Buscar los componentes: CO, O 2, CO 2, N 2 ; se seleccionan y clic en Add (figura 2). Figura 2. Selección de los componentes. 3. Selección del paquete

Transcripción

1 CALOR DE COMBUSTIÓN Caso: Se quema por completo monóxido de carbono a 50 F y una presión de 2 atm con 50 % de aire en exceso que está a 1000 F. Los productos de la combustión salen de la cámara de combustión a 800 F. Calcule el calor generado en la cámara de combustión expresado en BTU por libra de CO que entra (ejemplo 5.24 Himmelblau, página 455). Simulación en HYSYS 1. Abrir un caso nuevo: File > New > Case 2. Seleccionar los componentes: Add > Hysys (figura 1) Figura 1. Selección de los componentes.

2 Buscar los componentes: CO, O 2, CO 2, N 2 ; se seleccionan y clic en Add (figura 2). Figura 2. Selección de los componentes. 3. Selección del paquete termodinámico de fluidos: Para las propiedades de los componentes se usará el paquete Peng Robinson. Dar clic en Fluid Packages (figura 3). Figura 3. Elección del paquete de fluidos. Seleccionar los paquete de Hysys: Add > Hysys (figura 4). Figura 4. Selección del grupo de propiedades

3 Buscar el paquete Peng Robinson (figura 5). Figura 5. Selección del paquete Peng Robinson. 4. Adicionar la reacción de combustión: Seleccionar en las pestañas de la izquierda Reactions (figura 6). En la opción Add escoger reaction Set. Figura 6. Adición de un set de reacciones.

4 En la ventana emergente, seleccionar Conversion como método para el tipo de reacción y luego Add Reaction (figura 7). Figura 7. Selección del tipo de reacción. En la ventana de Set-1 (Reaction set), dar doble clic sobre Rxn-1 para editar la reacción (figura 8) Figura 8. Edición del set de reacciones. Se despliega el menú de Component para seleccionar el primer reactante CO (figura 9).

5 Figura 9. Selección de los compuestos de la reacción. Se introduce el coeficiente estequiométrico de la reacción balanceada en el campo Stoich Coeff, para los reactivos es negativo y para los productos positivos (figura 10). Figura 10. Ingreso de los coeficientes estequiométricos. Se procede de igual forma con los demás compuestos de la reacción y se introduce el grado de conversión 100 % (figura 11). Figura 11. Edición del porcentaje de conversión.

6 Al cerrar la ventana de Conversion Reaction: Rxn-1, en la pestaña Set- 1, dar clic en Add to FP, luego se escoge el paquete de datos al que se le va a adicionar la reacción Basis-1 y se da clic en Add Set to Fluid Package (figura 12). Figura 6. Adición de la reacción al paquete de simulación. 5. Ingreso al ambiente de simulación: Seleccionar el modo Simulation (figura 13). Figura 13. Ingreso al campo de simulación. 6. Crear el esquema de componentes: Corrientes de entradas al reactor: de la paleta de componentes seleccionar la corriente de masa entrada del combustible (CO) y llevarla al campo de simulación (figura 14).

7 Figura 14. Selección de las corrientes de masa. De igual forma se ubica otra corriente (figura 15). Figura 15. Corrientes de entrada. Seleccionar la corriente 1 para editar sus propiedades dando doble clic sobre ella. Editar los campos respectivos con los valores (figura 16): Nombre: combustible Temperatura: 50 F Flujo molar: 1 lbmol/h Presión: 2 atm

8 A continuación se edita la composición de la corriente, escogiendo Composition, luego edit y en la ventana emergente se introduce la fracción molar de 1 (compuesto puro) para el CO y OK (figura 17). Figura 16. Edición de las propiedades de la corriente 1. Figura 17. Especificación de la composición de la corriente 1. Se cierra la ventana y se selecciona la segunda corriente, editando sus propiedades (figura 18): Nombre: aire Temperatura: 1000 F Flujo molar: 3.57 lbmol/h * Presión: 2 atm *

9 Figura 18. Edición de las propiedades de la corriente 2. Se editan las composiciones para el oxígeno (0.21) y nitrógeno (0.79) (figura 19) Figura 19. Especificación de la composición de la corriente 2. Reactor de conversión: de la paleta de componentes, en el menú Columns, se escoge el Conversion Reactor y se ubica en el campo de simulación (figura 20).

10 Figura 20. Selección del reactor de conversión. En el menú del reactor (doble clic sobre él), editar el nombre cámara de combustión, en la opción desplegable Inlets seleccionar las corrientes combustible y luego aire (figura 21). En los espacios de Vapour Outlet y Liquid Outlet, como no se crearon corrientes de masa de salida, se escribe Gases y liquido respectivamente, lo que creará las corrientes al cerrar. De igual forma, como se quiere calcular el calor que produce el reactor, se debe tener una corriente de energía, por lo tanto en el campo Energy se escribe Qcam para crearla. Figura 21. Especificaciones de la cámara de combustión.

11 Al cerrar se habrán creado las corrientes de masa de salida y la de energía (figura 22). Figura 22. Corrientes de la cámara de combustión. En el menú de la cámara de combustión, en la pestaña Reactions se añade el Set-1, aparecerá la reacción que fue añadida al inicio (figura 23). Todavía hay un aviso de especificaciones desconocida Unknown Duty (flujo de energía desconocido), porque falta introducir la temperatura de salida de los gases. Figura 23. Selección de la reacción que se llevará a cabo en el reactor. Se edita la temperatura de la corriente Gases a 800 F (figura 24), con lo que se habrán completado las especificaciones de la simulación (figura 25).

12 Figura 24. Especificación de la temperatura de la corriente Gases. Figura 25. Simulación finalizada. Ubicando el cursor sobre la corriente Qcam se puede ver el valor del calor de la cámara, el signo menos indica que es calor que sale del proceso (figura 26).

13 Figura 26. Visualización del flujo de calor de la cámara. De igual manera en la carpeta Workbook, pestaña Energy Streams se visualiza el calor producido (figura 27). Figura 27. Workbook con los resultados de la simulación. En la pestaña Compositions se puede observar la composición de los gases de combustión que abandonan la cámara (figura 28). Figura 28. Composiciones en el Workbook de la simulación. En la pestaña Material Streams se ven las características de todas las corrientes (figura 29).

14 Figura 29. Balance de masa en el Workbook.