UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL ROSARIO. Departamento de Ingeniería Química. Integración IV. Trabajo práctico Nº 14

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL ROSARIO. Departamento de Ingeniería Química. Integración IV. Trabajo práctico Nº 14"

Pilar Segura Sandoval
hace 8 años
Vistas:

1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL ROSARIO Departamento de Ingeniería Química Integración IV. Trabajo práctico Nº 14 Simulación Dinámica con HYSYS: Caso de una Planta de Propilen glicol El Propilen Glicol (12-C3diol) se obtiene por reacción del Oxido de Propileno (12C3Oxide) y agua. Las condiciones de las corrientes de alimentación al sistema, se indican en la Tabla 1. Tabla 1: Corrientes de alimentación al sistema Nombre Oxido de Propileno Agua Temperatura (ºF) Presión 1.1 atm psi Flujo Molar 150 (lbmol/hr) Oxido de Propileno Fracción Molar: 1.0 Flujo Másico: 0.0 lb/hr Agua Fracción Molar: 0.0 Flujo Másico: lb/hr Propilen Glicol Fracción Molar: 0.0 Flujo Másico: 0.0 lb/hr Las corrientes de alimentación se mezclan previamente en un Mixer y la corriente resultante ingresa a un reactor tanque agitado continuo que funciona a temperatura constante y presión atmosférica. La reacción, que se describe en Tabla 2, ocurre en fase líquida. El reactor tiene un volumen de 280 ft 3, se supone caída de presión nula y mantiene un nivel de líquido de 85 %. Tabla 2: Reacciones Químicas y Datos Cinéticos C 3 H 6 O + H 2 O C 3 H 8 O 2 r = E + e RT C CHO 3 6 Nota: Las velocidades de reacción están dadas en lbmoles/ft 3 hr. Las energías de activación están dadas en Btu/lbmol.

Las condiciones de las corrientes de alimentación al sistema, se indican en la Tabla 1. Tabla 1: Corrientes de alimentación al sistema Nombre Oxido de Propileno Agua Temperatura (ºF) 75 75 Presión 1.

2 Estado estacionario: Del sitio baje el archivo hysys correspondiente o ármelo usted mismo siguiendo las instrucciones del tutorial. En este último caso deberá agregar al aire como componente ya que formará el cuerpo gaseoso del reactor. La temperatura de reacción del caso base es de 125 ºF. Para verificarlo haga clic sobre la corriente Productos y verifique que la celda temperatura tenga ese valor. Si las unidades no coinciden, vaya a Tools --> Preferences... -> Variables y elija el sistema inglés (Field). Estado dinámico: El modelado dinámico exige el agregado de nuevas operaciones: lógicas (controladores) y unitarias (válvulas de control). Para el cambio de la topología y evitar el recálculo automático combiene hacer clic sobre el semáforo rojo de la barra de menus. El simulador se pondrá en "Hold". Figura 1 Si la barra de herramientas está oculta (figura 2), mostrarla oprimiendo la tecla F4. Del tercer grupo (el más numeroso) escoja una válvula haciendo un clic sobre la operación válvula ( ). Suelte el botón del ratón y lleve el cursor al medio ambiente de trabajo. Aparecerá un recuadro de líneas punteadas. Haga clic cerca del lugar en donde desee colocar la válvula. Repita la operación hasta colocar todas las que sean necesarias. Para agregar los controladores prosiga el mismo método pero escoja del quinto grupo (el último) la operación lógica PID Controller ( ). Agregue todos los que sean necesarios. La figura 3 muestra el diagrama de flujo con las válvulas y controladores ya ubicados y conectados. La tabla 3 indica la forma en que se deberán conectar las válvulas. Por ejemplo para colocar la VLV-100, primero se desconecta la corriente Oxido Prop del sumador MIX-100. Para ello se hace doble clic sobre MIX-100 y en la pestaña Design /Connections se borran las corrientes de entrada. Haciendo doble clic en la primera válvula VLV-100, en la pestaña Design /Connections se agrega a Inlet- la corriente Oxido Prop mientras que en outlet se escribe Oxido Prop-2. En Design/Parameters anular la caída de presión (Delta P = 0) excepto en las de salida del reactor. En este caso dejar <Empty> y en dichas corrientes asignar una presión e 1 atm. En la pestaña Dynamic/ Specs poner 50% de apertura de válvula y 1000 USPGM en el valor de conductancia.

Para verificarlo haga clic sobre la corriente Productos y verifique que la celda temperatura tenga ese valor. Si las unidades no coinciden, vaya a Tools --> Preferences.

3 Desde el sumador (MIX-100) agregar la nueva corriente. Figura 2 De modo análogo se procede con todas las válvula siguiendo los parámetros establecidos en la tabla 3. Nombre Inlet Outlet Apertura % Conductancia Cv VLV-100 Oxido Prop Oxido Prop VLV-101 agua agua VLV-102 aire aire VLV-Venteo Venteo venteo VLV-Productos Productos Productos Tabla 3 Una vez agregadas todas las válvulas se procede con los controladores. En este caso seran necesario 3: uno para la presion, otro para el nivel de liquido y uno mas para el de

Nombre Inlet Outlet Apertura % Conductancia Cv VLV-100 Oxido Prop Oxido Prop-2 50 1000 VLV-101 agua agua-2 50 500 VLV-102 aire aire-2 0 500

4 temperatura. La tabla 4 indica los parámetros necesarios. Figura 3 Name Connections PV OP Object Variable Object PIC-100 Reactor Vessel Presure VLV atm LIC-100 Reactor Liquid Percent Level VLV-Productos 0 % TIC-100 Reactor Vessel Temperatura Q ºC Tabla 4 PV Min Parameters PV Max Kc Ti Action 5 atm 100 % 100 ºC Reverse Direct Direct En el caso del controlador TIC-100, se deberá dimensionar la válvula: haga clic en el botón Control Valve e ingrese estos valores: mínimo=0. máximo =2500 KW. Si todo fue ingresado correctamente, al hacer clic sobre el semáforo verde (de la barra de menus) el PFD indicará que toda la planta esta convergida. Antes de pasarlo al estado dinámico deberemos verificar las definiciones P-F. Esto indicará cual de los parámetros será el que fijaremos y cual se recalculará. En el case de las alimentaciones de los reactivos, por razones obvia de estequeometría nos conviene fijar caudales (F). Para ello hacemos doble clic en la corriente Oxido Prop y en la pestaña Dynamics destildamos la casilla de opción Pressure Specifications y activamos la de Flow Specifications Molar con el valor 150 Lbmole/hr. Para evitar retroflujo tildar esta

ºC Tabla 4 PV Min Parameters PV Max Kc Ti Action 5 atm 100 % 100 ºC 1.0 20 Reverse 1.0 20 Direct 5.

5 opción en cada una de las válvulas en la pestaña Dynamics. Figura 4 Lo mismo hacemos para la corriente de agua. Para las corrientes de salida (venteo-2 y productos-2) nos conviene especificar la presión al valor de 1 atm. Para visualizar las variables dinámica haremos uso de los stripchart. Haciendo clic en cada uno de los controladores, en la pestaña stripchart seleccionamos del menú desplegable SP, PV, OP only y clic en Create Stripchart. Nos queda algo como la figura 5. Figura 5 Antes de cerrar la ventana del controlador (no la del stripchart recién creado) hacemos clic en el botón Face Plate lo que nos mostrará el panel de control. Esto se aprecia en la figura 6.

Para visualizar las variables dinámica haremos uso de los stripchart.

6 Figura 6 Pasamos el valor del modo de control de Man (manual) a auto (automático). Para seguir la evolución de la producción de propilenglicol haremos otro stripchart. Para ello vamos a Tools DataBook en Variables veremos los SP, OP y PV de los controladores. Acá ingresamos la variable que deseamos ver, en este caso: Insert Case (Main) productos-2 Comp Mass Flow 12-C3diol Ok En la pestaña Stripchart agregamos una nueva con el nombre Producción. Activamos la variable de interés Comp Mass Flow (12-C3diol). Haciendo clic en el botón Strip Chart aparecerá el recién creado. Cerramos el databook como así el diagrama de flujo. Desde el menú Simulation escogemos el integrador ( Integrator ). Reordenamos todos los elementos para que sean visibles, como ejemplo, la figura 7. Figura 7

Acá ingresamos la variable que deseamos ver, en este caso: Insert Case (Main) productos-2 Comp Mass Flow 12-C3diol Ok En la pestaña Stripchart agregamos una nueva con el nombre Producción.

7 Desde la barra de menus hacer clic en Dynamics Assistant (a la izquierda del semáforo verde). Si todo va bien dirá que no hay problemas. Cerramos la ventana y hacemos clic en el botón Dynamic Mode (a la izquierda del anterior. A la pregunta de si estamos seguro decir si (guardar el archivo con cierta periodicidad). Si por algún motivo nos pide cambiar las especificacione P-F no aceptar. Hacer clic en Start del integrador. La simulación habrá comenzado. En cualquier momento se puede detener, resetear y volver a simular. Dejar correr el simulador hasta que las variables esten bajo control y proceder con las consignas siguientes: i- Determine el comportamiento dinámico de la carga de enfriamiento al reactor y la velocidad de producción del propilen glicol cuando la temperatura del reactor cambia de 125 a 180 ºF y de 180 a 140 ºF. ii.- Cambie en valor del setpoint del controlador de nivel del reactor del 85% al 70%. Compare las respuestas cuando se modifica el Kp del controlador de nivel (Kp=1 y Kp=5).

Si por algún motivo nos pide cambiar las especificacione P-F no aceptar. Hacer clic en Start del integrador. La simulación habrá comenzado.

8 INFORME TÉCNICO Confeccione un Informe Técnico que incluya:. 1.- Las hipótesis, consideraciones y/o datos que tuvo que proponer/calcular para ingresar la información del proceso al modelo estacionario y dinámico que construyó con Hysys. 2.- Informe los resultados en forma de tabla, indicando las condiciones para las corrientes de entrada y salida (materiales y energía) para cada equipo, obtenidos durante la simulación estacionaria. Informe como afecta la variación de temperatura del reactor a la velocidad de producción del producto y el requerimiento de enfriamiento en el reactor. 3.- Presente la evolución dinámica de las variables claves del reactor (Nivel de líquido en el reactor; la temperatura del reactor; el set point de la temperatura del reactor; el flujo del propilen glicol del reactor; la carga de enfriamiento del reactor) para todas las perturbaciones que simule. 4.- Conclusiones. Profesores: Dr. Ing. Qca. Nicolás J. Scenna Mg. Ing. Sandra M. Godoy Mg.Ing. Néstor H. Rodríguez Ing. Paola Biscotti

- Informe los resultados en forma de tabla, indicando las condiciones para las corrientes de entrada y salida (materiales y energía) para cada equipo, obtenidos durante la simulación estacionaria.

Documentos relacionados

3. CONTROL DE UN REACTOR DE MEZCLA COMPLETA

3. CONTROL DE UN REACTOR DE MEZCLA COMPLETA 1. OBJETIVOS 1.1. Simular, en estado estacionario, un reactor continuo de mezcla completa exotérmico asistido por HYSYS 1.2. Controlar la temperatura del reactor