SIMULACION Y OPTIMIZACION DE PROCESOS DE REFINACION

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1 SIMULACION Y OPTIMIZACION DE PROCESOS DE REFINACION
UTN FRLP Integración III SIMULACION Y OPTIMIZACION DE PROCESOS DE REFINACION

2 Introducir al auditorio en el conocimiento de
UTN FRLP Integración III OBJETIVOS: Introducir al auditorio en el conocimiento de herramientas computacionales que maximizan la producción y optimizan los recursos.

3 UTN FRLP Integración III TEMAS A DESARROLLAR: Introducción - Ingeniería de Procesos - Herramientas Simulación de Procesos - Conceptos básicos - Tipos de simuladores - Aplicaciones Generación de información - Test Run - INPUT Banco de propiedades - Identificación de componentes -Paquetes de cálculo de propiedades Termodinámicas. Operaciones Unitarias. Output - Análisis de resultados.

4 INGENIERIA DE PROCESOS
UTN FRLP Integración III INGENIERIA DE PROCESOS ¿QUE HACE UN GRUPO DE INGENIERIA? EVTE INGENIERIA CONCEPTUAL INGENIERIA BASICA INGENIERIA DE DETALLE ASISTENCIA TECNICA OPERATIVA TANTO PARA DISEÑO, COMO PARA REMODELACIONES DE UNIDADES

5 UTN FRLP Integración III ¿ COMO LO HACE ? LA LLAVE PARA EL DESARROLLO DE CUALQUIER PROYECTO ES UN BUEN BME. PORQUE ESTA ASOCIADO A LA: TRANSFERENCIA DE CALOR: hornos, Hx, calderas. TRANSFERENCIA DE MASA: columnas, absorbedoras, extractoras, flash , acumuladores. TRANSFERENCIA DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO: bombas, compresores, piping. SIMULACION DE PROCESOS INSTRUMENTACION Y CONTROL

6 CON HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES COMO:
¿ CON QUE LO HACE ? CON HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES COMO: PROVISION-HYSYS-ASPEN-CHEMCAD Simuladores de Procesos en estado estacionario. HEXTRAN-ACX-STX-SUPERTARGET Simuladores de equipos de intercambio de calor y redes. Pinch Análisis FRNC-5 Simulación de Hornos de Procesos - Diseño y Chequeo. INPLANT Simulación de redes de cañerías. EMPRO Simulación de sistemas de tratamientos de efluentes HYSYS-PROTTIS Simulación dinámica CPM-RTO Control Predictivo Multivariable ( Tipo DMC ) y Optimizacion en Tiempo Real UTN FRLP Integración III

7 ¿ QUE ES LA SIMULACION DE PROCESOS? ES UNA HERRAMIENTA DE CALCULO QUE:
GENERA RAPIDOS Y PRECISOS BME PERMITE DISEÑAR NUEVAS PLANTAS PERMITE CHEQUEAR UNIDADES EXISTENTES PROPORCIONA LA INFORMACION NECESARIA PARA QUE CADA GRUPO, DISEÑE O VERIFIQUE EQUIPOS , SERVICIOS AUXILIARES - COSTEO. PERMITE LA EVALUACION DE TODAS LAS CORRIENTES DEL PROCESO. UTN FRLP Integración III

8 PROPORCIONA GUIAS PARA LA MEJOR OPERACION DE LAS PLANTAS
PERMITE EL ESTUDIO DE TODA UNA PLANTA O PARTE DE ELLA ( EQUIPOS INDIVIDUALES ). PERMITE EL ANALISIS DEL PROCESO ANTE CAMBIOS EN LAS CONDICIONES DE OPERACION, CAUDALES, COMPOSICION DE CARGA O PRODUCTOS. PERMITE EL SEGUIMIENTO DE VARIABLES PARA DETERMINAR POLITICAS DE MANTENIMIENTO O LIMPIEZA DE EQUIPOS PROPORCIONA GUIAS PARA LA MEJOR OPERACION DE LAS PLANTAS INTERFASE DE CPM-RTO UTN FRLP Integración III

9 UN SIMULADOR DE PROCESOS ES UN SISTEMA “LOGICO”
UTN FRLP Integración III UN SIMULADOR DE PROCESOS ES UN SISTEMA “LOGICO” EL RESULTADO DEPENDE EXCLUSIVAMENTE DE LOS DATOS QUE NOSOTROS APORTEMOS MALOS DATOS=MALOS RESULTADOS

10 UTN FRLP Integración III UN PROGRAMA DE SIMULACION AL AUTOMATIZAR LA REALIZACION DE LOS BALANCES DE MASA Y ENERGIA, LOS ELIMINA COMO ETAPA LIMITANTE, PARA CONVERTIRLOS EN TIEMPOS DEL ORDEN DE SEGUNDOS . EL TIEMPO QUE SE HUBIERA UTILIZADO EN TAN SOLO UN CALCULO , ES AHORA UN TIEMPO FACTIBLE DE INVERTIR EN EL ESTUDIO DE VARIAS ALTERNATIVAS TECNOLOGICAS , QUE PERMITAN REALIZAR UNA SELECCION OPTIMA .

11 TIPOS DE SIMULADORES SEGUN SU ESTRUCTURA PUEDEN SER FIJOS O MODULARES.
UTN FRLP Integración III TIPOS DE SIMULADORES SEGUN SU ESTRUCTURA PUEDEN SER FIJOS O MODULARES. SEGUN SU MODO DE TRABAJO PUEDEN SER A DISEÑO O DESEMPEÑO. SEGÚN SUS VARIABLES PUEDEN SER EN ESTADO ESTACIONARIO O REGIMEN TRANSITORIO O DINAMICO.

12 PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SIMULADOR DE PROCESOS
UTN FRLP Integración III PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SIMULADOR DE PROCESOS FASE DE ENTRADA-INPUT FASE DE PREPROCESAMIENTO FASE DE CALCULO FASE DE SALIDA-OUTPUT

13 INPUT OUTPUT TRABAJO INPUT PREPROCESAMIENTO CALCULO OUTPUT UTN FRLP
Integración III PREPROCESAMIENTO CALCULO INPUT OUTPUT TRABAJO INPUT OUTPUT

14 UTN FRLP Integración III FASE DE ENTRADA-INPUT ANALISIS DEL PROCESO : PFD P&I CONDICIONES DE OPERACIÓN / MAX-MIN P-T CARACTERIZACIÓN DE CORRIENTES - IDENTIFICACION DE COMPUESTOS SELECCION DEL METODO DE CALCULO DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS.

15 ANALISIS DEL PROCESO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS
TOPOLOGIA- EQUIPOS-CONEXIONES IDENTIFICACION DE RECICLOS EQUIPOS VIRTUALES DIAGRAMA DE SIMULACION TEST RUN UTN FRLP Integración III

16 ANALISIS DEL PROCESO UTN FRLP Integración III

17 ANALISIS DEL PROCESO TEST RUN
UTN FRLP Integración III

18 CARACTERIZACION DE LAS CORRIENTES . IDENTIFICACION DE COMPUESTOS
UTN FRLP Integración III CARACTERIZACION DE LAS CORRIENTES . IDENTIFICACION DE COMPUESTOS TECNICAS DE MUESTREO MEZCLAS DE COMPOSICION DEFINIDA : ENSAYOS CROMATOGRAFICOS MEZCLAS DE COMPOSION INDEFINIDA : DESTILACION TBP-ASTM , DENSIDAD

19 CALCULO DE PROPIEDADES
PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE: BANCO DE DATOS PROPIEDADES TERMODINAMICAS: ECUACIONES DE ESTADO UTN FRLP Integración III

20 BANCO DE DATOS: es una subrutina de los SEE que contiene:
UTN FRLP Integración III BANCO DE DATOS: es una subrutina de los SEE que contiene: PROPIEDADES FISICAS PROPIEDADES TERMODEPENDIENTES CONSTANTES CORRELACIONES DE CONVERSION CONSTANTES DE ECUACIONES : KIJ

21 BANCO DE DATOS Table 1.1.1-1: PRO/II Library Component Properties
Fixed Properties and Constants Temperature-dependent Properties Acentric Factor Enthalpy of Vaporization Carbon Number Ideal Vapor Enthalpy Chemical Abstract Number Liquid Density Chemical Formula Liquid Thermal Conductivity Critical Compressibility Factor Liquid Viscosity Critical Pressure Saturated Liquid Enthalpy Critical Temperature Solid Density Critical Volume Solid Heat Capacity Dipole Moment Solid Vapor Pressure Enthalpy of Combustion Surface Tension Enthalpy of Fusion Vapor Pressure Flash Point Vapor Thermal Conductivity Free Energy of Formation Vapor Viscosity Freezing Point (normal melting point) Gross Heating Value Heat of Formation Hydrogen Deficiency Number Liquid Molar Volume UTN FRLP Integración III

22 CALCULO DE PROPIEDADES TERMODINACAS : K , S , H
UTN FRLP Integración III CALCULO DE PROPIEDADES TERMODINACAS : K , S , H ECUACIONES EMPIRICAS : BK10-JG ECUACIONES SEMIEMPIRICAS : CS-GS ECUACIONES DE ESTADO : LK-SRK-PR SISTEMAS POLARES : WILSON - MARGULES - VAN LAAR

23 Ecuaciones de Estado Soave-Redlich-Kwong (SRK)
K-values, enthalpies, entropies, vapor densities: SRK method Liquid densities: API method Peng-Robinson (PR) K-values, enthalpies, entropies, vapor densities: PR- Liquid densities: API method Grayson-Streed (GS) K-values: Grayson-Streed Enthalpies, entropies: Curl-Pitzer method Vapor densities: SRK method- Liquid densities: API method Braun-K10 (BK10) K-values: Braun-K10 method Enthalpies: Johnson-Grayson method-Entropies: Curl-Pitzer method Vapor densities: Ideal behavior- Liquid densities: API method UTN FRLP Integración III

24 Ecuaciones de Estado Methods Recommended for Low Pressure Crude Systems BK10 Gives fast and acceptable answers. GS/GSE/IGS Generally more accurate than BK10 especially for streams containing H2. Use LK enthalpies instead of CP enthalpies for vacuum towers. SRK/PR Provides better results when light ends dominate. UTN FRLP Integración III

25 Ecuaciones de Estado Methods Recommended for High Pressure Crude Systems GS/GSE/IGS Quicker but generally less accurate than SRK or PR, especially for streams containing light ends. Use LK enthalpies instead of CP enthalpies for vacuum towers. SRK/PR Provides better results when light ends dominate. UTN FRLP Integración III

26 Ecuaciones de Estado De-asphalting Units
Methods Recommended for Lube Oil and Solvent De-asphalting Units SRKM/PRM Recommended when user-supplied binary interaction data are available SRK/PR Recommended when no user-supplied binary interaction data are available UTN FRLP Integración III

27 PAQUETES ESPECIALES AMINAS ALCOHOLES GLICOLES AGUAS ACIDAS
Glycol Dehydration Systems The predefined thermodynamic system GLYCOL has been specially created for these systems. This system uses the predefined system SRKM but invokes the GLYCOL databank. This databank contains binary interaction parameters for component pairs involving glycols tri-ethylene glycol (TEG) and, to a lesser extent, diethylene glycol (DEG) and ethylene glycol (EG). These data have been regressed in the temperature and pressure range normally seen in glycol dehydrators: Temperature: oF Pressure: up to 2000 psia This method is described in more detail in Section 1.2.8, of this manual, Special Packages. UTN FRLP Integración III

28 ECUACIONES DE ESTADO RANGO DE APLICACION SELECTIVIDAD
UTN FRLP Integración III ECUACIONES DE ESTADO RANGO DE APLICACION SELECTIVIDAD EXACTITUD-TOLERANCIA SISTEMAS EXPERTOS=EXPERIENCIA MANUALES DE REFERENCIAS

29 FASE DE CALCULO BALANCE MODULO UNITARIO DE MASA Y ENERGIA
UTN FRLP Integración III FASE DE CALCULO CARACTERISTICAS DEL SISTEMA MODULO UNITARIO BALANCE DE MASA Y ENERGIA ALIMENTACIONES

30 VECTOR DE PROPIEDADES Xn-1 MODULO UNITARIO VECTOR DE PROPIEDADES Xn
UTN FRLP Integración III VECTOR DE PROPIEDADES Xn-1 MODULO UNITARIO VECTOR DE PROPIEDADES Xn

31 COLUMNAS DE DESTILACION-ELL- ABSORSION
UTN FRLP Integración III MODULOS UNITARIOS COLUMNAS DE DESTILACION-ELL- ABSORSION COLUMNAS COMPLEJAS:TOPPING-VACIO,FRACCIONADORAS FCC-COKE COLUMNAS CONVENSIONALES ABSORBEDORAS - STRIPPER - EXTRACTORAS LIQ-LIQ

32 SEPARADORES-ACUMULADORES
UTN FRLP Integración III SEPARADORES-ACUMULADORES FLASH ISOTERMICO FLASH ADIABATICO BIFASICOS TRIFASICOS HORIZONTALES - VERTICALES

33 INTERCAMBIADORES DE CALOR
MODELOS SIMPLES Y RIGUROSOS COLD BOX HORNOS DE PROCESOS CONDENSADORES-REBOILERS-TERMOSIFONES VERT-HORIZONTALES ANALISIS ZONALES UTN FRLP Integración III

34 BOMBAS COMPRESORES EXPANSORES MEZCLADORES-DIVISORES DE CORRIENTES
UTN FRLP Integración III BOMBAS COMPRESORES EXPANSORES MEZCLADORES-DIVISORES DE CORRIENTES VALVULAS CONTROL FEEDBACK-FEEDFOWARD

35 REACTORES HCUR-PGEN-CASE STUDY ESPECIFANDO CONVERSION
UTN FRLP Integración III REACTORES ESPECIFANDO CONVERSION ESPECIFICANDO EQUILIBRIO QCO SHIFT METHANADOR HCUR-PGEN-CASE STUDY

36 OPERACIONES UNITARIAS: FLASH
UTN FRLP Integración III P-T , P-%VAP T- % VAP,DEW,BUBBLE ADIABATICO ECUACIONES MESH EQULIBRIO L-V EQUILIBRIO L-L-V CAUDAL Y COMPOSICION DE LIQ Y VAPOR P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

37 DESTILACION SHORTCUT FENSKE UNDERWOOD GUILLILAND KIRKBRIDE TIPO COND
UTN FRLP Integración III TIPO COND ESPEC PROD.: RECUPERACION O PUREZA KLIV-KPES FENSKE UNDERWOOD GUILLILAND KIRKBRIDE P,T,CAUDAL COMPOSICION DE TOPE Y FONDO NET PLATO ALIM REFLUJO O L/D QCON QREB P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

38 DESTILACION METODOS I/O, FAST, CHEM Y SURE MATRIZ TRIDIAGONAL
TIPO COND TIPO REB ESPEC PROD: RECUPERACION O PUREZA L O L/D NET , NEA,NEEX PERFIL P PA , BYPASS SIDESTRIPER DESTILACION UTN FRLP Integración III P,T,CAUDAL COMPOSICION DE TOPE , FONDO Y EXTRACCIONES QCON QREB BALANCE PLATO A PLATO . TSIZE-TRATE METODOS I/O, FAST, CHEM Y SURE MATRIZ TRIDIAGONAL MET. THIELE-GEDDES P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

39 EQUIPOS DE INTERCAMBIO DE CALOR P,T,CAUDAL Q=m.Cp.DT=m.DH Q=U.A.MLDT
UTN FRLP Integración III TIPO DE HX CONFIGURACION TOUT HOCI-HICO DUTY UTILITY DP P,T,CAUDAL COMPOSICION DE CADA CORRIENTE CALOR INTERC. RATTING -TEMA HTRI Q=m.Cp.DT=m.DH Q=U.A.MLDT Q=M.DH ECUAC. RATTING P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

40 BOMBAS, COMPRESORES, EXPANSORES W=m.DH EFF P DESCARGA EFICIENCIA
UTN FRLP Integración III P DESCARGA EFICIENCIA W=m.DH EFF P,T,CAUDAL COMPOSICION DE SALIDA W REAL W IDEAL TEMP SALIDA P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

41 UTN FRLP Integración III FASE DE SALIDA-OUTPUT SUMARIO DE EQUIPOS: CONDICION TERMICA DE CADA ENTRADA Y SALIDA. BME SUMARIO DE COMPOSICIONES DE CADA CORRIENTE: EN LAS UNIDADES QUE UNO QUIERA, %, FRACCIONES O RATES. SUMARIO DE PROPIEDADES DE CADA CORRIENTE: PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE DE CADA FASE. SALIDAS STANDARD O PERSONALIZADAS: REDUCIDAS - EXPANDIDAS O CON CAMBIO DE UNIDADES.

42 UTN FRLP Integración III FASE DE SALIDA-OUTPUT SUMARIO DE EQUIPOS: CONDICION TERMICA DE CADA ENTRADA Y SALIDA. BME UNIT 3, 'M-1107E1' OPERATING CONDITIONS DUTY, M*KCAL/HR LMTD, C F FACTOR (FT) E-04 MTD, C E-03 U*A, KCAL/HR-C HOT SIDE CONDITIONS INLET OUTLET FEED NL1 LIQUID PRODUCT NL2 LIQUID, KG-MOL/HR K*KG/HR CP, KCAL/KG-C TOTAL, KG-MOL/HR CONDENSATION, KG-MOL/HR TEMPERATURE, C PRESSURE, KG/CM .

43 UTN FRLP Integración III COLUMN SUMMARY
NET FLOW RATES HEATER TRAY TEMP PRESSURE LIQUID VAPOR FEED PRODUCT DUTIES DEG C KG/CM KG-MOL/HR M*KCAL/HR 1C L M 30R L UTN FRLP Integración III

44 UTN FRLP Integración III TRAY NET VAPOR RATES AND DENSITIES
TRAY MW ACTUAL DENS Z FROM NORMAL ACTUAL KG/M DENSITY K*KG/HR K*M3/HR K*M3/HR UTN FRLP Integración III

45 UTN FRLP Integración III TRAY RATING RESULTS PRES DOWNCOMER
TRAY VAPOR LIQUID VLOAD DIAM FF DROP GPM/LWI BACKUP, PCT CFS HOTGPM CFS MM KG/CM2 GPM/IN TRAY SPACING UTN FRLP Integración III

46 FASE DE SALIDA-OUTPUT SUMARIO DE COMPOSICIONES DE CADA CORRIENTE: EN LAS UNIDADES QUE UNO QUIERA, %, FRACCIONES O RATES. STREAM ID DEJ D7A FONDO FUELGAS NAME PHASE LIQUID MIXED LIQUID VAPOR FLUID RATES, KG/HR 1 H 2 METHANE E 3 ETHANE 4 PROPANE 5 IBUTANE 6 BUTANE 7 1BUTENE 8 2MB 9 PENTANE 10 CP E E-04 11 22MB E-04 12 2MP E E-05 13 3MP E E-05 14 HEXANE E E-06 15 BENZENE E E-06 UTN FRLP Integración III

47 FASE DE SALIDA-OUTPUT SUMARIO DE PROPIEDADES DE CADA CORRIENTE: PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE DE CADA FASE. STREAM SUMMARY ============================================================================== STREAM ID DEJ D7A FONDO FUELGAS NAME PHASE LIQUID MIXED LIQUID VAPOR TOTAL STREAM RATE, KG-MOL/HR K*KG/HR STD LIQ RATE, M3/HR TEMPERATURE, C PRESSURE, KG/CM MOLECULAR WEIGHT ENTHALPY, M*KCAL/HR E E E-02 KCAL/KG MOLE FRACTION LIQUID REDUCED TEMP (KAYS RULE) PRES (KAYS RULE) ACENTRIC FACTOR WATSON K (UOPK) STD LIQ DENSITY, KG/M SPECIFIC GRAVITY API GRAVITY UTN FRLP Integración III