Manual Chemcad 2 - Equipos Estacionarios 2da Parte

Chemistry Engineer Cyrius Performance

by Collantes A. WilmerGENio – Cyrius Technology Inc.2006 – Course of CHEMCAD for Students 62

II5.1.3

By Collantes Acuña WilmerGENIO Chemistry Engineer



Measurement, Simulation & Control

Handbook of Unit Operations using Chemcad5.1.3 Manual de funcionamiento de unidades usando chemcad 5.1.3

Steady State units - Unidades en estado estacionario II By Collantes A. Wilmer S.GENIO Cyrius Technology, Inc.

This chapter describes the input for all unit operation modules except distillation, reactors, solids handling, and batch/dynamic units. Este capitulo describe las entradas para todas los funcionamiento de los módulos de unidades excepto destilación, reactores, tratamiento de sólidos y unidades batch/dinamicos. COMP Compresor de una corriente. CSET Separador de componentes DIVI Divisor de corrientes. EXPN Modulo de expansión. EXTR Extractor liquido/liquido.

FIRE Calentador de llamas. �� ! " � � � �� ! " � ��#�� $��%�$��%&�� ' � � � �(�� )" '! � � " �� )�)' � � �*�� +�� ), � )� � �� $��#��# � � � ��&-&��# '�� .�� .



8. INTERCAMBIADOR DE CALOR / HEAT EXCHANGER (HTXR) 8.1. DESCRIPCIÓN

El modulo de intercambiador de calor puede ser usado para similar un intercambiador que con una o dos corrientes de entrada. Para una corriente de entrada, el intercambiador sirve como un calentador o enfriador. Si el

intercambiador tiene 2 corrientes de entrada, los modos de operación mas complicadas son disponibles como se describe mas abajo.

1. caso de diseño – la corriente de salida, las concisiones térmicas de una de las corrientes de salida, el calor requerido o diferente temperatura puede ser especificada. El modulo de inter-cambiador calculara la condiciones térmicas de las otras corrientes no

especificadas para mantener el balance de materia y energía de la operación. El coeficiente de calor total

transferido, U, o el área puede ser calculado si uno de ellos es especificado. 2. caso evaluación- La U * A del intercambiador son especificados. Las condisiones de las corriente de salida será calculada. 3 Utilidad - Condiciones térmicas de ambos corrientes de salidas es especificada. La velocidad de flujo de la segunda corriente será recalculada para mantener el balance de calor del intercambiador, este modo puede ser usado para calcular el requerimiento de la utilidad para el calor o enfriamiento bajo una corriente de proceso. Los análisis de curves de Calentamiento y Enfriamiento son disponibles para intercambiadores con 2 entradas. El análisis de la isoterma del punto pinch será chequeado si esta opción es requerida. Note que el modelo HTXR usa la relación Q=U*A*LMTD. Esta relación producirá el mínimo requerimiento de calor necesario y asumirá la transferencia de calor ideal.



8.2. ESPECIFICACIÓN DE PARÁMETROS – HTXR (1 ENTRADA)

Intercambiador de calor (una entrada) es modelado acorde a la relación Q=U*A*LMTD 8.2.1. Pressure drop (Caida de presión): Caída de presión de la corriente de entrada. Valor positivo o cero (default=0). 8.2.2. Backcalc mode (modo re-calculo): Esta celda es usado solamente con AUTOCALC para especificar como el re-calculo es procedido. Las opciones son: 0 -No back calculation. (No Re-calculo) 1 -Scale the first input stream (flowrate) to meet the heat duty of the second input stream. (escala la primera corriente de entrada (velocodad de flujo) para encontrar el calor requerido de la segunda corriente de entrada)

2 -Scale the second input stream (flowrate) to meet the heat duty of the second input stream. (Escala la segunda corriente de entrada (velocidad de flujo) para encontrar el calor requerido de la primera corriente de entrada) 3 -Back-calculate the temperature of the first input. (Re-calcula la temperatura de la primera entrada) 4 -Back-calculate the temperature of the second input. (Re-calculo de la temperatura del la segunda entrada). 8.2.3. Temperature of outlet stream (Temperatura de la corriente de salida): Especifique la temperatura e la corriente de salida. Note que el diagrama de flujo de la corriente numero ID de la corriente de salida es mostrada.



Vapor fraction of outlet stream (Fracción de vapor de la corriente de salida): La fracción de vapor de la primera corriente de salida. Los valores serán entre 0 y 1. un valor de 0 provoca el calculo del punto de burbuja para la primera corriente de salida. Esta opción será usada para simular el único componente y la vaporización o condensación parcial/total. Para el caso velocidad (rating case), si la primera corriente de entrada involucra un único componente y vaporización o condensación teniendo lugar, un valor mas grande que cero será ingresado que activa un algoritmo diferente para el caso de velocidad de la convergencia. 8.2.4. Subcooling of outlet stream (Sub-enfriamiento de la corriente de salida): Los grados de sub-enfriamiento de la corriente de salida en dragos por debajo del punto de burbuja. Numero positivo. Note que el diagrama de flujo de la corriente numero ID de la corriente de salida es mostrada. 8.2.5. Superheat of outlet stream (sobre-calentamiento de la corriente de salida): Los grados de sobre-calentamiento de la corriente de salida en el numero de grados por arriba del punto de roció. Numero positivo. Note que el diagrama de flujo de la corriente numero ID de la corriente de salida es mostrada. 8.2.6. Heat duty (Calor requerido) : El calor requerido del intercambiador de calor. Para un única entrada en el intercambiador, el color requerido es negativo y el calor de calentamiento es positivo.

8.2.7. Delta T {Stream out} –{stream in} (diferencial de la temperatura): Ingrese la diferencial de la temperatura deseada entre la salida u la temperatura de ingreso. Valor positivo es la cantidad por que aumenta la temperatura. Un valor negativo es la cantidad por que la temperatura será reducida. Note que la corrientes IDs del diagrama de flujo son usados para las corrientes de salida y entrada. CALCULO DE RESULTADOS. 8.2.8. Calculated heat duty (Calculo del calor requerido): El calculo del calor requerido del intercambiador. Para una entrada de intercambio, un valor positivo será reportado si esto es un calefacción y un valor negativo será calculado si esto es un enfriamiento. 8.2.9. Calculo del LMTD Calcula el factor de corrección (F). el factor de corrección FT es usado para ajustar LMTD para modelos donde hay múltiples cascos o tubos estrechos y es dependiente del numero de cascos, tubos estrechos y la temperatura de entrada y salida de los dos fruidos. 8.2.10. Calculated utility flowrate (calculo de la utilidad velocidad de flujo ): Nota: La señal del calor requerido es importante en caso de un accesorio de control este valor y pasa a algún otro equipo de proceso para calentar/enfriar algún otra corriente.

8.3. ESPECIFICACIÓN DE PARÁMETROS – HTXR (1 ENTRADA) - UTILITY RATING Especificaciones de utilidad y valoración para una-entrada en un intercambiador de calor. 8.3.1. Util heat value (Utilidad del valor del calor) : CHEMCAD calculara el uso de una utilidad de fluido si el valor de la celda “Útil Heat” no es cero.

El uso es determinado por el requerimiento del calor necesario (calculado o especificado) de la unidad. La valoración de un intercambiador dentro de CHEMCAD significa el calor de la velocidad de intercambio es determinada por la relación:



Q = U * A * LMTD Donde Q =Calor necesario U =Coeficiente de Transf.. de calor general. A =Area de transferencia de calor. LMTD =Diferencial de la temp. media logarítmica. Si el usuario desea un intercambiador para ser calculado en el modo de valoración, U y A siempre será ingreado. El programa calcula el LMTD pero

en orden para hacer así. Conocerá la temperatura de la corriente de ingreso y salida. Para un intercambiador de dos entradas, esta información es obtenida desde la corriente del diagrama de flujo, sin embargo, para un intercambiador de una entrada solamente un grupo de temperatura puede ser obtenida desde el diagrama de flujo. La temperatura de entrada y salida para la segunda corriente será ingresada por el usuario vía el menú HTXR.

Usando la valoración y los modos de utilidad simultáneamente: el usuario puede también especificar y utilizar el modo simultaneo. Por ejemplo, el usuario pude especificar U, A, T2 entrada y T2salida para la valoración del calculo, y el valor del calentamiento del fluido de servicio. CHEMCAD les calculara el LMTD, Q, la temperatura de salida y la velocidad de flujo del fluido se servicio. 9.3.2. T2 in : Esto es la temperatura de la corriente de entrada para el fluido de servicio.

8.3.3. T2 out : Esto es la temperatura de la corriente de salida para el fluido de servicio.

8.3.4. Overall U : Esto es el coeficiente de transferencia de calor global para la unidad.

8.3.5. Area/shell : Ingrese el área por casco.

8.3.6. Shells in series: Ingrese el número de cascos en series. Este valor afecta el factor de corrección LMTD [Default = 1]



8.3.7. No. of SS passes : Ingrese el número de cascos estrechos. Este valor afecta el factor de corrección LMTD [Default = 1]

8.3.8. No. of TS passes : Ingrese el número de tubos estrechos. Este valor afecta el factor de corrección LMTD [Default = 1]

8.4. ESPECIFICACIÓN DE PARÁMETROS HTXR (2 ENTRADAS) – Misc Settings

Calculated Results 8.4.1. Calculated heat duty (calculo del calor requerido) : El calculo del calor requerido del intercambiador. Para una entrada, un valor positivo será reportado si esto es una calentador y un valor negativo será calculado si esto es un enfriador. Si el intercambiador tiene dos corrientes de entradas, solamente el calor requerido positivo es reportado. Calculo de LMTD: este es la diferencial de la temperatura media logarítmica para la unidad. Calculated correction factor (F)): For multiple tube / shell passes, or shells in series, a correction factor is used to adjust the LMTD.

Calculated utility usage: Calculated U : For simulation mode, this is the value calculated from Q = U*A*LMTD. Note that you must specify A. Calculated area : For simulation mode, this is the value calculated from Q = U*A*LMTD. Note that you must specify U. Pinch Flag: Indicates whether this heat exchanger has a pinch error. A pinch error occurs when the heat required from one stream puts the hot outlet at a higher temperature than the cold inlet, or puts the cold outlet at a lower temperature than the cold inlet. Weighted LMTD: The weighted LMTD uses a correction for multiple shell / tube passes.



Area (Zone Analysis): Stream 1 Pressure Out: The pressure out of the first inlet stream is displayed. This pressure is based on the pressure drop specified, unless you have CCTHERM and are using the geometry mode for this heat exchanger. Stream 2 Pressure Out: The pressure out of the second inlet stream is displayed. This pressure is

based on the pressure drop specified, unless you have CCTHERM and are using the geometry mode for this heat exchanger. Note: The sign of the heat duty is important in case a controller accesses this value and passes it to some other process equipment to heat/cool some other stream. See controller scale factor for details.

8.5. ESPECIFICACIÓN DE PARÁMETROS HTXR (2 ENTRADAS)



Ejemplo 08-01 – Intercambiador de calor Se dese enfriar una corriente de proceso que contiene 200 kg/hr de glycerol a 150ºC y 2.5 atm, mediante un intercambiador de calor que utiliza una corriente auxiliar de enfriamiento a 10ºC y 2atm, determine la cantidad de agua fria que se requiere para lograr enfriar la corriente de proceso de 150 a 60ºC, sabiendo que la corriente auxiliar sale del intercambiador a 50ºC, también determine el calor requerido por el intercambiador de calor.



En el CD del handbook, encontrara el video del procedimiento de este ejemplo “Inter. Calor 08-01”



Ejemplo 08-02 – Intercambiador de calor Compresor. Un gas consiste en 95% molar de hidrogeno y 5% molar de metano a 100ºF y 30 psia se debe comprimir a 569 psi a razón de 440 lb mol/hr. Se ha propuesto un sistema compresor de dos etapas con enfriamiento intermedio del gas a 100ºF mediante un intercambiador. Vea el siguiente grafico. La caída de presión en el intercambiador de calor, entre la corriente de entrada (SI) y la corriente de salida (S2), es de 2.0 psia. Utilice un programa simulador de procesos para analizar todos los parámetros de las corrientes sujetos a las siguientes restricciones: la corriente de salida de la primera etapa esta a 100 psia; ambos compresores son de tipo desplazamiento positivo y tienen una eficiencia mecánica de 0.8 una eficiencia politropica.

Alimentación 100 Psia 100ºF salida a 569 Psia 100ºF 30 psia 95 mol% H2 5 mol % CH4



En el CD del handbook, encontrara el video del procedimiento de este ejemplo “Inter. Calor 08-02”



9 FLASH DE TRES FASES (LLVF) 9.1 DESCRIPCIÓN

El modulo flash simula un riguroso calculo Vapor/liquido/liquido. Esto requiere tres corrientes de salida cuando este modulo esta seleccionado sin tener en cuenta si las tres fases (VLL) serán formadas o no. La primera corriente de salida es para la fase vapor. la segunda salida liquido de fase menos densa,

mientras la tercera salida contiene la fases liquido de mayor densidad que usualmente es la fase de agua si el agua esta presente como uno de los componentes. Este modulo no debe ser confundido con el modulo FLASH de tres corrientes de salida. La operación de tres fases puede ser especificada incluyendo isoterma, fracción vapor y flashes adiabáticos. Si un calculo VLL flash adiabático es esperado pero el resto del diagrama de flujo esta usando flashes VL, Es recomendado su uso a isoterma flash VLL delante del actual LLVF para obtener las propiedades de entalpía de las corrientes ingresando el LLVF. UNIQUAC, NRTL, y MARGULES son recomendados como método para predecir los valores K del equilibrio liquido/liquido. Las ecuaciones de estado no predicaran 2 fases liquidas. 9.2 ESPECIFICACIÓN

9.2.1 Flash mode (Modo flash): 1 -Isothermal calculation (Calculo isotérmico) Especificar la temperatura y la presión 2 -Vapor fraction calculation. (Calculo de la fracción de vapor) Especificar la presión de vapor y la presión. 3 -Isobaric calculation. (Calculo isobático) Espesificar la presión y el calor requerido. 4 -Vapor fraction calculation. (Calculo de la fracción de vapor) Especifique la fracción de vapor y la temperatura. Specification 1 (especificación 1): Para el modo 1, ingrese la temperatura. Si es cero, la temperatura de entrada de la corriente es usada.

Para el modo 2, ingrese la fracción de vapor. Un valor entre 0 y 1 pueden ser usados. Para el modo 3, ingrese presión.. Si es cero, la presión de entrada de la corriente es usada. Para el modo 4, ingrese la fracción de vapor. Un valor entre 0 y 1 pueden ser usados.



Specification 2 (especificación 2):

Para el modo 1, ingrese la presión. Si esta en blanco, la presión de entrada es usada.

Para el modo 2, ingrese la presión. Si esta en blanco, la presión de entrada es usada.

Para el modo 4, ingrese la temperatura. Si esta en blanco, la temperatura de entrada es usada.

9.2.1 Heat duty (calor necesario)

Para el modo 3, ingrese el calor necesario, Si esta en blanco, el flash es adiabático (Q = 0)

9.2.2 Calculated Heat duty (calculo del calor necesario) Para los modos 1,2 y 4 el calor necesario para especificar el cambio de de estado es mostrado.

9.2.3 Single Phase Option (opción única fase)

Si el LLVF esta operando a condisones donde hay solamente una única fase liquida, este situación es usada para forzar la fase liquida de salida en las dos corrientes de colas de salida. Esto es mayormente útil en diagramas de flujos donde una fase es descartada, si esta presente.

0 Program Default (programa por defecto)

CHEMCAD escogerá donde enviara la corriente liquida, en la mayoría de las situaciones la tercera salida será el liquido de salida.

1 El liquido en la tercera salida, forzar la única fase liquida para ir a la tercera salida.

2 El liquido en la primera salida, forzar la única fase liquida para ir a la segunda salida.

En todos modos, la tercera salida es reservada para la fase vapor. 9.2. METODOLOGÍA

La unidad LLVF es idéntica en el método de la unidad FLASH. La unidad FLASH determina solamente el calculo de la tercera fase si el valor K opcional establecido para las tres fases es fijado para tres fases. El LLVF calculara las tres fases, indiferente del valor K opcional. Si el valor K opcional es fijado para 3 fases, las 2 unidades (LLVF y FLASH) darán resultados idénticos.

9.3. TOPOLOGÍA

La unidad LLVF tiene una alimentación y tres salidas. La primera salida es el vapor, la segunda salida es el líquido mas ligero y la tercera corriente contiene el liquido mas pesado (Si hay).

9.4. SUGERENCIAS El diagrama de flujo donde solamente la unidad Flash sera afectada por la presencia de la presencia de las dos fases liquidas, El uso del LLVF puede aumentar la velocidad de calculo. Si el valor K opcional es fijado para vapor/liquido, el calculo flash para la corriente y la operación de la unidad don menos complejas. CHEMCAD forzara el uso de las correlaciones para vapor/liquido/liquido en la unidad LLVF.

Para el diagrama de flujo donde algunas unidades serán afectadas por a presencia de 2 fases liquidas, esto es recomendado que la unidad FLASH estará usado y que el vapor K opcional para el diagrama de flujo estará fijado para el liquido/liquido/vapor.



Ejemplo 09 – FLASH LLVF Una corriente de alimentación que contiene 50 kg de agua, 35kg de tolueno y 45kg de 1-penteno a una temperatura de 50 ºC y 2 atm, ingresan a un FLASH LLVF, la cual trabaja a una temperatura de 68ºC y 1 atm determine la concentración de componentes en la fase vapor, fase liquida liguera y la fase liquida pesada. Utilice el método de UNIQUAC para determinar los valores K (constantes de equilibrio).

Solución



En el CD del handbook, encontrara el video del procedimiento de este ejemplo “FLASH LLVF 09”



10 BOMBA DE LIQUIDO (PUMP) 10.1. DESCRIPCIÓN

El modulo de la bomba de líquidos es usado para ingresar la presión de una corriente liquida. Cualquier presión de salida o entrada será especificada. En ambos casos,

el trabajo necesario es requerido. 10.2. ESPECIFICACIONES

10.2.1 Output pressure (Presión de salida.) Ingrese la presión de salida desea de la bomba o la presión de ingreso (abajo) 10.2.2 Pressure increase (Presión de ingreso) Si la presión de salida no es especificad, ingrese la presión de ingreso de la corriente 10.2.3Pump efficiency (eficiencia de la bomba) Ingrese la eficiencia mecánica de la bomba, el valor mostrado será entre a y 1. la eficiencia por defecto es 1. 10.2.4. Calculated Power (Calculo del Poder): Calcule la potencia necesaria de la bomba. Basado en la presión de ingreso, bomba, eficiencia, y propiedades de transporte de fluidos.

10.2.5. Calculated Pout (P de salida calculado) Calcula la presión de salida. El valor mostrado es cualquiera de las especificaciones de las presiones de salida, o ( presión de entrada + presión de ingreso especificada ) 10.2.6. Calculated Head (Calculo del cabezal) Calcula el cabezal de la bomba. 10.2.7. Calculated Vol. Flow Rate (Calculo de la velocidad de flujo volumétrico): Calcula la velocidad de flujo volumétrico del liquido en la entrada. Para el mezclado de la fase de entrada, este es el velocidad volumétrica del liquido (neto) + predicción de la velocidad volumétrica del liquido de vapor (en la temperatura del punto de burbuja).



10.3. TOPOLOGIA La unidad bomba tiene una entrada y una salida. 10.4. METODOS. El trabajo es calculado por la siguiente ecuación. Trabajo (Work ) = F*V*�P/E

where F Velocidad de flujo de la corriente de entrada V Volumen molar de la corriente �P Ingreso de la presión (diferencial de la presión) E Eficiencia mecánica de la bomba.

Ejemplo 10- Bomba Flash Divisor Mesclador. Una mezcla de alimentación de gases a 85ºC y 100 pasi con la composición que se muestra en la tabla siguiente se somete a vaporización instantánea para separar la mayor parte de los componentes ligeros de los pesados. La cámara de evaporación trabaja a 5ºc y 25 psi. A fin de mejorar el proceso de separación, se ha sugerido introducir una recirculación del 25% de los residuos ¿y del 50%? Con la ayuda de un simulador de procesos por computadora determine las tasas de flujo molares de las corrientes para cada uno de los tres casos.



En el CD del handbook, encontrara el video del procedimiento de este ejemplo “Bomba,Flash,Divisor,Mez”10”



Ejemplo 10-02-Conducto

Un conducto de acero estándar de 11/2 pulg, calibre 80 (D= 0.0381) con un longitud de 20 transporta agua a 25ºC de un reservorio a un tanque a 15 m del suelo, el conducto tiene 2 codos(albow) de 90º y una válvula Gate, determinar la potencia de la bomba requerida en hp.si la presión requerida en el punto final del conducto es 8 atm.

Solución



En el CD del handbook, encontrara el video del procedimiento de este ejemplo “Conducto”10-02”



Ejemplo 10-03-SCDS(columna de destilación), LLVF, Bomba y Conducto. Se desea obtener alcohol absoluto a 100%, para ello se utiliza un tercer componente en la destilación que rompe el azentropodo, en este caso es el n-pentano, la corriente de alimentación 1 a 154 ºF y 50psi ingresan a la columna de destilación en la etapa 2 la corriente 2 a 110 y 50pasi ingresa al destilador en la etapa 3, el reflujo en la etapa 1. la columna tiene 19 etapas una presión de tope de 47.5 psia, también contiene un reboiler en la cual se especifica que por los fondos no sale casi nada de n-pentano (1e-5). En la pagina de convergencia se especifica la temperatura de tope y fondo las cuales son 150 y 250 respectivamente. En el conducto van a conducirse los gases provenientes de los topes de la columna, la cual tiene 8 pulgadas de diámetro y trabaja de manera isotérmica. El FLASH LLVF se utiliza para separar la fase liquida ligera de la fase pesada, la cual se especifica la fracción de vapor que sale del equipo (1e-6) y a una presión de 44.181 psia, las corriente líquida menos densa se recircula mediante una bomba que eleva su presión a 70 psia. Para el calculo de este problema utilice a ecuación de peng robinson y pruebe el valor inicial de n_pentano en la entrara hasta que converja el programa, luego se reduce esta cantidad a 0.3lbmol/hr.

Solución



En el CD del handbook, encontrara el video del procedimiento de este ejemplo “Alcohol absoluto ”10-03”

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