Unidad Temática II. SIMULACIÓN DE PROCESOS Tema II.2. SIMULADORES COMERCIALES ASPEN-PLUS HYSYS DESIGN PRO-II BASES DE DATOS Unidad Temática II. Simulación de procesos químicos Tema II.2. Simuladores comerciales SOPQ

Modelos matemáticos: elemento esencial de un simulador de procesos SIMULADORES COMERCIALES Modelos matemáticos: elemento esencial de un simulador de procesos (leyes de conservación, termodinámica y restricciones control y diseño) Sistema de ecuaciones algebraicas y diferenciales. Dan forma al modelo matemático del proceso completo. RESOLUCIÓN Modelo secuencial modular: - Subrutinas de cálculo para cada unidad de proceso - Calculo de vbles. de salida en función de las de entrada. - Procedimiento iterativo (reciclos) Método orientado a ecuaciones: - Resolución simultánea Método modular simultáneo: - Ventajas de los métodos anteriores - Sistema de ecuaciones simplificado - Modelos ingenieriles aproximados o representaciones lineales de los modelos rigurosos SIMULACIÓN DINÁMICA: arranque, paro, procesos por lotes, perturbaciones

SIMULADORES COMERCIALES

SIMULADORES COMERCIALES Propiedades físicas, termodinámicas y de transporte. Elección del modelo: - Intervalos específicos de condiciones - Tipos de sustancias CRITERIOS: Naturaleza de los componentes (polaridad), idealidad o no idealidad de la mezcla. Intervalo de composición, temperatura y presión. Tipo de aplicación (equilibrio V-L, L-L, una fase...) Ecuaciones de estado, modelos de coeficientes de actividad y modelos especiales Situación Margules Van Laar Wilson NRTL UNIQUAC Binarios L-V A Multicomponentes L-V AL Azeótropos Equilibrios L-L NA Sistemas diluidos ? Extrapolación B A: aplicable; NA: No aplicable; AL: aplicación limitada;B: Buena; ?: cuestionable

SIMULADORES COMERCIALES Modelos de Ecuaciones de estado Modelos de coeficientes de actividad Ley de gas ideal Electrolitos NRTL Lee - Kesler (LK) Flory - Huggins Lee - Kesler - Plocker NRTL Peng - Robinson (PR) Uniquac Peng - Robinson - Stryje k - Vera (PRSV) Unifac Redlich - Kwong (RK) Van Laar Redlich - Kwong - Soave (RKS) Wilson API - Soave - Redlich - Kwong (API - SRK) Margules RKS o PR con regal de mezclado Pitzer Hurón - Vidal - 2 modificada (MHV) RKS o PR con reglas de mezclado Métodos especiales de Wong - Sandler (WS) RKS o PR con función alfa Braun K - 10 de Boston - Mathias Chao - Seader RKS predictor (PRKS) Grayson - Streed Sánchez - lacombe para polímeros Kent - Eisenberg Hayden - O’Connell Aminas Benedict - Webb - Rubin (BWR) - Lee - Tablas de vapor Starling Schwartzentruber - Renon

SIMULADORES COMERCIALES ¿Para qué se utiliza la simulación de procesos? Estimar y realizar análisis de regresión de propiedades físicas Procesos donde los componentes deben ser mezclados, separados, calentados, enfriados y convertidos mediante operaciones básicas Predice el comportamiento de un proceso utilizando principios de la ingeniería Cálculo de balances de materia y energía y equilibrio químico y entre fases Analiza el comportamiento de un sistema y realiza estudios de optimización y sensibilidad Cambiar las condiciones de operación y analiza alternativas Estimar costes Generar como salida gráficas o bien tablas de resultados

ASPEN PLUS CARACTERÍSTICAS GENERALES ASPEN: Advance System for Process Engineering Desarrollado por: Aspen Technology, Inc. http://www.aspentech.com/products Flexible y fácil de usar. Algoritmo de cálculo: método secuencial modular (Aspen Plus 10.2) método orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2004.1) método orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2006) Aspen Plus permite: - Regresión de datos experimentales. Diseño preliminar de los diagramas de flujo usando modelos de equipos simplificados. Realizar balance de materia y energía rigurosos usando modelos de equipos detallados. Dimensionar piezas clave de los equipos. Optimización on-line de unidades de proceso completas o bien plantas.

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ASPEN PLUS Para sistemas líquido/gas, Aspen Plus dispone de las siguientes operaciones:

ASPEN PLUS Propiedades termofísicas: Bases de datos de componentes puros y específicos de cualquier aplicación. Sistemas de estimación para constantes de propiedades. Bases de datos para parámetros de interacción binaria. Sistemas de regresión de datos. Sistemas para electrolitos. Acceso a la base de datos termofísica DECHEMA Herramientas: Análisis de convergencia: rotura de ciclos, secuencia de soluciones.. Incluye fortran y excel. Acceso a Visual Basic (Aspen Plus 2004.1) Análisis de sensibilidad: variaciones debidas a cambios introducidos. Caso de estudio para simular con varias entradas. Especificaciones de diseño para el cálculo automático de condiciones de operación y parámetros de equipos. Ajuste de datos Optimización para maximizar rendimientos, consumo de energía, pureza...

ASPEN PLUS Diagramas de simulación con ASPEN PLUS bloques iconos

ASPEN PLUS Diferentes métodos de abordar la ruptura de dos ciclos anidados. Valido para la mayor parte de los simuladores

Seleccionar opción convergence/convergence ASPEN PLUS Seleccionar opción convergence/convergence Ejemplo de dos reciclos anidados

Disponer y configurar las unidades de reciclo de información ASPEN PLUS Disponer y configurar las unidades de reciclo de información

Selección del orden en que se rompen los ciclos ASPEN PLUS Selección del orden en que se rompen los ciclos

HYSYS CARACTERÍSTICAS GENERALES Desarrollado por: Aspen Technology, Inc. http://www.aspentech.com/product - Entorno de simulación modular tanto para estado estacionario como para régimen dinámico. - Desarrollado para su uso con PC. - Interfase gráfica de fácil uso (orientado a objeto). - Posibilidad de adicionar código de programación con VISUAL BASIC. - Interpreta interactivamente los comandos según se introducen en el programa. Por tanto no necesita un botón de ejecución (run), aunque existe la posibilidad de plantear el problema completo sin hacer cálculos y después ejecutarlo. - Es un simulador bidireccional, ya que el flujo de información va en dos direcciones (hacia delante y hacia atrás). De esta forma, puede calcular las condiciones de una corriente de entrada a una operación a partir de las correspondientes a la corriente de salida sin necesidad de cálculos iterativos.

HYSYS La información se comparte entre aplicaciones. Modelos termodinámicos comunes. Flowsheet comunes. Interfase Cambio de aplicación Integrado Cálculos automáticos al aportar nueva información. No limites al acceso de información útil. Interactivo Unidades de operación en estado estacionario o dinámico. Especificar expresiones para reacciones cinéticas. Paquetes de propiedades especiales. Extensión de la funcionalidad de la simulación en respuesta a posibles cambios. Abierto y extensible

HYSYS Unidades de las que dispone HYSYS:

PDF: construcción del diagrama de simulación Workbook: colección de páginas que guardan la información de forma tubular PDF: construcción del diagrama de simulación

Summary view: lista de corrientes y unidades de proceso instaladas. Object navigator: acceso a la vista de propiedades de una corriente u operación. Property view: conjunto de páginas con la información de una corriente o unidad de proceso.

CHEMCAD Desarrollado por: Chemstations Inc. http://www.chemstations.net CARACTERÍSTICAS GENERALES: Incluye bases de datos de componentes químicos, métodos termodinámicos y unidades de operación que permiten la simulación en estado estacionario de procesos químicos continuos desde escala laboratorio a escala industrial. Simulación en régimen dinámico y de procesos discontinuos. Interfase gráfica Funcionamiento bajo Windows

CHEMCAD

CHEMCAD Unidades de las que dispone Chemcad:

PRO/II Desarrollado por: Simulation Sciences Inc. http://www.simsci.com CARACTERÍSTICAS GENERALES: -Entorno gráfico de simulación interactivo. -Funciona bajo entorno Windows. -Posibilidad de incluir código de programación en VISUAL BASIC. Posibilidad de realizar simulación en régimen dinámico (paquete PROTISS). Puede ser utilizado en: petróleo, refinería, petroquímica, polímeros, química fina y farmacéutica, construcciones, ingeniería, etc. Actualmente esta disponible la versión 6.0 con nuevas características y unidades de operación: hornos, cambiadores de calor de aire, separaciones por membrana, electrolitos para polímeros y aplicaciones para simular columnas.

PRO/II Diagrama de simulación característico de este programa:

PRO/II

BASES DE DATOS DECHEMA databank (DETHERM) -Base de datos para: 4.200.000 datos, 122.000 sistemas, 101.000 mezclas y 21.000 sustancias puras. Datos de fases en equilibrio, datos de electrolitos y propiedades de sustancias puras y mezclas. Datos de gran calidad revisados por expertos externos. Base de datos producida por DECHEMA e.V. en cooperación con FIZ CEIME (Berlín). http://i-systems.dechema.de/detherm/

DECHEMA databank (DETHERM)

DECHEMA databank (DETHERM)

DECHEMA databank (DETHERM)

DECHEMA databank (DETHERM)

National institute of standards and technogy NIST databank Desarrollada en USA Datos termoquímicos para 7.000 compuestos orgánicos y para una pequeña cantidad de compuestos inorgánicos. También contiene datos de reacción termoquímicos para 8.000 reacciones y datos de energía iónica para unos 16.000 componentes. Espectros de infrarrojo para unos 16.000 componentes. Espectros másicos para unos 15.000 componentes. Espectros UV/Vis para 16.000 componentes. Espectros de componentes cristalinos ( 210402 orgánicos e inorgánicos). Propiedades termofísicas para 34 fluidos incluyendo densidad, entalpía, energía interna, entropía, etc. Espectros electrónicos y vibracionales para unos 4.000 compuestos NIST National institute of standards and technogy http://www.nist.gov/public_affairs/database.htm

OTRAS BASES DE DATOS FACT (compuestos inorgánicos) http://www.crct.polymtl.ca/fact/fact.htm CODATA (entalpias y entropías de diversos compuestos) http://www.physics.usyd.edu.au/teach_res/db/d0005.htm SOLV-DB (base de datos de disolventes) http://solvdb.ncms.org/

MATERIALES ADICIONALES Catálogos comerciales de HYSYS, ASPEN PLUS, CHEMCAD Y PRO II Compilación de simuladores utilizados en Ingeniería Química