DISEÑO DE PROCESOS

PRÁCTICAS DE HYSYS 1

ADRIANA ARISTIZÁBAL

6.   EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Los equipos de transferencia de calor en Hysys son:

• En la paleta de objetos los iconos son:

6.1  Intercambiador de Coraza y Tubos

Ejercicio 30: Se desea enfriar 50000 kg/h  de Metanol desde 90oC hasta 40oC , para tal efecto se debe usar agua de enfriamiento disponible a 25 oC y puede calentarse hasta 40oC. 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 enfriadores y calentadores en el PFD.

• En el visor del Intercambiador asociar las corrientes de entrada y salida:

• Observe que en este equipo se puede seleccionar un paquete de fluidos para el fluido de intercambio y de enfriamiento.

• Se considera que el Metanol va por el lado del casco y al agua de enfriamiento por el lado de los tubos.

• Especificaciones de corriente Entrada a la Coraza:

• Especificar la salida de metanol

• Especificamos la entrada del agua:

• Especificamos la Salida del agua:

• Al especificar la ultima corriente se especifica el intercambiador:

• En el worksheet se pueden ver los resultado de los cálculos

• También se pueden ver las especificaciones del intercambiar:

Hay cuatro modelos de intercambiadores de calor:

El tipo de pérdidas de calor solo está disponible para los modelos de cálculo Weighted Exchanger Design o End Point Exchanger Design.

• En el modo dinámico no hay esta opción:

En el lado de la coraza el campo UA es para especificar el coeficiente de transferencia de calor global. Si no se especifica Hysys lo calcula.

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

• Los datos de dimensionamiento del intercambiador:

• En la pestaña performance se puede ver grafica y de forma tabular el desempeño del intercambiador:

6.2 ENFRIADORES• Los enfriadores son un intercambiador de

calor en los cuales la corriente de entrada es enfriada a las condiciones de salida requeridas. La corriente de energía absorbe en este caso la diferencia de entalpía entre las dos corrientes

• Esta operación es útil cuando solo se está interesado en saber cuanta energía es requerida para enfriar una corriente de proceso pero no en las condiciones de la corriente de enfriamiento.

Ejercicio: Calcular cuanto calor se requiere para enfriar hasta 50°C una corriente con las siguientes especificaciones:

Especificación Valor

Temperatura 100 °C

Presión 2 atm

Flujo 100 kg /h

Componentes:

CumenoAgua

AmoníacoH2S

Composición molar:

0.50.10.20.2

• Seleccione el paquete termodinámico.

• Ingrese un enfriador al PFD• Conecte la corriente de

alimentación y una de salida del enfriador.

• Asuma una caída de presión de 0.2 atm

• Una vez se especifica la temperatura de salida o el Q de enfriamiento el enfriador queda completamente especificado:

• 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 calentada a las condiciones de salida requeridas. La corriente de energía provee en este caso la diferencia de entalpía entre las dos corrientes

• Esta operación es útil cundo solo se está interesado en saber cuanta energía es requerida para calentar una corriente de proceso pero no en las condiciones del fluido de calentamiento.

• En el visor del calentador se observa que esta unidad se empela de igual forma que el enfriador y tiene las misma pestañas.

• Ejercicio: Calcular cuanto calor se requiere para calentar 150°C una corriente con las siguientes especificaciones:

Especificación Valor

Temperatura 100 °C

Presión 2 atm

Flujo 100 kg /h

Componentes:

CumenoAgua

AmoníacoH2S

Composición molar:

0.50.10.20.2

• Suponga una caída de presión de 0.2 atm.

• Para alcanzar una temperatura de 150°C se requiere:

6.4 AIR COOLER

La unidad AIR COOLER emplea aire ideal como un medio de transferencia de calor para enfriar o calentar una corriente de proceso hasta unas condiciones de salida. Uno o mas ventiladores son empleados para circular el aire a través de los tubos en el proceso de enfriamieno de fluidos. El flujo de aire puede ser especificado o calculado desde las especificaciones de ventilador. Esta unidad puede emplearse para calcular:

• El coeficiente global de transferencia de calor (UA)• El flujo total de aire• La temperatura de la corriente de salida.

8. SISTEMAS DE BOMBEO

8.1 Bombas.

La operación de bombeo es empleada para incrementar la presión de la corriente líquida de entrada. Dependiendo de la información suministrada la bomba calcula la presión desconocida, temperatura o eficiencia de la bomba.

Ejercicio: De un tanque cerrado provisto de un respiradero a la atmósfera se desea bombear agua a 20°C, hacia una torre de absorción. El nivel de líquido en el tanque se encuentra a 7 m sobre el eje de la 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 eje de la 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 ("gate") 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 de 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:

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 fricción:

• Definimos dimensiones de la tubería, columna estática y accesorios: Primero aparece las características que debemos definir en este segmento

Clic en el botón Append Segment

• Aparece la información básica para especificar el primer segmento de tubería. El primer segmento que adicionaremos Corresponde a tubería recta: Pipe

Por lo que hacemos clic en View Segment

Se muestra la ventana Pipe Info. Definimos Schedule 40, Diámetro Nominal 50.80 mm y Cast Iron. Clic en Specify

• Completamos dando la Longitud y Elevación, con lo cual está definida la tubería recta.

• Ahora definimos los accesorios: 4 codos estándar

• Definimos la transferencia de calor con los alrededores:

• Pasamos al Worksheet para definir 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.

• Especificamos la tubería y accesorios del lado de la descarga

• Transferencia de calor

Ahora debemos especificar las condiciones de la salida ( Nos interesa la presión de descarga:  20 psig + 14.7 = 34.7 psia y el 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:

COMPRESORESLos compresores son equipos para aumentar la presión de una corriente gaseosa.

Ejercicio:

Cree un nuevo caso con la siguiente lista de componentes: N2, CO2, Metano, Etano

Utilice el paquete termodinámico Peng Robinson.

• Inserte una corriente con las siguientes características:

Corriente 1

Temperatura 50°C

Presión 1 atm

Flujo molar 100 kmol/h

• Especifique las siguientes conexiones a un compresor

En la pestaña parámetros en el grupo Efficiency se especifica la eficiencia adiabática o politrópica del compresor. Una vez Hysys obtiene la solución calcula la otra eficiencia a partir de la energía y las condiciones de la corriente.

Hysys tiene la opción de seleccionar dos modelos de compresores: Centrífugos y reciprocantes. En este caso seleccionaremos un compresor centrífugo.

NOTA: si se selecciona el compresor centrífugo aparece el grupo Operating Mode

Seleccione:

• Single Curve : para modelar el compresor con una curva de cabea vs flujo y eficiencia vs curvas de flujo.

• Multiple MW Curves: para modelar el compresor teniendo datos de curvas que describan el desempeño del compresor como una función del fluo de gas.

• Multiple IGV Curves: si se tienen las curvas que describen el desempeño del compresor como una función de inlet guide vane (IGV) position.

Para cerrar los grados de libertad es necesario luego especificar la presión de la corriente de salida o el flujo de energía (Qcompresor). En este caso se especificará 4 atm.

• El PFD final se muestra a continuación:

EXPANSORES

La operación de expansión es empleada para disminuir la presión de una corriente gaseosa a alta presión para obtener una salida a baja presión y alta velocidad. En un proceso de expansión la energía interna del gas se transforma en energía cinética y luego en trabajo. Esta operación en Hysys calcula las propiedades de la corriente o la eficiencia de expansión según las especificaciones.

• Ejercicio: Clone la corriente 1 del ejerció anterior y cámbiele la presión a 6 atm. Y conéctela a un operación de expansión.

En la pestaña parámetros en el grupo Efficiency se especifica la eficiencia adiabática o politrópica del expansor. Una vez Hysys obtiene la solución calcula la otra eficiencia a partir de la energía y las condiciones de la corriente.

Para cerrar los grados de libertad es necesario luego especificar la presión de la corriente de salida o el flujo de energía (Qexpansor). En este caso se especificará un flujo de energía de 2e5KJ/h

• El PFD final se muestra a continuación:

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.

Para cerrar los grados de libertad se debe especificar la presión de la corriente de salida o la caída de presión. Especifique una caída de presión de 1 atm

• El PFD final se muestra a continuación:

• Referencias:

• Copyright © 2004 Hyprotech, a subsidiary of Aspen Technology Inc. All rights reserved. HYSYS 2004

• Hysys. User Guide.

• MONCADA, Luis. Simulación de Procesos con HYSYS. 2006.