Simuladores de procesos:

La simulación es una indispensable metodología para la descripción y análisis de una amplia variedad de problemas reales.

Usada apropiadamente, proporciona considerables beneficios según el contexto en el que se use: ahorro de tiempo, ahorro de recursos económicos, permite analizar la ocu- rrencia de ciertos fenómenos a través de la reconstrucción de escenas y un minucioso análisis, que no podría llevarse a cabo en una situación real, una vez desarrollado un modelo de simulación válido, se pueden explorar nuevas políticas, procedimientos ope- rativos, o métodos sin necesidad de afectar al sistema real; etc.

Los simuladores modulares secuenciales se basan, en módulos de simulación indepen- dientes que siguen aproximadamente la misma filosofía que las operaciones unitarias, es decir, cada equipo: bomba, válvula, intercambiadores, etc.; se modeliza a través de mo- delos específicos para los mismos y además, el sentido de la información coincide con el "flujo físico" en la planta. Esta estructura tiene como ventaja el hecho de que cada sistema de ecuaciones se resuelve con una metodología que resulta adecuada para el mismo, ya que es posible analizar bajo todas las circunstancias posibles, el comporta- miento del método de resolución propuesto, esto es sistemas ideales, no ideales, topo- logías diversas del equipo, distintas variantes, etc. Dado que se puede analizar específi- camente el rendimiento de los distintos métodos de resolución es factible lograr un mo- delo robusto y eficiente para cada módulo específico.

Los simuladores de procesos se han extendido en la práctica industrial, actualmente, los simuladores modulares más importantes incluyen ASPEN PLUS de Aspen Technology Inc., HYSYS de Hyprotech Ltd. (actualmente Aspen Technology), y CHEMCAD de Chemstations. (Vega, 2005)

Metodología para la simulación de un proceso químico:

Cuando se desarrolla la simulación de un equipo, sección de proceso o planta completa, se recomienda seguir la siguiente metodología según Herbert, (2005):

1. Formulación del problema. 2. Seleccionar el Software. 3. Seleccionar el Hardware.

5. Desarrollar el diagrama de flujo. 6. Definir los componentes Químicos.

7. Seleccionar de los modelos termodinámicos.

8. Calcular o completar los datos de las mezclas binarias. 9. Brindar los datos fisicoquímicos de las sustancias puras. 10. Especificar las corrientes.

11. Especificar las operaciones unitarias (unidades). 12. Establecer relación entre las corrientes y unidades. Simulador Aspen Plus:

La utilización de una potente herramienta de simulación como el Aspen Plus 11.1 pro- porciona diversos esquemas de procesos que pueden ser evaluados en términos de los balances de masa y de energía, en estado estacionario y dinámico, con el propósito de intensificar y optimizar el proceso, a partir de diferentes criterios, para buscar alternati- vas de producción más viables y efectivas.

Utilizando este simulador el mismo modelo del proceso puede ser utilizado para cum- plir los siguientes objetivos:

• Examinar operatividad y control de procesos.

• Evaluación de seguridad en planta.

• Análisis de problemas operacionales.

• Diseño de equipos.

A partir de un modelo completo en Aspen Plus se pueden generar resultados rápidos, lo que permite evaluar el proceso y seleccionar las alternativas más efectivas, con mínimo costo e intervención en el proceso. (Aspen, 2001)

Simulador HYSYS:

El HYSYS es un poderoso software para la simulación de procesos en estado estaciona- rio y dinámico. Incluye herramientas para la estimación de propiedades físicas, equili- brios líquido vapor, balances de materia y energía, diseño y optimización de procesos. Toda la información necesaria perteneciente a los cálculos de propiedades físicas y equilibrio líquido-vapor está contenida en el Fluid Package, por lo tanto, elegir el co-

rrecto Fluid Package para un componente o una mezcla de componentes dado es esen- cial como punto de partida para un modelo preciso del proceso.

HYSYS requiere de un mínimo de datos de entrada proporcionados por el usuario, los más importantes parámetros de entrada necesitados para definir una corriente son la temperatura, la presión y el flujo de la corriente. (Rebolledo, 2008)

1.7.1 Modelos de reactores para simular los procesos con reacción en HYSYS.

El HYSYS posee varios modelos de reactores para simular los procesos con reacción. Reactores no cinéticos:

 Reactor de conversión: Este tipo de reactores se puede asociar únicamente con mo- delos de reacción de conversión. Para especificarlo es necesario asociarle una o va- rias reacciones de conversión, e indicar la temperatura y presión de salida de sus productos (ó la cantidad de calor que transfiere y la caída de presión en su interior).

 Reactor de equilibrio: Este tipo de reactores se puede asociar únicamente con mo- delos de reacción de equilibrio. Para especificarlo es necesario asociarle una o va- rias reacciones de equilibrio, e indicar la temperatura y presión de salida de sus productos (ó la cantidad de calor que transfiere y la caída de presión en su interior).

 Reactor de Gibss: Este tipo de reactores es el único que no requiere modelos de reacción asociados. Teniendo en cuenta la lista completa de compuestos involucra- dos en la simulación, el computador manipula las concentraciones a la salida con el fin de minimizar la energía libre de Gibbs mientras que al mismo tiempo respeta los balances elementales alrededor del reactor. Para especificarlo es necesario indicar la temperatura de salida de sus productos (ó la cantidad de calor que transfiere) y la presión de salida de sus productos (ó la caída de presión en su interior).

Reactores cinéticos:

Estos reactores se fundamentan en modelos de reacciones que emplean parámetros ciné- ticos:

 Reactor de tanque agitado (CSTR): Este tipo de reactores se puede asociar única- mente con cualquiera de los modelos de reacción que emplean parámetros cinéti- cos. Para especificarlo es necesario asociarle una o varias reacciones e indicar el volumen del reactor, el nivel de líquido, la temperatura de salida de sus productos

(ó la cantidad de calor que transfiere) y la presión de salida de sus productos (ó la caída de presión en su interior).

 Reactor de flujo pistón (PFR): Este tipo de reactores se puede asociar únicamente con cualquiera de los modelos de reacción que emplean parámetros cinéticos. Compuesto por una serie de tubos empacados con catalizador y rodeados por una coraza con fluido térmico, la principal aplicación se presenta en la simulación de sistemas reactivos en lecho catalítico. Para especificarlo es necesario asociarle una o varias reacciones e indicar varios parámetros geométricos (número de tubos, diá- metro y longitud de los tubos, diámetros y esfericidad del catalizador), las carac- terísticas del fluido térmico (flujo, temperaturas de entrada y salida) ó la temperatu- ra de salida de sus productos ó la cantidad de calor que transfiere, así como la pre- sión de salida de sus productos ó la caída de presión en su interior. (Aristizábal,

Conclusiones parciales.

1. El proyecto de construcción de una planta para la producción de amoníaco en la provincia de Cienfuegos, se propone abastecer la industria del níquel, la empresa de fertilizantes Revolución de Octubre en Nuevitas, la producción de urea y para consumo nacional, como refrigerante en múltiples industrias.

2. Se decidió como resultado final del proceso de selección de tecnologías que la me- jor opción técnica, económica y comercial para la planta de Amoníaco es la oferta- da por HALDOR TOPSOE.

3. Los simuladores de procesos brindan la posibilidad de analizar una amplia variedad de problemas reales.

CAPÍTULO 2. Modelación y simulación del proceso.