Simulación en Hysys de Equipos de Transferencia de Calor

 

DISEÑO DE PROCESOS PRÁCTICAS DE HYSYS 1

 

6. EQU QUIP IPOS OS DE TR TRAN ANSF SFER EREN ENCI CIA AD DEE C CAL ALOR OR Los equipos de transf erencia erencia de calor en Hysys son:

 

 En la paleta de objetos los iconos son:

 

6.1 Intercambiador de Coraza y Tubos Ejercicio Se desea enf riar 50000 kg /h de Metanol desde 90oC hasta 40oC , para tal ef ect ecto se debe usar o

agua de enf riamient riamientoo disponibl e a 2 5 C y puede calentarse hasta 40 C. La presión de entrada del metanol es 5 atm y se permite una caída de presión de hasta 0.5 atm. La presión de entrada del agua es 6 atm y se permite una caída de presión de hasta 0.6 atm.

 

Solución: 1. Crear cuatro corrientes de materia

2. Introduzca un intercambiador de coraza y tubos

 

 Al adicionar el Intercambiador de calor este se

ve igual que los enf riad riadores y calentadores en el PFD.

 

 En el visor del Intercambiador asociar las

corrientes de entrada y salida:

 

 Observe que en este equipo se puede sf luid onain rter un pabqioueytdee edenf riamient luidos op.ara el luid lelecci uido de int erc cam rf iamient

 

 Se considera que el Metanol va por el lado del

casco y al agua de enf riamient riamiento por el lado de los tubos.

 

icaciones de corriente Entrada a la  Especif icaci Coraza:

 

 Especif icar icar la salida de metanol

 

 Especif icam icamos la entrada del agua:

 

 Especif icam icamos la Salida del agua:

 

icar la ultima corriente se especif ica ica  Al especif icar el intercambiador:

 

 En el worksheet se pueden ver los resultado 

de los cálculos

 

 También se pueden ver las especif icaci icaciones 

del intercambiar:

 

Hay cuatro modelos de intercambiadores de calor:

 

El tipo de pé pérrdi dida das de calor solo está disponible para los modelos de cálculo Weighted Exchanger Design o End Point Exch Exchan angger Design.

 

 En el modo dinámico no hay esta opción:

 

En el lado de la coraza el campo UA es para especif icar icar el coef iciente de transf erencia de calor global. Si no se especif ica Hysys lo calcula.

 

En esta pagina están los parámetros del solver que se pueden variar para lograr que el intercambiador conver ja.

 

 Los

datos

de

intercambiador:

dimensionamiento

del

 

 En la pestaña performance se puede ver b s o graf ica y bdiad e fo intercam or:rma ta ular el de empeñ del

 

6.2 ENFRIADORES  Los enf riad riadores son un intercambiador de calor e n los

cuales la corriente de entrada es enf riada a las condiciones de salida requeridas. La corriente de ener nergía gía a r e e n e te ca la di er eren enci ciaa de en enttal alpí píaa ss so f  entr ntre las dbso os cborriente  Esta ope perrac aciión es útil cuando solo se está interesado en saber cuanta energía es requ queerida rida par para enf riar una corriente de proceso pero no en las condiciones de la corriente de enf riamient riamiento.

 

Ejercicio: Ca Calc lcul ulaar cu cuaanto calor se requiere para f riar hasta 50°C una corriente con las en icaciones: siguientes especif icaci Especificación Temperatura

Valor 100 °C

Presión Flu jo

2 atm 100 kg /h

Componentes: Cumeno Agua Amoníaco

Composición molar: 0.5 0.1 0.2

H2S

0.2

 

 Seleccione el paquete termodinámico.  Ingrese u n e nf riad riador al PFD  Conecte la corriente de alimentación y

una de salida del enf riad riador.

 

 Asuma una caída de presión de 0.2 atm

 

 Una vez se especif ica la temperatura de salida o el Q de enf riamient riamiento el enf riad riador queda comp mple leta tame ment ntee especif icad icado:

 

 Solo se emplea modelo de pérdida de calor en

modo dinámico.

 

6.3 CALENTADORES  Los CALENTADORES son un intercambiador de calor

en los cuales la corriente de entrada es cale alentada a las condiciones de sal alid idaa reque equeri rida das. La corr rriiente de ener nergía gía provee en este caso la dif eren erenci ciaa de ental ntalpí píaa entr ntre las dos corrientes  Esta ope perració ción es útil cundo solo se está interesado en saber cuanta energía es reque querida rida par para calentar una corriente de proceso pero no en las condiciones del f luid luido de cal calent entami amient ento.

 

 En el visor del calentador se observa que esta

unidad se empela de igual forma que el enf riad riador y tiene las misma pestañas.

 

 Ejercicio: Calcular cuanto calor se requiere

para calentar 150°C una corriente con las  icaciones: siguientes especif icaci Especificación

Valor

Temperatura Presión Flu jo Componentes:

100 °C 2 atm 100 kg /h Composición molar:

Cumeno Agua Amoníaco H2S

0.5 0.1 0.2 0.2

 

p resión de 0.2 atm.  Suponga una caída de pre

 

 Para alcanzar una temperatura de 150°C se

requiere:

 

6.4 AIR COOLER La unidad AIR COOLER emplea aire ideal como un medio de transf erencia de calor para enf riar riar o calentar una corriente de proceso hasta unas condiciones de salida. Uno o mas

n emplea ead d para circular el aire a travé de l ventilad re tubos eno els pso roceso de enosf riamien riamieno de f luid luidos. El f lu lu jo sde aios re puede ser especif icad icado o calculado desde las especif icaci icaciones de ventilador. Esta unid unidaad pued puedee empl emplea earrse par para calc alcular ular::  El coef iicie cien nte global de transf ere e rencia de calor (UA)  El f lu lu jo total de aire

rrie ient ntee de salida.  La temperatura de la corr

 

8. 8.1

SISTEMAS DE BOMBEO

Bombas.

ción de bombeo es em empl pleeada ada par para La operació incrementar la presión de la corriente líquida de entrada. Dependiendo de la información suministrada la bomba calcula la presión desconocida, temperatura o ef iciencia iciencia de la bomba.

 

Ejercicio: De un tanque cerrado provisto de un respiradero a la atmósf era era se desea bombear agua a 20°C, hacia una torre de absorción. El nivel de líquido en el tanque se encuentra a 7 m sobr e e l e je d e l a bomba, el caudal es de 20 m3/h . La conexión de entrada del agua en el tope de la torre se halla a 20 m sobre el nivel del e je d e l a bomba. La línea de succión consiste de tubería de acero estándar de 2" (5,08 cm) de diámetro nominal, No. de cédula 40S y 40,0 m de longitud, posee 4 codos estándar y una válvula de compuerta ("ggat (" ate" e")) abierta. La línea de descarga también es de acero estándar de 2" (5,08 cm ) de diámetro nominal, No. de cédula 40 y 60 , 0 m d e longitud, tiene 2 codos estándar, 2 T usadas como codo y una válvula de control, la presión manométrica en la torre de absorción es de 137,9 kPa (20 psig).

 

 Solución:

1. Propiedades y composición de la entrada entrada::

 

2. Insertamos un segmento de tubería para la succión al cual denominaremos Hs.

 

 A este segmento le conectamos las siguientes 

corrientes:

 

 Iniciamos el diseño del sistema de tubería seleccionando las correlaciones para cálculo  de f ricción: ricción:

 

 Def inim inimos dimensiones de la tubería, columna

estática y accesorios: Primero aparece las caracterí sticas que debemos def inir en este segmento Clic en el botón Append Segment

 

 Aparece la información básica para especif icar el

primer segmento de tubería. El primer segmento que adicionaremos Corresponde a tubería ría recta cta: Pi Pipe pe

Por lo que hacemos clic en View

Segment

 

Se muestra la ventana Pipe Info. Def inim inimos SchstedIruolne. C4l0ic, eDniáSpecify metro Nominal 50.80 mm y Ca

 

 Completamos dando la Longitud y Elevación,

con lo cual está def inida inida la tubería recta.

 

 Ahora def inim inimos los accesorios: 4 codos

estándar

 

inimos la transf erencia erencia de calor con los   Def inim alrededores:

 

 Pasamos al Worksheet para def inir inir Fracción de

Vapor 0 y Temperatura 20°C

 

 Y el PFD aparece ahora como:

 

 El siguiente paso en la simulación es

adicionar la bomba y la tubería y accesorios que corresponden al lado de la descarga. Conecte las siguientes corrientes a una bomba

 

 Tubería y accesorios: conecte el siguiente segmento de tubería.

 

icamos la tubería y accesorios del lado   Especif icam de la descarga

 

erencia de calor  Transf erencia

 

Ahora debemos especif icar las condiciones de la salida ( Nos interesa la presión de descarga: 20 psig + 14.7 = 34.7 psi a y e l otro parámetro será la temperatura)

 

 Con esto se completa la simulación, y el PFD se muestra ahora:

 

 Si deseamos ver la potencia suministrada a la bomba tenemos:

 

COMPRESORES compresores son equipos

para aumentar la presión de una corriente gaseosa.

Los

 

Ejercicio: Cree un nuevo caso con la sig igu uie ien nte lista de componentes: N2, CO2, Metano, Etano

U o o t i l i c e e l p a q u e t e t e r m dinámic Peng Robinson.

 

 Inserte una corriente con las siguientes

caracterí sticas: Corriente Temperatura Presión Flu jo molar

1 50°C 1 atm 100 kmol/h

 

 Especif ique las siguientes conexiones a un

compresor

 

En la pestaña parámetros en el grupo Eff iciency iciency se especif ica ica la ef iciencia iciencia adiabática o politrópica del compresor. Una vez Hysys  obtiene la solución calcula la otra ef iciencia iciencia a partir de la energía y las condiciones de la corriente.

 

Hysys tiene la opción de seleccionar dos modelos de compresores: Centríf  ug ugos y reciprocantes. En este caso seleccionaremos un compresor cen   go. entr trí í ff ug u

 

NOTA: si se selecciona el compresor centrí f f ug ugo aparece el grupo Op Oper erat atin ingg Mode

 

Seleccione: 

Single Curve : para modelar el compresor con una curva de cabea vs f lu lu jo y ef iciencia iciencia vs curvas de f lu lu jo.

 Multiple MW Curves: Curves: para modelar el compresor teniendo 

datos de curvas que describan el desempeño del compresor como una f unción unción del f lu luo de gas.

 Multiple IGV Curves: si se tienen las curvas que describen el

desempeño del compresor como una f unción unción de inlet guide vane (IGV) position.

 

Para cerrar los grados de libertad es necesario luego siónso o f el esepeci der)l.aEcnoerri rie eso desesalida luá jo4 d enef ricgaíar (laQcporempre especi icaf rlu steencta atm.

 

inal se muestra a continuación:  El PFD f inal

 

EXPANSORES La operación de expansión es empl pleeada pa parra disminuir la presión de una corri rieente gaseosa a alta presión para obtener una salida a ba ja presión y alta velocidad. En un proceso de expansión la energía interna del gas se transf sfo orma en energía cinética y luego en traba jo. Esta o eracióno la enef H ys iacde alcuexlapa lnassión propiedades de la coprriente i cyiesnc ici nci pan según las especif icaci icaciones.

 

 Ejercicio: Clone la corriente 1 del e jerció

anterior y cámbiele la presión a 6 atm. Y conéctela a un oper eraación de expansión.

 

En la pesta taña ña pará paráme metr tros en el grupo Eff iciency iciency se especif ica la ef icie i cienc ncia ia adia adiabática o politrópica del expansor. Una vez Hysys obtien iene la solu luci ció ón calcul lculaa la otra ef iciencia a partir de la energía y las condiciones d e l a corriente.

 

Para cerrar los grados de libertad es necesario luego sin  jo especi la epxrepa óso n dr)e. Elan ceosrtri rie e de luun de ener nef ricgía gíaar (Qe (Q pan eecnatso arf álu se sealida specio f icel lu jo de ene nerrgía de 2e5KJ/h f lu

 

inal se muestra a continuación:  El PFD f inal

 



VÁLVULAS Hysys desarrolla balances de materia y energía en la corriente de entrada y salida de una válvula. Esta operación se emplea especialmente en simulación

dinámica .  La caída total en una válvula es la caída de presión total entre la presión de la corriente de entrada y la de salida.

 

 Ejercicio: Conecte la corriente de salida del

compresor a la válvula como la corriente de entrada.

 

Paraa cer Par cerrar rar los grados de libertad se debe especif icar icar la presión de la corriente de salida o  la caída de presión. Especif ique ique una caída de presión de 1 atm

 

inal se muestra a continuación:  El PFD f inal

 

 Referencias:  Copyright © 2004 Hyprotech, a subsidiary of 

Aspen Technology Inc. All rights reserved. HYSSYS 20 HY 2004 04  Hysys. User Guide.  MONCADA, Luis. Simulación de Procesos con