SOPQSOPQ

Unidad Temática II. SIMULACIÓN DE PROCESOS

Tema II.2. SIMULADORES COMERCIALES

ASPEN-PLUSHYSYSDESIGNPRO-IIBASES DE DATOS

Unidad Temática II. Simulación de procesos químicosTema II.2. Simuladores comerciales

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 A A A A

Multicomponentes L-V

AL AL A A A

Azeótropos A A A A A

Equilibrios L-L A A NA A A

Sistemas diluidos ? ? A A A

Extrapolación ? ? B B BA: 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

Lee-Kesler (LK)

Lee-Kesler -Plocker

Peng - Robinson (PR)

Peng -Robinson-Stryje k- Vera (PRSV)

Redlich -Kwong (RK)

Redlich -Kwong - Soave (RKS)

API-Soave-Redlich -Kwong (API -SRK)

RKS o PR con regal de mezclado

Hurón -Vidal-2 modificada (MHV)

RKS o PR con reglas de mezclado

de Wong-Sandler (WS)

RKS o PR con función alfa

de Boston-Mathias

RKS predictor (PRKS)

Sánchez -lacombe para polímeros

Hayden-O’Connell

Benedict -Webb- Rubin (BWR)-Lee-

Starling

Schwartzentruber -Renon

Electrolitos NRTL

Flory -Huggins

NRTL

Uniquac

Unifac

Van Laar

Wilson

Margules

Pitzer

Métodos especiales

Braun K-10

Chao -Seader

Grayson-Streed

Kent-Eisenberg

Aminas

Tablas de vapor

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

Desarrollado por: Aspen Technology, Inc.http://www.aspentech.com/products

ASPEN: Advance System for Process Engineering

-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.

ASPEN PLUS

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ASPEN PLUS

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...

iconos

bloques

ASPEN PLUS

Diagramas de simulación con ASPEN PLUS

Diferentes métodos de

abordar la ruptura de dos ciclos

anidados. Valido para la mayor parte de los simuladores

ASPEN PLUS

Seleccionar opción convergence/convergen

ce

Ejemplo de dos reciclos anidados

ASPEN PLUS

Disponer y configurar las unidades de reciclo de

información

ASPEN PLUS

Selección del orden en que se rompen los

ciclos

ASPEN PLUS

CARACTERÍSTICAS GENERALES

- 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

Desarrollado por: Aspen Technology, Inc.http://www.aspentech.com/product

HYSYS

Integrado

-La información se comparte entre aplicaciones.-Modelos termodinámicos comunes.-Flowsheet comunes.-Interfase-Cambio de aplicación

Interactivo-Cálculos automáticos al aportar nueva información.-No limites al acceso de información útil.

Abierto y extensibl

e

-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.

HYSYS

Unidades de las que dispone HYSYS:

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.

Desarrollado por: Chemstations Inc.http://www.chemstations.net

CHEMCAD

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:

-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.

Desarrollado por: Simulation Sciences Inc.http://www.simsci.com

PRO/II

CARACTERÍSTICAS GENERALES:

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/

No. of lines Price in US $ Price in Euro €

1 13.47 12.0

2 - 5 28.06 25.0

6 - 19 56.11 50.0

20 - 39 89.78 80.0

40 + 134.66 120.0

Dortmunder Datenbank DDB (Prof Gmehling, University of Oldenburg)

Phase Equilibrium data

Vapour-Liquid-Equlibria

Liquid-Liquid-Equlibria

Vapour-Liquid-Equlibria of low boiling substances

Activity coefficients at infinite dilution

Gas solubilities

Solid-Liquid-Equlibria

Azeotropic data

Excess Properties

- Excess Enthalpies - Excess Heat Capacities - Excess Volumina

Pure Component Properties

- Transport Properties - Vapour Pressures - Critical Data - Melting Points - Densities - Caloric Properties - Others

DECHEMA databank (DETHERM)

Electrolyte data collection ELDAR (LS Chemie IV, Prof. Barthels, University of

Regensburg)

Caloric Data Electrochemical Properties Phase Equlibrium Data PVT Properties Transport Properties

Thermophysical database INFOTHERM (FIZ Chemie)

PVT-Daten Transport Properties Surface Properties Caloric Properties Phase Equlibrium Data

- Vapour-Liquid-Equlibria - Gas-Liquid-Equlibria - Liquid-Liquid-Equlibria - Solid-Liquid-Equlibria

Pure Component Basic Data

Thermophysical Parameter database COMDOR

(Leuna GmbH in Cooperation with FIZ Chemie)

Phase Equlibria Excess Enthalpies Transport and Surface Properties Caloric and Acoustic Data

DECHEMA databank (DETHERM)

Data Collection C-DATA (Institut for Chemical Technic, Prag)

20 physico-chemical Properties for 593 pure components

Basic Database Böhlen BDBB (Sächsische Olefinwerke AG Böhlen, now DOW

Chemical)

Pure Component Database of the "Sächsische Olefinwerke" with chemical and physical basic data for 1126 pure substances (mainly for the fields of petroleum and coal chemistry)

Additonal (DECHEMA e.V.)

Vapour Pressures Transport Properties

- Thermal Conductivities - Viscosities

Caloric Properties PVT-Data

- PVT-Data - Critical Data

Eutectical Data Solubilites Diffusion Coefficients

DECHEMA databank (DETHERM)

DECHEMA databank (DETHERM)

NIST databank

Desarrollada en USA

NISTNational institute of standards and technogyhttp://www.nist.gov/public_affairs/database.htm

•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

Núm Base de datos Precio

1. Biblioteca Espectral Masiva de NIST/EPA/NIH. Versión de ASCII ’02 de NIST $2,090 Mezclas de Hidrocarburos de Propiedades Termofísicas de NIST, Versión 3.1 $200

4. Mejoramiento $100

7. Poderes de Detención de Materiales de Electrones y Positrones de NIST $200

Base de Datos de Propiedades del Vapor de NIST/ASME: Versión 2.2

Ejecutable $50 Ejecutable y Código de Fuente $190 Mejoramiento para Ejecutable $50

10.

Mejoramiento para Ejecutable y Código de Fuente $100 Propiedades Termodinámicas y de Transporte para Líquidos Puros de NIST, Versión 5.0 $200 12.

Mejoramiento $100

Base de Datos de Propiedad de Mezcla de NIST

Ejecutable solamente $300 con Código de Fuente $600

14.

Descuento disponible para miembros de GPA

Difracción de Electrones de NIST/Sandia/ICDD $3,000 15.

Disponible del Centro Internacional para Datos de Difracción

17. Base de Datos de Cinética Química de NIST, Versión 2Q98 $200

Mejoramiento $100

Propiedades Termodinámicas y de Transporte de Refrigerantes y Mezclas de Refrigerantes de NIST: Versión 6.0 $200

23. Mejoramiento $100

27. Sales Derretidas de NIST: Versión 2.0 $150 Base de Datos de Diagramas de Equilibrio de Fase NIST-ACerS: Versión 2.1 $1,500 Para 1 Miembro de ACerS $1,200 Para 2-5 usuarios $2,250 Miembro de ACerS, para 2-5 usuarios $1,800 Para 6 usuarios o más o uso en una red de área local $3,000 Miembro de ACerS, para 6 usuarios o más o usuarios en una red de área local $2,400

31.

Disponible de la Sociedad Americana de Cerámica

35. Infrarrojo de Fase Gaseosa de NIST/EPA; Formato JCAMP $150

42. Estructura de Superficies de NIST: Versión 4.0 $200

Mejoramiento $100

Constantes de Estabilidad Seleccionadas Críticamente de Complejos Metálicos de NIST: Versión 7.0 $240

46. Mejoramiento $50 Programa de Diseño de Ciclo de Compresión de Vapor de NIST: Versión 3.0, CICLO _D $200

49. Mejoramiento $100

http://www.crct.polymtl.ca/fact/fact.htm

OTRAS BASES DE DATOS

FACT (compuestos inorgánicos)

http://www.physics.usyd.edu.au/teach_res/db/d0005.htm

CODATA (entalpias y entropías de diversos compuestos)

SOLV-DB (base de datos de disolventes)

http://solvdb.ncms.org/

Catálogos comerciales de HYSYS, ASPEN PLUS, CHEMCAD Y PRO II

Compilación de simuladores utilizados en Ingeniería Química

MATERIALES ADICIONALES