trabajo de hysys

“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ing. QMyA – Escuela Profesional de Ingeniería Química

SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS

Ing. Manuel José Jiménez Escobedo 1

“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU

PICCHU PARA EL MUNDO”

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL

DE INGENIERÍA QUÍMICA

ASIGNATURA : Simulación y Optimización de Procesos

TEMA : Ejercicios de Simulación

DOCENTE : Ing. JIMENEZ ESCOBEDO, Manuel José

CICLO : X

ALUMNOS :

JAMANCA ANTONIO, Edgar Martin

Huacho – Perú




Caso II

1. Determinar qué Paquete de Fluidos permite calcular las temperaturas de ebullición del

etileno, cloro, cloruro de vinilo y cloruro de hidrógeno con la menor desviación respecto a

los datos experimentales a 1 atm. Hacer un análisis comparativo.

2. Comprobar que:

El etileno es gas y el cloro es líquido en las condiciones de almacenamiento del

proceso.

El dicloroetano es líquido a la presión y temperatura a que opera el reactor de

cloración directa.

La temperatura del punto de burbuja de la mezcla líquida que se alimenta a la

primera columna de rectificación es 6 ºC a la presión de 12 atm.

La temperatura de rocío de la corriente que sale del horno de pirolisis a 26 atm es

170 ºC.

La mezcla líquida contenida en el calderín de la primera columna de rectificación

hierve a 93 ºC para la presión de operación de la columna (12 atm).

El cloruro de vinilo hierve a 33 ºC a la presión de 4,8 atm.

3. Obtener los diagramas isobáricos de equilibrio temperatura-composición y composición

para la mezcla cloruro de vinilo/dicloroetano que se destila en la segunda columna del

proceso de obtención de cloruro de vinilo.

SOLUCION

Paso I: Iniciando HYSYS

Ejecutamos el programa de simulación de hysys 3.2, en la cual nos abrirá la siguiente

ventana, la cual muestra distintas opciones ejecutables para poder establecer un programa

de simulación, en la primera pestaña que indica components que se encuentra de negrita

en la imagen; se adicionara los componentes que se va a simular en este caso los

componentes de la primera parte para calcular el punto de ebullición y comprarlos los

datos obtenidos con datos dados.

Ingreso de los componentes de la simulación en HYSYS 3.2




Paso II: Introduciendo los compuestos (etileno, cloro, cloruro de vinilo y HCl)

En la ventana aparece una lista de componentes de las cuales uno debe ingresar los

nombres o fórmula para que lo ubique y después de haber encontrado añadirla en el

comando “Add pure” y luiego aparecerá una lista de los componentes seleccionados; en

este cado seleccionamos los componentes que intervienen en el problema caso; y después

la ventana que se muestra a continuación indica la manera en la cual se puede ingresar a

la base datos del simulador, en esta paso se puede apreciar la cantidad de sustancias que

cuenta dentro de su base de datos del simulador, así como los distintos paquetes de fluido

o Fluid Pckgs

Lista o base de datos de los componentes que se encuentran dentro del simulador

En el paquete de fluido se selecciona el modelo termodinámico en la cual se desea

trabajar, la selección del modelo permitirá la presión al calcular los datos o el proceso y

evitar errores.

Para ello trabajamos con la Ecuaciones de estado (EOS) donde se encuentra modelos de

coeficiente de actividad, especiales como son las correlaciones teóricas o empíricas.

Los modelos EOS pueden representar fases liquidas y vapor, mientras que los modelos

gamma representan solamente la fase liquida del sistema. Por esta razón, se utilizan junto

con una ecuación de estado para representar el vapor.

En la siguiente ventana se muestra los EOS que cuenta el simulador, simularemos con

algunos modelos EOS para visualizar cual es el más adecuado que nos resulta menos

errores.




Paso III: Entrando al ambiente de simulación

Ya que se tiene la información necesaria iniciar la simulación; pasamos a desarrollar la

simulación. Pero para ello debe de haberse cargado todos los datos necesarios en el

simulador ya que si falta algún dato se mostrara una ventana de advertencia. Si todo esta

correcto se pasa a escoger la opdion Enter Simulation Environment la cual nos dará la

imagen en donde se va a simular.

Panel donde se simulara el proceso




Paso IV: Cálculos del caso

Pregunta 1

ETILENO

Ingresamos la corriente que vamos a calcular el punto de ebullición, para es necesario

ingresar los datos necesarios para que apartir de ello nos calcule el punto de ebullición del

componentes, para todos se trabajo a 1 atm de presión. Debemos tener criterio al ingresar

los datos.

En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullición para el etileno que es -

104.1 °C (EOS Peng - Robinson)

CLORO

En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullición para el cloro que es --

84 °C (EOS Peng - Robinson)




CLORURO DE VINILO

En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullición para el cloruro de vinilo

que es -15.57 °C (EOS Peng - Robinson)

ACIDO CLORHÍDRICO

En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullición para el HCL que es -

3.45 °C (EOS Peng - Robinson)




ANALISIS

Después de haber simulado con las diferentes EOS que contiene el paquete de fluido,

mostraremos una tabla en la cual muestre la temperatura real del fluido (obtenida de

Manual del Ingeniero Químico Perry).

Compuesto

C2H4 Diferencia(TE-EOS) (°C)

Temperatura de ebull. (°C) -103.9

BWRS -103.86 -0.03

KabadiDanner -103.6 -0.21

Lee KeslerPlocker -104.08 0.18

Peng Robinson -104.08 0.18

PR Twu -103.80 -0.09

PRSV -103.66 -0.23

Sour PR -104.08 0.18

Sour SRK -103.68 -0.21

SRK -103.68 -0.21

SRK Twu -103.77 -0.12

TwuSimTassone -103.81 -0.08

ZudketvichJoffee -103.84 -0.05

Compuesto

Cl2 Diferencia(TE-EOS) (°C)


BWRS -34.09 -0.50


Lee KeslerPlocker -33.26 -1.33

Peng Robinson -33.45 -1.14

PR Twu -34.14 -0.45

PRSV -33.14 -1.45

Sour PR -33.45 -1.14

Sour SRK -32.72 -1.87

SRK -32.72 -1.87

SRK Twu -34.02 -0.57






Compuesto

Cloruro de vinilo Diferencia(TE-EOS) (°C)


BWRS -17.20 3.40

KabadiDanner -15.09 1.29


Peng Robinson -15.57 1.77

PR Twu -13.52 -0.27

PRSV -14.02 0.22

Sour PR -15.57 1.77

Sour SRK -15.09 1.29

SRK -15.09 1.29

SRK Twu -13.72 -0.07



Compuesto

HCl Diferencia(TE-EOS) (°C)

Temperatura de ebull. (°C) -85

BWRS -86.19 1.19



Peng Robinson -84.33 -0.66

PR Twu -84.90 -0.09

PRSV -84.77 -0.22

Sour PR -84.33 -0.66

Sour SRK -83.86 -1.13

SRK -83.86 -1.13

SRK Twu -84.86 -0.13


ZudketvichJoffee -85.05 0.05

Como podemos diferenciar en las tablas vemos de todas ecuaciones de estado de

ZudketvichJoffee, tiene menos diferencia o error con la temperatura de ebullición.




PREGUNTA 2

Comprobar que el:

a) El etileno es gas y el cloro es líquido en las condiciones de almacenamiento del proceso.

Evaluaremos la condición de almacenamiento a 2 atm de presión y 25°C.

Para el etileno:

Debemos tener en cuenta que debemos ingresar las condiciones de entrada en este caso

que son la presión y temperatura y nos indica que el etileno a estas condiciones es

gas(EOS ZudketvichJoffee); y en la parte Liq Vol Flow indica que no existe liquido y esta

totalmente en estado vapor.

Para el cloro:

Para el cloro utilizamos




Debemos tener en cuenta que debemos ingresar las condiciones de entrada en este caso

que son la presión y temperatura y nos indica que el etileno a estas condiciones es

gas(EOS ZudketvichJoffee); y en la parte Liq Vol Flow indica que hay 4.961 m3/h, quiere

decir que se encuentra una cantidad de liquido asociado al cloro, pero todo no es liquido

porque se encuentra una cantidad de vapor en su composición según se muestra la tabla

anterior.

b) El diclorometano…………….

La reacción que ocurre es de cloración directa:

𝐶𝐻2 = 𝐶𝐻2 + 𝐶𝑙2 → 𝐶2𝐻4𝐶𝑙2

Para la reacción se necesita un reactor donde ocurrirá la reacción mencionada:




En esta parte se ingresaron los componentes y además como ocurre una reacción

debemos especificarla ingresando los coeficientes para determinar los reactantes y

productos y no ocurra un problema durante la simulación.

Esquema donde se muestra el proceso de la reacción:




Para comprobar que el diclormetano es liquido.




Buscando la opción de balances de materiales, nos mostrara la tabla con las composiciones en cada

corriente. Como podemos apreciar, las corrientes que entran al reactor es netamente puro en el sistema para

ambos casos.




c) La temperatura del punto de burbuja de la mezcla líquida que se alimenta a la

primera columna de rectificación es 6 ºC a la presión de 12 atm.

Nos precisa que la mezcla que ingresa a la columna de rectificación es la mezcla que sale

del horno de pirolisis, donde se lleva a cabo la siguiente reacción

𝐶2𝐻4 → 𝐶2𝐻3𝐶𝑙 + 𝐻𝐶𝑙

Tomando como base 1.00 mol para el cálculo en la simulación

0.14 de dicloroetano (C2H4Cl)

0.43 de cloruro de vinilo(C2H3Cl)

0.43 de ácido clorhídrico (HCl)

Con esa composición dentro de la reacción y a una presión de 12 atm, simularemos el

punto de roció con el hysys 3.2.

Ingresando los datos que intervienen en la simulación:

Como ocurre una reacción debemos especificar en el simulados basis Manager, debemos

especificar los coeficientes para detallar cual son los reactantes y el producto:




Ahora ingresamos los moles de fracción de la mezcla como especificamos anteriormente:

El punto rocio calculado el 6.038 a la presión de 12 atm

trabajo de hysys

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