Lectura Definiciones y Terminos de Simulacion

LECTURA SUGERIDA SOBRE DATOS DE INTERES SOBRE HYSYS Y SIMULACIÓN(EVALUACIÓN DE ESTAACTIVIDAD CON ENTREVISTA)

REALIZA ESTA LECTURA (SEMANA #4)

El modelo termodinámicoLa Termodinámica es una ciencia que nació de la necesidad de optimizar el rendimiento deprocesos de separación y de conversión termomecánica.. La Termodinámica clásica es

una termodinámica macroscópica de equilibrio. La Termodinámica actual abarca la energética de reacciones y buena parte de los fenómenos de transporte y reactividad química en el contexto de la llamada Termodinámica de los procesos irreversibles, proyectándose en el ámbito corpuscular a través de los modelos de Termodinámica Estadística.


Ámbito de la termodinámicaEl procedimiento termodinámico se basa en la introducción coherente de propiedades deinterés práctico - P, V, T, H, F, G, S, F...- asume unos principios generales de evidencia incuestionable - por el momento cuatro- y adopta unos formalismos matemáticos – relaciones de Maxwell- derivados de las cualidades atribuidas a estas propiedades - ligadas por ecuaciones diferenciales exactas en campos continuos-.En torno a este ámbito formal, la Termodinámica discurre en dos dominios paralelos y permeables. En eldominio experimental se nutre de constantes aportaciones de la experimentación sistemática y de la propiapráctica de los procesos, que son fuente inagotable de datos. El análisis de estos datos ha permitido inferiralgunos principios generales de la naturaleza concernientes a las relaciones energéticas - equilibrio térmico,equivalencia teórica y práctica entre calor-trabajo y orígenes de entropía, así como la correlación de estos para deducir modelos empíricos de comportamiento. En el dominio teórico la Termodinámica desarrolla modelos ideales - gas ideal, principio de estados correspondientes, mezcla ideal...- que contrasta con la evidencia experimental introduciendo sucesivas correcciones - modelos de estado de fluido reales, discrepancias del P.E.C., fugacidades, modelos para mezclas reales, coeficientes de actividad, etc.- Los modelos de estado son relaciones PVT macroscópicas que permiten obtener formas prácticas de las relaciones entre otras propiedades termodinámicas de significación más compleja y que, auxiliados por modelos de estructura molecular (corpusculares y estadísticos) permiten una explicación mecanística de las propias teorías de estado y una interpretación rigurosa de las propiedades.

MODELOS DE ECUACIONES DE ESTADO

Los procedimientos de diseño del equipo para las operaciones de separación requieren elconocimiento de entalpías y densidades, además de las relaciones de equilibrio entre fases. La termodinámica clásica proporciona un medio de obtener todas estas magnitudes a partir de lasrelaciones P-v-T, que se conocen como ecuaciones de estado. Si bien se han


propuesto un gran número de ecuaciones de estado, la mayoría para la fase vapor, relativamente pocas resultan adecuadas para los cálculos prácticos de diseño. Algunas de éstas se indican en la Tabla 2.Todas las ecuaciones de estado se pueden aplicar a mezclas utilizando reglas de mezcla para combinar constantes de las especies puras.



2. MÉTODOS DE PROPIEDADES IMPLEMENTADOS EN HYSYS2.1. Ecuaciones de estadoHYSYS ofrece actualmente la ecuación de estado mejorada de Peng-Robinson (PR), y la deSoave-Redlich-Kwong (SRK). Además, ofrece varios métodos que son modificaciones deéstas, tales como Zudkevitch-Joffe (ZJ) y Kabadi-Danner (KD). Lee-Kesler-Plocker (LKP) es una adaptación de la ecuación para mezclas de Lee-Kesler, que a su vez es una modificación de la ecuación Benedit-Webb-Rubin (BWR). De éstas, la de Peng-Robinson es la que presenta un intervalo mayor de aplicación y una mayor variedad de sistemas a los que es aplicable. Las ecuaciones de estado de Peng-Robinson y Soave-Redlich-Kwong proporcionan directamente todas las propiedades termodinámicas y de equilibrio requeridas. Aunque las formas de estas ecuaciones son comunes a otros simuladores comerciales, han sido mejoradas significativamente por Hyprotech para extender su intervalo de aplicabilidad.PR y SRKLos métodos PR y SRK contienen parámetros de interacción binaria mejorados para todos los pares hidrocarburo-hidrocarburo, así como para la mayoría de sistemas binarios hidrocarburo- no hidrocarburo.Para los componentes no presentes en la base de datos de HYSYS o para seudocomponentes de la clase hidrocarburo, los parámetros de interacción HC-CH se generan automáticamente para mejorar las predicciones del equilibrio L-V.La ecuación PR aplica un tratamiento especial en los parámetros de interacción de ciertoscomponentes como He, N2, H2, CO2, H2S, H2O,CH3OH, EG y TEG.Kabadi-Danner (KD)Este modelo es una modificación de la ecuación original SRK, modificada para mejorar elequilibrio L-V de los sistemas H2O-hidrocarburo, particularmente en la región diluida. Lamodificación está basada en una regla de mezcla asimétrica, donde la interacción en la faseacuosa (con fuerte presencia de puentes de hidrógeno) se calcula basada tanto en la


interacción entre los hidrocarburos y el agua, como en la perturbación provocada por elhidrocarburo en la interacción H2O-H2O.Lee-Kesler-Plöcker (LKP)Esta ecuación es un método general exacto para las sustancias no polares y para las mezclas.Plöcker aplicó la ecuación de Lee-Kesler a las mezclas, desarrollando reglas de mezclas para las propiedades pseudocríticas.Peng-Robinson Stryjek-Vera (PRSV)Es una doble modificación de la ecuación de estado PR, que extiende su aplicabilidad asistemas moderadamente no ideales. Se ha demostrado que reproduce las curvas de presión de vapor de componentes puros y mezclas de forma más exacta que el método de PR,especialmente a bajas presiones de vapor.Se ha extendido satisfactoriamente para manejar sistemas no ideales, dando resultados tanbuenos como los obtenidos usando funciones de energía de Gibbs en exceso, tales comoWilson, NRTL o UNIQUAC.Una de las modificaciones de la ecuación de PR introducidas por Stryjek-Vera es la expansión del término que se transforma en una función del factor acéntrico y de un parámetro empírico usado para ajustar las presiones de vapor de los componentes puros. Para los pseudocomponentes generados para representar las fracciones de petróleo, HYSYS regresiona automáticamente este término para cada pseudocomponente frente a las curvas de presión de vapor de Lee-Kesler. La segunda modificación consiste en un nuevo conjunto de reglas de mezcla. De las dos reglas de mezcla propuestas en el artículo original, HYSYS solamente ha incorporado la expresión de Margules para el término cruzado.Aunque solamente se han ajustado en HYSYS un número limitado de pares binarios, laexperiencia aunque limitada sugiere que PRSV se puede emplear como modelo para sistemas moderadamente no ideales, tales como los sistemas agua-alcohol, y algunos sistemas hidrocarburo-alcohol. También se puede emplear para sistemas de hidrocarburos con buena exactitud.2.2.1. Modelos de actividad disponibles en HYSYSMargulesLas ecuación de Margules fue la primera representación desarrollada para la energía enexceso de Gibbs, y no tiene ninguna base teórica, aunque es útil para estimaciones rápidas ypara interpolación de datos. HYSYS dispone de la ecuación de Margules extendida a sistemas multicomponentes con hasta 4 parámetros ajustables por par binario (dos independientes de la temperatura, y otros dependientes).Van LaarLa ecuación de Van Laar fue la primera representación de la energía en exceso de Gibbs con significado físico. La ecuación implementada en HYSYS es una versión modificada por Null, que es bastante útil en muchos sistemas, particularmente para el equilibrio de distribución LL.Se puede usar para sistemas con desviaciones positivas y negativas de la ley de Raoult, sinembargo, no permite predecir máximos o mínimos en el coeficiente de actividad. Por tanto, no va bien en sistemas con hidrocarburos halogenados y alcoholes. Tiene tendencia predecir dos fases líquidas, cuando en realidad no existen.WilsonLa experiencia demuestra que la ecuación de Wilson se puede emplear para extrapolar conrazonable fiabilidad a otras condiciones de operación empleando los mismos parámetros de


interacción. También representa satisfactoriamente casi todos las disoluciones liquidas noideales, excepto electrolitos y disoluciones con miscibilidad limitada. Por tanto, no se puede emplear en problemas que involucren equilibrio L-L. Predice bastante bien los equilibrios ternarios usando parámetros ajustados a partir de datos binarios.La ecuación implementada en HYSYS contiene de 2 a 4 parámetros por par binario. Hay que tener en cuenta que aún poniendo los 4 parámetros a cero no se reduce el par binario a una disolución ideal, ya que mantiene un pequeño efecto debido a la diferencias de tamaño de las moléculas.NRTLEsta ecuación es una extensión de la ecuación de Wilson, que es capaz de representar losequilibrios L-V, L-L y L-L-V. Como la ecuación de Wilson es termodinámicamenteconsistente y se puede aplicar a sistemas ternarios o de orden superior usando parámetrosajustados a partir de datos de equilibrio binarios. Contiene 5 parámetros por cada par binario (independientes y dependientes de la temperatura). Debido a su estructura matemática puede producir intervalos falsos de miscibilidad.Extended and General NRTLSon variaciones del modelo NRTL, que emplean más parámetros binarios de interacción. Se aplican a sistemas:Con un amplio intervalo de puntos de ebullición entre sus componentes.Cuando se necesite la solución simultánea de los equilibrios L-V y L-L, y exista entre loscomponentes un amplio intervalo de puntos de ebullición o de concentración.UNIQUACEs capaz de representar los equilibrios L-V, L-L y L-L-V con exactitud comparable a laecuación NRTL, pero sin necesidad del parámetro de aleatoriedad. Su principal ventaja es que se puede obtener una buena representación de los equilibrios L-V y L-L para una amplia variedad de mezclas de no electrolitos usando sólo dos parámetros por par binario. Parámetros que presentan muy poca dependencia con la temperatura, lo que la hace más válida para extrapolaciones.Chien-NullEn realidad no se trata de un nuevo modelo, sino de un marco para aplicar los modelos deactividad existentes de un forma binario por binario. De esta forma, el modelo de Chien-Null permite seleccionar para cada par binario el modelo de actividad que mejor se ajuste,independientemente de los empleados en el resto de pares binarios.Una precaución a tener con los modelos de Wilson, NRTL y UNIQUAC son las dimensiones de los parámetros de interacción (cal/mol-g para el independiente de la temperatura, y cal/mol-g K para el dependiente de la temperatura) ya que en la bibliografía pueden tener dimensiones diferentes al tener integrada la constante universal de los gases R (por ejemplo, DECHEMA, Chemistry Data Series).Ley de HenryLa ley de Henry no se puede seleccionar explícitamente como un método, aunque HYSYS la emplea cuando se selecciona un modelo de actividad y entre los componentes se encuentra un componente no condensable. HYSYS considera no condensables los siguientes componentes: metano, etano, etileno, acetileno, hidrógeno, helio, argón, nitrógeno, oxígeno, óxido nítrico, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, y monóxido de carbono.Simulación en Estado Estacionario para la Ingeniería de ProcesosLA ESTRUCTURA BÁSICA DEL PAQUETE DE SIMULACIÓN DE PROCESOS HYSYS.


PASOS Y HERRAMIENTAS DISPONIBLES PARA CONSTRUIR UN CASO DE SIMULACIÓN.

Arquitectura Básica de Hysysa) Conceptos básicos en HYSYS1.- Arquitectura Multi-Flowsheet: El concepto de Fowsheets y Sub-Flosheets.Método flexible e intuitivo que permite:Descomponer un proceso complejo en procesos menores con componentes másconcisos. Simular cada unidad del proceso en forma independiente del proceso completo, peroligado a él, construyendo un sub-flowsheet con sus corrientes y operaciones unitariasaccesorias.Usar paquetes termodinámicos independientes para cada flowsheet.2.- El concepto de Medio Ambiente (Environment).Hysys Environments permite acceder e ingresar información en una cierta y determinada área o “medio ambiente” del programa, mientras que las otras áreas están en modo hold (“esperando”) hasta que se finalice la tarea en el área de interés. Hay 5 Environments:

Basis (se crean, definen y modifican los Paquetes de Fluidos a ser utilizados –incluyen,como mínimo, el paquete de propiedades y los componentes-)

Oil Characterization (se caracterizan cortes de petróleo) Main Flowsheet (se define mayoritariamente la topología del flowsheet principal) Sub-Flowsheet (se define la topología del sub-flowsheet) Column (se define la topología de una particular Columna Sub-Flowsheet)

b) Herramientas Cálculos interactivos y acceso instantáneo de la información. Inteligencia incorporada al programa que le permite conocer cuando la información

disponioble es duficiente parra efectuar un cálculo y corregir los cálculos falsh en formaautomática.

Operación modular: Todas las operaciones unitarias y/o corrientes pueden realizar todos los cálculos siempre que se especifique la información mínima necesaria en cada caso o la misma se transmita a través de las corrientes ligadas. La información, completa o parcial, se transmite en forma bi-direccional.

Algoritmos de solución No Secuenciales. Ellos operan en forma independiente del orden en que se contruye el flowsheet.

c) Elementos de Interafase PrimariosFormas alternativas para acceder e ingresar información del proceso a HYSYS.

El Diagrama de Flujo de Proceso (The Process Flow Diagram -PFD-) Workbook. Property View.

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