HYSYS Tutorial 1

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TUTORIAL 1 Aspen HYSYS® Un simulador de procesos es un programa de computador utilizado para modelar el comportamiento de un proceso químico, bien sea en estado dinámico o estacionario, mediante la determinación de las presiones, temperaturas y velocidades de flujo. Aspen HYSYS® es un simulador de procesos de fuerte aplicación a nivel industrial, principalmente en las fases de diseño conceptual, control optimización y monitoreo de procesos.

1. COMPONENTES Iniciando el programa. Se inicia el programa Aspen HYSYS® V8.4 (o la versión que Inicio>Programas>AspenTech>Process Modelling > Aspen HYSYS. En el menú principal haga clic en “File”, “New”, “case” y se obtendrá la siguiente ventana:

se

tenga).

HYSYS V7:

HYSYS V8:

Añadiendo componentes Para ingresar los componentes para la simulación se irá a “Components Lists”, “Add”: HYSYS V7:

Transferencia de Calor.

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HYSYS V8:

Esta librería tiene dos conceptos: Components (Los que están en la base de datos del programa) e Hypothetical (Cuando se va a formular un componente nuevo). Para seleccionar componentes se ingresa el nombre o formula del componente en el buscador. El nombre de los componentes debe estar en inglés. Se seleccionarán de la librería los componentes Chloroform, Toluene, Ethanol, Water, Oxygen y Nitrogen. HYSYS V7

HYSYS V8

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Compuestos hipotéticos Un compuesto hipotético se puede utilizar para modelar compuestos no existentes en la base de datos de HYSYS, mezclas indefinidas o sólidos. En este caso se estimarán las propiedades físicas para un componente que no está en la base de datos del programa. Para ilustrar el procedimiento, se estimarán las propiedades físicas del componente 1, 1,2trimetilciclohexano (CAS 7094-26-0).

Estructura 1, 1,2-trimetilciclohexano Esta molécula consta de los siguientes grupos: Grupo -CH3 -CH2 -CH C

Número 3 4 1 1

Haga clic en la pestaña Hypothetical (Menú izquierda HYSYS V7 y Despegable select HYSYS V8). Para HYSYS V8 Seleccionar “Create and edit Hypos” y en name escribir 1, 1,2-trimetilciclohexano:

En el caso de HYSYS VV7, Quick create a Hypo Component:

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Primero se agregará la estructura de la molécula. En HYSYS V7 Seleccionar Structure Builder, En HYSYS V8 hacer doble clic en el nombre de la molécula, y en la nueva ventana seleccionar Structure Builder. En ambos casos se agregan el número de grupos anteriormente descritos. HYSYS V7:

HYSYS V8:

Cuando no se conozca la estructura del compuesto hipotético, el structure builder se deja en blanco. Seleccione la pestaña critical y coloque las propiedades que conozca del compuesto. Para terminar de rellenar las casillas, se utiliza la opción estimate unknown properties. Las propiedades físicas el 1, 1,2-trimetilciclohexano son:

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Propiedad Masa molecular Temperatura de ebullición @25ºC Densidad @25ºC Temperatura crítica Presión crítica Volumen crítico Factor acéntrico

Valor 126,242 145,2 ºC 0,7685 g/cm3 609,63 K 28,75bar 469,5 cm3/mol 0,267

Yaws, C. L. (2003). Yaws' Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of Chemical Compounds. Knovel.

HYSYS V7

HYSYS V8

Las pestañas Point, TDep, etc. Permiten agregar otra información al compuesto desconocido. El compuesto hipotético se adiciona a la lista de los otros componentes haciendo clic en ADD hypo (HYSYS V7) o ADD (HYSYS V8). IMPORTANTE: Al cerrar las nuevas ventanas, no se pierde la información añadida. HYSYS V7

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HYSYS V8

Paquete de fluido. HYSYS usa el concepto de Paquete de Fluido (Fluid Package) para contener toda la información necesaria para los cálculos físicos de las propiedades de componentes. Después de haber definido los componentes, el segundo paso para la simulación es definir el Fluid Package. Este paso es muy importante y no se debe tomar a la ligera, ya que definirá la base de la simulación. Si se tiene una buena base, se tendrá una buena simulación, pero si se introduce un error desde el principio, este se agravará con el desarrollo de la simulación. En HYSYS V7 En el Simulation Basis Manager (la primera ventana dónde se seleccionaron los componentes) seleccione la etiqueta Fluid Pkgs y luego se hace clic en el botón Add.

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En HYSYS V8 en el menú de la izquierda se selecciona Fluid Packages y se da clic en Add

En la guía que está como anexo a este tutorial, se presenta un diagrama para escoger el paquete termodinámico adecuado según las sustancias de trabajo. En este caso, se utilizará el modelo NRTL con modelo de gases RK. HYSYS V7:

HYSYS V8:

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En la pestaña Binary Coeffs se muestran los valores de los coeficientes binarios del modelo termodinámico escogido con los que cuenta HYSYS en su base de datos, Si se cuenta con otros valores de coeficientes binarios, en la pestaña Binary Coeffs estos pueden ser añadidos. En este caso, presione el botón Unknowns Only para estimar los coeficientes ausentes. HYSYS V7:

HYSYS V8:

Ahora que el Fluid Package está completamente definido, Se puede comenzar la simulación. En HYSYS V7 Presione el botón Enter Simulation Environment. En HYSYS V8 seleccione en el menú de la izquierda la opción simulación.

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HYSYS V7:

HYSYS V8:

IMPORTANTE: Si por algún motivo se quiere modificar un paquete termodinámico o agregar un componente, se puede volver al menú anterior haciendo clic en Properties para HYSYS V8 o en para HYSYS V7.

Guardar Archivo. Para guardar el archivo debe ir al menú File/ Save as y darle un nombre al archivo. En este caso HYSYS lo guarda con la extensión .hsc.

Definir unidades. El sistema de unidades predeterminado en HYSYS es el SI. Sin embargo, es posible cambiar el sistema de unidades usado. En HYSYS V7, En el menú Tools seleccione Preferences. Seleccione la etiqueta variables y vaya a Units.

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Se puede seleccionar el sistema de unidades que se desee. Para cambiar las unidades utilizadas se procede de la siguiente manera: En Session Preferences, regresar a la pestaña Simulation y seleccionar User Defined Unit Set

Se quiere que la unidad de presión sea atm. Se busca la celda Pressure. Luego se hace clic en kPa. Se abrirá la lista desplegable de las unidades disponibles en la Barra. Haciendo clic en atm, se selecciona la nueva unidad.

Finalmente, se hace clic en Save Preference Set y se vuelve al entorno de simulación. En el caso de HYSYS V8, en la barra de tareas se hace clic en Unit Sets. Si sólo se quiere cambiar la unidad de una propiedad, se selecciona en la parte inferior NewUser. Se busca la celda Pressure y se selecciona la unidad deseada.

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Finalmente, se oprime OK y retornamos al ambiente de simulación.

2. SIMULACIÓN Para construir una simulación en HYSYS se requiere: Adicionar corrientes de materia y energía Seleccionar unidades de proceso Adjuntar “utilites”

Corrientes de materia y energía En HYSYS hay 2 tipos de corrientes: Las corrientes de materia (flechas de color azul) tienen una composición y parámetros tales como Temperatura, Presión y flujo. Estas son usadas para representar corrientes de proceso. Las corrientes de energía (flechas de color rojo o morado) tienen sólo un parámetro que corresponde al flujo del calor. Estas son usadas para representar la carga calórica suministrada o generada por un equipo de proceso. Hay varias maneras de agregar corrientes en Aspen HYSYS. La más ilustrativa es hacer doble clic al icono de la flecha presente en la paleta de objetos. En este caso se agregará una corriente de materia. HYSYS V7:

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HYSYS V8:

El nombre de la corriente se cambia escribiendo un nombre nuevo en la caja Stream Name. Cambie el nombre de corriente por Etanol - Agua y se seleccione la opción Composition en el menú Worksheet.

Por defecto, HYSYS selecciona la base para definir las composiciones como fracción en masa. Pero esta opción se puede cambiar haciendo clic en la opción Basis, donde muestra la ventana siguiente:

Para este caso se selecciona Mass Flows y, se hace clic en edit y se digitan los siguientes datos: Componente Flujo másico, kg/h 2 Chloroform 0 Toluene 100 Ethanol 60 H2O 0 Oxygen 0 Nitrogen 0 1,1,2-trimetilciclohexano Transferencia de Calor.

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HYSYS V7

HYSYS V8

Otra manera de ingresar corrientes consiste en utilizar el “workbook”. Para abrir Workbook haga clic sobre el icono en la barra de herramientas para HYSYS V7 y HYSYS 7.0

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para HYSYS V8.

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HYSYS 8.0

Se ingresa el nombre de la nueva corriente (en este caso Aire) en la celda **New**, en composición se agrega la siguiente información: Componente Chloroform Toluene Ethanol H2O Oxygen Nitrogen 1,1,2-trimetilciclohexano

Composición molar 0 0 0 0 21% 79% 0

En flujo másico se coloca 100kg/h. IMPORTANTE: En HYSYS V8 para volver a la ventana principal, se hace clic en Flowsheet Main. También se pueden agregar una corriente presionando F11. Esta corriente se llamará tolueno. En este caso se busca que la proporción te cloroformo a tolueno sea 1:4 w/w. Se agregan estas mismas proporciones en fracciones másicas y posteriormente se da clic en Normalize.

Esta función evita realizar cálculos con sistemas más complejos. El flujo másico de esta corriente será de 50kg/h.

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Hasta este momento la ventana principal de HYSYS tiene 3 flechas de color azul claro. Este color significa que aún no están completamente definidas. Las corrientes de materia requieren para su completa definición de la especificación del flujo y de aquellas variables que permitan la estimación de todas sus propiedades físicas y termodinámicas. Se define el estado termodinámico de una corriente de materia al conocerse la composición de esta y otras dos propiedades, (fracción de vapor, temperatura, presión, entalpía o entropía) una de las cuales debe ser o la temperatura o la presión. Si además de la composición de una corriente de materia, se especifica una fracción de vapor de 1.0 y su temperatura, Hysys calculará la presión del punto de rocío. En forma similar, si en vez de especificar la temperatura se especifica la presión, Hysys calculará la temperatura del punto de rocío de la mezcla. Igualmente, una especificación de una fracción de vapor de 0.0 para una corriente define un cálculo de punto de burbuja. Si además se especifica la temperatura o la presión, Hysys calculara la variable desconocida presión o temperatura. Abriendo de nuevo “workbook” y colocando en la corriente Etanol-Agua una fracción de vapor de 1 y una presión de 1atm, automáticamente HYSYS dará todas las propiedades de la corriente, y la flecha cambiará de color. HYSYS V7

HYSYS V8

El aire se encontrará a condiciones normales (25ºC y 1atm) y el tolueno tendrá una fracción de vapor del 50% a presión atmosférica.

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Ejercicio: El aceite THERMINOL® 59 es un fluido de calentamiento industrial utilizado en un amplio rango de temperaturas. Las propiedades dadas por el vendedor son: http://www.therminol.com/products/Therminol-59 ¿Cuál es su punto de ebullición en Bogotá? Si se hace una mezcla con 5% w/w decano, ¿cuál sería su nuevo punto de ebullición a condiciones normales?

Enviar la respuesta y el archivo .hsc hasta el 10 mayo de 2015 23:59. Seleccione el paquete termodinámico a utilizar según el anexo.

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