Simulación de Procesos Industriales. Simulador PRO/II [nivel AVANZADO - Parte II]

in #stem-espanol6 years ago (edited)
Continuando con la guía de aprendizaje sobre el modelaje de procesos industriales mediante el uso del simulador PRO/II, en esta oportunidad estaremos abordando la parte II de este tema.

Nivel avanzado

PROII ICON.png

Esto va dirigido a:

  • Estudiantes e ingenieros que pudiesen usar PRO/II en su trabajo diario.
  • Ingenieros de Procesos que hagan diseño de proceso, proyectos y estudios de optimización de procesos.
  • Ingenieros de Planta que realicen evaluaciones de su planta bajo diferentes condiciones de operación.
  • Ingenieros de Investigación y Desarrollo y Científicos que utilicen PRO/II para síntesis de procesos.

Se han impartido 3 niveles:

Básico I y II

Intermedio

Avanzado


Esta guía es la parte II del nivel avanzado. Presione aquí para visualizar parte I


Tabla de contenido

Parte II

  1. Fired Heater
  2. Columnas de extracción líquido-líquido
  3. Reactores
  4. Equipos para manejo de sólidos
  5. Despresurización
  6. Curvas de calentamiento o enfriamiento
  7. Controlador multivariable
  8. Unidades calculadoras en PRO/II
  9. Reciclo
  10. Hidratos
  11. Breakpoints

1. Fired Heater

La operación para simular hornos tiene dos secciones. El fluido del lado proceso es calentado y pasa a través de los tubos, la otra sección está representada por el lado de la combustión donde una o más corrientes conforman el combustible y el aire que generan las llamas de calentamiento, mediante un reactor de combustión. La transferencia de calor sólo ocurre a través de los dos lados y no ocurre transferencia de masa entre ellos. Las corrientes que son quemadas generan productos de una combustión completa. Las asunciones para los cálculos de estos equipos son:

  • Los hidrocarburos y monóxido de carbono que entran en el lado combustión se convierten en dióxido de carbono y agua.
  • Algunas cantidades de sulfuro de hidrógeno son convertidas a dióxido de azufre y agua.
  • Los compuestos nitrogenados son convertidos de N a N2-.
  • Se asume que no hay recirculación de los gases de combustión en los quemadores.

djdjd.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

Para efectuar la simulación de un horno es necesario definir algunos parámetros. En especificaciones generales se deben suministrar al menos cuatro parámetros.

jdjd.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

También es necesario especificar una temperatura y colocar estimaciones iniciales:

Especificación de temperatura
Estimaciones iniciales
jsj.jpgpeoeoe.jpg

Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

2. Columnas de extracción líquido-líquido

Este tipo de columnas es tomado desde la operación *destillation*. Se maneja simular a la sección de las columnas de destilación sólo que manejará una separación líquido-líquido, por lo tanto es importante cambiar el algoritmo de cálculo a *liquid-liquid* tal como se muestra en la imagen.

ppspopao.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

3. Reactores

PRO/II ofrece una gama de reactores para diferentes procesos, entre ellos destacan los reactores de equilibrio, reactores tipo tanque agitado continuo, reactores de Gibbs, reactores de conversión, reactores tubulares de flujo de pistón y reactores de polimerización. Para poder simular estos equipos es indispensable definir los conjuntos de reacciones químicas que tienen lugar en los reactores. En la paleta PFD se muestran los diferentes reactores que PRO/II puede simular.

jaja.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

Se debe introducir un nombre para cada set de reacciones y luego se introduce el detalle de cada reacción y finalmente se configuran dentro del reactor que desea simular.

kjeie.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

poos.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

Los reactores generales (reactores de convención y equilibrio):

  • No requieren información sobre cinemática química.
  • No realizar cálculos de dimensionamiento.
  • El usuario debe definir la estequiometría de la reacción química.
  • La operación es adiabática o isotérmica.
  • El calor de reacción puede ser calculada a partir de la base de datos del simulador o estipulada por el usuario.

Los reactores de conversión

Se resuelven mediante balances de masa y energía basados en la estequiometría de la reacción suministrada y la conversión fraccional calculada mediante la expresión:

jsjsjs.jpg

Donde
T es la temperatura.
C0, C1, C2 son constantes definidas por el usuario.

Los reactores de equilibrio

Se resuelven mediante balance de masa y energía basados en la estequiometría de la reacción suministrada y los datos de equilibrio de la reacción química. Las constantes de equilibrio son basadas en la presión de vapor de las reacciones de fase gas o en la fracción molar de las reacciones en fase líquida. El equilibrio depende de la temperatura y se debe introducir los coeficientes de equilibrio de cada reacción, opcionalmente también se puede suministrar una aproximación al equilibrio.

khy.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

Los reactores cinéticos (reactores tubulares y tanque agitado continuo):

  • La conversión depende de la cinética y el tiempo de resistencia.
  • Se deben suministrar los datos cinéticos y la geometría de la reacción.
  • No puede procesar datos de equilibrio vapor-líquido-líquido (no fases inmiscibles)
  • Acepta modos múltiples de operación térmica, ya sea fijando el calor o la temperatura.

Los reactores tubulares

Se resuelven mediante balances de masa y energía basados en la estequiometría de la reacción suministrada y los datos cinéticos definidos por el usuario.

Los reactores de equilibrio

Se resuelven mediante balances de masa y energía basado en la estequiometría de la reacción suministrada y los datos cinéticos. Existen dos opciones: el CSRT convencional con producto líquido o el *boiling pot reactor* con producto en fase vapor.

Los reactores de Gibbs

Estos minimizan la energía libre de Gibbs de los componentes para encontrar la distribución de equilibrio. Solo considera el equilibrio termodinámico, la cinética química no es considerada. Muchas veces la composición de los productos no suele ser realista por lo cual se debe revisar cuidadosamente. Tampoco requiere la estequiometría de la reacción, sin embargo puede introducirse para limitar la reacción química.

kue.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

4. Equipos para manejo de sólidos

PRO/II ofrece una gama de equipos para el manejo de sólidos, tal como se muestran en la paleta PFD:

pwieieie.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

La unidad de Flash con sólidos

Permite separar una mezcla líquido-vapor donde la fase líquida está conformada por una parte más ligera o menos densa que la otra; ésta última posee sólidos que serán separados. Requiere dos especificaciones.

powe.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

El removedor de sólidos

Es una operación que permite la remoción de CO2, H2S y C6H6 que forman sólidos en algunas corrientes en proceso de congelamiento. Posee cuatro alternativas para su convergencia: proceso adiabático, isotérmico, especificar la temperatura de congelamiento o la presión de congelamiento.

peoreor.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

El separador de sólidos

Separa el material en fase sólida de varias corrientes, operando adiabáticamente y a la menor presión de las corrientes de alimentación. Es necesario general dos corrientes, una de tope y otra de fondo, indicando cuanto es la fracción de sólidos que desea extraer por la corriente de fondo.

odododod.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

El ciclón gas/sólido

Permite separar partículas finas del aire o gases de procesos. Es necesario dimensionar el equipo.

pofiru.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

El disolvedor

Permite el modelado de disolución de sólidos en soluciones líquidas. Se puede seleccionar los modos *Design* o *Rating*. En el modo *Design* se requiere una especificación y el volumen es calculado por la distribución del tamaño de partícula establecida en la corriente de alimentación. En modo *Rating* el volumen del recipiente es definido y se determina la distribución del tamaño de partícula en la salida.

osososos.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

Todas las unidades de manejo de sólidos son sencillas en su algoritmo de convergencia. También están disponibles: cristalizador, filtro rotatorio en tambor, secador de sólido, fundidor/congelador, decantador contracorriente y centrifugador con filtro.

5. Despresurización

La unidad de despresurización simula la relación tiempo-presión-temperatura cuando un recipiente es despresurizado a través de una válvula de alivio o de control. La fase inicial contenida en el recipiente puede ser vapor o mezcla líquido-vapor.

Muchos modelos de válvulas y configuraciones de recipientes se encuentran disponibles en PRO/II, al igual de modelos de introducción de calor para simular la presurización de recipientes por fuego u otras causas. Si la unidad posee varias alimentaciones, estas corrientes son mezcladas adiabáticamente para conseguir la composición inicial, temperatura y presión del fluido en el recipiente a despresurizar.

isisis.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

Se deben especificar las condiciones iniciales de alivio y las condiciones finales de la despresurización como estimaciones preliminares. También se debe definir las características de la válvula, así como los datos del recipiente.

ososid.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

Datos del recipiente

p.jpgksksks.jpg
jsjsjsjs.jpgy.jpg

Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

6. Curvas de calentamiento o enfriamiento

En general, una curva de calentamiento/enfriamiento es generada para una corriente de proceso entre dos puntos definidos o estados; el usuario suministra la información que define el punto inicial y final a analizar. El estado físico de la corriente debe ser definido y los dos puntos límites a investigar.

kdkdkd.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

A continuación se muestran las especificaciones que pueden darse a una curva de calentamiento/enfriamiento:

  • Especificar ambas temperaturas y presiones.
  • Especificar entalpía y cada temperatura o presión.

jajajaja.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

7. Controlador multivariable

El controlador multivariable es similar al controlador solo que logra dos o más requerimientos en PRO/II. Se pueden especificar un número limitado de especificaciones en la simulación. El número de variables debe ser igual al número de especificaciones. La variable control será variada por el controlador y no podrá ser modificada ni fijada por ninguna otra operación unitaria.

multi.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

8. Unidades calculadoras en PRO/II

The Calculator es una herramienta versátil que encuentra resultados usando información de la simulación y los transfiere a otros módulos de operaciones unitarias y corrientes.

El calculador de PRO/II puede ser usado en un número de corrientes y operaciones unitarias, particularmente para determinar condiciones de entrada. Los usos son limitados y depende de la imaginación del usuario. Algunas de las aplicaciones de esta utilidad son:

  • Calcular propiedades especiales de corrientes que no se encuentran disponibles en la lista de propiedades y que pueden ser usadas por un controlador o controlador multivariable. Por ejemplo, una correlación generalizada puede ser usada para calcular el número de cetanos de un combustible diesel para ser usado como una especificación de un controlador en el cual la condición de una operación unitaria es ajustada para lograr un valor deseado en la propiedad de la corriente.

  • Dimensionamiento de equipos y estimación de los costos, esto pueden efectuarse con el calculador. También puede combinarse con el optimizador.

cad.jpglsld.jpg

Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

9. Reciclo

PRO/II resuelve reciclo o lazos de procesos, es decir, corrientes de aguas abajo que retornan a mezclarse con corrientes aguas arriba, mediante cálculos iterativos alrededor de cada lazo hasta que los parámetros especificados sean convergidos. Se clasifican en tres tipos:

Reciclo térmico

Son lazos en los cuales sólo cambia la temperatura y en consecuencia la entalpía, mientras que los flujos y composiciones permanecen invariables.

Reciclo de masa y energía

Donde cambia la composición y la temperatura de la corriente con cada iteración del lazo. Para resolver este tipo de caso el simulador compara el resultado del valor de la corriente con el resultado de la última iteración. Si todos los flujos, temperaturas y presiones son las mismas que la iteración previa, con un nivel de tolerancia especificado, se considera que el lazo converge.

Purga/adición

Hay un tipo especial de lazo de reciclo composicional donde las medidas adicionales deben ser usadas para garantizar el balance de masa. Algunos componentes pueden ser removidos (purge) o añadidos (make up). Puede utilizarse un calculador para estimar los valores que deben añadirse o purgarse.

recil.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

10. Hidratos

PRO/II contiene métodos de cálculo para predecir la ocurrencia de hidratos en mezclas de agua e hidrocarburos u otros compuestos pequeños. PRO/II puede identificar las condiciones de presión/temperatura bajo las cuales el hidrato se formará (tipo I o tipo II). PRO/II también puede predecir el efecto que tendría el añadir un inhibidor, tales como metanol, cloruro de sodio, etilenglicol, dietilenglicol o trietilenglicol.

Hidrato Tipo I
Hidrato Tipo II
I.jpgII.jpg

Estructuras de hidratos Tipo I y Tipo II (Carroll 2003)

jssjdjd.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0

11. Breakpoints

Esa facilidad permite converger la simulación hasta el punto que el usuario decida. Generalmente se usa en simulaciones muy complejas o largas donde se desea alcanzar una especificación en una operación determinada mediante un ensayo y error. Al presionar el botón Run la simulación convergerá hasta el primer Breakpoint y así sucesivamente hasta llegar al final de la simulación. Para crear los Breakpoints se presona el botón Breakpoint una vez que se haya seleccionado la unidad. La unidad seleccionada se torna de color fucsia.

kjdjdjd.jpg
Imagen tomada desde SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0



Las imágenes usadas en el post fueron creadas por el usuario a través de Microsoft PowerPoint y tomadas directamente desde el simulador PRO/II versión 9.0.

Sin tíHtulo.jpg

REFERENCIA
SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0 Getting Started Guide

Sort:  

Me encanto, claro no entendi mucho los conceptos, pero la iniciativa si y el formato con que esta estructurado el post.

Yo estoy estudiando Ing. Sin embargo, podrías justificar los párrafos para que las ballenas te voten. El post lo merece.

Oh gracias, tomaré en cuenta tu consejo y ya arreglaré eso. Gracias por su sugerencia. Saludos!

Muy buena Informacion de verdad y es muy util para todo los que estamos en la insdustria, Saludos

De la mano de la tecnología se buscan las soluciones de manera más eficiente.

Excelente trabajo @ennyta, un post muy informativo, completo y bien estructurado, se nota la dedicación en cada línea e imagen. ¡FELICIDADES! Saludos...

Gracias Ángeles. Me place te agrade mi post. Te invito a formar parte de la comunidad y compartir conocimientos. Abrazos.

Loading...

Coin Marketplace

STEEM 0.35
TRX 0.12
JST 0.040
BTC 71539.00
ETH 3603.23
USDT 1.00
SBD 4.75