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INTRODUCCIÓN A LAS PRACTICAS DE DISEÑO DE PROCESOS

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INTRODUCCIÓN A LAS PRACTICAS DE

DISEÑO DE PROCESOS

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Objetivo General:

Suministrar las herramientas necesarias para realizar simulaciones de procesos químicos, y proveer una experiencia de entrenamiento en el uso del software HYSYS.

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Desarrollo de las prácticas de Diseño de Procesos I

1. Introducción al entorno a HYSYS2. Equipos de transferencia de calor,

momentum y masa3. Reactores4. Equipos de separación5. Unidades lógicas6. Casos de estudio

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DISEÑO DE PROCESOS QUÍMICOS

Los ingenieros debe producir documentos que definan y describan el sistema a diseñar.

El diseño de plantas químicas se lleva a cabo en varias etapas:

1.Ingeniería BÁSICA2.Ingeniería DETALLADA

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1. INGENIERÍA BÁSICA

• Realizada principalmente por ingenieros químicos.

• Define los aspectos centrales de la planta.

• Genera los siguientes documentos: – descripción del proceso– diagrama entrada salida– Diagrama de bloques genéricos– BFD– PFD– Hojas de datos.

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• Descripción del proceso: documentos que describen la secuencia de operaciones que conforman el proceso.

• Diagrama entrada salida: incluye estequiometria de la reacción, materia primas y productos principales.

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• Diagrama de bloques genéricos: basado en el anterior incluye nuevos bloques que representan que representan las áreas de la planta (reacción, separación…).

• Diagrama de bloques (BFD): Incluye condiciones principales de operación, información importante (rendimientos, conversiones…), balances de materia y energía preliminares.

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• Diagrama de flujo de proceso (PFD): incluye los lazos de control principales, balances de materia y energía definitivos y especificación de equipos.

Este tipo de diseño se lleva a cabo en HYSYS

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• Hoja de datos (data sheet): especifica los equipos durante la ingeniería básica

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2. INGENIERÍA DETALLADACARACTERÍSTICAS:• Se lleva a cabo por un grupo interdisciplinario de

ingenieros.• Se genera toda la documentación para la construcción

física de la planta:

Diagrama de Tuberías e Instrumentación (PID O P&ID): se basa en el PFD y especifica además diámetro y longitud de tuberías, servicios industriales, drenajes, espesores, materiales, instrumentos de control,

Hojas de datos: especificaciones técnicas de los equipos.

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MODELACIÓN Y SIMULACIÓN• Modelación: representación matemática de

fenómenos físicos. Un modelo es un conjunto de ecuaciones que relacionan variables del proceso. Evalúa un proceso sin tenerlo fisicamente.

• Simulación: consiste en evaluar numéricamente el modelo para condiciones especificas. El simulador de procesos resuelve las variables desconocidas a partir de las conocidas o parámetros de diseños deseados.

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SIMULACIÓN DE PROCESOS Usa las relaciones físicas fundamentales:• Balances de masa y energía• Relaciones de equilibrio• Correlaciones de velocidad (Reacción y transferencia de masa y

calor)

Predice• Flujos, composiciones y propiedades de las corrientes• Condiciones de operación • tamaño de equipo Algunas aplicaciones• Diseño y optimización de procesos • Entrenamiento operativo de operarios• Para llevar a cabo control de procesos (estrategias de control predictivo

FF)

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Ventajas de la Simulación• Reduce el tiempo de diseño de una planta• Permite al diseñador examinar rápidamente

varias configuraciones de planta.• Ayuda a mejorar procesos actuales• Responde a las interrogantes en el proceso• Determina condiciones óptimas del proceso

dentro de las restricciones dadas

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Se debe tener en cuenta que los resultados de una simulación no son siempre fiables y estos se deben analizar críticamente.

Hay que tener en cuenta que los resultados dependen de:

- La calidad de los datos de entrada- De que las correlaciones empleadas sean las

apropiadas (escoger bien el paquete termodinámico)

- Elección adecuada el proceso.

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SIMULADORES DE PROCESOS QUÍMICOS

• Entre 1970 y 1990 comenzaron a surgir simuladores de procesos comerciales.

• Son herramientas básicas en los programas universitarios de ingeniería química

• Las tres empresas que se reparten casi la totalidad del mercado de la simulación de procesos son AspenTech, Honeywell y Simulation Sciences.

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• El sector del petróleo y gas ha sido uno de los preferidos por las empresas de simulación de procesos.

• Modelos forman parte del acervo privado de la compañía.

• Existen software de simulación privados (desarrollados por empresas) y académicos que poseen características de simulación especificas que pueden superar muchas veces a los paquetes comerciales.

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Algunos de los paquetes actuales de software para se muestran a continuación:

CHEMCAD creado en 1984

Paquete de módulos que abarca:–Cálculo y diseño de intercambiadores de calor –Simulación de destilaciones dinámicas –Simulación de reactores por lotes –Simulación de destilaciones por lotes–Simulación de redes de tuberías

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SuperPro-Designer, provee:• Simulación del proceso• Evaluación económica• Análisis avanzado del rendimiento específico• Programación del proceso• Valoración del impacto ambiental (incluyendo

cálculos rigurosos de la emisión de VOC).

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• Sistema Avanzado para Ingeniería de Procesos - Advanced System for Process Engineering (ASPEN).

• Desarrollado en los años 1970s por investigadores del MIT

• Comercializado desde 1980 por una compañía denominada AspenTech.

• AspenPlus tiene la base de datos más amplia entre los simuladores de procesos comerciales, e incluye comportamiento de iones y de electrolitos.

• Tiene muchos datos de propiedades a varias temperaturas y presiones

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- Adquirido por Aspentech en 2004.

- Software especializado para la industria petroquímica.

- Las principales ventajas de HYSYS son:

- Su facilidad de uso (interfaz amigable)

- Base de datos extensa (superada solo por la de AspenPlus)

-Utiliza datos experimentales para sus correlaciones. La mayoría de los datos son experimentales, aunque algunos son estimados (la mayoría de simuladores usa modelos predictivos como UNIFAC)

– Las principales desventajas de HYSYS son:– Pocas o nulas aplicaciones de sólidos

– Software de optimización limitado (el optimizer no es muy potente)

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HYSYS es un software para la simulación de plantas petroquímicas y afines.

Incluye herramientas para estimar:- Propiedades físicas - Equilibrios líquido vapor, - Balances de materias y energía - Simulación de muchos equipos de ingeniería química.

- Simula procesos en estado estacionario y dinámico.

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OTROS SIMULADORES DE PROCESOS COMERCIALES

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INDUSTRIA PETROQUÍMICAExtracción de cualquier sustancia química a partir de combustibles fósiles.

-Combustibles fósiles purificados: metano, propano, butano, gasolina, queroseno, gasoil, combustible de aviación. - Pesticidas- Herbicidas- Fertilizantes -Plásticos- Asfalto - Fibras sintéticas.

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Bibliografía:• Hyprotech. HYSYS.Process Documentación

Suite (1998). Calgary: Hyprotech.

• Henao, C., Vélez, J. Manual del laboratorio diseño de procesos químicos - Uso del paquete de simulación HYSYS.Process. UPB. Medellín. 2002