PRÁCTICASDE DISEÑO
PRÁCTICASDE DISEÑO
DE
DE PROCE
PROCESOS
SOS
Adriana
OPERACIONES LÓGICAS
OPERACIONES LÓGICAS
HYSYS dispone de varias operaciones
HYSYS dispone de varias operaciones
lógicas las cuales se encuentran en la
lógicas las cuales se encuentran en la
paleta de objetos. Entre ellas se
paleta de objetos. Entre ellas se
encuentran las funciones: SET, AJUSTE,
encuentran las funciones: SET, AJUSTE,
RECICLO.
A continuación se presenta la lista de las A continuación se presenta la lista de las funciones lógicas que tiene hysys.
funciones lógicas que tiene hysys.
De las anteriores De las anteriores operaciones lógicas operaciones lógicas solo se emplean 5 solo se emplean 5 en el modo de en el modo de estado estado estacionario: estacionario: SET
SET,, ADJUSTADJUST,, BALANCE
BALANCE,, RECYCLE
RECYCLE, , yy SSpreadsheetpreadsheet..
Función de
Función de Ajuste
Ajuste
La función de ajuste varía un valor de una La función de ajuste varía un valor de una corriente (Variable Independiente) para cumplir corriente (Variable Independiente) para cumplir con un valor requerido o especificación (Variable con un valor requerido o especificación (Variable dependiente) en otro corriente u operación.
dependiente) en otro corriente u operación.
La función objetivo puede emplearse para La función objetivo puede emplearse para automáticamente realizar iteraciones de ensayo automáticamente realizar iteraciones de ensayo y error en una simulación que es difícil de y error en una simulación que es difícil de resolv
• La función AJUSTE es muy flexible. Esta permite
relacionar variables en una simulación de formas que no son posibles usando operaciones unitarias ordinarias. Se puede emplear para resolver para un valor especifico de una variable dependiente, o se pueden emplear múltiples funciones de AJUSTE para resolver de manera simultánea para varios valores deseados.
• La Función AJUSTE puede desempeñar las siguientes
funciones:
Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente tenga el valor objetivo (Target Value).
Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente sea igual a otra variable de otro objeto más un offset.
Ejercicio 18.
1 kmol/hr de una corriente que contiene:
• Benceno (40 mol%)
• Toluene (30 mol%)
• O-xylene (30 mol%)
Considere una operación adiabática y que no hay caída de presión. Se trabaja a 1 atm.
Ajuste la temperatura de operación para obtener un flujo másico de líquido de 62.9 kg/h.
• Para lograr lo anterior se emplea el tanteo o la
función ajuste que varíe la temperatura de la corriente de alimentación (Adjusted variable) hasta obtener un flujo másico de líquido
(Target Value) de 62.9 kg/h.
• De la paleta de objetos seleccionar la función
• Clic en el botón Select Var… para seleccionar la
temperatura de la corriente de alimentación (Adjusted variable).
•
Seleccionando la Variable Ajustable o
• Luego se selecciona la Variable dependiente
con el botón Select Var.. De la variable objetivo o dependiente (tarjet Variable)
• Una vez seleccionadas las variables se debe
escoger la fuente de la variable dependiente para lo cual Hysys tiene 3 opciones. En Source seleccione una de las opciones.
User Supplied: se especifica el valor que el usuario quiere fijar la Target Variable (variable dependiente) en este caso 62.9 kg/h.
• Luego de intentar varias veces y de ajustar los
parámetros de la operación Ajuste se logra la convergencia.
• Los resultado son:
Ahora se quiere saber que fracción de vapor en la alimentación se debe fijar para que el flujo de tolueno en la corriente vapor sea 0.1994 kmol/h para el mismo flash que opera a 1 atm.
• Inserte una corriente llamada síntesis con las
siguientes especificaciones:
Especificaciones Valor
Presión 1 atm
Temperatura 200 C
Flujo molar 2 kmol/h
Fracción molar tolueno 0.6478
Considere un flash que opera a 1 atm y 104°C sin caída de presión que tiene una corriente de alimentación de 1 kmol/h de una corriente que contiene:
– Benceno (40 mol%) – Toluene (30 mol%) – O-Xylene (30 mol%)
Adicione una corriente de calor al flash y ajuste este Q para que la fracción molar de benceno en la corriente síntesis más 0.1 .
• Los parámetros de solución se muestran a
• También se puede fijar el valor de la Tarjet
Hay dos formas de iniciar una operación de Ajuste:
1. Si todos los valores de los campos de la pestaña Parameters se especifican la
operación inicia automáticamente los
cálculos.
2. Si se omite uno o los valores de los campos
Minimum/Maximum para la variable
independiente se debe pulsar el botón Start para iniciar los cálculos.
Una vez la operación ADJUST está corriendo el botón Una vez la operación ADJUST está corriendo el botón Start desaparece indicando que los cálculos están en Start desaparece indicando que los cálculos están en progreso. Cuando el error es menor que la tolerancia la progreso. Cuando el error es menor que la tolerancia la barra de estatus se torna color verde con el mensaje barra de estatus se torna color verde con el mensaje OK. Si la función ajuste llega al máximo de iteraciones OK. Si la función ajuste llega al máximo de iteraciones sin converger aparece el siguiente mensaje en la barra sin converger aparece el siguiente mensaje en la barra de estatus que se orna color rojo "Reached iteration de estatus que se orna color rojo "Reached iteration Limit without
Limit without converging“converging“..
•
• Si se presiona el botón Start y los parámetros Si se presiona el botón Start y los parámetros
requeridos no está definidos
requeridos no está definidos aparece una barra amarillaaparece una barra amarilla con el mensaje
con el mensaje “Incomplete”“Incomplete” y no se inician los y no se inician los
cálculos. cálculos.
•
• Para parar o deshabilitar los cálculos emplear la Para parar o deshabilitar los cálculos emplear la
checkbox Ignore checkbox Ignore
•
• Antes de instalar la función de ajuste seAntes de instalar la función de ajuste se
recomienda dar valores a la variable recomienda dar valores a la variable independiente para ver como afecta la independiente para ver como afecta la variable
variable dependientdependiente. e. Lo Lo anterior anterior con con el el finfin de saber que
de saber que PASOPASO que se requiere para que que se requiere para que los cálculos lleguen a la convergencia.
los cálculos lleguen a la convergencia.
•
• Si elSi el PASOPASO es muy pequeño y no se logra la es muy pequeño y no se logra la
convergencia antes de exceder el máximo convergencia antes de exceder el máximo número de iteraciones se debe variar este número de iteraciones se debe variar este valor.
Ejercicio 11:
Ejercicio 11: Absorción de Absorción de acetona acetona en una en una torre torre concon etapas a contracorriente.
etapas a contracorriente.
Se desea absorber acetona de un gas que contiene 1% Se desea absorber acetona de un gas que contiene 1% mol de acetona en aire en una torre de etapas a mol de acetona en aire en una torre de etapas a contracorriente. El flujo gaseoso total de entrada a la contracorriente. El flujo gaseoso total de entrada a la torre es 30 kg mol/h, y la entrada total de flujo de agua torre es 30 kg mol/h, y la entrada total de flujo de agua pura que se usará para absorber la acetona es 90 kg pura que se usará para absorber la acetona es 90 kg mol H2O/h.
mol H2O/h.
El proceso operará isotérmicamente y no hay caída de El proceso operará isotérmicamente y no hay caída de presión a través de la columna.
•
•
Si la torre tiene 10 etapas y opera a 1
Si la torre tiene 10 etapas y opera a 1
atm sin caída de presión ¿Cuál es la
atm sin caída de presión ¿Cuál es la
temperatura a la cual opera la torre para
temperatura a la cual opera la torre para
absorber 63.06% de la acetona en el gas?
absorber 63.06% de la acetona en el gas?
•
•
Si la torre tiene 10 etapas y opera a 500 k
Si la torre tiene 10 etapas y opera a 500 k
¿Cuál es la presión a la cual opera la torre
¿Cuál es la presión a la cual opera la torre
para absorber 95.69% de la acetona en el
para absorber 95.69% de la acetona en el
gas?
RESPUESTAS
•
La torre debe operar a una temperatura
de 26.85°C para absorber 63.06% de la
acetona en el gas.
•
Si la torre tiene 10 etapas y opera a 500 k
debe operar a 202.6kPa para absorber
95.69% de la acetona en el gas
OPERACIÓN SET
• La operación set se usa para fijar el valor de
una variable de proceso en relación a otra. La relación es entre variables de proceso de dos objetos del mismo tipo. Esta operación se puede usar en modo dinámico o en estado estacionario.
•
Se debe seleccionar la variable que se
quiere fijar en un valor y el objeto al cual
se quieren relacionar.
•
Ejercicio: En este caso se quiere fijar el
flujo de entrada a un tanque separador
de tres fases como dos veces el flujo de
vapor del flash simulado en el último
ejercicio.
Especificando los parámetros de la
operación SET:
En la pestaña Parameters se debe
especificar el multiplicador (Multiplier) y el
offset (intercepto) de la ecuación:
Y= MX + B
Que relaciona la variable Tarjet con el
objeto fuente que se desee.
• Se puede emplear un Spreadsheet para variar
el término multiplicador y el offset de la operación SET.
Tarea: Esto se verá más adelante y se debe
entregar impreso este reporte de este
OPERACIÓN RECICLO
• La operación lógica de Reciclo de HYSYS se
emplea para resolver un lazo en un sistema donde una corriente aguas abajo es mezclada con una corriente aguas arriba en el proceso.
• Esta operación resuelve iterativamente,
comparando el valor actual con el valor calculado y actualiza dicho valor. Esto se repite hasta que el valor cumpla con la tolerancia.
Recomendaciones:
• Utilizar los bloques de reciclo antes de corrientes que
definen múltiples corrientes (Ej: antes de un splitter y un mezclador)
• En corrientes que tienen condiciones fijas como a la
salida de un calentador o enfriador, debido a que así hay que itera menos variables.
• En corrientes que no empleen funciones de ajuste.
En una misma simulación es posible tener varias operaciones de Reciclo. Se debe seleccionar bien donde se ubican las operaciones de reciclo para minimizar el tiempo de cálculo.
•
Después de que la operación
Reciclo converge las corrientes
de entrada y salida a esta
unidad deben ser iguales con
cierta tolerancia que puede ser
modificada por el usuario.
• La tolerancia de la función Reciclo es calculada como el
producto de la tolerancia que hysys tiene por defecto según el tipo de variable por la tolerancia especificada por el usuario. La tolerancia absoluta depende de la propiedad en cuestión fijada por hysys. La siguiente tabla muestra las tolerancia absolutas para cada propiedad fijas por Hysys:
Propiedad Tolerancia absoluta Unidades
Fracción de Vapor 0.01 Temperatura 0.01 °C Presión 0.01 kPa Flujo 0.001 Kgmole/s Entalpía 1 kJ/kgmole Energía 0.1 kW Composición 0.0001
La Tolerancia es calculada en Hysys en unidades SI.
Cuando hay múltiples operaciones de reciclo hay dos modos de operación:
NESTED: cuando las operaciones de reciclo son independientes.
• SIMULTANEOS: cuando las operaciones de
reciclo interactúan o están interconectadas.
En este modo los bloques de reciclo no se calculan con las demás unidades de operación. Se resuelven en un solver adicional que calcula luego de que las demás unidades se resuelven.
Ajuste del modo de cálculo en la función reciclo
Ejercicio:
Recircule la corriente Gas Sin Acetona al absorbedor que opera a 500 K debe operar a 202.6 kPa y que tiene 10 etapas.
Calcule el porcentaje de absorción de acetona en el solvente.
¿Cuanto aumenta este porcentaje con la recirculación?
Solución:
1.Inserte la función Reciclo en el PFD y habra el visor.
2. Especifique la corriente a recircular (Solvente con Acetona 2) y la corriente de entrada al
• Al conectar las corrientes a la función reciclo
• En esta ventana se cambian las tolerancias por
variable y la dirección en la cual se propaga la información en la simulación.
Hay tres opciones de dirección de transferencia:
Not transferred: se emplea si solo algunas de las variables de las corrientes quieren ser transferidas a la corriente de salida del reciclo.
Transfer forwards: la información va de la corriente de entrada al reciclo hacia la de salida para recalcular.
Transfer backwards: la información va de la corriente de salida del reciclo hacia la de entrada, para recalcular.
•
En esta ventana se ajustan los
La operación Reciclo se puede ajustar para usar uno de los dos tipos de algoritmos para lograr una convergencia más rápida. Los dos métodos disponibles son: Wegstein Acceleration y Dominant Eigenvalue Acceleration.
El método Wegstein Acceleration tiene
diferentes parámetros que se ajustan para
lograr mejores resultados. Los valores por
defecto de estos parámetros en Hysys son:
El
progreso
de
los
cálculos
desarrollados en el Reciclo se
pueden chequera en la pestaña
Monitor en la página Property View.
Esto es útil cuando el reciclo pone
problemas de convergencia. Los
resultados se presentan en tablas o
gráficas.
Respuesta:
Con la recirculación de la corriente
de gas el porcentaje de absorción
de acetona es del 99.79% respecto
a un 95.69% sin reciclo.
SPREADSHEET
La Spreadsheet es una herramienta muy útil de Hysys la cual tiene completo acceso a todas las variables de
proceso.
Desde allí se pueden adicionar funciones, formulas y operadores lógicos.
Se puede además importar y exportar variables. Cualquier cambio en el ambiente de simulación se refleja de inmediato en le Spreadsheet y viceversa.
La Spreadsheet tiene muchas aplicaciones entre ellas realizar operaciones matemáticas usando variables de la simulación como por ejemplo conversiones y rendimientos de reactores o costos de equipos.
También es útil ya que si se emplea
adecuadamente evita tener que abrir varias
ventanas de equipos y para analizar resultados o la influencia de una variable sobre otra.
Una variable de una simulación puede ser importada a una hoja de cálculo (Spreadsheet) o una variable definida en la hoja de cálculo se puede exportar a una variable en un caso de simulación. Hay tres formas de importar valores en una hoja de cálculo:
•Drag and Drop. Position the cursor over the desired item; then
•click and hold the right mouse button. Move the cursor over to the •Spreadsheet. Once over the Spreadsheet, the cursor's
•appearance will change to a "bull's eye" type. Release the right •mouse button when the "bull's eye" cursor is over the desired cell. •The specific information about the imported variable will appear •in the Current Cell group.
••Variable Browsing. A variable may also be imported into the •Spreadsheet by placing the cursor on an empty cell in the
•Spreadsheet and clicking (and releasing) the right mouse button. •Choose Import Variable from the list that appears, and select the •variable using the Variable Navigator.
•Connections Page. On the Connections page, click the Add
•Import button and select the desired variable using the Variable •Navigator. After selecting the variable, choose the desired cell •from the drop-down list.
• Los procedimientos para exportar variables de una spreadsheet tambien se explican a continuación:.
• Exporting variables from the Spreadsheet into the Simulation
• environment is also a simple procedure. The methods for doing this are • very similar.
• •Drag and Drop. Position the cursor over the Spreadsheet cell • that is to be exported. Click and hold the right mouse button; the • cursor should now change to the "bulls' eye" type. Move the • "bull's eye" cursor over to the desired cell. Release the right • mouse button, the transfer should be completed.
• •Variable Browsing. A variable may be exported from the • Spreadsheet into the Simulation environment by placing the • cursor on the exportable cell in the Spreadsheet and clicking (and • releasing) the right mouse button. Choose Export Formula Result • from the list that appears, and select the desired location for the • variable using the Variable Navigator.
• •Connections Page. On the Connections page, click the Add • Export button and select the desired variable using the Variable • Navigator. After selecting the variable, choose the desired cell • from the drop down list.
• Para facilitar el acceso del usuario a una hoja
de cálculo, se puede dar nombre a las variables.
• This is done either by selecting the cell on the
Spreadsheet tab and
• typing a name in the Variable field above the
FUNCIÓN BALANCE
Esta función permite realizar balances
en una sección de una planta o el
balance global de la misma. Se debe
especificar cuales corrientes de
materia y energía cruzan los límites
imaginarios del subsistema.
Hay cinco tipos de balances disponibles:
• Balance molar y de Energía: sirve para calcular flujos base desconocidos. Realiza primero los cálculos del balance de moles y los completa así el balance de energía este sin especificar completamente.
• Balance molar: -There is another way to use the Balance Operation. The "system" for which you have inlets and outlets need not be part of the process at all. You can use the balance to create new streams with characteristics of streams in your
process. In the HYSYS' Gas Processing Tutorial, they use the Mole Balance to create a stream with the same composition and flow as a process stream, but then they give the new stream a different pressure and a vapor fraction of 1 to see what the stream's dew point would be (remember, when you specify vapor fraction of 1 or 0, HYSYS assumes you wantsaturated
vapor or liquid and solves for the corresponding temperature or pressure).
• Balance de Masa: Sirve para calcular un flujo a partir de especificar las composiciones y todos los flujos menos uno. You could have five streams of pure nitrogen as inlets and one stream of CO2 as the outlet, and HYSYS will gleefully pass the
sum of the mass flowrates of the nitrogen to the CO2. So, be careful with this one. • Balance de Energía
• Balance Global: Se puede especificar con esto la relación entre componentes de una corriente. Se debe tener cuidado al realizar especificaciones en esta función debido a que puede provocar que las demás unidades este sobre especificadas.
CASOS DE ESTUDIO
• Un Caso de estudio permite realizar varias
corridas de una simulación variando los parámetros de entrada.
• Para realizar un Estudio de Casos presione
CTRL+D o :
• Open the DataBook from Tools-Databook, or
by pressing CTRL D.
• With the DataBook, HYSYS provides a location
from which a systematic
• El DataBook permite monitorear variables de proceso claves en estado
estacionario o dinámico.
• The DataBook allows you to
• monitor key process variables in Steady State and in Dynamics mode. • Variables for all DataBook features are selected in a single location. You • can then activate variables from the main list for each application.
• There is only one DataBook in each HYSYS case, containing variables • from all Flowsheets. All of the following features are defined and • accessed through this single DataBook:
• El primer paso es configurar las variables de interés del caso
de estudios para los cuales Hysys efectuara cálculos y grabará los resultados para cada caso. Los datos solo se presentan
para las variables seleccionadas en el estudio de casos.
• 2. En el databook presione Insert y adicione asi las variables
comos e muestra a continuación:
• Note que la descripción de las variables que se muestra en las
celdas del spreadsheet corresponde al nombre de cada celda. Debido a que están en azul pueden editarse aquí.
• 4.Dirijase a la pestaña Case Study y presione
Add para iniciar un nuevo caso.
• Asignele el nombre Operating Analysis.
• Todas las variables configuradas
anteriormente se listan en dos columnas llamada Ind (Independientes) y Dep
• Seleccione las variables dependientes e
• Presione View y configure los límites superior
e inferior para los cálculos Tenga en cuenta que las ariables aquí estan un unidades SI.
• Al crear un caso debe ignorar todas la herramientas utilities
que emplee en la simulación.
• Presione strt para que el estudio de casos inicie los cálculos • Al terminar los cálculos se pueden ver los resultados
• Presione el boton Results en on the Case Studies Setup
window or
• Los resultados también se pueden ver de
forma gráfica
• 10. Select Graph on the Case Studies tab.
• 11. Select Setup.
• 13. Size and arrange the windows so that you
switch the graph between
• The main interest of course is the Overall
Profit and the combination of
• Chiller exit temp and Expander exit pressure
that will give us the
• 14. Right-click on the graph, and experiment with the tools
available.
• Try removing Hidden Lines, Rotation, and Plane Cutting. • 15. In order to view the graph with the colours shown
previously, rightclick
• on the graph and select Colour Control. Set the ranges as • above. Note that the red colour appears because there is a • discontinuity in the entered ranges between 410 and 430.
