EL SOFTWARE PARA LOS INGENIEROS DE PROCESOS
Ing. IVAN DARIO ORDOÑEZ ORDOÑE Z SEPUL SE SEPULVEDA PULVEDA VEDA - UIS UIS
CONTENIDO • Fil Filosof osofia ia Hy Hysy syss Ambientes Paquetes Paquetes Fluidos Grados de Libertad Lenguaje de colores
• • • • • • • •
Diferencias Difer encias entre paquetes de termodinámicos Flujos Volumétricos eactores eactor es !u"micos# Diferencias Diferencias entre reactores $olumnas# $on%ergencia $on%ergencia columnas de separaci&n 'ntercambiadores 'nterc ambiadores de $alor# Diferencias Diferencias entre e ntre modelos de intercambiadores intercambiadores eciclos# ecomendaciones de uso Problemas de inconsist inconsistencia encia ecomendaciones generales
FILOSOFIA HYSYS
FILOSOFIA HYSYS
(Paquete de Fluidos FP)
Ambiente Pro erties
Ambiente Simulation (Flo*s+eet PFD)
FILOSOFIA HYSYS
(Paquete de Fluidos FP)
Ambiente Pro erties
Ambiente Simulation (Flo*s+eet PFD)
FILOSOFIA HYSYS
,a%igation Pane (Paquete de Fluidos FP)
Ambiente Pro erties
Ambiente Simulation (Flo*s+eet PFD)
FILOSOFIA HYSYS (Paquete de Fluidos FP)
Ambiente Column (PFD $olumnas)
(FP $rudos)
Ambiente Properties
Ambiente Oil Oil Man Ma Manager nager ager
Ambiente Simulation
Ambiente Subflowsheet
(Flo*s+ (Flo *s+ee eett PFD PFD))
(PFD -do ni%el)
Ambiente Subflowsheet (PFD .er ni%el)
Ambiente Column (PFD $olumnas)
FILOSOFIA HYSYS Ambiente Properties
Paquete Paquete de de fluidos
Lista de componentes =
+
Paquete de propiedades (modelo termodinámico) termodinámico)
/n un misma simulaci&n pueden coe0istir %arios paquetes de fluidos
Paquete Paquete de de fluidos fluidos 1 = Lista 1 + ModeloT ModeloTermo ermo 1 Paquete Paquete de de fluidos fluidos = Lista + ModeloT ModeloTermo Paquete Paquete de de fluidos fluidos ! = Lista 1 + ModeloT ModeloTermo
FILOSOFIA HYSYS Ambiente Simulation
Ambiente Subflowsheet Ambiente Column
/n el ambiente Simulation con%i%en equipos y otros ambientes
GRADOS DE LIBERTAD
Qué modelos utiliza HYSYS? Corrientes "ntrada
"#$%PO
Corrientes Salida
)alan*es de Masa )alan*es de "nerg'a Trmi*a )alan*es de "nerg'a Me*-ni*a / Termodin-mi*a
"stado Transitorio & ,idrodin-mi*a .imensiones
"*ua*iones Constituti0as
/ Para Pipe Segment Pipe 2as 3 4ea*tor Le*ho "mpa*ado 5P647 ,3s3s ofre*e balan*e de energ'a me*-ni*a 3 la e*ua*i(n semiemp'ri*a de "rg8n respe*ti0amente
Qué modelos utiliza HYSYS? Corrientes "ntrada
"#$%PO
Corrientes Salida
Sistema de "*ua*iones 9o Lineales
C(mo se solu*iona: Mtodos numri*os 5Sol0ers7 98mero de "*ua*iones = 98mero %n*(gnitas 2rados de libertad = ;
Qué modelos utiliza HYSYS? Corrientes "ntrada
Corrientes Salida
"#$%PO
Los grados de libertad para la *on0ergen*ia de *ualquier simula*i(n son&
Corrientes "ntrada
"
EQUIPO
!
Corrientes Salida
Corrientes "ntrada
"
EQUIPO EQUIPO
!
Corrientes Salida
$olor azul es dato conocido por el usuario $olor ne!o es dato calculado por Hysys
Qué modelos utiliza HYSYS? Corrientes "ntrada
Corrientes Salida
"#$%PO
Otra op*i(n para *umplir los grados de libertad en algunos equipos son& Corrientes "ntrada
"
EQUIPO
!
Corrientes Salida
Corrientes "ntrada
"
EQUIPO EQUIPO
!
Corrientes Salida
$olor azul es dato conocido por el usuario $olor ne!o es dato calculado por Hysys
Qué modelos utiliza HYSYS? Corrientes "ntrada 3 Salida
Los grados de libertad para la definir una #o$$ie%te de masa son& .os 0ariables de estado $n 6luo
Temperatura Presi(n Molar M-si*o
$na Composi*i(n
"
ntapa "ntrop'a
Qué modelos utiliza HYSYS? "#$%PO (1P2 !342 Dimensiones2 5)
Los grados de libertad para la *on0ergen*ia de un e&ui'o son& Todos los equipos >1? %nter*ambiadores Car*aaDTubo 4ea*tor CST4 P64 Columnas Turbinas Compresores )ombas Pipe segment >1? "E*epto Pipe Segment 3 Pipe 2as >? Solo *uando se usa el mtodo Stead3 State
Ca'da de presi(n $A T"MA Pasos>? tubos>? et*B .imensiones 5< L . et*@7 platos PTope Pfondo "spe*ifi*a*iones B@ "fi*ien*ia o Cur0a L . s*hedule material et*@
Est$ate(ia t)'i#a de #o%*e$(e%#ia Corrientes "ntrada
Corrientes Salida
"#$%PO
Los grados de libertad t)'i#os para la *on0ergen*ia de una simula*i(n son& Corrientes "ntrada
"
T" P" F" #
Corrientes "ntrada T" P" F" #
EQUIPO
!
$P" %&W" Di'ensiones" (
"
EQUIPO EQUIPO
"
$P" %&W" Di'ensiones" (
Corrientes Salida T" P" F" #
Corrientes Salida T" P" F" #
Est$ate(ia t)'i#a de #o%*e$(e%#ia Corrientes "ntrada
Corrientes "ntrada 1
E%)IPO *
Corrientes Salida 1
E%)IPO
Corrientes Salida
5 E%)IPO n
Corrientes Salida n
E%)IPO
Corrientes Salida
5 E%)IPO n Corrientes Salida n
Corrientes "ntrada
Corrientes "ntrada 1
E%)IPO *
Corrientes Salida 1
D+%de de,i%o la -P de los e&ui'os e% HYSYS? HYSYS? Pesta6a Design2 Página Parameters
D+%de de,i%o las dime%sio%es de los e&ui'os e% HYSYS? HYSYS? Pesta6a Rating
Ha. &ue #o%o#e$ las dime%sio%es de todos los e&ui'os e% HYSYS 'a$a 'ode$ /a#e$ u%a simula#i+%? /n estado transitorio SI /n estado estable
DEPENDE DEL E%)IPO
/quipos que SI deben dimensionarse
• 'ntercambiadores $arca7a89ubo:;< $ooler22 Furnace:-< • Air $ooler • Pipe Gas2 Pipe segment • eactor $=9 y PF • $olumnas:.< Destilaci&n2 ectificadora Absorci&n2 Despojadora =eparador . fases2 /0tractor Liq> Liq>??Liq Liq>> >1? Solo *uando se usa el mtodo Stead3 State >? Modelo que fun*iona solo en estado transitorio 5
!? .imensionamiento b-si*o& platos 3 plato de alimento
Ha. &ue #o%o#e$ las dime%sio%es de todos los e&ui'os e% HYSYS 'a$a 'ode$ /a#e$ u%a simula#i+%? /n estado transitorio SI /n estado estable
DEPENDE DEL E%)IPO
/quipos que NO requieren dimensionarse
• 2 2 • Heater Heater22 $ooler2 $ooler2 L,G • 'ntercambiadores $arca7a89ubo:;< • @ombas2 9urbinas2 y $ompresores :-< • Vál%ulas • e7cladores2 Di%isores 92 =eparador =&lidos (=plitter22 =+ort$ut) =+ort$ut) • $olumnas (=plitter
>1? Solo *uando se usa el mtodo "nd Point o Geighted >? 4equiere la efi*ien*ia o a *ur0a del equipo *omo dato de entrada
Qué de0o /a#e$ si deseo &ue HYSYS me dime%sio%e u% e&ui'o? HB=B= es por defecto un simulador de procesos2 no es un dise6ador de las dimensiones de los equipos
Corrientes "ntrada
"#$%PO
Corrientes Salida
5.imensiones:7 /quipos que SI requieren dimensionarse para simular Dimensionar C Prueba y error
:;<
eactor $=92 PF $olumnas:-< Air $ooler $ooler22 Pipe segment
9ray =i7ing $olumnas:.< Vessel =i7ing Flas+2 Vessels Pipe =i7ing =treams Dimensionar C /quipment Design =89 /0c+anger ating 'ntercambiadores $arca7a8tubo:E< (tility) /quipos que NO requieren dimensionarse para simular
:;< 'ntercambiadores con el modelo =teady =tate :-< platos y plato de alimento
:.< 9ipo plato o empaque2 secciones2 altura %ertederos2 >>> :E< 'ntercambiadores con el modelo /nd Point o 4eig+ted
1+mo e2e#uto u% utilit. e% HYSYS? *, enu 9ools2 pci&n tilities ($trl I )
, =eleccione y adicione el tility deseado
-, Vincule el utility con el equipo del PFD que quiere dise6ar y cumpla los grados de libertad
Vincule el tility con el equipo en el PFD
LE3GUA4E DE 1OLORES
$orrientes de masa conocida (92P2F2J)
.a/ 0on1e!en0ia
$orrientes de energ"a conocida (!)
/quipos en detalles y colores intensos
No 2a/ 0on1e!en0ia o Con1e!en0ia 0ondi0ionada $orrientes de energ"a desconocida (!)
/quipo no cumple grados de libertad o está mal especificado
Alguna corriente falta por conectar
Algun dato de entrada falta por suministrar
DIFERE31IAS E3TRE
E3e'4lo5
P
P H-2 ,-2 $
P
A=/ =team
La diferencia en 9Vapor K La diferencia en 9Gas$ooled K MN$ La diferencia en el Duty K O.2 Q3+ (-. 4) n peque6a diferencia en la predicci&n del calor de %apori7aci&n del agua genera peque6os cambios en la temperatura y en la energ"a intercambiada> Las diferencias parecen ser despreciables
E3e'4lo5
ealmente esta diferencias son despreciablesT /%aluemos la diferencia de energ"a en términos de dinero =uponga un precio de energ"a térmica $PRM34+t ($PR>;.O3Q) Por tanto2 O.mil Q3+ equi%ale a ≈ $PR; millones3a6o con S lb3+ de agua Hagamos una equi%alencia con un caso real na refiner"a que posea alrededor de - calderas
∼
=DR ; 3a6o
$onclusi&n Peque6as sub3sobre estimaciones del modelo termodinámico se +ace más notorias cuando se trabajan flujos de plantas de gran escala $&mo escoger el modelo termodinámico adecuadoT =olo +ay dos formas para escoger bien un modelo termodinámico# ;> $omparar los resultados de la simulaci&n con datos e0perimentales -> $onocer a?priori de termodinámica de los fluidos que se %an a simular
C)AL PA%)ETE DE FL)IDOS 6 $omponentes U 'deales U Agua U Hidrocarburos li%ianos U Hidrocarburos I H-=3$U cidos orgánicos2 alco+oles cetonas y afines U /lectrolitos U Aminas U >>>>>(%er manuales) >>>>los demás>>>>>
odelo 9ermodinámico Antoine A=/ =team Peng?obinson =our P 3 =our =4 ,9L L'W/lectrolyte Amine pg ,'!A$
C)AL PA%)ETE DE FL)IDOS 6 $onsXltese lso manuales de HB=B= para mas informaci&n del alcance y restricciones de cada modelo termodinámico> /jemplo# Aplicabilidad de modelo de acti%idad segXn el tipo de me7cla
TIPOS DE FLU4OS
TIPOS DE FL)7OS 8OL)9ETRICOS =td> 'deal Liq Liq>> Vol> Flo* (condiciones ideales)
'deal Vol> Flo* Y =td> $ond $ond>> (algunos efectos de me7cla no ideal)
Actual Vol> Flo* (9 y P reales)
=tandard Gas Flo* (Ley de gas ideal)
Actual Gas Flo* (9 y P reales)
=
Flujo Molar × PesoMol ρ ideal,60°F
=
Flujo Molar × PesoMol ρ Std.
=
Flujo Molar × PesoMol ρ (T,P)
=
=
Flujo Molar × R × T P Flujo Molar × PesoMol ρ (T,P)
DIFERE31IAS E3TRE
REA1TORES QUI5I1OS
Gibbs /quilibrio $=9
PF
Generales ('deales)
$on%ersi&n
Info!'a0i:n 0la1e de ent!ada
Resultado Los compuestos con mas alta posibilidad termodinámica de formarse
s b b i G o i r b i l i u q /
/stequiometr"a 9ipo 0n# /quilibrio
La composici&n y con%ersi&n en el equilibrio termodinámico
n & i r e % n o $
/ste uiometr"a $on%ersi&n 9ipo 0n# $on%ersi&n
a compos c n a a con%ers n definida
9 = $
/stequiometr"a $inética de reacci&n 9ipo 0n# inetic3simple ate Volumen reactor
F P
/stequiometr"a $inética de reacci&n 9ipo 0n# inetic3simple ate2 $atálisis Heterogénea Dimensiones (L2 D2 9ubos2 etc>)
La composici&n y la con%ersi&n en funci&n de la cinética y las dimensiones del reactor definidas
REACTORES %)I9ICOS P!o;le'as f!e0uentes ,o aparece disponible el set de reacciones
/l set de reacciones no está %inculado al paquete de fluidos
!ue +acerT ;> =eleccione el set de reacci&n -> Adici&nelo al paquete de fluidos
REACTORES %)I9ICOS P!o;le'as f!e0uentes La reaccci&n no está declarada en la fase correcta → $H-$H$H.(L) + H2O(L) $H.$H-$H(H)-(L)
0ido Propileno
0n definida como l"quido combinado porque el 0ido el A ua no son com letamente miscibles
$on%ersi&n en cero porque los reacti%os entran en fase l"quida y la reacci&n esta declarada en fase %apor
Propilen Glicol
1O36ERGE31IA DE
1OLU53AS DE SEPARA1IO3 Destilador
ectificador
Absorbedor
=plitter
s+ortcut destilador
Destilador . fases
Despojador
/0tractor liquido?l"quido
1OLU53AS DE SEPARA1IO3 Corrientes "ntrada
COL$M9A COL$M9A
Corrientes Salida
equisitos para que el modelo con%erja# U $orrientes de entrada U U Platos de alimentaci&n U Presi&n cima y fondo U /ficiencia de plato y3o compuesto (Por defecto C ;) Flujo de salida $omposici&n plato3corriente U /specificaciones 9emperatura plato (s4e0s) /nerg"a eflujo (L3D)2 etc>
Z
/specificaciones C 'ntercambiadores I $orrientes de salida ? -
1OLU53AS DE SEPARA1IO3 5etodo S/o$t1ut 'a$a destila#i+% =upone sistema $ondensador?e+er%idor sin corrientes ni dispositi%os laterales y platos ideales
Definir componentes cla%es Presi&n cima y fondo elaci&n de reflujo
/ntrega un nXmero de platos ideales y plato ideal de alimentaci&n /sto sir%e de apro0imaci&n inicial para el modelo riguroso
1OLU53AS DE SEPARA1IO3 Destila#i+% odelo riguroso de destilaci&n
Ha. métodos s/o$#ut 'a$a las ot$as #olum%as de se'a$a#i+%?
NO .A< Para definir el nXmero de platos y el plato de alimentaci&n +ay que +acer una prueba y error 'ni
,o
=uponer el nXmero de platos y3o plato de alimentaci&n (Design)
Hacer con%erger la $olumna (un)
9odos los platos 1921J 1921J[[∞ T
Verificar los perfiles de 9 y J de los compuestos cla%es (Performance)
=i Dimensionar la columna (tipo2 secciones2 5) (9ray =i7ing)
\inundaci&n [ αT
,o
=i
Fin
E3e'4lo5 =eparar una me7cla de 0idoPropileno I /tilenglicol I H-
Plato de alimento Plato de alimento
Los platos E a S 19 y 1J K Los platos O a ; 19 y 1J muy grande
E3e'4lo5 educiendo el nXmero de platos y el plato de alimento se mejoran los perfiles de la torre
Plato de alimento Plato de alimento
9odos los platos de la torre tiene un 19 y3o 1J adecuado
E3e'4lo5 =e %erifica que la inundaci&n no sea muy alta [ O\ Dise6o de una sola secci&n
]La
Dise6o de dos secciones]
altura del %ertedero es un poco mas grande que el de la primera secci&n
1OLU53AS DE SEPARA1IO3 P$o0lemas F$e#ue%tes /l modelo no con%erge
sa o e especificaciones
La casilla c+equeada significa que la especificaci&n está acti%a
Posi;les 0ausas • 9odas las corrientes de masa y energ"a no estan conectadas • Los grados de libertad no son cero (/specificaciones Acti%as) • Alguna de las especificaciones acti%as es imposible de lograrse • /l modelo termodinámico es el incorrecto • ,o se separa porque no es la operaci&n de separaci&n correcta
1OLU53AS DE SEPARA1IO3 P$o0lemas F$e#ue%tes Re0o'enda0iones
• Anali7ar el equilibrio de fases entre los compuestos cla%es (Graficas 92P2J) • na de la especificaciones acti%as sea la relaci&n de reflujo • • odificar parámetros del método numérico (Parameters2 =ol%er) • Flas+ear o precalentar el alimento para facilitar la separaci&n • tili7ar la cantidad de energ"a intercambiada como segundo criterio de dise6o del nXmero de platos y3o posici&n del plato de alimento>
5ODELOS DE
INTERCA9IADORES DE CALOR
Heater $ooler
$arca7a y tubo
L,G
Air cooler
Furnace Heater
INTERCA9IADORES CARCA>A < T)O HB=B= posee cinco modelos de cálculo# U /0c+anger Design (/ndPoint) U /0c+anger Design (4eigt+ed) U =teady =tate ating U Dynamic ating U HF9=?/ngine (igurous odel)
INTERCA9IADORES CARCA>A < T)O End Point
Wei2ted
$ambios de fase
,o cambios de fase ∆P
0o!!ientes FTP#
I ; especificaci&n (specs)]
Stead/ State
,o cambios de fase 0o!!ientes FTP#
I
Geometr"a (9/A)
a s d o t a ! a t D n E
] =in pérdidas de energ"a s a o d t i a l a D S
)A inte!0a';iado! 0o!!ientes FTP#
)A inte!0a';iado! 0o!!ientes $P FTP#
INTERCA9IADORES CARCA>A < T)O End Point
Wei2ted
s e n o i c i s o p u =
U $ambios de fase U @alance por inter%alos de H2 9 & ∆P constante U FtC;
requeridos a s d o a t ! a t D n E
s a o d t i a l a D S
∆P
Z
/specificaciones (=pecs =pecs))
U ,o cambios de fase U @alance global ( constante)
tubos y carca7a
92 D92 in Approac+2 Duty (Lea2 Loss)2 Flujo2 A2 L9D2 =ubenfriamiento2 =obrecalentamiento
- corrientes A Perfiles 92 !2 P
Stead/ State
U ,o cambios de fase U @alance global ( constante) U =in pérdidas de $alor corr en es
Geometr"a detallada (9/A)
- corrientes A Perfiles 92 !2 P ∆P tubos y carca7a + tubos y carca7a
INTERCA9IADORES IDEALES APRO#I9ACION A )N INTERCA9IADOR REAL /$/,DA$', ;> =imule la transferencia de calor solo con +eater y3o cooler -> Acople el +eater(lado frio) y el cooler (lado caliente) mediante el duty .> Dimensione el intercambiador# a) odelo 4eigt+ed o /nd Point# Hallar el A (tility =89 /0c+anger ating) b) odelo =teady =tate# Geometr"a detallada (pasos2 9/A2 tubos2 pitc+2 etc>) Acople de dos intercambiadores ideales (Heater ? $ooler) Lado caliente
Lado frio
REC
Corrientes "ntrada 1
E%)IPO *
Corrientes Salida 1
E%)IPO
Corriente e**o
;> La corriente de reciclo es una corriente conocida por el usuario que se requiere para +acer con%erger el primer equipo -> A su %e7 la corriente de reciclo es una corriente calculada por Hysys en el n?ésimo equipo
Corrientes Salida
5 E%)IPO n
Corrientes Salida n
Corriente H
=egXn el concepto de grados de libertad esto es una
0ont!adi00i:n
C:'o se !esuel1e esto6 ediante una prueba y error mXltiple (92 P2 F2 J) que ejecuta el objeto ecycle
REC EJEMPLO
Alrededor de un reciclo se debe cumplir#
9asa = 9asa Ene!?a = Ene!?a
REC HB=B= dispone de %arios algoritmos (4egstein 4egstein22 /igen%alores /igen%alores) y parámetros de sensibilidad para manipular la con%ergencia>
9olerancia C 'nternal 9olerance ] =ensi%ities
REC U $+eque la opci&n ignore (parte inferior derec+a de la %entana del ecycle) y %erifique (pesta6a *orss+eet ) las diferencias en las condiciones de operaci&n de las corrientes> =i es posible manipular algunas condiciones para disminuir las diferencias2 entonces +ágalo> > U =i el ecycle no con%erge entonces abra el arc+i%o de bacup y manipule el método numérico# U Aumente el nXmero de iteraciones U odifique el tipo de Flas+ U odifique la sensibilidad de las %ariables (92P2 J5) que usted note que son problemáticas U =olo grabe el arc+i%o de la simulaci&n +asta que el ecycle +aya con%ergido correctamente>
PROBLE5AS DE
n problema de inconsistencia se presenta cuando HB=B= detecta que una misma %ariable tiene dos posibles soluciones que son diferentes entre s">
Causa 6
=e dan más datos de entrada de los que se necesitan (Grados de libertad [ )
E3e'4lo5 Los grados de libertad C
Los grados de libertad [
$&mo corregirloT
*
Detectar el equipo o corriente donde se %iola los grados de libertad
-
/liminar el dato de entrada que sobra
Acti%ar el sol%er de Hysys
RE1O5E3DA1IO3ES
