Unidad Temática II. SIMULACIÓN DE PROCESOS

Presentación del tema: "Unidad Temática II. SIMULACIÓN DE PROCESOS"— Transcripción de la presentación:

1 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

2 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

3 SIMULADORES COMERCIALES

4 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

5 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

6 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

7 ASPEN PLUS CARACTERÍSTICAS GENERALES
ASPEN: Advance System for Process Engineering Desarrollado por: Aspen Technology, Inc. Flexible y fácil de usar. Algoritmo de cálculo: método secuencial modular (Aspen Plus 10.2) método orientado a ecuaciones (Aspen Plus ) 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.

8 ASPEN PLUS

9 ASPEN PLUS Menu bar Next button Title bar Toolbars
Process flowsheet window Select mode button Model Library Status bar

10 ASPEN PLUS Folder list Units box Go back/forward Status
Go to a different folder Comments Previous sheet Menu tree

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

12 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 ) 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...

13 ASPEN PLUS Diagramas de simulación con ASPEN PLUS bloques iconos

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

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

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

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

18 HYSYS CARACTERÍSTICAS GENERALES
Desarrollado por: Aspen Technology, Inc. - 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.

19 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

20 HYSYS Unidades de las que dispone HYSYS:

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

22 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.

23 CHEMCAD Desarrollado por: Chemstations Inc.
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

24 CHEMCAD

25 CHEMCAD Unidades de las que dispone Chemcad:

26 PRO/II Desarrollado por: Simulation Sciences Inc.
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.

27 PRO/II Diagrama de simulación característico de este programa:

28 PRO/II

29 BASES DE DATOS DECHEMA databank (DETHERM) -Base de datos para: datos, sistemas, mezclas y 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).

30 DECHEMA databank (DETHERM)

31 DECHEMA databank (DETHERM)

32 DECHEMA databank (DETHERM)

33 DECHEMA databank (DETHERM)

34 National institute of standards and technogy
NIST databank Desarrollada en USA Datos termoquímicos para compuestos orgánicos y para una pequeña cantidad de compuestos inorgánicos. También contiene datos de reacción termoquímicos para reacciones y datos de energía iónica para unos componentes. Espectros de infrarrojo para unos componentes. Espectros másicos para unos componentes. Espectros UV/Vis para componentes. Espectros de componentes cristalinos ( orgánicos e inorgánicos). Propiedades termofísicas para 34 fluidos incluyendo densidad, entalpía, energía interna, entropía, etc. Espectros electrónicos y vibracionales para unos compuestos NIST National institute of standards and technogy

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36 OTRAS BASES DE DATOS FACT (compuestos inorgánicos) CODATA (entalpias y entropías de diversos compuestos) SOLV-DB (base de datos de disolventes)

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