manual chemcad español

Guía de Introducción a la simulación de procesos en CHEMCAD 5.3.4 (estado estacionario) Ejemplo 10. Sección 13-86. Perry, Manual del Ingeniero Químico

2 10

2 1

reflujo

9

3

4

5 6 1

8 Steam

Stream No. Name - - Over all - Temp F Pres psia Vapor mole fr action *** Dry Ba sis *** - - Over all - Degree API Std liq BPSD

7

1 Petról eo Cru

4 C orte 1

5 C orte 2

6 C orte 3

8 C orte 4

63 7.0002 3 0.0000 0.6091

24 9.7055 2 6.4897 0.0000

32 3.0812 2 7.2138 0.0000

36 8.4691 2 8.0828 0.0000

45 0.0220 2 9.0966 0.0000

2 7.7214 3460 2.8604

5 7.7331 302 0.1253

4 2.4220 148 4.7939

3 9.0659 483 4.4538

3 4.6691 200 9.1169

Roberto Guillén P. ( [email protected]) Representaciones Caesar C.A.

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Objetivos Familiarizar al ingeniero en la metodología de simulación de procesos y operaciones gas/líquido usando CHEMCAD como simulador de procesos estacionarios.

Contenido -Introducción a CHEMCAD -Filosofía de un Simulador de Procesos -Método de Simulación secuencial-modular -Selección del Método Termodinámico -Especificación de las Operaciones Unitarias Ejemplo 1 en CHEMCAD: Planta de estabilizadora de gases -Familiarización en el ambiente CHEMCAD -Manejo de las unidades de ingeniería en CHEMCAD - Base de datos - Consulta de datos - Gráfica de propiedades -Diagrama de fases - Listado de Componentes - Ensayos de Petróleo, base de datos de crudos - Limitaciones, Opciones del usuario - Sustancias definidas por el usuario - Termodinámica - Auto selección CHEMCAD 2

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) - Asistente - Uso de la ayuda CHEMCAD -

Recomendaciones generales

- Herramientas asistentes de ingeniería: - Dimensionamiento de Tuberías - Gráficos Termodinámicos, Opciones de Exportación, cálculos - Cambio de unidades de ingeniería - Paleta de Operaciones Unitarias, subpaletas - Uso de alimentaciones y descargas - Relación iconos y métodos de cálculos - Conexión de iconos - Numeración de corrientes y operaciones unitarias. Opciones - Diseño y Evaluación de Equipos: Criterios de Simulación - Grados de libertad, guía CHEMCAD -

Numeración de las etapas por CHEMCAD

-Análisis de sensibilidad - Reportes y Resultados - Formato, Opciones - Tabla de Propiedades - Exportación del diagrama de proceso a otras aplicaciones Ejemplo 2 CHEMCAD: Evaporación Instantánea con reciclo (3.1 Seider) - Modelos de cálculo de evaporación instantánea - Uso de controladores - Algoritmos de convergencia, tolerancia, número de iteraciones - Comparación de los métodos de convergencia: sustitución sucesiva, Método de Wegstein, DEM - Cambio de corriente de reciclo Ejemplo 3 CHEMCAD: Fraccionamiento de Crudo - Crudo especificado por el usuario

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) - Predicción de Propiedades de refinerías - Uso de la Unidad TOWERPLUS para equipos laterales al fraccionador - Convergencia de TOWERPLUS - Uso de la operación SREF: Predicción de propiedades de etapas, corrientes internas del fraccionador

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Introducción a CHEMCAD Historia CHEMCAD nace en 1984 cuando un profesor universitario formó un equipo para desarrollar un simulador de procesos para computadoras personales PC; motivado por la incomodidad de los simuladores de procesos existentes para le época que requerían el uso de computadoras de gran escala (mainframe). El Simulador fue vendido a la sección de softwares de McGraw Hill (COADE) y luego siguió siendo desarrollado y distribuido por Chemstations Inc. CHEMCAD ha venido evolucionando durante estos años para convertirse en un paquete de módulos que abarca cálculo y diseño de intercambiadores de calor (CC-THERM), simulación de destilaciones dinámicas (CC-DCOLUMN), simulación de reactores por lotes (CC-ReACS), simulación de destilaciones por lotes (CC-BATCH), simulación de redes de tuberías (CC-SAFETY NET). En los años más recientes se ha enfatizado en el desarrollo de interfases con otras aplicaciones para aumentar las facilidades del usuario y flexibilidad de cálculo. Por ejemplo CHEMCAD trabaja bidireccionalmente con Excel y sus tecnologías COM, DCOM y OPC le permite trabajar fácilmente con otras aplicaciones de ingeniería o administrativas, brindándole al usuario todas las herramientas para integrar el trabajo de la empresa, ser más eficiente y productivo en un ambiente mucho más competitivo. ¿En qué consiste CHEMCAD? CHEMCAD es utilizado para estudiar y calcular cargas de calores, requerimientos de energía, equilibrios químicos y de fases, el comportamiento de equipos complejos como torres multi-etapas, balances de masa, dimensionamiento de equipos, entre otros cálculos.

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Para realizar cálculos de equilibrio líquido-vapor CHEMCAD cuenta con más de 45 opciones termodinámicas que permiten modelar sistemas complejos y desviados de la idealidad como: petróleo, gas natural, químicos comunes, químicos desviados de la realidad (mezclas azeotrópicas), metanol, aminas, fluoruro de hidrógeno, etc.

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Filosofía del Simulador de Procesos Los diagramas de procesos son el lenguaje de los procesos químicos. Como una obra de arte describe un proceso existente o un proceso hipotético con suficientes detalles para describir las principales condiciones del proceso. La simulación, es la herramienta que el ingeniero químico utiliza para interpretar los diagramas de proceso, para localizar problemas operacionales y predecir el comportamiento de los procesos. El corazón del análisis es el modelo matemático, un conjunto de ecuaciones que relacionan variables del proceso, como temperatura, presión, flujo, composición de las corrientes con el área superficial, posición de las válvulas, configuración geométrica, etc. El simulador de procesos resuelve las variables desconocidas a partir de las conocidas o parámetros de diseños deseados. Hay muchos niveles de análisis. En orden ascendente de complejidad, se cuentan: balances de materia, balances de materia y energía, dimensionamiento de equipos, análisis de costos. Se agregan ecuaciones adicionales y los algoritmos de solución de ecuaciones se hacen cada vez más complicadas. Afortunadamente, la mayoría de los procesos químicos envuelven equipos de proceso convencionales como: intercambiadores de calor, bombas, columnas de destilación de absorción, etc. Para estas unidades de proceso, las ecuaciones no difieren entre los diferentes procesos químicos. Las propiedades de las sustancias, las constantes químicas sí cambian, pero no las ecuaciones. Por ende, preparar uno o más algoritmos de solución es posible para cada unidad de proceso para resolver los balances de materia y energía y para estimar costos y dimensiones de equipos. Una librería de subrutinas o modelos puede ser escritas en FORTRAN, MS C, MS Visual Basic para automatizar esos algoritmos de solución que constituyen el corazón del simulador de procesos.

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Los diagramas de procesos reales, son diferentes a los diagramas de simulación. La simulación representa un modelo matemático del proceso y rara vez coincide con la configuración gráfica del diagrama de proceso. Comúnmente se utilizan artificios de simulación para representar el modelo real, o para manipular variables y así obtener las respuestas que el usuario requiere.

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Método de Simulación en un simulador secuencial-modular: Los pasos a seguir para hacer simulaciones en simuladores secuencialmodular como CHEMCAD son muy parecidos a los que un ingeniero utiliza para hacer cálculos de ingeniería a mano o usando una calculadora sencilla; pero con la gran diferencia que los cálculos iterativos necesarios para hallar las soluciones métodos algorítmicos de operaciones unitarias o de balance de masa y energía son realizados rápidamente por el simulador. Lo que le permite al usuario ensayar otras posibilidades de diseño u operación en tiempo récord y con la garantía de incurrir en un menor número de errores humanos. En la Figura N°1, se puede observar un diagrama con los pasos mínimos necesarios para realizar simulaciones con un simulador secuencial-modular como CHEMCAD. Estos pasos incluyen: seleccionar las sustancias puras o definidas por el usuario, dibujar el diagrama de simulación, seleccionar un método termodinámico apropiado, introducir los datos de flujos de las corrientes de entrada, introducir los parámetros de diseño o evaluación de las operaciones unitarias o métodos de cálculo requeridos, hacer ajustes adicionales (usando controladores u otros artificios de simulación) y la parte más importante de la simulación: interpretar los resultados.

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Figura N° 1. Metodología para simular procesos en un simulador secuencialmodular De manera detalla se debe proceder de la siguiente forma: Seleccionar los componentes: Después de abrir y darle nombre al nuevo archivo de CHEMCAD, éste es el siguiente paso hacia la simulación. Al abrir el nuevo archivo CHEMCAD recibe al usuario con la paleta de operaciones unitarias. Para poder seleccionar los componentes, ésta debe ser cerrada presionando el botón (Simulation/Graphic) en la barra de herramientas o presionando la opción “Run Simulation” del menú principal. Para abrir la selección de Componentes se debe presionar el botón

o seleccionar la opción “Component List” del menú

“ThermoPhysical”. En el campo “Search for” se debe escribir la fórmula de la sustancia, su nombre en inglés (usando de manera opcional el botón 12

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

“Next” para sustancias con nombres compuestos) o su número de identificación en la base de datos de CHEMCAD. Una vez

identificada la sustancia, debe ser

agregada a la lista de sustancias de la simulación haciendo doble clic sobre la sustancia o presionando el botón

“Add”. Una vez completada la selección

de las sustancias a utilizar en la simulación se debe presionar el botón “OK” para hacer que CHEMCAD descargue la base de datos de las

sustancias puras

seleccionadas.Si se desea hacer una simulación utilizando pseudo-componentes basados en una curva de destilación de un crudo o la base de datos de crudos de CHEMCAD,

debe seleccionar la opción “Distilliation Curves” del menú

“ThermoPhysical” e indicar el número de las corrientes a caracterizar, los métodos a de modelaje deseados, los rangos y número de pseudo-componentes a utilizar, etc. Una vez cargadas las curvas de destilación y y otras propiedades y/o curvas, CHEMCAD generará los pseudo-componentes que imitarán el comportamiento y las propiedades de la corriente de petróleo o derivado que se simula. Para hacer el diagrama o modificarlo el modo de CHEMCAD debe encontrarse o ser cambiado a Gráficos. Para ello, se debe utilizar el botón (Simulation/Graphic). Luego de ser presionado aparecerá la paleta de operaciones unitarias. SI CHEMCAD ESTÁ EN EL MODO “Simulation”, EL USUARIO NO PODRÁ MODIFICAR EL DIAGRAMA DE SIMULACIÓN. Colocar

las

flechas

de

alimentación

imprescindibles son las flechas de alimentación de productos

y

productos:

Los

iconos

de color rojo y las flechas

de color púrpura. Todas las corrientes que no sean internas

del diagrama de proceso deben utilizar una de estas flechas en el diagrama de simulación de CHEMCAD. Agregar las operaciones unitarias al diagrama de simulación: El usuario debe navegar con el puntero del ratón sobre la paleta de

operaciones

unitarias y al encontrar la operación unitaria que desea agregar, debe presionar el 13

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

icono del equipo. Luego debe hacer un clic sobre el área de trabajo.

Este

procedimiento se repite hasta completar los equipos necesarios. Unir las operaciones unitarias con corrientes: Las flechas de alimentación, productos y todas las operaciones unitarias del diagrama debe ser conectadas por corrientes. Para ello se presiona en la paleta de operaciones unitarias el botón de corrientes

“Stream”. Luego en el área de trabajo se debe acercar el cursor del

ratón al extremo derecho de las flechas de alimentación y operaciones unitarias hasta que un botón

rojo se ilumine. Al iluminarse el botón rojo del equipo, se

debe presionar el botón del ratón y desplazar el cursor hacia la operación unitaria o flecha de productos en la que se desea que esta corriente descargue su flujo. Al

acercarse a la operación unitaria se encenderá un botón

azul del lado

izquierdo del equipo o flecha de producto y aparecerá el mensaje “IN-LET”. Esto indica que se debe presionar el botón del ratón para conectar la corriente al equipo. Este procedimiento se repito hasta que todas las fechas y equipos estén conectados. Pasar a modo de simulación: Al finalizar de construir el diagrama de Simulación, se debe pasar al modo de “Simulation” nuevamente para seguir con el proceso. Para ello, se debe presionar el botón

(“Simulation/Graphic”) en la

barra de herramientas o presionando la opción “Run Simulation” en el menú principal Seleccionar el método termodinámico:

La exactitud, confiabilidad y

reproducibilidad de los resultados de una simulación son extremadamente dependientes del modelo termodinámico utilizado en el cálculo. Una de las grandes ventajas de CHEMCAD es poder ensayar diferentes métodos termodinámicos para un mismo sistema y utilizar esta herramienta para interpretar los resultados y sus posibles variantes, dependiendo de los ensayos. Dependiendo de cada aplicación, CHEMCAD tiene un modelo que mejor se adapta al sistema o proceso del usuario. Con el uso constante de CHEMCAD, el 14

TuSoftware.com usuario

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

generalmente

desarrolla

una

predilección

hacia

los

modelos

termodinámicos que mejor se adaptan a los datos experimentales u observados en los procesos. Sin embargo, CHEMCAD ofrece una guía para seleccionar el método más apropiado; pero esto no excluye la responsabilidad del usuario de utilizar el más adecuado. Tomando en cuenta que los nuevos usuarios de CHEMCAD podría no estar familiarizados con la oferta de modelos disponibles en CHEMCAD, se presenta a continuación una pequeña guía de selección para brindar algunos criterios de selección para este proceso. En la tabla N°1 se presenta un resumen de los métodos termodinámicos disponibles en CHEMCAD, su uso y propiedades físicas necesarias. Para seleccionar un método termodinámico, CHEMCAD le ofrece un asistente que se activa la primera vez que se cargan las sustancias que intervienen en la simulación. Luego que se le indica al asistente los rangos de temperatura y presión que serán las condiciones de borde, el asistente o “Wizard” le ofrecerá una recomendación que Ud. podrá cambiar posteriormente. Para cambiar la recomendación del asistente se debe seleccionar la opción “K-values” del menú “Thermophysical” o presionando el botón Método valor-K

Tipo de Modelo

ACTX

Actividad

ADDK

Agregado por usuario

en la barra de herramientas. Aplicaciones

Datos Físicos

Típicas

requeridos

el Ajustados a modelo únicos,

conocidos

por el usuario Amine

Empírico

Remoción de gases ácidos (DEA, MEA)

API SRK

Ecuación de Estado Hidrocarburos

Tc, Pc, Ω, algunas veces kij

15

TuSoftware.com BWRS

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Ecuación de Estado Hidrocarburos livianos

Tc, Pc, Ω, algunas

(procesos veces kij

criogénicos) ESD

Ecuación de Estado Polímeros

y

químicos con ESSO

Hidrocarburos

Tb, K

pesados (asfaltos), recomendado para destilación al vacío Florry-Huggins

Actividad

GMAC(Chien-Null) Actividad

Polímeros Mezclas

Vi, K Polares,

Equilibrio LíquidoVapor,

Líquido-

Líquido-Vapor Grayson-Stread

Ecuación de Estado Hidrocarburos empírico

(procesos

Tc, Pc, Ω,δ de

refinación) Henry’s Law

Empírico

Gases livianos no Coeficientes de PV condensables.

de la ecuación

Sistemas ideales HRNM

Modified Actividad

Wilson

Sistemas

de Vi, coeficientes de

alcoholes,

PV de la ecuación,

Equilibrio Líquido- Coeficientes Vapor,

de

Líquido- Interacción binaria

Líquido-Vapor Ideal

Vapor Ideal

Coeficientes de la

Pressure

ecuación VP

K-table

Datos del usuario

Margules

Actividad

Pr, Ki .t.Temp. Mezclas

polares, Coeficientes de PV

Equilibrio Líquido- de la ecuación Vapor,

Líquido16

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Líquido-Vapor

Modified UNIFAC

Actividad

Mezclas

polares, Grupos

UNIFAC,

Equilibrio Líquido- Coeficientes Vapor,

de

Líquido- interacción binaria,

Líquido-Vapor

coeficientes de PV de la ecuación

MSRK

Ecuación de Estado Químicos

Tc, Pc, m, n

(modificación métdo

del

SRK para

considerar sustancias polares) NRTL

Actividad

Mezclas

polares, Coeficientes de PV

Equilibrio Líquido- de la ecuación y Vapor,

Líquido- parámetros

Líquido-Vapor Peng-Robinson

Ecuación de Estado Hidrocarburos químicos

de

interacción binaria y Tc, Pc, Ω, algunas no veces kij

polares Polinomial K

Datos del usuario

PPAQ

Datos del usuario

Pr, Ki.v.Temp. Sistemas de

acuosos Presión parcial v.

electrolitos. Temperatura

Operaciones líquido

de

y

gas- Concentración. Los NH3, archivos

Co2, HCl

de

los

sistemas NH3-H2O,

HCl-

H2O,

están

ya

cargados

en

CHEMCAD. PSRK Regular Solution

Ecuación de Estado Químicos

Tc, Pc, Ω, grupos

y Actividad

UNIFAC

Actividad

Hidrocarburos

Vi, δ 17

TuSoftware.com SAFT

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Ecuación de Estado Polímeros

Tc, Pc, Vs, SFs, DE/k, propiedades de los polímeros y algunas

veces

coeficientes

de

interacción binaria Sour Water

Empírico

Gases

ácidos

disueltos en agua (H2S, CO2, NH3) SRK

Ecuación de Estado Hidrocarburos

Tc, Pc, Ω, algunas veces kij

TEG Dehydration

Empírico

Remoción de agua de hidrocarburos

T.K. Wilson

Actividad

Mezclas

polares, Vi, coeficientes de

Equilibrio Líquido- PV de la ecuación, Vapor,

Líquido- coeficientes

Líquido-Vapor TSRK

Ecuación de Estado Gases

de

interacción binaria

livianos Tc, Pc, Ω, kij, cij

disueltos

en

metanol0 UNIFAC

Actividad

Mezclas

polares, Grupos

UNIFAC,

Equilibrio Líquido- coeficientes de PV Vapor,

Líquido- de la ecuación

Líquido-Vapor UNIFAC Polymers

Actividad

Polímeros

Vi,

Ci,

grupos

UNIFAC UNIQUAC

Actividad

Mezclas

polares, q, r, coeficientes de

Equilibrio Líquido- PV de la ecuación, Vapor,

Líquido- coeficientes

Líquido-Vapor UNIQUAC/

Actividad

Mezclas

de

interacción binaria

polares, q, r, coeficientes de 18

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

UNIFAC

Equilibrio Líquido- PV de la ecuación, Vapor,

UNIFAC LLE

Actividad

Líquido- coeficientes

de

Líquido-Vapor

interacción binaria

Equilibrio,

Grupos

Líquido-Líquido

coeficientes de PV

UNIFAC,

de la ecuación VAN LAAR

Actividad

Mezclas

polares, Coeficientes de VP

Equilibrio Líquido- de Vapor

la

ecuación,

coeficientes

de

interacción binaria WILSON

Actividad

Mezclas

polares, Vi, coeficientes de

Equilibrio Líquido- VP de la ecuación, Vapor

coeficientes

de

interacción binaria Tabla N°1. Modelos termodinámicos disponibles en CHEMCAD Leyenda: Tc = Temperatura crítica Pc= Presión crítica Vc= Volumen crítico Ω= Factor acéntrico q= Parámetro de superficie r= Parámetro de volumen δ= Parámetro de solubilidad K= Factor de Watson-Nelson Vi= Volumen molar del líquido m,n= Parámetros MSRK kij= Parámetros de Interacción Binaria para la ecuación de estado Tb= Punto de ebullición normal Cw= Tercer parámetro de para HRNM Wilson Pr= Presión de referencia

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

PV= Presión de vapor Vs= Volumen característico de SAFT SFs= Factor de forma de SAFT DE/k= Energía de distribución de SAFT Ci= Parámetro ajustable para UNIFAC de Polímeros

Especificar las Operaciones Unitarias en CHEMCAD: CHEMCAD cuenta con más de 40 operaciones unidades de cálculo que no sólo son motores de cálculo que representan operaciones unitarias reales, sino también otras operaciones unitarias ficticias que facilitan los procesos de cálculo del usuario. Generalmente las operaciones unitarias de CHEMCAD tienen más de un modo de cálculo para permitir realizar evaluaciones y diseños basados en diferentes

parámetros o

expectativas. Para especificar las operaciones unitarias, el usuario debe hacer doble clic sobre el icono de cada equipo; luego se desplegarán las pantallas en las que podrá navegar con la ayuda del ratón. Para introducir los datos en los campos de las operaciones unitarias, el usuario debe hacer un (01) clic sobre el espacio de la información a introducir. En la tabla N°2 se presentan las operaciones unitarias en CHEMCAD, con los datos a introducir según sus métodos de cálculo y resultados obtenidos para cada aplicación. Nombre Aplicaciones e Icono

y Topología

Modos de Operación y Datos a

Resultados

Introducir

mínima (número de corrientes a conectar)

20

TuSoftware.com COMP

Módulo

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) de 0: (Diseño) se especifica la presión* Calcula la potencia

compresión de corriente gaseosa proceso.

de salida deseada y la eficiencia. del equipo, Cp/Cv

una Modo de diseño. No acepta ser real y el ideal. parte de la incógnita de una red de de tuberías. Los nodos conectados deben cerrar o abrir la red.

1 Entrada, 1 1: (Evaluación) se especifica la Calcula la presión Salida.

potencia* y la eficiencia. No acepta de

salida,

Cp/Cv

ser parte de la incógnita de una red real y el ideal. de tuberías. Los nodos conectados deben cerrar o abrir la red. 2: (Diseño) se especifica el cociente Calcula la presión de la Presión de Salida/Presión de de

salida,

entrada. No acepta ser parte de la potencia,

la

Cp/Cv

incógnita de una red de tuberías. real y el ideal. Los nodos conectados deben cerrar o abrir la red. 3: (Evaluación): Se especifica la Calcula la eficiencia potencia observada* y la presión de del equipo

como

salida*. No acepta ser parte de la una fracción de “0” incógnita de una red de tuberías. a 1. Los nodos conectados deben cerrar o abrir la red.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

21

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 4: (Diseño) Se especifica la potencia Calcula el flujo de observada*, la presión de salida* y la

corriente

de

la eficiencia. Debe cambiarse el entrada. algoritmo AutoCalc

de ***

convergencia

a

o formar parte de una

red con nodos en el modo “Flow set by UnitOp”). 5: (Evaluación) Se especifica el Calcula el punto de número líneas de velocidades, las operación

del

velocidades, los datos de cada curva equipo: presión de (flujo volumétrico, cabezal de salida salida, o presión).

eficiencia,

Se puede utilizar sin potencia.

nodos conectados o formando parte de una red con nodos en el modo “Flow set by UnitOp). CONT

Artificio

de Controler Off: Desconecta todas sus Se desea liberar la

simulación para

ajustar

variables.

*

funciones, no realiza ningún ajuste 1

manipulación

de

variables y permitir el cálculo estándar.

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”. ***

Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria “nodo” y los controladores se obtienen soluciones más rápidamente y con mayor confiabilidad.

22

TuSoftware.com Entrada, Salida.

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 1 Feed-Forward: Copia una variable a La variable copiada un

equipo

o

corriente

de sujeta

a

posibles

alimentación a otro equipo u otra modificaciones corriente de alimentación

realizadas por un operador matemático

Feed-Backward:

Ajusta

una La

variable que según la simulación es ajustada

variable en

el

un dato de operación del equipo o equipo o corriente una variable de una corriente de de alimentación a alimentación

las expectativas del usuario

CSEP

Separador de 0:

se

especifica

Componentes remoción Es un equipo como tipo negra.

de

el

cada

grado

de Calcula

el

componente composiciones,

una fracción de “0” a 1. temperaturas

caja Puede ajustar las variables de presiones temperatura*

flujo

y presión* si

de

se corrientes

y las de

1 Entrada, 1 especifican para las corrientes “Top salida. Salida.

Stream” y “Bottom Stream”. 1:

se

especifica

remoción

de

el

cada

grado

de Calcula

el

flujo

componente composiciones,

como flujos molares. Puede ajustar temperaturas las variables de temperatura y presiones presión si se especifican para las corrientes

de

y las de

corrientes “Top Stream” y “Bottom salida. Stream”.

23

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 2: Opcionalmente se pueden ajustar Calcula

el

flujo

las variables de temperatura* y composiciones, presión* si se especifican para las temperaturas corrientes “Top Stream” y “Bottom presiones

y

de

las

corrientes de salida

Stream”.

(Requiere el uso de electrolitos acepta como

y

no

electrolitos especies

verdaderas). CVAL

Válvula Control.

de En el modo “Fix valve position, Calcula el flujo por adjust flow rate”, el equipo debe el ramal de la red.

1 Entrada, 1 formar parte de un ramal de una Salida.

red hidráulica y por ello,

estar

entre dos nodos en los que el flujo es la incógnita como se muestra en la imagen.

Se

deben

dimensiones

especificar de

la

válvula

las o

calcularlas previamente utilizando la herramienta de diseño del menú Sizing-Control/ Control Valve.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

24

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) En el modo “Fix Flow rate, adjust Calcula la abertura valve position”, el equipo debe estar de la válvula de conectado a equipos de proceso control,

copia

el

distintos a los nodos hidráulicos. Se flujo alimentado y debe especificar las dimensiones de la

presión

la válvula y presión de salida del especificada equipo. En

el

a

la

corriente de salida. modo

“Fix

Flow,valve Calcula la presión

position, calc Pout”, el equipo debe de salida, copia el estar

conectado

proceso

distintos

a

equipos a

los

de flujo alimentado y

nodos la presión calculada

hidráulicos. Se debe especificar las a la corriente de dimensiones de la válvula y la salida. abertura de la válvula como un porcentaje. DIVI

Divisor

de 0: Se especifica la separación como Calcula los flujos de una fracción de la unidad ( de “0” a las

corrientes (sin

calcular 1).

corrientes

de

salida.

el flujo en la 1: Se especifica el flujo molar de Calcula los flujos de red

de cada corriente

las

tuberías). Por

corrientes

de

salida.

lo menos 1 2: Se especifica el flujo de las Calcula los flujos de Entrada y 2 corrientes

de

salida.

Salidas.

el

algoritmo

cambiarse

Debe la

corriente

de

de entrada.

convergencia a AutoCalc***.

***

Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria “nodo” y los controladores se obtienen soluciones más rápidamente y con mayor confiabilidad.

25

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 3: Se especifica el flujo másico de Calcula los flujos de cada corriente de salida.

las

corrientes

de

salida.

4: Se especifican los flujos de las Calcula los flujos de corrientes de salida en unidades de las ingeniería

de

preferencia

corrientes

de

del salida.

usuario (volumen de líquidos y gases, flujo másico en diferentes unidades de masa y molar a las del perfil de la simulación. EREA

Reactor

de Se

especifican

el

número

de Calcula los flujos de

reacciones en reacciones en equilibrio, la caída de cada

componente

equilibrio.

1 presión *, el modo térmico de en la corriente de

Entrada,

1 cálculo, el tipo de reacciones (en salida,

Salida.

la

paralelo o en serie), la constante de temperatura equilibrio

y

coeficientes casos diferentes al

los

estequiométricos,

(en

el

calor

de de

operación

reacción* (si se desea especificar isotérmica

y

la

uno diferente al calculado por presión de salida. CHEMCAD). En la pestaña “More Specifications”, se deben introducir el

número

equilibrio, equilibrio,

de su los

reacciones

en

constante

de

coeficientes

estequiométricos.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”

26

TuSoftware.com EXPN

Módulo

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) de 0: Se especifica la presión de salida Calcula la potencia

Expansión. 1 deseada* y la eficiencia. Modo de del equipo, Cp/Cv Entrada, Salida.

1 diseño. No acepta ser parte de la real y el ideal. incógnita de una red de tuberías. Los nodos conectados deben cerrar o abrir la red. 1: Se especifica la potencia* y la Calcula la presión eficiencia. No acepta ser parte de la de

salida,

Cp/Cv

incógnita de una red de tuberías. real y el ideal. Los nodos conectados deben cerrar o abrir la red. 2: Se especifica el cociente de la Calcula la presión Presión

de

Salida/Presión

de de

salida,

entrada. No acepta ser parte de la potencia,

la

Cp/Cv

incógnita de una red de tuberías. real y el ideal. Los nodos conectados deben cerrar o abrir la red. 3:

Se

especifica

la

potencia Calcula la eficiencia

observada* y la presión de salida*. del equipo

como

No acepta ser parte de la incógnita una fracción de “0” de una red de tuberías. Los nodos a 1. conectados deben cerrar o abrir la red.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

27

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 4:

Se

especifica

la

potencia Calcula el flujo de

observada*, la presión de salida* y la

corriente

de

la eficiencia. Debe cambiarse el entrada. algoritmo AutoCalc

de ***

convergencia

a

o formar parte de una

red con nodos en el modo “Flow set by UnitOp). EXTR

Extractor

Se introducen el número de etapas Calcula los flujos de

Líquido-

ideales, la presión en el tope de la la corriente liviana

Líquido

columna*, la caída de presión*, el y la pesada, las

contínuo.

2 número de la etapa ideal en la que presiones

Entradas,

2 se alimenta cada

Salidas.

y

corriente de temperaturas

entrada. Se debe seleccionar un método termodinámico capaz de

predecir

el

equilibrio

líquido-líquido. FIRE

Horno

Se introduce obligatoriamente la Calcula

el

calentado por Temperatura de salida* y la caída absorbido combustión de

gases.

Entrada, Salida.

calor y

de presión*. Opcionalmente, se consumo

el de

1 puede introducir el valor calorífico combustible. 1 del combustible y su flujo, así como Opcionalmente, la eficiencia térmica general.

con el uso de un controlador que fije el

consumo

de

combustible como

***

Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria “nodo” y los controladores se obtienen soluciones más rápidamente y con mayor confiabilidad. *

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

28

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) una función de la eficiencia, se puede calcular eficiencia

la térmica

indirectamente. FLAS

Separación

0:

instantánea

especificación

de

se

1 temperatura

fases.

Entrada,

No

hace (Se y

2 alimentación

Salidas. Para separación

ninguna Calcula el flujo de utiliza

presión

para

la cada una de las

de

la corrientes

calcular

la condición

instantánea).

separaciones

de

y

Para termodinámica

simular

simular

separaciones

líquido-líquido se requiere utilizar temperatura

de gas-liq-liq un método termodinámico se requieren: tome

en

cuenta

el

gas- basado

en

la y

que presión

de

la

equilibrio mezcla

que

se

1 Entrada, 3 líquido-líquido. Salidas.

la

alimenta

1: Se especifica la fracción de vapor Calcula el flujo de y la presión de operación*. Para cada una de las simular

separaciones

de

gas- corrientes

de

líquido-líquido se requiere utilizar salida, la condición un método termodinámico tome

en

cuenta

el

que termodinámica y el

equilibrio calor requerido.

líquido-líquido.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

29

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 2: Se especifica la temperatura* y la Calcula el flujo de presión de operación*. Para simular cada una de las separaciones de gas-líquido-líquido corrientes

de

se requiere utilizar un método salida, la condición termodinámico que tome en cuenta termodinámica y el el equilibrio líquido-líquido.

calor requerido.

3: Se especifica la temperatura y el Calcula el flujo de calor suministrado. Para simular cada una de las separaciones de gas-líquido-líquido corrientes se requiere utilizar un método salida,

de y

la

termodinámico que tome en cuenta condición el equilibrio líquido-líquido.

termodinámica de las

corrientes

de

salida. 4: Se especifica la fracción de vapor Calcula el flujo de y la temperatura de operación. Para cada una de las simular

separaciones

de

gas- corrientes

de

líquido-líquido se requiere utilizar salida, la condición un método termodinámico tome

en

cuenta

el

que termodinámica y el

equilibrio calor requerido.

líquido-líquido. 5: Se especifica la presión y el calor Calcula el flujo de suministrado.

Para

simular cada una de las

separaciones de gas-líquido-líquido corrientes se requiere utilizar un método salida,

de y

la

termodinámico que tome en cuenta condición el equilibrio líquido-líquido.

termodinámica de las

corrientes

de

salida.

30

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 6: Se especifica la presión. Para Suponiendo simular

separaciones

de

una

gas- operación

líquido-líquido se requiere utilizar isentrópica, calcula un método termodinámico tome

en

cuenta

el

que el flujo de cada una

equilibrio de las corrientes de

líquido-líquido.

salida,

y

la

condición termodinámica de las

corrientes

de

salida. 7: Se especifica la temperatura. Suponiendo

una

Para simular separaciones de gas- operación líquido-líquido se requiere utilizar isentrópica, calcula un método termodinámico tome

en

cuenta

el

que el flujo de cada una

equilibrio de las corrientes de

líquido-líquido.

salida,

y

la

condición termodinámica de las

corrientes

de

salida. 8: Se especifica la presión. Para Encontrando simular

separaciones

de

el

gas- punto de rocío del

líquido-líquido se requiere utilizar agua, calcula a esas un método termodinámico tome

en

cuenta

líquido-líquido.

el

que condiciones el flujo

equilibrio de cada una de las corrientes

de

salida, la condición termodinámica de las

corrientes

de

salida y el calor requerido.

31

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 9: Se especifica la temperatura. Encontrando

el

Para simular separaciones de gas- punto de rocío del líquido-líquido se requiere utilizar agua, calcula a esas un método termodinámico tome

en

cuenta

el

que condiciones el flujo

equilibrio de cada una de las

líquido-líquido.

corrientes

de

salida, la condición termodinámica de las

corrientes

de

salida y el calor requerido. GIBS

Reactor

El reactor Gibbs utiliza las energías Este

modelo

Gibbs,

para de Gibbs y las minimiza para excelentes

modelar

encontrar las posibles reacciones, resultados

termodiná-

hacer el balance de masa y de incineradores

micamente

energía. Si se desea excluir alguna mechurrios.

da para y

las reacciones sustancia, se debe especificar como químicas

inerte en la pestaña “Inerts”. Sólo

espontáneas.

se utilizarán en la predicción las

1 Entrada, 1 sustancias que estén incluidas en la Salida.

lista de componentes y que no se especifiquen como inertes. Para sustancias agregadas por el usuario y pseudo-componentes, el usuario debe introducir sus energías libres de Gibbs para participar en el cálculo del reactor.

32

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Modo Térmico “Adiabatic”: se hace Calcula el flujo de clic sobre la opción “Adiabatic”. Se cada

componente

debe introducir los coeficientes del en la corriente de balanceo de la reacción química (los salida,

la

reactantes llevan signo negativo y temperatura los productos positivo)

y el

calor requerido.

Modo Térmico “Isothermal”: se Calcula el flujo de especifica

la

temperatura

de cada

componente

operación*. Se debe introducir los en la corriente de coeficientes del balanceo de la salida y el calor reacción química (los reactantes requerido. llevan

signo

negativo

y

los

productos positivo). Modo Térmico “Heat Duty”: se Calcula el flujo de especifica el calor liberado por un cada

componente

equipo de enfriamiento* del reactor en la corriente de (con signo negativo)

o absorbido salida

y

la

por un equipo de calentamiento del temperatura de la (con

signo

introducir

positivo). los

Se

coeficientes

debe corriente de salida. del

balanceo de la reacción química (los reactantes llevan signo negativo y los productos positivo). HTXR

Equipos

de Se debe hacer una especificación Calcula

las

Intercambio

que se puede seleccionar de las temperaturas

de Calor.

siguientes: temperatura de una de salida,

el

de calor

1 Entrada, 1 las corrientes de salida*, fracciones intercambiado,

*

el

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

33

TuSoftware.com Salida. Modelo

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) de vapor de una de las corrientes de coeficiente de salida,

los

grados

de

sobre transferencia

doble lado: 2 enfriamiento o sobre calentamiento calor Entradas, Salidas.

2 de

las

corrientes,

el

(si

de de se

calor especifica el área de

intercambiado, o el coeficiente de intercambio

de

transferencia de calor más el área calor)**. del

intercambiador

*.

Opcionalmente, se puede indicar el número de equipos en serie, de pasos en los tubos y en la carcaza.

**

Para un análisis más detallado de diseños y evaluaciones de intercambiadores de calor, se

recomienda utilizar CC-THERM que trabaja de forma integrada en las simulaciones de CHEMCAD.

34

TuSoftware.com KREA

Reacciones

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Modo

“Specify

Volume” La distribución de

con modelaje (Evaluación): Se selecciona este modo los cinético.

productos

y

al hacer clic sobre la frase “Specify reactantes

en las

1 Entrada, 1 Volume”, se indica el número de corrientes

de

Salida.

reacciones a incluir, el tipo de reactor salida, (Flujo Pistón o de Mezcla Completa), el volumen del reactor*, la fase en la que ocurre la reacción, el tipo de modelo cinético a usar (“standard” en formato de la ecuación de Arrhenius o “User Specified”), el modelo térmico (si se

la

temperatura salida,

el

absorbido

de calor o

liberado y el calor de reacción.

utiliza el modelo isotérmico se debe especificar la temperatura*. Luego de hacer clic en esta primera pantalla, aparecerán las pantallas de especificación de las reacciones en las que se debe indicar: las variables de la ecuación de Arrhenius (si se usa el formato estándar) o se introducirá la expresión de velocidad de reacción en términos del usuario utilizando la herramienta

que

aparecerá

para

introducir la expresión, los valores estequiométricos de cada reactante y producto de las reacciones (a los reactantes se le debe asignar un signo negativo

y

a

los

productos

uno

positivo).

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

35

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Modo

“Specify

Conversion” La distribución de

(Diseño): Se selecciona este modo al los

productos

y

hacer clic sobre la frase “Specify reactantes

en las

Conversion”, se indica el número de corrientes reacciones a incluir, el tipo de reactor salida,

de

(Flujo Pistón o de Mezcla Completa), el

de

grado de conversión deseada (como una fracción de “0” a 1), se selecciona el componente sobre el que se basa este grado de conversión, la fase en la que ocurre la reacción, el tipo de

temperatura salida,

el

absorbido

la calor o

liberado y el calor de reacción.

modelo cinético a usar (“standard” en formato de la ecuación de Arrhenius o “User Specified”), el modelo térmico (si se utiliza el modelo isotérmico se debe especificar la temperatura*. Luego de hacer clic en esta primera pantalla, aparecerán las pantallas de especificación de las reacciones en las que se debe indicar: las variables de la ecuación de Arrhenius (si se usa el formato estándar) o se introducirá la expresión de velocidad de reacción en términos del usuario utilizando la herramienta

que

aparecerá

para

introducir la expresión, los valores estequiométricos de cada reactante y producto de las reacciones (a los reactantes se le debe asignar un signo negativo

y

a

los

productos

uno

positivo).

36

TuSoftware.com LLVF

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) de 1: Se especifica la temperatura y la Calcula el flujo de

Módulo

separación de presión de operación. Se requiere cada una de las tres

fases utilizar un método termodinámico corrientes

de

(gas-líquido-

que tome en cuenta el equilibrio salida, la condición

líquido)**.

líquido-líquido.

termodinámica y el calor requerido.

1 Entrada, 3 Salidas.

2: Se especifica la fracción de vapor Calcula el flujo de y la presión de operación*. Para cada una de las simular

separaciones

de

gas- corrientes

de

líquido-líquido se requiere utilizar salida, la condición un método termodinámico tome

en

cuenta

el

que termodinámica y el

equilibrio calor requerido.

líquido-líquido. 3: Se especifica la presión* y el Calcula el flujo de calor suministrado *. Para simular cada una de las separaciones de gas-líquido-líquido corrientes se requiere utilizar un método salida,

de y

la

termodinámico que tome en cuenta condición el equilibrio líquido-líquido.

termodinámica de las

corrientes

de

salida.

**

La unidad de evaporación instantánea puede realizar todas los cálculos de esta unidad si el

método

termodinámico

modela

el

equilibrio

líquido-líquido.

El

equipo

LLVF

activa

automáticamente los cálculos de equilibrio líquido-líquido en este equipo sólamente si el modelo termodinámico permite ambas opciones. *

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

37

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 4: Se especifica la fracción de vapor Calcula el flujo de y la temperatura de operación*. cada una de las Para simular separaciones de gas- corrientes

de

líquido-líquido se requiere utilizar salida, la condición un método termodinámico tome

en

cuenta

el

que termodinámica y el

equilibrio calor requerido.

líquido-líquido. LNGH

Equipo

de Se debe hacer una especificación Calcula

intercambio

para cada corriente de entrada a temperaturas

de calor de excepción de una; de las cuales el salida múltiples

usuario

de

de

seleccionar: corriente

puede

una

las especificada y

corrientes.

1 temperatura

Entrada,

1 corrientes de salida*, fracciones de calor

Salida.

la

de

de la no el

vapor de una de las corrientes de intercambiado. salida,

los

grados

de

sobre

enfriamiento o sobre calentamiento de

las

corrientes*,

el

calor

intercambiado*. (N° de corrientes - 1=N° de corrientes a especificar) MIXE

Mezclador de Se especifica la presión de salida*. Calcula los flujos de corrientes.

Si el algoritmo de convergencia se las

corrientes

de

2 Entradas, 1 encuentra en AutoCalc***, se pueden salida y si no se Salida.

calcular

las

presiones

de

las especifica

la

corrientes de entrada haciendo esta presión de salida,

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”. ***

Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria “nodo” y los controladores se obtienen soluciones más rápidamente y con mayor confiabilidad.

38

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) selección en el equipo.

se asume la menor presión corrientes

de

las de

entrada al equipo como la de salida.

39

TuSoftware.com NODE

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Módulo

de El nodo representa cualquier punto

punto

de extremo de una red hidráulica (un

presión

en tanque, la descarga a la atmósfera o

una

red a un equipo con una presión

hidráulica.

determinada, mechurrios, etc.) y

1 Entrada, 1 también debe ser colocado antes y Salida.

después de cada equipo que forme parte

de

una

red

hidráulica

(tuberías con accesorios, etc).

Para

toda

la

red

hidráulica se deben hacer tantas como

especificaciones nodos

extremos

haya, entre las cuales al menos una (01) debe ser de presión. Si el nodo es interno no se debe hacer especificación alguna. Un nodo Interno se muestra en la siguiente figura:

En

las

figuras

siguientes

se

muestran las posibles ubicaciones de un nodo extremo de una red hidráulica y sus especificaciones:

40

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Alimentación de la red:

Calcula

las

presiones, temperaturas Opción A: Se especifica el nodo como

“Fixed

Pressure”,

y

flujos de la red.

se

introduce la presión* y la corriente de alimentación se especifica (N°6 en el diagrama) como “Free Inlet”. Opción B: Se especifica el nodo como “Variable Pressure” y se fija el flujo

de

la

corriente

de

alimentación(N°6 en el diagrama) como “Use current stream rate” o fijando el flujo con una selección del tipo “Fixed ..... Rate”.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

41

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Calcula

Descarga de la red:

las

presiones, temperaturas

y

Opción A: Se especifica el nodo flujos de la red. como

“Fixed

Pressure”,

se

introduce la presión* y la corriente de descarga se especifica (N°7 en el diagrama) como “Free Outlet”. Opción B: Se especifica el nodo como “Variable Pressure” y se fija el flujo

de

descarga(N°7

la en

corriente el

de

diagrama)

fijando el flujo con una selección del tipo “Fixed ..... Rate”.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

42

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Apertura de la red luego de una Calcula

las

presiones,

simulación de equipos de procesos:

temperaturas

y

flujos de la red.

Se

especifica

el

nodo

como

“Variable Pressure” y se fija el flujo de

la

corriente

de

alimentación(N°10 en el diagrama) como “Use current stream rate” o fijando el flujo con una selección del tipo “Fixed ..... Rate”.

43

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Descarga de la red a una simulación de Calcula

las

presiones,

los equipos de procesos:

temperaturas

y

flujos de la red.

Opción A: Se especifica el nodo como

“Fixed

Pressure”,

se

introduce la presión* y la corriente de descarga se especifica (N°9 en el diagrama) como “Free Outlet”. Opción B: Se especifica el nodo como “Variable Pressure” y se fija el flujo de la corriente de descarga (N°9 en el diagrama) fijando el flujo con una selección del tipo “Fixed ..... Rate”.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

44

TuSoftware.com PGEN

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Generador de 1: Se especifican los extremos del En el reporte de la Fases,

rango de fracción de vapor y simulación

múltiples

presión de operación, y el número puede obtener el

cálculos

de de puntos a calcular.

se

cálculo del flujo de

evaporación

cada una de las

instantánea.

corrientes

1 Entrada, 2

salida, la condición

Salidas.

termodinámica y el

de

calor requerido en el

rango

especificado. 2: Se especifican los extremos del En el reporte de la rango de temperatura y la presión simulación

se

de operación y el número de puntos puede obtener el a calcular.

cálculo del flujo de cada una de las corrientes

de

salida, la condición termodinámica y el calor requerido en el

rango

especificado.

45

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 3: Se especifican los extremos del En el reporte de la rango de temperatura y el número simulación de puntos a calcular.

se

puede obtener el cálculo del flujo de cada una de las corrientes

de

salida, la condición termodinámica y el calor requerido en el

rango

especificado. 4: Se especifican los extremos de la En el reporte de la fracción de vapor, temperatura de simulación

se

operación y el número de puntos a puede obtener el calcular

cálculo del flujo de cada una de las corrientes

de

salida, la condición termodinámica y el calor requerido en el

rango

especificado.

46

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 5: Se especifican los extremos del En el reporte de la rango de presiones y el número de simulación puntos a calcular.

se

puede obtener el cálculo del flujo de cada una de las corrientes

de

salida, la condición termodinámica y el calor requerido en el

rango

especificado. 6: Se especifican los extremos del En el reporte de la rango de presiones y el número de simulación puntos a calcular.

se

puede obtener el cálculo del flujo de cada una de las corrientes

de

salida, la condición termodinámica y el calor requerido en el

rango

especificado.

47

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 7: Se especifican los extremos del En el reporte de la rango

de

temperaturas y el simulación

número de puntos a calcular.

se

puede obtener el cálculo del flujo de cada una de las corrientes

de

salida, la condición termodinámica y el calor requerido en el

rango

especificado.

PIPE

Diseño líneas

de Sizing Option 0 (Evaluación): se Calcula la presión y selecciona un método de flujo de

salida

de

la

Cálculo

de acorde al tipo de flujo en la tubería, corriente, y para el

caídas

de se

introduce

el

diámetro*,

el equipo

y

sus

presión.

1 Schedule si se desea, la longitud de accesorios: la caída

Entrada,

1 la

Salida.

tubería*,

el

material

o de

presión,

directamente la rugosidad si se velocidad

la del

desea utilizar un valor diferente al fluido, el número de la base de datos. En las pestañas de

Reynolds,

el

“Valve” y “Fittings” se introduce el factor de fricción. número de accesorios presentes en el tramo de tubería.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

48

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Sizing

Option

1

(Diseño):

se Calcula la presión

selecciona un método de flujo de

salida

de

la

acorde al tipo de flujo en la tubería, corriente, y para el se introduce el Schedule si se desea, equipo la

longitud

material

de

o

la

tubería*,

directamente

y

sus

el accesorios:

el

la diámetro, la caída

rugosidad si se desea utilizar un de

presión,

valor diferente al de la base de velocidad datos.

la del

fluido, el número de

Reynolds,

el

factor de fricción. Sizing

Option

2

(Diseño):

se Calcula la presión

selecciona un método de flujo de

salida

de

la

acorde al tipo de flujo en la tubería, corriente, y para el se introduce la caída de presión por equipo

y

sus

cada 100 pies de tubería deseada, accesorios:

el

Schedule si es conveniente, la diámetro, la caída longitud de la tubería*, el material o de

presión,

directamente la rugosidad si se velocidad

la del

desea utilizar un valor diferente al fluido, el número de la base de datos.

de

Reynolds,

el

factor de fricción.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”. *

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

49

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Sizing

Option

3

(Diseño):

se Calcula la presión

selecciona un método de flujo de

salida

de

la

acorde al tipo de flujo en la tubería, corriente, y para el se introduce el Schedule si se desea, equipo la

longitud

material

o

de

la

tubería*,

directamente

y

el accesorios:

el

la diámetro, la caída

rugosidad si se desea utilizar un de

presión,

valor diferente al de la base de velocidad datos.

sus

la del

fluido, el número de

Reynolds,

el

factor de fricción.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

50

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Sizing Option 4 : se selecciona un Calcula la presión método de flujo acorde al tipo de de la corriente de flujo en la tubería, se introduce el entrada, y para el diámetro, el Schedule si se desea, la equipo

y

sus

longitud de la tubería*, el material o accesorios:

el

directamente la rugosidad si se diámetro, la caída desea utilizar un valor diferente al de

presión,

de la base de datos. En las pestañas velocidad

la del

“Valve” y “Fittings” se introduce el fluido, el número número de accesorios presentes en de el

tramo

cambiarse

de

tubería.

el

algoritmo

Reynolds,

el

Debe factor de fricción. de

convergencia a AutoCalc ***.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”. ***

Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria “nodo” y los controladores se obtienen soluciones más rápidamente y con mayor confiabilidad.

51

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Sizing Option 5 (Cálculo de Calcula la presión redes

de

tuberías):

:

se de la corriente de

selecciona un método de flujo entrada o salida, y acorde al tipo de flujo en la tubería, para el equipo y sus se

introduce

el

diámetro,

el accesorios:

el

Schedule si se desea, la longitud de diámetro, la

tubería*,

el

material

la

o longitud

directamente la rugosidad si se equivalente,

la

desea utilizar un valor diferente al caída de presión, la de la base de datos. En las pestañas velocidad

del

“Valve” y “Fittings” se introduce el fluido, el número número de accesorios presentes en de

Reynolds,

el

el tramo de tubería. En este modo factor de fricción. de

cálculo,

es

requisito

indispensable que la tubería esté conectada a dos nodos (aguas arriba y aguas abajo) como muestra la figura:

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

52

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Sizing

Option

6

(Diseño):

se Calcula la presión

selecciona un método de flujo de

salida

de

la

acorde al tipo de flujo en la tubería, corriente, y para el se especifica la velocidad de diseño, equipo

y

sus

el Schedule si se desea, la longitud accesorios: de

la

tubería*,

el

material

el

o diámetro, la caída

directamente la rugosidad si se de

presión,

desea utilizar un valor diferente al velocidad de la base de datos.

la del

fluido, el número de

Reynolds,

el

factor de fricción. PUMP

Bomba líquidos.

de Modo “Specify outlet pressure”: se Calcula la potencia introduce la presión de salida de la bomba, el

1 Entrada, 1 deseada Salida

y

opcionalmente

la cabezal de descarga y

eficiencia del equipo.

el

flujo

Si la bomba se encuentra entre dos volumétrico. nodos como en la figura,

(ambos

nodos

cerrando

sus

respectivas redes), el nodo aguas abajo le asignará la presión de salida.

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

53

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Modo “Specify pressure increase”: Calcula la potencia se introduce el aumento de presión de la bomba, el de salida deseada y opcionalmente cabezal de descarga y

la eficiencia del equipo.

el

flujo

Si la bomba se encuentra entre dos volumétrico. nodos como en la figura,

(ambos

nodos

cerrando

sus

respectivas redes), el nodo aguas abajo le asignará la presión de salida a la bomba para hacer sus cálculos. Modo “Enter characteristic eqn”: se Calcula el flujo por introduce la función de presión de el ramal de la red o descarga

vs.

opcionalmente

caudal la

eficiencia

equipo.

y la presión de salida, del la potencia de la bomba, el cabezal de descarga.

Modo “Specify performance curve”: Calcula el flujo por se especifica la velocidad de la el ramal de la red o bomba y el número de curvas de la presión de salida, operación deseadas.

la potencia de la

Al hacer clic en “OK” aparecerá una bomba, el cabezal tabla para cargar la curva de la de descarga. bomba. REAC

Reactor

Haciendo clic sobre uno de los Calcula el flujo de

Estequiomé-

modelos térmico se selecciona el cada

trico.

modo

térmico

(en

caso

componente

de en la corriente de

1 Entrada, 1 seleccionar el modo “Isothermal” se salida,

la

54

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) debe especificar la temperatura de temperatura

Salida

y el

calor requerido.

operación*). También se debe introducir una conversión como un valor de “0” a 1, y especificar el reactivo límite en la opción “Key Component”. Es

necesario

introducir

los

coeficientes estequiométricos de la reacción. Para ello, a los reactantes se les asigna un signo negativo y a los productos un signo positivo. SCDS

Módulo

de En

la

pestaña

“General”

se Calcula el flujo por

equilibrio de especifica el número de etapas o de de

cada

múltiples

segmentos, la presión en el tope de componente en las

etapas

la columna, la caída de presión, el corrientes de salida

(fracionado-

tipo de condensador utilizado, y el , las temperaturas y

res,

número de la etapa en que es presiones.

absorbedo-

alimentada cada corriente. Se debe perfiles

res,

seleccionar

despojado-

simulación: el método “Regular las

un

método

Genera de

de temperatura y de propiedades

res).

1 VLE model” supone etapas ideales, físicas de las etapas

Entrada,

2 los métodos “packed column mass sustancias. Calcula

Salidas

transfer” y “Tray column mass los transfer”

utilizan

un

calores

del

método condensador y del

rigurosos y por ello hacer clic en rehervidor. “OK” aparecerá una nueva pantalla *

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

55

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) para introducir las características de la geometría del equipo. En la pestaña “Specifications” se introducen

las

expectativas

de

diseño

los

parámetros

de

o

operación para el condensador y el rehervidor. Los modelos de transferencia de masa de esta columna SCDS no deben ser usados con el método termodinámico de electrolitos. SHOR

de Modo 1 (Evaluación): se especifica Calcula la etapa de

Módulo

y la presión del tope de la columna y alimentación,

diseño

el

evaluación de la caída de presión, el número de número mínimo de columnas con etapas una

reflujo,

ideales, se

la

relación

selecciona

de etapas ideales, el un calor del rehervidor key y del condensador.

alimentación componente

liviano

(Light

y

y

componente

dos component)

productos.

un

pesado (Heavy key component), se

1 Entrada, 2 especifica un grado de remoción del Salidas

componente pesado. (Esta columna no debe ser usada para operaciones con azeótropos). Para CHEMCAD la etapa N°1 es el condensador (en caso de existir) y el resto de las etapas son numeradas de arriba hacia abajo.

56

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) Modo 2 (Diseño): se especifica la Calcula la etapa de presión del tope de la columna y la alimentación,

el

caída de presión, el factor de reflujo número de etapas, sobre reflujo mínimo, se selecciona el

calor

un componente liviano (Light key rehervidor component)

y

un

del y

componente condensador,

del el

pesado (Heavy key component), se número mínimo de especifica un grado de remoción del etapas. componente pesado. (Esta columna no debe ser usada para operaciones con azeótropos). Para CHEMCAD la etapa N°1 es el condensador (en caso de existir) y el resto de las etapas son numeradas de arriba hacia abajo. Modo 3 (Diseño): se especifica la Calcula la etapa de presión del tope de la columna y la alimentación,

el

caída de presión, el factor de reflujo número de etapas sobre reflujo mínimo, se selecciona necesaria para la un componente liviano (Light key separación, el calor component)

y

un

componente del rehervidor y del

pesado (Heavy key component), se condensador,

el

especifica un grado de remoción del número mínimo de componente liviano y pesado. (Esta etapas. columna no debe ser usada para operaciones con azeótropos). Para CHEMCAD la etapa N°1 es el condensador (en caso de existir) y el

resto

de

las

etapas

son

numeradas de arriba hacia abajo.

57

TuSoftware.com SREF

Modulo

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) de Puede ser usado para transferir No realiza ningún

referencia.

1 información de las corrientes

Entrada,

1 flujos internos de columnas o de

Salida

de cálculo.

cualquier corriente del diagrama de simulación. 0: Se debe especificar una corriente de destino pero invisible para el cálculo de la simulación. 1: Se identifica una corriente del Calcula diagrama de proceso como la fuente propiedades

las y

y una corriente del diagrama de condiciones de la proceso como destino (la corriente corriente

de

destino debe estar conectada a una destino. flecha

de

alimentación,

de

lo

contrario habrá conflictos en la simulación).

Opcionalmente

se

puede especificar el flujo o un factor para la corriente destino.

58

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 2:

SREF

debe

ser

colocado Calcula

las

inmediatamente aguas debajo de la propiedades

y

columna. Se especifica el número condiciones de la de la columna (TPLS, TOWR, corriente SCDS), el número de la etapa,

de

la destino.

fase de la etapa (líquido o gas) que se desea obtener, el número de la corriente

destino

(la

corriente

destino debe estar conectada a una flecha

de

alimentación,

de

lo

contrario habrá conflictos en la simulación).

Opcionalmente

se

puede especificar el flujo o un factor para la corriente destino. 3: Se especifica el número del Transfiere el calor intercambiador de calor, el número de

un

de la corriente que alimentará el intercambiador de calor a la columna (esta corriente calor

a

una

no debe contener ningún flujo de corriente componentes) y se selecciona la alimenta

que a

opción “Transfer stream enthalpy columna only”. 4:

una

(TPLS,

TOWR, SCDS). SREF

debe

ser

colocado Calcula

inmediatamente aguas debajo de la propiedades

las y

columna (TPLS), se especifica el condiciones de la número de la columna fuente, el corriente

de

número del pumparound a copiar, destino. y el de la corriente destino, se selecciona la opción transferir todas las propiedades de la corriente a la corriente destino.

59

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 5:

Se especifica el número de la Calcula

las

corriente que se copiará como propiedades

y

alimentación en la carga de la condiciones de la columna de destilación por lotes y carga

de

el número asignado a la columna columna (para

utilizar

esta

columna

la de

el destilación

por

usuario debe tener licencia de CC- lotes. BATCH) y el número de la etapa. TOWR

de En

Módulo

la

pestaña

“General”

se Calcula el flujo por

y especifica el número de etapas de

diseño

cada

evaluación de ideales, la presión en el tope de la componente en las columnas con columna, la caída de presión, el tipo corrientes

de

de condensador utilizado, y el salida,

una

las

alimentación número de la etapa en que es temperaturas y

dos alimentada cada corriente. En la presiones.

productos.

pestaña

1 Entrada, 2 introducen Salidas

diseño

o

Genera

“Specifications”

se perfiles

las

expectativas

de temperatura y de

los

parámetros

de las

operación para el condensador y el físicas rehervidor.

y de

propiedades de

las

etapas. Calcula los calores

del

condensador y del rehervidor.

60

TuSoftware.com VALV

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Reducción de Se especifican cualquiera de las Calcula la presión presión.

opciones disponibles: presión de de la corriente de

1 Entrada, 1 salida*, la caída de presión*, la salida. Salida.

temperatura del punto de burbuja* o de rocío*. Opcionalmente

se

puede La

corriente

seleccionar el cuadro de válvula salida cerrada.

flujo

no de

de

tendrá materia

alguno. TPLS

Destilación y Esta unidad tiene un algoritmo de Calcula el flujo por absorción de convergencia fracciones con

para de

optimizado

cada

columnas complejas con corrientes componente en las

equipos laterales, equipos de bombeo, de corrientes de salida

laterales.

intercambio

de

calor

y

1 Entrada, 2 destilación

que

trabajan

Salidas.

con

la

conjunto

fraccionadora principal. En

la

pestaña

de del

posible

en decantación

de

unidad agua,

las

temperaturas “Tower presiones.

y

Genera

Configuration” se especifican los perfiles

de

equipos principales conectados y temperatura y de corrientes de retiro adicionales a las las clásicas del condensador y el del físicas rehervidor.

propiedades de

las

etapas. Calcula los

En la pestaña “Main Column” se calores

del

especifican el número de etapas, la condensador,

de

presión del tope de la columna y de intercambiadores, la caída de presión, el flujo de vapor pumparounds, del

*

Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla “F6”, introduciendo el valor en el campo correspondiente, se presiona la tecla “Enter” y luego se hace clic en “OK”.

61

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) (el agua ya debe existir en la lista de rehervidor. componentes de la simulación). También se debe especificar en qué número de etapa es alimentada cada corriente. Esta unidad numera las corrientes de entrada del tope (#1) hacia la inferior (# n). En las pestañas “Condenser” y “Reboiler”, se debe indicar si existe un condensador y/o rehervidor y de qué tipo es. Se debe hacer al menos una especificación de todas las posibilidades. Las

pestañas

“Side

Strippers”,

“Pumparounds”, Exchangers”,

“Side “Side

Products”,

estarán activadas en el caso de que se haya indicado su presencia en la pestaña

y

aparecerán

tantas

pantallas de especificaciones como equipos existan. Para cada equipo, se debe indicar el número de las etapas involucradas y hacer una especificación dentro la oferta (en caso de existir corrientes de retiro directas o a través de despojadores se debe incluir previamente la corriente

en

el

diagrama

de

simulación. Opcionalmente y con el uso de la pestaña “Stage specifications” el

62

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) usuario puede dejar libre alguna (s) especificación(es) en los equipos y satisfacer los grados de libertad haciendo alguna especificación en las etapas (una herramienta muy útil para modelos de destilaciones al vacío). En

la

pestaña

“Convergence

Parameters” se pueden modificar los

puntos

iteraciones variables

iniciales y

así

de

como

importantes

las otras

de

la

convergencia como por ejemplo, el número de iteraciones máximos ( por defecto la unidad TPLS hace hasta 40 iteraciones). Utilizando la pestaña “Estimations” se le puede dar al modelo buenas estimaciones

como

punto

de

partida para las iteraciones como por

ejemplo:

temperaturas

de

algunas etapas, etc.

63

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Método de Cálculo de CHEMCAD Para aclarar este método, se utilizará un ejemplo (Figura N°2) y posteriormente se analizará la forma en que CHEMCAD trabaja y le brinda respuestas a su usuario: Se cuenta con una mezcla de gas, líquido con fases acuosas y orgánicas. Se desea separar esta mezcla: en gas, fase líquida acuosa y orgánica. Se propone realizar esta operación a una temperatura y presión determinada utilizando un separador de fases. Se requiere resolver el balance de masa y energía de la operación. Para ello, se

utiliza

CHEMCAD

para

conocer

el

grado

de

separación

factible

termodinámicamente y así resolver el balance de masa y energía. A continuación se muestra un diagrama del problema planteado:

Figura N°2. Descripción del problema del ejemplo N°1

64

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

CHEMCAD resuelve este problema de la siguiente forma: Toma los datos de la corriente y descarga de la base datos la información necesaria para el cálculo de evaporación instantánea. La base de datos y el equipo en el diagrama de simulación alimentan el modelo termodinámico seleccionado y cuando éste converge, descarga a las corrientes del equipo los datos de flujos, composición, presión y temperatura. La entalpía requerida del equipo es calculada restando la entalpía final (la suma de las entalpías de las corrientes de salida) de la entalpía de la corriente de entrada al equipo. En la figura N°3 se puede observar gráficamente este procedimiento.

65

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Figura N°3. Método para resolver el problema ejemplo

Luego el usuario, obtiene los resultados en la interfase gráfica como se muestra a continuación en la Figura N°4 o puede continuar con el análisis, modificando el diagrama de proceso, calculando nuevamente el sistema bajo diferentes condiciones o utilizando cualquier otra herramienta de cálculo de CHEMCAD.

66

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Figura N° 4. Resultados del ejemplo de cálculo

67

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Cálculos de redes de tuberías en CHEMCAD Con el uso de las herramientas de redes de tuberías de CHEMCAD de nodos, válvulas, tramos de tuberías es posible resolver las incógnitas de una red de tuberías con fluidos compresibles, incompresibles y bifásicos. Una red de tuberías representa el flujo a través de diferentes equipos. Si se especifican suficientes variables (flujos y presiones), las variables desconocidas pueden ser calculadas en CHEMCAD.

Para flujos a través de equipos, el caudal

puede ser calculado como una función de la presión de entrada y salida. Si el usuario puede especificar dos de las tres variables, la tercera es dependiente. La especificación de la presión en algunos puntos de la red de tuberías permite describir

el

modelo

de

simulación

como

un

sistema

de

ecuaciones

dependendientes. Los modelos de redes de tuberías en CHEMCAD permiten encontrar la solución simultánea de un sistema como el descrito anteriormente. Si se especifican suficientes variables, el modelo resolverá el modelo de simulación para encontrar los flujos y presiones desconocidos del modelo. Los modelos de redes de tuberías son utilizados para encontrar los flujos y presiones en una red de equipos conectados. Típicamente, el usuario conoce en el diagrama de flujo algunas presiones y caudales pero no conoce todas las variables del sistema. Un nodo de presión tiene gran importancia en los modelos de redes de CHEMCAD porque representa un punto en la rede de tuberías en el que ocurre un cambio de presión debido a: flujo en una tubería, flujo a través de un equipo que cambia la presión (bombas, válvulas, etc). Por ello el modelo de redes de tuberías

68

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

debe contar con nodos de presión en las entradas y salidas del sistema y depués de cada elemento de cambio de presión (tuberías, válvulas, bombas, compresores).

Al intentar hacer una simulación en la que existen nodos de presión, CHEMCAD revisa las especificaciones hechas y determina si es posible hallar una solución antes de comenzar a iterar. Si es posible, CHEMCAD comenzará sus procesos iterativos para encontrar la solución al sistema de ecuaciones cumpliendo con los límites impuestos por el usuario; de lo contrario CHEMCAD mostrará los errores e indicará el numero de variables especificadas en exceso o el de las faltantes. Una excelente guía para saber cuántas y en qué unidades de la red se deben hacer especificaciones es seguir la siguiente regla: Para toda la red hidráulica se deben hacer tantas especificaciones como nodos extremos haya, 69

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

entre las cuales al menos una (01) debe ser de presión. Si el nodo es interno no se debe hacer especificación alguna.

70

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Ejemplo N°1 Objetivos: - Familiarizar al participante en el uso de CHEMCAD como una calculadora de propiedades físicas y termodinámicas de sustancias puras y mezclas. - Familiarizar al participante en la selección de métodos termodinámicos apropiados a la aplicación Descripción del Problema: Se tiene una mezcla de Etanol 12%, Etil acetato 14%, ácido acético 6% y agua 68% (porcentajes en peso) a una presión de 3 atm . Para esta mezcla se desea calcular su propiedades físicas que serán consideradas en la toma de decisiones de operaciones de transporte que se planificarán. Tareas asignadas (reporte sus respuestas en unidades del sistema internacional): - Se desea determinar el punto de burbuja y el punto de rocío. - Se desea conocer las siguientes propiedades de la mezcla: densidad del líquido, viscosidad del líquido en un punto y un rango de temperaturas. - Se desea conocer el punto de los azeótropos a 0,5 atm y a 3 atm

Metodología: Paso 1: Abra una nueva simulación y llámela: calculadoradepropiedades Paso 2: Seleccione las unidades de ingeniería (Use el menú “Format” y Seleccione “Engineering Units”) como el sistema internacional. -

Perfiles

-

La tecla F6

71

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Paso 3: Seleccione los componentes (use el menú “Thermophysical” y seleccione la opción “Component List” o el botón

de la barra de herramientas.

-

Ubicar por fórmula, nombre

-

Agregar, insertar, borrar

-

La tecla F5

Paso 4: Seleccione el método termodinámico (Use el menú “ThermoPhysical” y seleccione la opción “K-values” o el botón

en la barra de herramientas).

Paso 5: Especificar la mezcla (use el comando “Select Streams” del menú “Specifications”) -

Las unidades de la corriente

-

Grados de libertad

-

Entalpía

-

Temperatura de rocío

-

Temperatura de burbuja

Paso 6: Ver y graficar los resultados (use los comandos “Plot” y “Results”). -

Ver las propiedades

-

Graficar las propiedades

-

Hacer el gráfico TPXY (azeótropos a 0.5 y 3 atm)

-

Descarga a Excel y herramientas gráficas

72

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Ejemplo N°2 Objetivos: - Familiarizar al participante en el uso de herramientas de CHEMCAD como una herramienta útil en el balance de masa y energía de procesos. - Familiarizar al participante con las operaciones unitarias ficticias disponibles en CHEMCAD para lograr expectativas de diseño u operación. - Familiarizar al participantes en la generación de análisis de sensibilidad y su utilidad. Descripción del Problema: Una corriente de gas de 100 a 200 millones de pies cúbicos por día a 120 °F y 1250 psia debe ser pretratada en una planta endulzadora que le disminuye su contenido de azufre utilizando una tecnología de reactores tipo adsorbedores. Según las exigencias del proceso de adsorción que ofrece el fabricante, la corriente de gas a tratar debe ser saturada en agua y filtrada en un separador de líquidos para eliminar los excesos. Según los análisis de laboratorio la concentración de azufre en el gas agrio es de 3.000 partes por millón. La composición del gas es la siguiente: Sustancia % molar N2

0.1504

CO2

2.0675

C1

86.3042

C2

7.0074

C4

2.9236

iC4

0.4120

nC4

0.7251

iC5

0.1673

nC5

0.1407

nC6

0.0622

nC7

0.0363 73

TuSoftware.com nC8

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) 0.0034 100

Tareas asignadas: - Seleccione el método termodinámico que mejor se ajuste al sistema. - Calcular el contenido de azufre máximo de la corriente en libras/hora (información necesaria para el fabricante). - Calcular los requerimientos de inyección de agua en el rango de flujo del gas agrio y el flujo y las propiedades de la corriente a alimentar a los adsorbedores. - Dimensionar la tubería que debe transportar el gas agrio. - Dimensionar el filtro de líquidos o separador instantáneo. Metodología: Paso 1: Abra una nueva simulación y llámela: calculadoradepropiedades Paso 2: Seleccione las unidades de ingeniería (Use el menú “Format” y Seleccione “Engineering Units”) como el sistema internacional. -

Perfiles

-

La tecla F6

Paso 3: Seleccione los componentes (use el menú “Thermophysical” y seleccione la opción “Component List” o el botón

de la barra de herramientas.

-

Ubicar por fórmula, nombre

-

Agregar, insertar, borrar

-

La tecla F5

Paso 4: Seleccione el método termodinámico (Use el menú “ThermoPhysical” y seleccione la opción “K-values” o el botón

en la barra de herramientas).

Paso 5: Hacer el diagrama de simulación e introducir los datos de la corriente (use el botón

y el comando “Select Streams” del menú “Specifications”) -

Las corrientes de alimentación

-

El controlador

74

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario) -

Las operaciones unitarias

-

Temperatura de rocío

Paso 6: Dimensionar el filtro y las tuberías (use el comando “Vessel” del menú “Sizing”) -

Criterios de diseño

-

Descarga

de los resultados a Word y el análisis de

sensibilidad

75

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Ejemplo N°3 Objetivos: - Familiarizar al participante en el uso de herramientas de cálculos termodinámicos - Familiarizar al participante con las herramientas de cálculo de CHEMCAD - Familiarizar al participantes en la obtención de reportes de CHEMCAD Descripción del Problema: Se requiere diseñar un proceso que logre estabilizar una corriente de gas natural de composición, para producir un gas libre de condensables que no contengan más de 1% de propano. Los gases condensables deben tener un punto de rocío máximo de 20 °F. Tareas asignadas: - Seleccione el método termodinámico que mejor se ajuste al sistema - Determine en qué fase se encuentra la alimentación a 75° F y 200 psia - Determine el punto de rocío y burbuja de la corriente de gas natural de alimentación al proceso, determine el punto de ebullición normal del metano. - Genere un diagrama con todos los puntos de rocío y burbuja del gas natural - Determine el diámetro de una tubería para transportar el gas natural - Determine la volatilidad relativa del propano y butano en el rango de operación (-5°F- 120 °F) - Dimensione equipos Gas Natural Nitrógeno Metano

lbmol/h 100.19 4505.48

Etano

514

Propano

214

I-Butano

19.2

N-Butano

18.18

I-Pentano

26.4

76

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

N-Pentano

14

N-Hexano

14

77

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Ejemplo N° 4 Objetivos: - Familiarizar al participante en la predicción de propiedades de corrientes - Brindar criterios manejo de reciclos y métodos de convergencia - El uso del controlador para realizar balances de masa y diseño de equipos Descripción del problema:

Considere el proceso de separación que se muestra en la figura superior: Tareas asignadas:

78

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

- Compare y discuta los flujos y composiciones de la corriente del tope para cada uno de los tres casos. Determine el algoritmo de convergencia más eficiente para cada caso. - Modifique el caso 3 para determinar la temperatura necesaria para obtener 850 lb/h en la corriente del tope. - Determine la cantidad de agua necesaria para hacer condensar la corriente del tope, hasta obtener una mezcla 5% líquida.

79

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Ejemplo N°5 Objetivos: - Introducir al participante a la caracterización de crudos mediante curvas de destilación - Brindar nociones en la simulación de columnas de destilación con equipos laterales - Familiarizar al participante en la predicción de propiedades de corrientes internas de columnas (reciclos, etapas, pumparounds) - Exportación de archivos Descripción del problema: Gas

6 5

Naphta 4 7 2

1

8

2

Side Product

1

9

5

10

Reflujo Bottom 3

Stream No. Name

2

3

4

5

6

COLUMN IN

BOTTOM OUT

Nafta OUT

SIDE OUT

GAS OUT

665.0000

636.8266

120.0000

485.0000

120.0000

20.0000

17.0000

11.0000

15.2750

11.0000

26.1019

15.0872

57.9363

35.4434

145.9369

25911.6872

29849.3623

8087.7940

10769.0780

0.0000

- - Overall - Temp F Pres psig *** Dry Basis *** - - Overall - Degree API - - Liquid only - Std liq

BPSD

Cuatro

fracciones

obtenidas

de

una

columna

de

destilación

son

caracterizadas. Se desea predecir la gravedad API, viscosidad de la corriente de

80

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

reflujo de la columna, la carga térmica del rehervidor utilizando los siguientes datos tomados en campo: Corriente 7 % Destilado

Corriente de gases Temp

° API

lbmol/day

58.5

182.5

(°F) 5

116

50

221

1400

90

335

595

95

355

73.6

Corriente 8

188.3

5

383

34.9

0

50

504

90.3

90

622.000

11.5

1 95

658.000

11.5

1 Corriente 9 5

530

50

911.0001

90

1337

95

1472

15.5 Vapor 1000 lbmol/day 400°F 150 psig

Rangos 100

N° puntos 800.000

40

1 800.0001

1200

20

1200

1600

20

Corriente 2

81

TuSoftware.com

CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Temp F

665.0000

Pres psig

20.0000

Tower Plus Summary

Tower Plus # 5 Configuration: No. of strippers

0

No. of pumparounds

No. of side exchangers

0

No. of side products

1 2

Main Column: Colm No. of stgs

10

Press of colm top

12.4000

(psig) Column press drop psi Bottom steam rate

4.6000 1000.0000

(lbmol/day) Steam temperature F

400.0000

Steam pressure psig

150.0000

1st feed stage #

9

Condenser: Have a condenser (Y/N) ? Condenser type Cond. pressure psig Temperature F

Y

3 11.0000 120.0000

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Reboiler:

Pumparounds: Pumparound no.

1

From stage no.

7

To stage no.

6

Vol. flow rate BPSD

1000.0000

Temperature F

175.0000

Side Products: CHEMCAD 5.1.3

Page 5

Job Name: T-1042 Date: 01/22/2002 Time: 14:35:52 EQUIPMENT SUMMARIES Side Product no.

1

Withdrawal stage

1

Total vol. rate BPSD

2 7

8091.0000

Tray Specifications: Tray no.

7

Tray temp F

485.0000

Convergence Parameters: Initialization flag

1

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Ejemplo N°6: Un cálculo hidráulico, dos métodos Objetivos: - Familiarizar al participante con los métodos de cálculo de caída de presión en tuberías tradicionales de los simuladores de procesos. - Familiarizar al participante con la metodología del cálculo de redes hidráulicas. Descripción del problema: Se desea dimensionar una bomba y la tubería para transportar 500 galones por minuto de un tanque en una montaña hasta otro tanque. El primer tanque se encuentra a una altura de 10 pies y el tanque destino está a 200 pies. La tubería más ajustada a las condiciones económicas es de acero comercial y se desea obtener velocidades de flujo entre 12 y 13 pies por segundo. Metodología: Paso 1: Crear el diagrama de simulación básico utilizando las herramientas de un simulador de procesos clásico -

Uso de las corrientes para representar los tanques

-

Uso del controlador

Paso 2: Seleccionar los componentes de la simulación Paso 3: Introducir los datos de la simulación Paso 4: Realizar la simulación y verificar los resultados Paso 5: Crear un diagrama de simulación alterno utilizando los nodos de presión. Paso 6: Especificar los nodos usando la regla: Para toda la red hidráulica se deben hacer tantas especificaciones como nodos extremos haya, entre las cuales al

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

menos una (01) debe ser de presión. Si el nodo es interno no se debe hacer especificación alguna. Paso 7: Verificar los resultados y compararlos con los anteriores.

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CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

Ejemplo N°7: Objetivos: - Familiarizar al participante con los métodos de cálculo de caída de presión en tuberías tradicionales de los simuladores de procesos. - Familiarizar al participante con la metodología del cálculo de redes hidráulicas. Descripción del problema: Una bomba descarga 30 galones por minuto de agua al sistema de tuberías de diámetro 3/4’’ mostrado en la siguiente figura:

Se desea conocer para este sistema: la presión de descarga de la bomba y el flujo en los ramales de descarga si la caída de presión en el filtro es de 23 psia. Metodología: Paso 1: Crear el diagrama de simulación básico utilizando las herramientas de un simulador de procesos clásico -

Colocación de los nodos de presión

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Selección de una unidad para la caída de presión determinada por el filtro.

Paso 2: Seleccionar los componentes de la simulación Paso 3: Introducir los datos de la simulación -

Especificar los nodos de presión: Para toda la red hidráulica se deben hacer tantas especificaciones como nodos extremos haya, entre las cuales al menos una (01) debe ser de presión. Si el nodo es interno no se debe hacer especificación alguna.

-

Especificar los accesorios que provocan caídas de presión en el sistema

-

Especificar la caída de presión en el filtro

Paso 4: Realizar la simulación y verificar los resultados Paso 6: Crear un diagrama de simulación alterno utilizando los nodos de presión. Paso 7: Generar un reporte de los resultados.

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