Unidad Temtica II. SIMULACIN DE PROCESOSTema II.2. SIMULADORES COMERCIALESASPEN-PLUS HYSYS DESIGN PRO-II BASES DE DATOS

SOPQ

Unidad Temtica II. Simulacin de procesos qumicos Tema II.2. Simuladores comerciales

SIMULADORES COMERCIALES

Modelos matemticos: elemento esencial de un simulador de procesos(leyes de conservacin, termodinmica y restricciones control y diseo) Sistema de ecuaciones algebraicas y diferenciales. Dan forma al modelo matemtico del proceso completo. RESOLUCIN Modelo secuencial modular: - Subrutinas de clculo para cada unidad de proceso - Calculo de vbles. de salida en funcin de las de entrada. - Procedimiento iterativo (reciclos) Mtodo orientado a ecuaciones: - Resolucin simultnea Mtodo modular simultneo: - Ventajas de los mtodos anteriores - Sistema de ecuaciones simplificado - Modelos ingenieriles aproximados o representaciones lineales de los modelos rigurosos SIMULACIN DINMICA: arranque, paro, procesos por lotes, perturbaciones

SIMULADORES COMERCIALES

SIMULADORES COMERCIALES -Propiedades fsicas, termodinmicas y de transporte. -Eleccin del modelo: CRITERIOS: -Naturaleza de los componentes (polaridad), idealidad o no idealidad de la mezcla. -Intervalo de composicin, temperatura y presin. -Tipo de aplicacin (equilibrio V-L, L-L, una fase...) - Intervalos especficos de condiciones - Tipos de sustancias

Ecuaciones de estado, modelos de coeficientes de actividad y modelos especialesSituacin Binarios L-V Multicomponentes L-V Azetropos Equilibrios L-L Sistemas diluidos Margule s A AL A A ? Van Laar A AL A A ? Wilson A A A NA A NRTL A A A A A UNIQUAC A A A A A

Extrapolacin ? ? B B A: aplicable; NA: No aplicable; AL: aplicacin limitada;B: B Buena; ?: cuestionable

SIMULADORES COMERCIALES

Modelos de Ecuaciones de estado 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 Hurn -Vidal -2 modificada (MHV) RKS o PR con reglas de mezclado de Wong -Sandler (WS) RKS o PR con funcin alfa de Boston -Mathias RKS predictor (PRKS) Snchez -lacombe para polmeros Hayden -OConnell Benedict -Webb -Rubin (BWR) -LeeStarling Schwartzentruber -Renon

Modelos de coeficientes de actividad Electrolitos NRTL Flory -Huggins NRTL Uniquac Unifac Van Laar Wilson Margules Pitzer

Mtodos especiales

Braun K-10 Chao-Seader Grayson -Streed Kent -Eisenberg Aminas Tablas de vapor

SIMULADORES COMERCIALES Para qu se utiliza la simulacin de procesos? Estimar y realizar anlisis de regresin de propiedades fsicas Procesos donde los componentes deben ser mezclados, separados, calentados, enfriados y convertidos mediante operaciones bsicas Predice el comportamiento de un proceso utilizando principios de la ingeniera Clculo de balances de materia y energa y equilibrio qumico y entre fases Analiza el comportamiento de un sistema y realiza estudios de optimizacin y sensibilidad Cambiar las condiciones de operacin y analiza alternativas Estimar costes Generar como salida grficas o bien tablas de resultados

ASPEN PLUSCARACTERSTICAS GENERALES ASPEN: Advance System for Process Engineering Desarrollado por: Aspen Technology, Inc. http://www.aspentech.com/products -Flexible y fcil de usar. -Algoritmo de clculo: mtodo secuencial modular (Aspen Plus 10.2) mtodo orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2004.1) mtodo orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2006) Aspen Plus permite: - Regresin de datos experimentales. - Diseo preliminar de los diagramas de flujo usando modelos de equipos simplificados. - Realizar balance de materia y energa rigurosos usando modelos de equipos detallados. - Dimensionar piezas clave de los equipos. - Optimizacin on-line de unidades de proceso completas o bien plantas.

ASPEN PLUS

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ASPEN PLUSPara sistemas lquido/gas, Aspen Plus dispone de las siguientes operaciones:

ASPEN PLUSPropiedades termofsicas: -Bases de datos de componentes puros y especficos de cualquier aplicacin. -Sistemas de estimacin para constantes de propiedades. -Bases de datos para parmetros de interaccin binaria. -Sistemas de regresin de datos. -Sistemas para electrolitos. -Acceso a la base de datos termofsica DECHEMA Herramientas: -Anlisis de convergencia: rotura de ciclos, secuencia de soluciones.. -Incluye fortran y excel. Acceso a Visual Basic (Aspen Plus 2004.1) -Anlisis de sensibilidad: variaciones debidas a cambios introducidos. -Caso de estudio para simular con varias entradas. -Especificaciones de diseo para el clculo automtico de condiciones de operacin y parmetros de equipos. -Ajuste de datos -Optimizacin para maximizar rendimientos, consumo de energa, pureza...

ASPEN PLUSDiagramas de simulacin con ASPEN PLUS

bloques

iconos

ASPEN PLUS

Diferentes mtodos de abordar la ruptura de dos ciclos anidados. Valido para la mayor parte de los simuladores

ASPEN PLUSSeleccionar opcin convergence/convergence

Ejemplo de dos reciclos anidados

ASPEN PLUS

Disponer y configurar las unidades de reciclo de informacin

ASPEN PLUS

Seleccin del orden en que se rompen los ciclos

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

- Entorno de simulacin modular tanto para estado estacionario como para rgimen dinmico. - Desarrollado para su uso con PC. - Interfase grfica de fcil uso (orientado a objeto). - Posibilidad de adicionar cdigo de programacin con VISUAL BASIC. - Interpreta interactivamente los comandos segn se introducen en el programa. Por tanto no necesita un botn de ejecucin (run), aunque existe la posibilidad de plantear el problema completo sin hacer clculos y despus ejecutarlo. - Es un simulador bidireccional, ya que el flujo de informacin va en dos direcciones (hacia delante y hacia atrs). De esta forma, puede calcular las condiciones de una corriente de entrada a una operacin a partir de las correspondientes a la corriente de salida sin necesidad de clculos iterativos.

HYSYS-La informacin se comparte entre aplicaciones. -Modelos termodinmicos comunes. -Flowsheet comunes. -Interfase -Cambio de aplicacin

Integrado

Interactivo

-Clculos automticos al aportar nueva informacin. -No limites al acceso de informacin til.

-Unidades de operacin en estado estacionario o dinmico. Abierto y -Especificar expresiones para reacciones cinticas. extensible -Paquetes de propiedades especiales. -Extensin de la funcionalidad de la simulacin en respuesta a posibles cambios.

HYSYSUnidades de las que dispone HYSYS:

Workbook: coleccin de pginas que guardan la informacin de forma tubular

PDF: construccin del diagrama de simulacin

Summary view: lista de corrientes y unidades de proceso instaladas.

Object navigator: acceso a la vista de propiedades de una corriente u operacin.

Property view: conjunto de pginas con la informacin de una corriente o unidad de proceso.

CHEMCADDesarrollado por: Chemstations Inc. http://www.chemstations.net CARACTERSTICAS GENERALES: -Incluye bases de datos de componentes qumicos, mtodos termodinmicos y unidades de operacin que permiten la simulacin en estado estacionario de procesos qumicos continuos desde escala laboratorio a escala industrial. -Simulacin en rgimen dinmico y de procesos discontinuos. -Interfase grfica -Funcionamiento bajo Windows

CHEMCAD

CHEMCADUnidades de las que dispone Chemcad:

PRO/IIDesarrollado por: Simulation Sciences Inc. http://www.simsci.com CARACTERSTICAS GENERALES: -Entorno grfico de simulacin interactivo. -Funciona bajo entorno Windows. -Posibilidad de incluir cdigo de programacin en VISUAL BASIC. -Posibilidad de realizar simulacin en rgimen dinmico (paquete PROTISS). -Puede ser utilizado en: petrleo, refinera, petroqumica, polmeros, qumica fina y farmacutica, construcciones, ingeniera, etc. -Actualmente esta disponible la versin 6.0 con nuevas caractersticas y unidades de operacin: hornos, cambiadores de calor de aire, separaciones por membrana, electrolitos para polmeros y aplicaciones para simular columnas.

PRO/IIDiagrama de simulacin caracterstico 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 cooperacin con FIZ CEIME (Berln). http://i-systems.dechema.de/detherm/N o. of lines 1 2-5 6 - 19 20 - 39 40 + P rice in U S $ 13.47 28.06 56.11 89.78 134.66 P rice in E uro 12.0 25.0 50.0 80.0 120.0

DECHEMA databank (DETHERM)

D ortm under D atenbank D D B(Prof Gmehling, University of Oldenburg)

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DECHEMA databank (DETHERM)

Electrolyte data collection ELD R (LS Che ie IV, Regensburg)

rof. Barthels,

niversity of

(FIZ Che ie)

Pure Co ponent Basic Data Ther ophysical Parameter database COMDOR (Leuna bH in Cooperation with FIZ Che ie)

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

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apour-Liquid-Equlibria as-Liquid-Equlibria Liquid-Liquid-Equlibria Solid-Liquid-Equlibria

Ther ophysical database INF T ER

P T-Daten Transport Properties Surface Properties Caloric Properties Phase Equlibriu Data

Caloric Data Electroche ical Properties Phase Equlibriu Data P T Properties Transport Properties

DECHEMA databank (DETHERM)

D a ta C o lle c tio n C -D A T A(Institut for hemical Technic, Prag)

2 0 p h y s ic o -c h e m ic a l P ro p e rtie s fo r 5 9 3 p u re c o m p o n e n tsDOW

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DECHEMA databank (DETHERM)

NIST databank Desarrollada en USA Datos termoqumicos para 7.000 compuestos orgnicos y para una pequea cantidad de compuestos inorgnicos. Tambin contiene datos de reaccin termoqumicos para 8.000 reacciones y datos de energa inica para unos 16.000 componentes. Espectros de infrarrojo para unos 16.000 componentes. Espectros msicos para unos 15.000 componentes. Espectros UV/Vis para 16.000 componentes. Espectros de componentes cristalinos ( 210402 orgnicos e inorgnicos). Propiedades termofsicas para 34 fluidos incluyendo densidad, entalpa, energa interna, entropa, etc. Espectros electrnicos y vibracionales para unos 4.000 compuestos

NIST National institute of standards and technogy http://www.nist.gov/public_affairs/database.htm

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OTRAS BASES DE DATOS

FACT (compuestos inorgnicos) http://www.crct.polymtl.ca/fact/fact.htm CODATA (entalpias y entropas de diversos compuestos) http://www.physics.usyd.edu.au/teach_res/db/d0005.htm SOLV-DB (base de datos de disolventes) http://solvdb.ncms.org/

MATERIALES ADICIONALES

Catlogos comerciales de HYSYS, ASPEN PLUS, CHEMCAD Y PRO II Compilacin de simuladores utilizados en Ingeniera umica