2. CORRIENTES Y MEZCLAS

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1 2. CORRIENTES Y MEZCLAS 1. OBJETIVOS 1.1. Especificar corrientes de materia y energía para desarrollar una simulación de un proceso químico en HYSYS 1.2. Manejar algunas herramientas incluidas en el simulador que posibilitan la determinación de propiedades de mezclas 2. INTRODUCCION Clases de corrientes en HYSYS HYSYS utiliza el concepto de corrientes de materia y corrientes de energía. Las corrientes de materia requieren, para su completa definición, de la especificación del flujo y de aquellas variables que permitan la estimación de todas sus propiedades físicas y termodinámicas. Las corrientes de energía se utilizan para representar los requerimientos energéticos en unidades como intercambiadores de calor, bombas, etc. y se especifican, completamente, con solo la cantidad de energía intercambiada o transferida en dichas unidades. En HYSYS, la corriente de materia se observa, por defecto, de color azul, mientras que la corriente de energía es de color rojo. Corrientes de materia El elemento mas simple que un diseñador de proceso debe especificar es una simple corriente homogénea. Las variables que definen a una corriente que contiene C componentes son: Variables Cantidad Concentraciones C Temperatura 1 Presión 1 Flujo 1 Total de Variables C + 3 Expresando las concentraciones en fracciones molares, X i, se cumple una restricción de suma entre ellas, es decir que: N i= 1 X i = 1 (2.1)

2 e Por lo tanto, el número de variables de diseño, N i, que se requieren para especificar completamente una corriente de materia es la diferencia entre el número de variables y el número de restricciones, es decir: N e i = C + 2 (2.2) De acuerdo a la ecuación (2.2), se define el estado termodinámico de una corriente de materia al conocerse la composición de una corriente de materia y otras dos propiedades, (fracción de vapor, temperatura, presión, entalpía o entropía) una de las cuales debe ser o la temperatura o la presión. Evaporación espontánea de una corriente de materia Cuando se especifica una corriente de materia con la información suficiente, HYSYS hace los cálculos apropiados de la evaporación espontánea. Es decir, si se especifican, por ejemplo, temperatura y presión calcula si la corriente es de una fase (líquida o vapor) o de dos fases líquido y vapor, etc. Dependiendo de las dos propiedades conocidas de la corriente de materia, HYSYS desarrolla uno de los siguientes cálculos de evaporación espontánea: 1. Isotérmica: T-P 2. Isoentálpica: T-H o P-H 3. Isoentrópica: T-S o P-S 4. Fracción de vaporización conocida: T-VF o P-VF En la evaporación espontánea a una fracción de vaporización conocida entre 0.0 y 1.0, HYSYS calcula la presión o la temperatura dependiendo de la que sea especificada como variable independiente. Si se despliega un error, en este tipo de cálculo, significa que la fracción de vapor especificada no existe a las condiciones de presión o temperatura especificadas. Es decir, la presión especificada es mayor que la presión cricondenbárica o la temperatura especificada es de un valor a la derecha de la temperatura cricondentérmica sobre la envolvente estándar de presión temperatura Punto de rocío de una corriente de materia Si, además de la composición de una corriente de materia, se especifica una fracción de vapor de 1.0 y su temperatura HYSYS calculará la presión del punto de rocío. En forma similar, si en vez de especificar la temperatura se especifica la presión HYSYS calculará la temperatura del punto de rocío de la mezcla. Los puntos de rocío retrógrados se pueden calcular especificando una fracción de vapor de

3 Punto de burbuja de una corriente de materia / Presión de vapor Una especificación de una fracción de vapor de 0.0 para una corriente define un cálculo de punto de burbuja. Si además se especifica o la temperatura o la presión, HYSYS calculará la variable desconocida presión o temperatura. Al fijar una temperatura de 100 F la presión correspondiente al punto de burbuja es la presión de vapor a 100 F 2. INSTALACION DE UNA CORRIENTE DE MATERIA EN HYSYS Para la instalación de corrientes de materia en HYSYS realice las siguientes instrucciones: 1. Abra un nuevo caso e importe el paquete fluido Planta de Gas construido y almacenado en la Práctica Haga clic en el botón Enter Simulation Environment. HYSYS por defecto despliega la ventana titulada PFD Case (Main) y la denominada Paleta de objetos. En la primera se construye el diagrama de flujo del proceso a simular y en la segunda se incluyen las unidades u operaciones a seleccionar para instalarlas en el proceso a simular 3. Haga doble clic sobre el icono de la corriente de materia (flecha de color azul). Se despliega, sobre el PFD, una flecha de color azul claro, numerada con 1 y, además, la ventana de especificación de propiedades de dicha corriente, con la pestaña Worksheet activa, por defecto, como lo muestra la Figura 1. La instalación de corrientes puede hacerse de varias formas como presionando la tecla clave <F11> o seleccionando la opción Add Stream del menú Flowsheet Figura 1. Ventana de propiedades de una corriente de materia 13

4 4. En la celda Stream Name de la página Conditions asigne como nombre a la corriente la palabra Gas 5. Para desplegar la ventana donde se introducen las composiciones, haga clic en Composition o doble clic en una de las celdas correspondientes a especificaciones de flujos de la corriente. En este caso, haga doble clic en la celda Mass Flow y se desplegará una ventana como la que muestra la Figura 2 Figura 2. Ventana para especificar la composición de la corriente Gas 6. Haga clic en el radio botón Mole Fractions en el grupo Composition Basis para cambiar la base de la fracción en masa a fracción en moles 7. Introduzca las siguientes composiciones que aparecen en la Figura 3. Figura 3. Composición de la corriente Gas 14

5 8. Presione el botón OK cuando se hayan introducido todas las fracciones molares Evaporación espontánea isotérmica, T-P, de la corriente Gas 9. Asigne una presión de 7500 kpa y una temperatura de 10 C. Cuánto es la fracción vaporizada? Por qué la corriente Gas no está completamente especificada? 10. Asigne un flujo molar de 100 kgmol/h y observe el OK que aparece en la banda verde que significa que la corriente Gas se encuentra completamente especificada Evaporación isoentálpica, T-H o P-H, de la corriente Gas 11. Borre la temperatura y mantenga la presión asignada en el punto 9. Especifique una entalpía molar de kj/kgmole. Cuánto es la temperatura, la fracción de vapor, y la entropía molar de la corriente? 12. Borre la presión asignada en el punto 9 y mantenga la entalpía molar. Especifique una temperatura de de 980 C. Cuánto es la presión, la fración de vapor y la entropía molar de la corriente? 13. Borre la temperatura anterior y asigne un valor de 2000 C. Cómo se explica el error que reporta HYSYS? Punto de rocío de la corriente Gas 14. Asigne una fracción de vapor de 1.0 y una presión de 7500 kpa. Cuánto es la temperatura de rocío de la corriente Gas a la presión de 7500 kpa? 15. Borre la presión asignada y mantenga la fracción de vapor. Asigne una temperatura de 100 C. Cuánto es la presión de rocío a la temperatura de 100 C? 16. Asigne una fracción de vapor de -1.0 y una presión de 5000 kpa. Cuánto y qué significado tiene la temperatura calculada? Punto de burbuja de la corriente Gas 17. Asigne una fracción de vapor de 0.0 y una presión de 7500 kpa. Cuánto es la temperatura de burbuja de la corriente Gas a la presión de 7500 kpa? 18. Borre la presión asignada y mantenga la fracción de vapor. Asigne una temperatura de -30 C. Cuánto es la presión de vapor de la corriente Gas a una temperatura de -30 C? 19. Cambie la temperatura asignada en el punto 18 y asigne el valor de 100 C. Cómo se explica el error reportado por el simulador? GUARDAR LA CORRIENTE GAS Se puede utilizar uno de varios métodos diferentes para guardar un caso en HYSYS 15

6 1. Despliegue el menú File y seleccione la opción Save As para guardar el caso en una cierta localización y con el nombre Gas 2. Despliegue el menú File y seleccione la opción Save para guardar el caso con el mismo nombre y en la misma localización 3. Presione el botón Save en la barra estándar para guardar el caso con el mismo nombre 3. INSTALACION DE UNA CORRIENTE DE ENERGIA EN HYSYS Una corriente de energía se instala mediante el mismo procedimiento que una corriente de materia y solo necesita de una especificación que es el flujo calórico correspondiente 1. Si la paleta de objetos no está abierta sobre el escritorio, presione la tecla clave <F4> para abrirla 2. Haga doble clic sobre el botón Energy Stream para desplegar la corriente de nombre Q-100 y su ventana de propiedades, como se observa en la Figura 4. Figura 4. Ventana de propiedades de una corriente de energía 3. En el cuadro Stream Name cambie el nombre de la corriente a QHeat e introduzca el valor de kj/h en el cuadro Heat Flow (kj/h). Observe la banda verde que indica que la corriente está completamente especificada 16