DEslltlluLAcloN cuRsoBÁ$rco
lnstructor:lng. José Luis AguilarSalazar E-maiI:
[email protected] Telf.:75064075 & 7217A170
' aspefl''
Curso Básicode Simulaciónde Procesoscon Aspen
ADMtNtsrRADon eÁstco DELAstMULAclón¡ OBJETIVOS de un procesoquímicoen AspenHYSYS. determinación de propiedades de componentes. BASEs PARAUNAstMULAclóru I
I
t_ I I
I I
II
t_ I
PaqueteFluido Aspen HYSYSutilizael conceptode paquetefluidoso "FluidPackages"como el contenidode toda la información necesariaparadesarrollar cálculosOepropiedades y físicas evaporaciones espontáneas de corrientes. El paquetefluidopermitedefinir toda la informaciÓn(propiedades,componentes,componentes hipotéticos, parámetrosde interacción, reacciones, datostabulados,etc) dentrode un archivo rnuysencilfo.Sontreslas ventajasde esto,que son:
I
II
Toda la informaciónasociadase defineen un solo lugar,lo que permite la fácil creacióny modificaciónde la información. Los paquetes fluidos pueden almacenarsecomo un archivo con extensión "fpk" para usarlosen cualquiersimulación.
embargo,todoslos paquetesdefinidosse encuentran dentrodel administrador básicode la simulación. Administradordel PaqueteBásicode la simulación El "Administrador Básicode la Simulación" o "simulationBasisManager"es una ventanaque permitecreary manipularcada paquetefluidoen la simulación.para desplegaresta ventana,abra un nuevocaso,haciendoclic en el botón"New Case" de la barraestándarde AspenHYSYS.Observeen la Figura1 que, por defecto,el "Administrador Básicode la Simulación" se despliegacon la pestaña"Components" activa. En el "Administrador Básicode la Simulación", el grupo"ComponentLists"contiene "view", "Add", "Delete", "Copy", "lmport", "Export"y "Refresh,' los botones con los cuales se observan,añaden,borran,copian,importan,exportany refrescanlos componentes incluidosen el paquetefluido.Acerqueel punterodel Mousea cada uno de estos botonesy observela anotaciónque apareceen la barra de estado. "FfuidPkgs","Hypotheticafs", "O¡l Debajose observanfas pestañas"Components", "Reactions", "Component "UserProperty". Manager", Maps"y En cada una de las ventanascorrespondientes a las anteriorespestañasse agreganlos componentes, las ecuacionesy las reaccionesquímicasque intervienen en el procesoquímicoa simularconel paquetefluidoconstruido. lng. José LuisAguilar Salazar
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Definicióndel PaqueteBásicode la Simulación el botón"NewCase"localizado 1. Abra un nuevocasoseleccionando en el extremo izquierdode la barra estándar.Se desplegarála ventana"simulationBasis Manager"comose observaen la Figura1.
Cornpment Lists
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9:* _
Add -
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I
__qr* J -.js--i lmpor.. i
_Jry_J
- *E{""-l Co¡¡ponent¡
Maps I UserProperly
i::*Etielg--''gsnn:.Errft üeti;;.-:il Figura1. Administrador del PaqueteBásicode la Simulación
2. Haga clic sobre la pestaña"FluidPkgs"paradesplegarla ventanaque permitela creación o instafacióndel paquetefluido a utilizaren la simulacióny que se observaen la Figura2.
Figura2. Ventanaparala creacióno instalación del paquetefluido Esta ventanacontienelos grupos"CurrentFluid Packages"y "Flowsheet-Fluid Pkg Associations". Se pueden usar varios paquetesfluidos dentro de una asignándolos simulación, a diferentes diagramas de flujoy enlazándolos. El botón "lmport"permitela importación paquete predefinido de un y que haya sido fluido almacenadoen el disco duro del computador.Los paquetesfluidostienen la extensión"fpk". 3. Hagaclicsobreel botón"Add"paracrearun nuevopaquetefluidoen la ventana lng. José Luis Aguilar Salazar
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despfegadacon ef nombre de "Fluid Package: Basis-1"y que se observa en la Figura3. Por defecto,se despliegaactivala pestaña"Set Up".
Figura3. Ventanaparala definición del paquetefluido 4. Seleccione la ecuaciónde Peng-Robinson ya sea buscándola directamente en el
grupo"PropertyPackageSelection" o haciendopreviamente un clicsobreel radio que permitela selecciónde solo ecuacionesde estadoo "EOSs"que se botón encuentra en el grupofiltroo "PropertyPackageFilter".
5. En el cuadrolocalizado en la parteinferiorcon el título"Name"Cambíeel nombre
"Plantade Gas".Observela Figura pordefecto"Basis-1" e introduzca 4.
Figura4. Ecuacióny nombredel paquetefluido 6 . Haga clic sobre el botón "View"para añadir los componentesincluidosen el
paquetefluido.
7 . Seleccione los componentes de la libreríaN2, H2S, COz,C1, C2, C3, ¡-C4,n-C4,
i-Cs,n-CS,C6 y HzO.La selecciónse puedehacerya sea digitandolos nombres
lng.José LuisAguilarSalazar
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el compuestode la listao haciendouso del sobreel cuadro"Match",resaftando la adiciónal grupo"SelectedComponents" filtroy a continuación se haceya sea "Enter" .Add presionando la tecla Pure"o haciendodobleclic sobreel o el botón componentea seleccionar.Observela selecciónde los componentesen la ListView"de la Figura5. ventana"Component
Add Coqorcnt - Canponcnts T¡adbml Hpothctical 0thcr
S#ed
Conponents
Eo¡nporpr{sAvd¿bte h the Cormonat t¡tr¿y
Nibogen H25
üatch
co2
Methane €thanc ,Proprrc riSr¡tar nBr¡tar¡ iPcntxr rPs{aa ¡rHcs¡na
_ |
(Brp!) ( ernpty)
Unknown HeatFlow
Figura4. Ventanade propiedades de unacorriente de energía 3. En ef cuadro"StreamName"cambieel nombrede la corrientea "QHeat"e el valorde -10000kJ/hen el cuadro"HeatFlow(kJ/h)".Observela introduzca bandaverdeque indicaque la corriente estácompletamente especificada.
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lng. José LuisAguilar Salazar
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PROPIEDADES DE CORRIENTES DE MATERIA OBJETIVOS
INTRODUCCIÓN AspenHYSYSdisponede la opción"Utilities", QUees un conjuntode herramientas que interactúan con una corrientede materiasuministrando información adicional parasu análisis, presión-volumen-temperatura comolos diagramas y otros.Después de instalada,la información anexadase convierteen partedel diagrarnade flujode tal maneraque cuandocambianlas condiciones de la corriente,autornáticamente calculalosotroscambiosen las condiciones afectadas. Los diagramaslíquido-vapordisponiblespara una corrientede composición desconocida son:Presión-Temperatura, Presión-Vofumen, Presión-Entalpía, PresiónEntropía,Temperatura-Volumen, Temperatura-Entalpía y Temperatura-Entropía. Algunasotrasfacilidades incluidasdentrode la opción"Utilities" son las propiedades críticas,el diámetroo caídade presiónen tuberías,tablasde propiedades, etc. DIAGRAMAS DE PROPIEDADES DE UNACORRIENTE Paraanexarun diagramade propiedades a unacorriente: 1. Instaleun nuevocaso importando el paquetefluido"Plantade Gas"definido en la Práctica1. 2. Instaleunacorriente de materiaconel nombrede "Gas",10 oC,7500kPa,100 kgmol/hy composición especificada comolo muestrala Figura1. "Attachments" 3. Haga clic sobre la pestaña y luegohaga ctic sobre la página "Utilities". 4. Dentrode la ventanadesplegada, presioneel botón"Create"paraaccedera la ventana"Available quese observaen la Figura2. Utilities" 5. Seleccione la opción"Envelope" y entoncespresioneel botón"AddUtility".Se despfegará la ventanade título"Envelope:EnvefopeUtility-1"que se observa en la Figura3. La página"Connections" de la pestañadel mismo nombre, muestralos valoresmáximos(Cricondenbárico y Crícondentérmico) y críticos "Gas". de presióny temperatura parala envolvente de la corriente 6. Hagaclic en la pestaña"Performance" y luegoclic en la página"Plots"para observarel diagramapresión-temperatura que aparecepor defecto,comose observa en la Figura 4. Compare los valores máximos y críticos de y presiónde la Figura3 con losdeterminados temperatura en el gráficoPT.
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Worksheet Conditions
H25
Propelties
Methane Ethane Propane i-Eutane n-Butane i-Pantane n-Pentane n-Hexane H20 C7+"
| I
4.92370ü 0.00480ú 0.s80000 0.132000
i I I I I I
o.ooeboo 0.003600 0.002100 o.úüo3oo o.Dooooo , o.oooüoo
co2
Eomposition K V¿lue UserVailables Notes CostParameters
t
r-"T/T#g't
l
{ l I Total11'00000
Es¡t..j _Igl.e"15al
Basis.. i
l + + Figura1. Composición de la corr¡ente de materia"Gas" Define from0ther Sheam..
C02 Solids ColdProperties EriticalProperty Depressuring Dynamic Depressuring Envelope HydrateFormation PipeSizins PropergTable UserProperg
AddUtility
"Gas" parala corriente Figura2. Ut¡l¡dades disponibles 7 . Paraincluirla curvade calidad0.4,digiteeste valoren el cuadro"Quality1"
del grupo"Curves"que se encuentra en la partesuperiorderecha. 8. Paraobservar|osdatosnuméricosde presión-temperatura, hagaclic sobrela página"Table".Observeen la Figura5, en el cuadro"TableType"que los datosque aparecentabuladoscorresponden a la seccióndel puntode burbuja de la corriente"Gas". el cuadro"TableType"y seleccionelas opcionesque le permitan 9. Despliegue observarlos datos numéricosde presióny temperaturapara el punto de "Gas". burbujay la gráficade calidadconstante de la corriente
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Ing. José LuisAguilar Salazar
CursoBásicode Simulaciónde Procesoscon AspenHysys
Figura3. ValoresMáximosy Críticosde temperatura y presiónde la corriente"Gas"
Enyelope Type ñPT '"TV r:' W i-" TH f-' PH ':. TS f-. PS
Figura4. DiagramaPresión-Temperatura de la corriente"Gas" 10.Seleccionenuevamentela opción"Plots"y en el grupo "EnvelopeType" seleccione el radiobotónP-Hparadesplegar el diagramapresión-entalpía de la corriente. 11.En el cuadro"lsotherrn 1" del grupo"Curves"digiteel valor-14"C paraincluir una líneaisotermade dichatemperatura, comose observaen la Figura6 12.Paraeditarel gráfico,presioneel botónderechodel Mousey seleccionela opción"GraphControl"del menú contextualdesplegado.Se desplegarála ventanaque le permitehacercambiosque modifiquenla presentación del gráficocomolos observados en la Fi$ura6. lng.José LuisAguilarSalazar
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CursoBásicode Simulaciónde Procesoscon
l3.Observe fos gráficospresión- volumen,presión- entropía,temperatura- entropíadisponiblesen el - entalpíay temperatura volumen,temperatura "Envelope grupo Type".
Tabular Data TableType f BubbbPt_-*
-¡
ll [rn3ikErnolellkj/ksmole] [kJ/ksmole.Cl -150.6 3.889e-002 I -9.866e+004 77.80-9.843e+004 -146.7 3.926e-002 79.61 , -9.819e+004 81.48 -142.6 3.967e-002 -e.7e3e+oo4 s3.40 t tt., E@X -9.756e+004 85.37 -133.8 4.064e-002' -9.736e+004 -129.0 4.120e-002 87.39 -9.705e+004 -124.0 4.184e-002 89.47 : -9.672e+004 -118.7 4.256e002 -113.3 4.337e-002-9.637e+004 añ1
-
¡
¡¡a
ira¡
ññññ
91.60. 93,77 v
Á^a
ñFñA
-.
"Gas" de Puntode burbujade la corr¡ente Figura5. Datosnuméricos
Cgrves
-T4fo|lsomermTf
2lJ llsotherm 3l llsotherm
T----_i
-l!a-*l EnyelopeType i-' PT f-' TV
aw
r-'TH
r-;fflir Ts r-' PS Design Pe¡formance
"Gas" de la corriente Presión- Entalpía Figura6. Diagrama CRÍTICASDE UNACORRIENTE PROPIEDADES de una mezclason estimadaspor Aspen críticasy seudocríticas Las propiedades "Critical HYSYSde acuerdoa la ecuaciónelegidaen el paquetefluido.La opción "Utilities"facilitadicha informaciónpara la corriente Property"de la herramienta seleccionada.
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lng.José LuisAguilarSalazar
curso Básicode simulaciónde proceso-scon AspenHysys
1. Haga dobfe clic sobre la coníente "Gas" que aparece en ef PFD para desplegarsu ventanade propiedades.
2. Repitalos pasos3 y 4 del incisoanterior(3). 3. En la ventana"AvailableUtilities", seleccionela opción"CriticalProperty"y "Add presioneel botón Utility".Se desplegará la ventanaque apareceen la Figura7 y que despliegalas propiedadescríticasy seudocríticas de la corriente"Gas".
Name lCriticatProperties-1 Sheam Gas
TrueTc [f] Fseudo Tc [C] TruePc [kPa] FseudoPc[kPa] TrueVc [rn3/kgmole] Fseudo Vc [m3/kgrnole] T¡ueZc Fceudo Zc
SelectSbeam...
--2.06 -38.84 8980 4747 9.369e-002 0.1189 0.3876 0.2873
De*ign Dynamics Delete
I
r Le.te'eil
Figura7. Propiedades críticasde la corriente"Gas" TABLADE PROPIEDADES DE UNACORRIENTE
"PropertyTable"permite La herramienta examinarlas tendenciasde una propiedad, dentrode un intervalode condiciones, tanto en forma tabularcomo gráfica.Esta facilidadcalculavariablesdependientes para un intervaloo conjuntodá valoresde variabfeindependiente especificada. "Gas"desde UnaTablade Propiedades se añadiráala corriente el menú"Tools"con procedimiento: el siguiente 1 . Utilicela teclaclave paraabrirla ventanaAvailableUtilities. 2. Sefeccionefa opcíón"PropertyTable"y presioneel botón "Add Utility".Se desplegaráuna ventanacomo la que muestrala Figura8. El botón "-Select Stream"permiteseleccionar la corrientea la que se le va a anexarla tablade propiedades. En nuestrocasose omite,porquesolose tieneunacorrienteque apareceseleccionada. 3 . Seleccione la Temperatura comola primeraVariableindependiente. 4. Cambieel límiteinferiorY superiora 0 y 100 o C respectivañente. En el lng. José LuisAguilar Salazar
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CursoBásicode Simulaciónde Procesoscon AspenHysys
5. 6. 7. I. 9.
cuadro"# of increments" digiteel numero4. la Presión Seleccione comola segundaVariableindependiente. Cambieal modo"State". En la matriz"StateValues"introduzcalos valores2500,5000,7500 y 9000 kPa. Hagaclicen la página"Dep.Prop"de la pestaña"Design". Es posibleescoger var¡aspropiedades dependientes. Además,puedenser propiedades globales de fasesdiferentes. o propiedades Presioneel botón 'Add" para desplegarla ventana"VariableNavigator". ObserveFigura9.
Derign
rlane
lFrcper:yTable-l
Cur¡rruuliuru
Salect Slre¡m
Dep.Prop Notcs
Ingependent Vadabl=s -ern¡eratr:'e
I
W
lUpp*'Bcund I lJ itt rf ln"r"rnertc
reHe *l
Incrernenbl
lv^liá''h t***f luoae I
*-F;
"*-,,. stete
t 00.0l 4
:E00 5000 7F00 9000
- : i
r lil*s{
Figura8. Ventanaparala construcc¡ón de unaTablade Propiedades
Variable
CompKValue- Mixec * Comp KValue-Light CompKValue-Heav MolarVolume ActualVolume Flow ActualGasFlow Specificfiravity ActualLiquidFlow LiqVolFlow@StdCc StdGasFlow Moleculat Std ldealLiqMassDr MolarDensig " Averaoe Liouid D ensi
All/Sinsle f¡' SinEle i* All
loncel I Kl l -o
DescriPtionlMassDeneitl
F i g u r a9 . Navegador de variables 10.Selecc¡onela opción"Mass Density" a partirde la listadel grupo"Variable" y "OK". pres¡oneel botón 24
lng. José LuisAguilar Salazar
de Procesoscon AspenHysys CursoBásicode Simulación
y presioneel botón"OK". ll.Sefeccionefa opción"ThermalConductivity" "Calculate" paracalcularlas propiedades densidadmásicay l2.Presioneel botón conductividadtérmica a presionesde 2500, 5000, 7500 y 9000 kPa de 0,25,50,75y 100'C. temperaturas constantes manteniendo paradesplegarla ventana,Figura10, 13.Hagaclic en la pestaña"Performance" paravisualizarlos losdatoscalculados tabulados dondese puedenseleccionar numéricamente o gráficamente.
YVatiable
Pe¡formance
CttIves 1st Independent Vadable
Tabfe
ry
Plots
!!Variable 2nd IndependentVariable
t-
D"r¡g" P*rfor-.n""
[- lgnoted
Figura10. Tabla de propiedades "Table" para desplegar los datos calculados en 14.Haga clic sobre fa página forma numéricay tabular.ObserveFigura11. Parlaame
i
f rbla
l
ñc¡¡u¿
Ternp€ratue -
.
f
f
i
Plot¡
ofrm oüm 2s.m 25m 25.00 25.00 50.00 50.00 50.00 50@ 75.@ 75.00 /3.W ZIDJ
1m,0 1m.0 1m.0 1m.0
0¿sbl
5m0 7Cr0 9m0 2$0 5m0 7500 sm0 2500 5000 7500 9000 2500 5000 7$0 9@0 2m0 5m0 7f¡0 9m0
Ma¡:Derriy
-
L-V L.V L-V t-v
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ThamalCondrüvly
¡.6101 '13t.1.t8' I 82075 25.43S n.úo7 99.f|30 128.138 22.8188 +9.9?05 81.¡[179 1üZn' 2f,7594 41.2881 m.3865 8ZfI388 19.f842
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Perlom¡nc¿ I Oyn¡mic¡I
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Figura11. Densidady Conductividad térmicade la corrienG"Gar" lng.JoséLuisAguilarSalazar
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CursoBásicode Simulaciónde Procesoscon AspenHysys
15.Haga cfic en la página"Plots",seleccionela propiedad"Mass Density"y presioneel botón"ViewPlot"que se encuentraa la derecha.Las gráficasde fos cálculosrealizados se observanen la Figura12.
gf,
E g' 5 a g {t
o q,
u, {E
E
50uü
ri0fju
Pressure (kPa) Ccnrlecec I
Y
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Figura12.Gráficasde densidadversusPresiónparala corriente"Gas" l6.Cierre la gráficaanterior,seleccionela propiedad"ThermalConductivity" y presioneel botón "View Plot". Las gráficasde los cálculosrealizadosse observanen la Figura13. DE TUBERíADE CORRIENTE DIMENSIONAMIENTO "Utilities"se encuentrauna opcióndenominada"Pipe Dentrode la herramienta Sizing"que estima el Régimende Flujo de una corrientea las condiciones Se calculael diámetromáximoconociendola caída de presiónpor especificadas. propiedadesde flujo como unidad de longitudy viceversay, adicionalmente, factorde fricción,viscosidad, velocidad, etc. paraabrirla ventanaAvailableUtilities. 1. Utilicela teclaclave "Pipe 2. Seleccionela opción Sizing"y presioneel botón "Add Ut¡lity".Se desplegará una ventanacomola que muestrala Figura14. El botón"Select Stream"permiteseleccionar la corrientea la que se le va a anexarla tablade propiedades. En nuestrocasose omite,porquesolose tieneuna corrienteque apareceseleccionada. 3. En el cuadro"Pressure Drop(kPa/m)"digiteel valor10. Observeque Aspen
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lng. José Luis Aguilar Salazar
curso Básicode simulaciónde procesoscon AspenHysys
HYSYS ha calcufadoel diámetro máximo catálogo 40, seleccionadosen los cuadros"CalculationType" y "Schedufe". b
\¿ tr \ I
.= .= c, E
o (J
E E {l)
*ilt
;fijl 2000
Pressure(kPa) r;---:-=_:-'__
I LcrFrc?€5.
a
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Figura13.Conductividad TérmicaversusPresiónparala corrient""CáLY
bam= lPice5 zina-1 Sheam,Gas '
Eelect Shean... I I
5i3hglnput Calcdation Type Schedule PireInside Dianeter [mn]
F¡la+. Diarn=ter
faress,¡reDro: [lJ1oÍnl
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Figura14. Dimensionamiento de unatubería
lng. José LuisAguilar Salazar
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-
CursoBásicode Simulaciónde Procesoscon AspenHysys
y obserueel cálculodel Régimende 4. Haga cfic en la pestaña"Performance" "Gas" que (Estratificado) especificadas a las condiciones de la corriente Ftujo incluye propiedadesde transporte(fases, viscosidad,densidad,flujo y de Reynolds adicionales del régimende flujo(Núrnero densidad)y parámetros y factorde fricción).Observela Figura15. Perfo¡m¡nce flc+ult¡
Vaporn-Liqr-rd FloruHegirne: Str*ified Flor,t,
5tr=anHrcpertres ñrose \4scosty Fovra:e VelociU Dersit"
2?1? k¡/h 9466mh i 16.4LsJm3
Liquid 5.i83e.0ü cP 38.14
