqueta “baffle”, la hoja de datos de entrada está completa. La siguiente página es los datos de entrada para acoplamientos (“nozzles”). Cada espacio es explicado a continuación. Aquí nuevamente, si es posible, use los resultados de los cálculos a mano.

Shell inlet nozzle diameter—diámetro de la conexión de entrada al casco. Si no se tienen valores disponibles en la literatura, un buen valor de inicio es un cuarto el valor del diámetro del casco para líquidos y un medio el diámetro del casco para vapores Shell outlet nozzle diameter—diámetro de la conexión de salida del casco debe ser igual a la conexión de entrada cuando no hay cambio de fase Tube inlet nozzle diameter—diámetro de la conexión de entrada al tubo. Si no

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se tienen valores disponibles en la literatura, un buen valor de inicio es un quinto el valor del diámetro del casco para líquidos y un cuarto el diámetro del casco para vapores Tube outlet nozzle diameter—diámetro de la conexión de salida del tubo debe ser igual a la conexión de entrada cuando no hay cambio de fase Ahora se ha completado la especificación del intercambiador. Hacer clic en Next para efectuar la simulación

RESULTADOS La página de resumen de los cálculos para el intercambiador de calor es mostrada a continuación. Usted debe verificar siempre esta página. Asegúrese que las temperaturas de entrada y salida son las deseadas, así como las fracciones de vapor. En este ejemplo, no hay cambio de fase así, las fracciones de vapor en la entrada y salida deben ser iguales.

Ahora verifiquemos la página Exchanger Details (mostrada debajo). Asegurarse de ver el área requerida del intercambiador y el área real del intercambiador.

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Como usted puede ver, el área real está muy por debajo el área requerida. Usted también puede ver el coeficiente de transferencia de calor calculado. Aspen ha calculado un valor de 105.45 W/m2 K, el cual está por debajo del valor estimado de 150 W/m2 K. Los resultados muestran que se necesita más área para la transferencia de calor y los coeficientes de transferencia de calor necesitan ser incrementados. Sin embargo, antes de cambiar la geometría del intercambiador, usted necesita verificar el resto de páginas de resultados, iniciando con la caída de presión. La página de resultados Pressure Drop/Velocities es mostrada a continuación. Siempre se debe verificar esta página para ver si la caída de presión está dentro de los limites. Además, verificar las velocidades para ambos lados (casco y tubos). Ver la bibliografía para encontrar las velocidades de flujo recomendadas para intercambiadores de calor. Para este ejemplo, estos resultados están bien. De hecho, la velocidad del lado del casco puede ser aumentada para aumentar la transferencia de calor.

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Ahora necesitamos regresar y cambiar la configuración del intercambiador para aumentar el área de transferencia de calor. Use que el área requerido que Aspen ha calculado para encontrar un valor nuevo para el número de tubos necesario. (Nota *, es posible que será necesario iteraciones para encontrar el área del diseño. Para converger en el área de área de diseño rápidamente es una buena idea usar 10 % sobre el área requerido.) Otra buena idea sería cambiar la configuración de las pantallas para aumentar los coeficientes de transferencia de calor. Una vez hecho esto, efectuar la simulación otra vez y verificar nuevamente todas las páginas de resultados. Haga los cambios necesarios para el intercambiador hasta que el área real sea igual o mayor que el área requerido, las caídas de presión están dentro de límites, y sobre todo, se deben alcanzar las temperaturas de salida dadas.

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Hacemos los siguientes cambios

Ver la Tabla 3.a para dimensiones de haz de tubos en intercambiadores estándar Aumentamos el número y longitud de los tubos

Cambiamos el número y distancia entre pantallas extremas y la paca de tubos

2

Efectuamos la simulación y verificamos los resultados Aquí está la página “Thermal Results” para el diseño final. El área actual es 13% más que el área requerida. (Esta esta en el rango de 10-20%, considerada para propósitos de diseño)

Pantallas

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Como se puede ver, Aspen ha calculado el espaciado entre pantallas. (BS = 0.4842 metros). Resultados detallados también son mostrados para el casco, tubos y acoplamientos ("nozzles"). Ahora comprobar si la geometría es adecuada, la simulación debería ser efectuada con los cálculos basados en la geometría. Retornar a la página de entrada Setup para el cambiador de calor. Ir a “Exchanger Specification” y colocar Calculatión - Type: SIMULATION y reefectué la simulación. Ahora los cálculos se basarán en el área y configuración del intercambiador. Compruebe los resultados, si no son lo mismo, consecuentemente la geometría necesita variarse. Los resultados no serán exactamente iguales ya que el área está 13 % sobre diseñada. Esto causará más transferencia de energía entre los dos fluidos; Así es que las temperaturas de la conexión de salida serán ligeramente diferentes a las temperaturas del diseño. El ejemplo resulta pues los cálculos de geometría son exteriorizados debajo. Como usted puede ver, las temperaturas de la conexión de salida cambiadas ligeramente, y la corriente de líquido de refrigeración comienza a vaporizarse. Sin embargo, los objetivos de la declaración problemática esta logrados.

4

Una vez comprobada la geometría del intercambiador, regresar a la página Setup y vuelva a cambiar al Exchanger Specification para “ Cold stream oulet temperature” Si Usted desea cambiar al Exchanger Specification a otra opción, establecer ese valor, y reefectuar la simulación. Por ejemplo, usted puede escoger “Hot stream outlet temperature” y puede colocar eso para la temperatura de salida del Etilenglicol, la cual es 310 K. Reefectúe la simulación y compruebe los resultados. Otra vez los resultados deberían ser muy similares. Ésta es una buena manera para comprobar su diseño. Recuerde, después de cada simulación, siempre verificar las páginas Summary, Exchanger Details, y Pres. Drop/Velocities; para asegurarse que el intercambiador esté dentro de los límites de diseño. Una vez que el diseño está concluido, imprima las páginas de entrada así como también los resultados para el cambiador de calor para el informe del diseño. La siguiente sesión abarcará las operaciones de ebullición y condensación. Estos dos procesos son de suma importancia en diseño de Ingeniería Química y hay algas consideraciones para hacerlos en Aspen.

Referencias 1. Aspen Plus Simulator 10.0-1. User Interface (1998). 2. Branan, Carl. Rules of Thumb for Chemical Engineers. 2nd ed., Gulf Publishing Company, 1998. 3. Coulson and Richardson. Chemical Engineering Fluid Flow, Heat Transfer and Mass Transfer. Volume 1, 5th ed., Butterworth and Heinemann, 1996. 4. Geankoplis, Christie J. Transport Processes and Unit Operations, 3rd ed., Prentice Hall, 1993.

5

5. Incropera and Dewitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 4th ed., John Wiley and Sons, 1996. 6. Perry, P.H. and Green, D. Perry’s Chemical Engineering Handbook. 7th ed., McGraw-Hill Co., 1987. 7. Reid, Prausnitz, and Poling. The Properties of Gases and Liquids. 4th ed., McGraw- Hill Book Co., 1987.

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X. REACTORES QUÍMICOS

10.1

Modelos de Reactores en Aspen

Aspen tiene los siguientes modelos de reactores:

MODELO

RSTOIC

RYIELD

REQUIL

RGIBBS

RCSTR

RPLUG

1

DESCRIPCIÓN

PROPÓSITO

UTILIDAD

modela reactores estequiometricos con extensión o conversión especificada

reactores donde la cinética es desconocida o poco importante pero la estequiometria y extensión son conocidas

reactor de producción

modela reactor con una producción especifica

reactores donde la estequiometría y la cinética son desconocidas o poco importantes pero la distribución de rendimiento es conocida

reactor de equilibrio

realiza equilibrio químico y de fases por cálculos estequiometricos

reactores con simultáneos equilibrios químicos y de fases

realiza equilibrio químico y de fases por minimización de la energía de GIBBS

reactores con simultáneos equilibrios químicos y de fases. Calculo de equilibrios de fase para soluciones con sólidos y sistemas vapor-liquidosolido

modela reactor de tanque agitado

reactores de tanque agitados con una, dos, o tres fases con reacciones de equilibrio o controladas en alguna fase basado en estequiometría o cinética

Reactor de flujo de modela reactor de pistón flujo de pistón

reactores de flujo pistón con una, dos, o tres fases con reacciones de equilibrio o controladas en alguna fase basado en estequiometría o

reactor estequiométrico

reactor de equilibrio con minimización de energía de GIBBS

Reactor continuo de tanque agitado

2

cinética

RBATCH Reactor Batch

modela reactores batch o semicontinuos

reactores batch o semicontinuos con una, dos, o tres fases con reacciones de equilibrio o controladas en alguna fase basado en estequiometría o cinética

No es necesario especificar calores de reacción, porque Aspen Plus usa la entalpía elemental del estado de referencia de calor de formación del componente.

3

4

5

CINÉTICA DE RECCIONES WATSON (LHHW)

DE

LANGMUIR-HINSHELWOOD-HOUGEN-

Donde: r k T To n Ea

: : : :

: : R : C : m : K1,K2,Ki :

Velocidad de reacción Factor pre-exponencial Temperatura en Kelvin Temperatura de referencia en Kelvin Exponente de la temperatura Energía de Activación Constante universal de los gases Concentración del componente Exponente de la expresión de absorción Constantes de equilibrio

ln Ki = Ai + Bi/T + Ci*ln(T) + Di*T donde: Ki : Constante de equilibrio T : Temperatura en Kelvin Ai,Bi,Ci,Di : Coeficientes especificados por el ususrio

10.2

Reactor Estequiométrico RSTOIC

6

CO + 2H2 => CH3OH ; reactor adiabatico; conversion de CO = 100% la mezcla reactante consta de 1 mol de CO, 2 moles de H2 y 5 moles de Dodecano C12 H26

1) PFD

2) Data Browser. Setup y colocar información inicial 3) Definir componentes

4) Modelo termodinámico

7

5) Definición de la alimentación

5) Especificación del Reactor

6) Cree un objeto REACTION con el boton NEW, e introduzca la reaccion:

8

Debe aparecer así el formulario

7) Clic en la pestaña HEAT OF REACTION para que aparezca el valor del calor de reacción en los resultados:

9

8) Clic Next y ejecute la simulación (temperatura de flama adiabatica): Resultados

En una hoja de cálculo ALIMENTO Temperature F Pressure psi Vapor Frac

77 14,7 0,375

PRODUCTO 163,7 14,7 0,125

10

Mole Flow lbmol/hr Mass Flow lb/hr Volume Flow cuft/hr Enthalpy MMBtu/hr Mole Flow lbmol/hr

8 883,734 1198,731 -0,805

METHA-01 N-DOD-01

Economía de Procesos Optimización de Procesos

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883,734 359,683 -0,805

1 2 0 5

CARBO-01 HYDRO-01

Automatización y control

6

0 0 1 5

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10.2

Reactor de Flujo en Pistón (PFR)

Problema Ejemplo - Pirolisis de Benceno Se trata de una reacción de pirolisis de benceno en un reactor de flujo en tapón. Dipfenil (C12H10) es un importante intermedio industrial. Un esquema de producción implica la deshidrogenación pirolítica de benceno (C6H6)[1]. Durante el proceso, también se forma el trifenilo (C18H14) por una reacción secundaria. Las reacciones son las siguientes:

Sustituyendo los IDs simbólicos H2

A = C6H6, B = C12H10, C = C18H14 and D =

Murhpy, Lamb y Watson presentaron algunos datos de laboratorio estimando estas reacciones originalmente conllevadas a cabo por Kassell [2] . En estos experimentos, el benceno líquido fue vaporizado, calentado hasta la temperatura de reacción y alimentado a un reactor de flujo en tapón (PFR). La corriente del producto es condensada y analizada para componentes diversos. Los resultados son tabulados en la Tabla 1.

Tabla 1 Datos de Laboratorio para P = 1 atm. Temperatura Flujo yA yB yC yD (°F) (lbmol/hr) 1400 0.0682 0.8410 0.0695 0.00680 0.0830 1265 0.0210 0.8280 0.0737 0.00812 0.0900 1265 0.0105 0.7040 0.1130 0.02297 0.1590 1265 0.0070 0.6220 0.13222 0.03815 0.2085 1265 0.0053 0.5650 0.1400 0.05190 0.2440 1265 0.0035 0.4990 0.1458 0.06910 0.2847 1265 0.0030 0.4280 0.1477 0.07400 0.2960 1265 0.0026 0.4700 0.1477 0.07810 0.3040

1

2

1265 1265

0.0007 0.0003

0.4430 0.4430

0.1476 0.08700 0.3220 0.1476 0.08700 0.3220

Datos adicionales A = C6H6

B = C12H10

C = C18H14

Dimensiones del Reactor Tubular: L = 37.5 in,

D = 0.5 in

Leyes de Velocidad

Constantes específicas de velocidad de reacción:

Constantes de equilibrio

Valores de los Parámetros:

D = H2

3

E1 = 30190 cal/mol E2 = 30190 cal/mol A’ = -19.76 B’ = -1692 C’ = 3.13 D’ = -1.63E-3 E’ = 1.96E-7 P = 14.69595 psi

A1 = 7.4652E6 lbmole/h/ft3/atm2 A2 = 8.6630E6 lbmole/h/ft3/atm2 A’’ = -28.74 B’’ = 742 C’’ = 4.32 D’’ = -3.15E-3 E’’ = 5.08E-7 R = 1.987 cal/mol/K

Ejercicio Siguiendo las instrucciones durante la sesión del laboratorio y el uso las hojas de cálculo para duplicar los datos presentados en la Tabla 1 para T = 1400 ° F y P = 1 atm. usando Aspen Plus. ¿Cuál la diferencia por ciento entre las fracciones molares experimentales y simuladas? [1] H.S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, 3rd ed., p.77-79, Prentice Hall, New Jersey, 1999. [2] G.B. Murphy, G.G. Lamb, and K.M. Watson, Trans. Am. Inst. Chem. Engrs., (34) 429, 1938.

Para simular el sistema en ASPEN usaremos el modelo RPLUG

1) Cramos el PFD

2) Ingresamos al Data Browser Y colocamos información inicial. Sistema de unidades SI

4

5

3) Ingresamos componentes

4) Modelo termodinámico: SYSOPO

6

5) Next

6) OK. Condiciones de la alimentación

7

9) Next. Tipo de Reactor

10)

Dimensiones del reactor

8

11)

Ingresamos al Fólder Reactions y subfolder Reactions

12. Clic en New. Aceptamos el ID predeterminado para el sistema de reacciones R-1 y seleccionamos Select Type POWERLAW

9

13)

OK. Definimos las reacciones. En ASAPEN, representaremos las dos reacciones reversibles como cuatro reacciones, cada una con su expresión cinética. Seleccionamos New para proceder a especificar las reacciones.

Primera reacción

Segunda reacción:

10

Tercera reacción:

Cuarta reacción

Ahora el sistema de reacciones debe aparecer como:

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11

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1

14) Ingresamos los datos cinéticos reacción 1

Reacción 2

Reacción 3

2

Reacción 4

15)

Next. Adicionamos el Set de reacciones al PFD

3

16)

Next. Mensaje de que la información está completa y proceder a la simulación. Antes de proceder a la simulación es recomendable guardar el trabajo: PFR-1

17)

Panel de Control que indica como se ha llevado a cabo la simulación y las carpetas con los reportes.

4

18)

Resultados. Resumen

5

Corrientes

19) Para ver los perfiles ingresamos a través del menú:

6

20) Next. Muestra los diferentes tipos de graficas.

Seleccionamos Composition y Next.

7

8

21) Si deseamos ver o imprimir los resultados

1

7.3 Expresión de Ley de Potencia para la velocidad

7.4 Comparación de diferentes tipos de Reactores

2

1

XI. SISTEMA DE BOMBEO 11.1 Bombas

No disponible

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1

11.2.

Compresor Isentrópico

Un compresor isentrópico es usado para comprimir 100 lbmol/hr de aire a 60 oF y 14.7 psia hasta una presión de 147 psia. Use ASPEN Plus para simular este sistrema. 1) PDF

2) Next.

3) Aceptar: Ingresar componentes (Aire)

4) Next. Modelo termodinámico

2

5) Next. Indicador de la información suministrada

6) OK. Información de la corriente de entrada

3

7) Next. Esopecificar corriente de salida

8) Next. Indicación de la compilación

9) Acepta. Información de la simulación.

10 ) Reporte: datos del compresor.

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4

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1

XII. EXAMINANDO RESULTADOS Y GENERANDO REPORTES Cargamos el ejemplo del CCl4, CH2Cl2, y CHCl3 (Ejemplo 1) Hacemos un análisis de residuales

Tenemos la figura:

y la tabla:

2

12.1 Generando reportes Ir a la barra de herramientas: View -> Input Sumary

3

View -> Input Sumary

Para Mayor Información contactarse con: Diseño de Plantas Qumicas

e-mail: [email protected]

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