CURSO BASICO DE SIMULACION DE PROCESOS CON ASPEN HYSYS.pdf

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

CursoBásicode Simulaciónde Procesoscon AspenHysys

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

i

9:* _

Add -

t

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

CursoBásicode Simulaciónde Procesoscon

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

CursoBásicode Simulaciónde Procesoscon AspenHysys

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.

18

lng. José LuisAguilar Salazar

CursoBásicode Simulaciónde Procesoscon AspenHys

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.

lng. José LuisAguilar Salazar

19

Curso Básicode Simulaciónde Procesoscon AspenHysys

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

20

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

21

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.

22

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

23

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

v V

v

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

40.üru 6Z6Un 76.¡94

3.ffnSoOCZ 3.{fIXBa@

3.sl15em2 1.36&l7cü¡2 3.fi85aüI2 3.E4gz?wz {-üIB6e{f12 LITilcF,¡@. 3.69726a002 3.9316-7e.0fP 1.21781a.{D2 1.10S66oüE 1.03587e-{I2 1.24562ct12 1.185'11e{m 1.M163e0f12

Perlom¡nc¿ I Oyn¡mic¡I

--ss:--l

____-J

I

f ::rrirtr

brucd

r.

|

Figura11. Densidady Conductividad térmicade la corrienG"Gar" lng.JoséLuisAguilarSalazar

25

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

'r¡lw

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

26

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

¡

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

Delete I

I

lgncred

Figura14. Dimensionamiento de unatubería

lng. José LuisAguilar Salazar

27

-

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