El uso de computadoras con los correspondientes paquetes de cómputo y lenguajes de programación, han impactado el trabajo de ingeniería de procesos de manera definitiva. Primeramente, porque gracias a su gran capacidad de almacenamiento de información y su velocidad de procesamiento han permitido a los ingenieros resolver problemas más grandes y complejos en mucho menor tiempo. Por lo tanto, el trabajo de ingeniería de procesos se ha enfocado cada vez más a actividades de tipo conceptual, como el diseño y evaluación de alternativas, la planeación, la interpretación e implementación de la información generada, dejando los cálculos rutinarios e iterativos a las computadoras.
Simuladores Comerciales
Los simuladores de proceso son paquetes de cómputo que contienen programas, bases de datos, librerías, subrutinas y otras aplicaciones que permiten modelar un proceso. En muchos casos, la solución del modelo requiere de procedimientos iterativos para su solución, para lo cual es importante seleccionar adecuadamente las variables que deben suponerse (variables de diseño) con el fin de hacer más eficiente la solución del problema.
Los simuladores se han utilizado principalmente para analizar y evaluar sistemas de proceso complejos, efectuar balances de materia y energía, estimar el tamaño y costo de los equipos, efectuar análisis de sensibilidad y optimizar diagramas de flujo. También se han utilizado para minimizar los costos de operación de plantas existentes y la mejora de diseños de nuevos procesos (o plantas).
Estructura y características
Este consta de tres componentes: una interfaz para el usuario, un componente analítico y una base de datos.
La interfaz tiene como función facilitar la comunicación con el usuario; es decir, permitir que el usuario prepare e introduzca la información al sistema. Esto generalmente se efectúa en forma gráfica a través de un diagrama de flujo, y por medio de cuadros de diálogo para especificar los componentes y las condiciones del proceso en particular. También debe permitir la introducción de las variables de diseño (presiones, temperaturas, composiciones, etc.)
La base de datos, o mejor dicho, bases de datos contienen información relativa a las materias primas (propiedades), los equipos (costos) y las operaciones unitarias (modelos).
El componente analítico contiene rutinas
matemáticas, rutinas para cálculo de propiedades, rutinas para cálculo de costos y rutinas para análisis económico. También este componente debe, a partir de la definición del problema, ensamblar todos los elementos y establecer el orden en que se realizarán los cálculos.
Estructura de un Simulador Usuario
BASE DE DATOS COMPONENTE ANALÍTICO Propiedades
Costos
Modelos de Operaciones Unitarias
Balances de materia y energía Dimensionamiento de equipo Estimación de Costos Evaluación económica Rutinas de cálculo Código Fuente I N T E R F A Z
Aplicaciones
Los simuladores como herramientas de diseño de procesos pueden jugar un papel importante en diferentes etapas del desarrollo de un proceso:
SELECCIÓN DEL PROCESO.- Permiten una
evaluación rápida de un gran número de ideas para descartar las menos prometedoras. Esto reduce significativamente el tiempo de ingeniería.
INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO.- Antes que el
verdadero diseño de procesos se inicie, los simuladores permiten desarrollar en la computadora un modelo conceptual y a través de éste identificar la información faltante que es necesaria para desarrollar un modelo más preciso del proceso. Una vez que se tiene un buen modelo se pueden efectuar un análisis de sensibilidad y optimización con respecto a las variable de diseño clave. Todo esto aún sin haber empezado el trabajo de planta piloto.
SÍNTESIS DE PROCESOS.- Permiten analizar y evaluar
esquemas alternativos de procesamiento, interpretar resultados experimentales o ayudar al diseño de experimentos.
ASPECTOS AMBIENTALES Y DE SEGURIDAD.- Estos
aspectos deben ser considerados y resueltos durante las etapas iniciales del diseño de procesos e integradas al mismo. A través de los simuladores se pueden estimar las variables de impacto ambiental cuando aun es tiempo de hacer modificaciones. Asimismo, se pueden evaluar ciertas modificaciones (recirculaciones, o reemplazo de solventes) para minimizar los residuos.
COMUNICACIÓN.- Siendo el trabajo de diseño una
actividad eminentemente grupal, el uso de una herramienta y un lenguaje común reduce la duplicidad de actividades.
MODIFICACIÓN DE PROCESO EXISTENTES.- Se
puede evaluar el impacto de ciertas modificaciones en una planta existente ya sea para incrementar la capacidad, reducir los costos de producción, minimizar los residuos, mejorar la seguridad y el control, etc.
Los pasos listados debajo resumen el proceso de desarrollar un caso de diseño con SuperPro Designer. Estos pasos son explicados con mayor detalle en el resto de este capítulo. 1. Inicialice el flowsheet usando los primeros tres ítems del menú Tasks: Set Mode of Operation, Register
Components & Mixtures, y si el modo de operación es batch, Recipe Scheduling Information.
2. Construya un flowsheet seleccionando el procedimiento deseado del menú Unit Procedures. Pasar a Connect
Mode para dibujar las corrientes y conectar las etapas del proceso.
3. Adicionar operaciones, tales como Charge, Agitate, Heat, React,
etc. para cada unidad de procedimiento (esto se aplica a procedimientos
batch solamente). Diferentes unidades de procedimientos tienen diferentes operaciones disponibles para ellas. Después de haber sido seleccionada la operación deseada inicializar todas las operaciones y corrientes.
4. Complete el análisis del flowsheet usando los ítems restantes del menú Tasks: Solve M&E Balances, input Stream Classification
data, Perform Economic Calculations, etc. Opcionalmente pueden
ser efectuados otros analisis.
5. Generar y visualizar los reportes usando los ítems del menú Reports. Use el menú View para ver el resultado del análisis y las gráficas.
Iniciando SuperPro Design (SPD)
Para comenzar a trabajar con un nuevo flowsheet, simplemente abra SuperPro Designer ya sea seleccionándolo desde el Menú de Inicio o haciendo doble clic en el archivo de aplicación Designer.exe en el folder SuperPro Designer de su disco duro.
Al entrar en SPD, aparece la siguiente ventana:
En este caso seleccionamos Start a New Flowsheet, al hacer clic en OK aparece una nueva ventana:
Especificando Modo de Operación para Toda la Planta
Especificando el modo de operación para todo el flowsheet
Esta ventana de diálogo le permite fijar primeramente el modo de operación y el tiempo de operación anual para el nuevo flowsheet. SuperPro Designer puede modelar plantas de proceso que operan en modos batch, continuo, o mixto. Usted también puede usar la opción del menú Tasks:
Set Mode of Operation ... para cambiar el modo de operación en
cualquier momento. Note que SuperPro le permite tener unidades de procesos continuos en flowsheet batch así como también procesos batch (cíclico) en un flowsheet continuo. Además, cuando el modo de operación de la planta entera es establecido como batch, todos los flujos de las corrientes son desplegados en base por batch, en oposición a uno con base por hora. Para plantas funcionando continuamente, no es necesaria ninguna información de planificación. En este punto, por favor seleccione a “ Batch ” como el Plant Operation Mode para el proceso del ejemplo que usted creará.
Fijando las Unidades Físicas Predeterminadas
SuperPro Designer provee una variedad de opciones para las unidades de medida para la entrada y el despliegue de datos. Usted puede usar la opción del menú Edit: Flowsheet Options: Preferences: Physical Units Options... para ver o modificar las unidades predeterminadas.
Registrando componentes y Mezclas
Todos los componentes que serán usados en un caso de diseño deben ser especificados. Muchos de estos componentes pueden ser seleccionados de la biblioteca de componentes en SuperPro Designer. Para registrar componentes (en otras palabras, para añadírselos para su caso de diseño), escoger el comando de menú Tasks: Register Components & Mixtures: Pure Components. Esto activará el diálogo mostrado debajo.
Por defecto, nitrógeno, oxígeno, y agua están siempre registrados como componentes puros en los nuevos procesos. Para este proceso de ejemplo, usted necesitará adicionar heptane a la lista de componentes registrados. Para adicionar heptane, a usted ya sea puede desplazar la imagen hacia abajo de la pantalla en la lista componente puro de la base de datos a la izquierda, o usted puede empezar a escribir “ heptane ” en la caja sobre la lista y la base de datos automáticamente se desplegará a la posición correcta. Después, use el botón para adicionar heptane a la lista Registered Components para este flowsheet. Alternativamente, usted puede dar doble clic en heptane en la base de datos y se agregará a la lista Registered Components.
Si un componente no aparece en la biblioteca, entonces usted debería usar el botón " Nuevo..." para añadirlo. Para este proceso, usted necesitará crear tres componentes nuevos: A, B, y C. Estos componentes representarán los reactantes y los productos de una reacción simple. Para añadir el componente A a su base de datos, hacer clic en el botón “ New... ” y colocar la letra “ A ” para Name, CAS Number, etc. (Nota – hasta donde el programa es afectado, usted no tiene que tener a los correctos CAS Numbers, Formulas, etc. Usted solo necesita escribir algo en cada uno de estos seis campos. El nombre Local es el que aparece en los reportes y todas las ventanas de diálogo de entrada /salida del programa.) Notar que al pie de esta ventana de diálogo, usted puede copiar las propiedades físicas de alguno otro componente que puede ser de la base de datos o registrado para el ejemplo (ver figura debajo)
Para este ejemplo, simplemente dé un clic sobre “ OK ” para copiar los valores de las propiedades del agua para el componente A.
Después de que usted haya añadido el componente A para su lista de componentes registrados, seguir los mismos pasos para añadir los componentes B y C. Cuando usted ha completado esto, usted debería editar una cierta cantidad de las propiedades de estos componentes. Para acceder a las propiedades básicas del componente A, seleccione esta línea dando un clic sobre el número correspondiente en la columna principal en la izquierda de la tabla (por ejemplo, Número 1 para componente A en la figura debajo ) y luego haga clic en el botón “ Properties...”. Esto sube otra ventana de diálogo que le permite a la vista y la edición de las propiedades físicas y ambientales del componente A así como sus datos de costos y su información reguladora.
Seleccionando un componente para editar sus propiedades
Para propósitos de este ejemplo, el único parámetro físico que nos interesa es el peso molecular (MW). Para el componente A, cambiar el MW a 150 (como se muestra en la Figura 2.1-f). Además, ir a la etiqueta Economics, y especificar un precio de compra (purchase price) de $10/kg, y presione “OK”.
A continuación, ir a la caja de diálogo para el componente B (haciendo clic en la línea 2 y luego haciendo clic en el btón “Properties…”) e ingrese un MW de 25 y un precio de compra (purchase price) de $15/kg. Finalmente, ingrese un MW de 175 y un precio de venta (selling price) de $300/kg para el componente C. Esto completa su inicialización de componentes para nuestro ejemplo simple.
Nota.
1. Si usted necesita borrar un componente de la lista Registered Components, hacer clic en el número correspondiente en la columna izquierda de la tabla (por ejemplo, número 1 para componente A) y luego hacer clic en el botón “Delete”.
2. Si usted desea añadir a la base de datos del usuario componentes que usted ha editado o ha creado (para poder usarlos en otros casos de diseño), entonces seleccione User, resalte el componente dando un clic sobre el número correspondiente en la columna de la izquierda de la tabla, (por ejemplo número 1 para A) y luego da un clic sobre el botón "Deposit"
3. La versión actual de SuperPro Designer no hace uso del punto de congelación normal de componentes de
productos químicos. Como consecuencia, el valor de ese campo puede ser ignorado.
4. Mezclas son usadas para facilitar la inicialización de corrientes de entrada en casos donde ciertas materias primas (por ejemplo, buffers) son consumidas como mezclas. Las mezclas son registradas seleccionando Tasks: Edit Stock Mixtures.
El primer paso en construir un flowsheet es añadir las etapas de procesamiento (unidad de procedimientos) al flowsheet. Una unidad de procedimiento es definida como una serie de operaciones que tienen lugar dentro de una pieza de equipo. Los tipos de operaciones disponibles dependen de cuál tipo de unidad de procedimiento usted está usando. Notar que las unidades de procedimientos continuos equivalen a las operaciones de la unidad.
Primero seleccione la unidad de procedimiento deseada desde el menú Unit Procedures. Para nuestro ejemplo, seleccionar Unit Procedures \ Vessel Procedure \ in a Reactor. Notar que después que usted selecciona esta unidad de procedimiento, el cursor del mouse cambia a: indicando que el próximo clic del mouse sobre el flowsheet colocará el icono Vessel Procedure.
Después que ha adicionado el Vessel Procedure al flowsheet, adicionar un procedimiento de filtración de Plate and Frame seleccionando Unit Procedures \ Filtration \ Plate and Frame Filtration. El flowsheet aparecerá ahora como:
Figura 2.1-g: Flowsheet del ejemplo con los iconos Vessel
Nota: Si usted decide abortar la adición de una nueva unidad de procedimiento, usted puede simplemente presionar la tecla ESC. Si usted quiere introducir la misma unidad de procedimiento varias veces, puede usar lo siguiente: después que ha colocado el icono de la primera unidad de procedimiento, presionar las teclas Ctrl y Shift y hacer clic donde usted quiere colocar la siguiente unidad de procedimiento.
Nota: Si usted quiere modificar los prefijos predeterminados de equipo, por ejemplo “V” para vessel y “PFF” para plate and frame filtration, use el ítem del menú File: Application Settings... y seleccione la etiqueta prefixes.
Después de que usted haya colocado unidades de procedimientos en su flowsheet, usted puede añadir conexiones de la corriente a los iconos. Hay tres tipos de corrientes: Corrientes de alimentación, corrientes intermedias, y corrientes de producto (salida). Las corrientes de alimentación no tienen un inicio en la unidad de procedimiento y en el proceso por lotes son principalmente utilizadas por operaciones de carga. Las corrientes intermedias asocian dos unidades de procedimientos, y se usan para transferir material de la fuente a la unidad de procedimiento de destino. Las corrientes de producto no tienen como destino a una unidad de procedimiento. Todas las corrientes están automáticamente identificadas con una etiqueta de la corriente.
En orden a adicionar corrientes al flowsheet, usted debe primero entrar a Connect Mode haciendo clic en el botón Connect Mode de la barra de herramientas principal. Cuando usted hace esto, el icono del cursor cambia al siguiente: para indicar que usted está en Connect Mode. Luego adicionar las corrientes feed, intermediate, y product como sigue:
1. Adicionando una Corriente de Alimentación: Dé un clic sobre cualquier área desocupado en la pantalla abierta para iniciar el dibujo de la corriente y luego dar un clic sobre el puerto apropiado de la entrada de la unidad de procedimiento de destino para terminar la corriente. Notar que a medida que el curso se mueve sobre los puertos de entrada y de salida, este cambia a un Port Cursor:
2. Adicionando una Corriente intermedia: Clic en el adecuado puerto de salida de la unidad de procedimiento fuente y luego en el puerto de entrada de la unidad de procedimiento destino.
3. Adicionando Corriente de Producto: Clic en el puerto de salida de la unidad de procedimiento fuente y luego doble clic en donde desea terminar la línea.
Figura 2.1-h: Flowsheet del ejemplo con corrientes adicionadas
Nota:
1. Presionando ESC mientras se dibuja una corriente termina el proceso de dibujar la corriente. Para volver al modo stream después de presionar ESC, simplemente simplemente presionar nuevamente el botón Connect Mode.
2. En muchas unidades de procedimiento, hay puertos dedicados, tal como alimentación (feed), respiradero (vent), remoción de torta (cake removal) o remoción de filtrado (filtrate removal). Para ver cual puerto es dedicado a cada función, usted puede ver sobre la unidad de procedimiento deseada en el menú Help. Como una ruta corta para Help para cualquier procedimiento, usted puede hacer clic en el icono Help (el que está con una flecha y un signo de interrogación) y luego hacer clic en el icono de la unidad de procedimiento que usted está interesado. Alternativamente, usted puede hacer clic en la unidad de procedimiento deseada para marcarlo y luego presionar F1. La ayuda para el filtro se muestra como:
Figure 2.1-i: Una porción de la Ayuda para Plate and Frame Filtration
Cuando haya acabado de dibujar las corrientes, usted debe salir del Modo Conect y volver al Modo Select. Esto es presionando en el botón ESC o haciendo clic en el botón de la barra de herramientas que aparece como:
Cuando SuperPro está en Modo Select y el mouse está sobre una línea de la corriente, la flecha cambiará para indicar la disponibilidad de un menú contextual de la corriente (véase la figura 2.1-k), el cual puede ser activado haciendo clic derecho del mouse. A través de este menú usted puede ver y corregir (para los flujos de entradas solamente) la composición, índice de flujo, y otras características de la corriente. Usted puede también cambiar el Tag Name (etiqueta), ajuste los codos, y corregir el estilo (por ejemplo, color de etiqueta y de línea, grueso de línea grueso, etc.) de cualquier corriente. Observe que el doble-clic en una línea de corriente con el botón izquierdo del mouse es equivalente a seleccionar los Simulation Data... ítem del menú.
Ahora, hacer clic derecho sobre la corriente de entrada a la Vasija de Procedimiento, corriente "S-101" y seleccionar Edit Tag Name. Cambie el nombre de esta corriente a "Heptane" y clic en OK. Luego clic derecho sobre la corriente Heptane, seleccione Style.../Edit Style..., y Clic sobre la etiqueta Name Tag (ver debajo)
Ahora, clic en en el botón Fonts... para cambiar el estilo, tamaño y color del nombre de esta corriente. Después hacer clic en OK.
Figura 2.1-l: Flowsheet del ejemplo, nombrando algunas corrientes y cambiando de estilo.
Adicionando Operaciones a la Unidad de Procedimientos:
El primer paso hacia la inicialización de unidad de procedimientos es añadir operaciones pertinentes para cada unidad de procedimiento. Esto puede ser hecho por ya sea 1) dando doble clic sobre el icono de la unidad de procedimiento o 2) dando un clic derecho sobre el icono de la unidad de procedimiento y seleccionando a Add / Remove Operations. Cualquier acción abrirá la siguiente ventana de diálogo:
Figura 2.1-m: Adicionando Operaciones a la Vessel Procedure (Reactor) en el proceso del ejemplo
En este punto, por favor adicione una operación de carga a la Secuencia de Operacion en su Vessel Procedure haciendo doble clic sobre la palabra "Charge" en la lista a la izquierda. Alternativamente, usted puede añadir la operación resaltando la palabra "Charge" y dando un clic sobre los botones Add o Insert. El botón Add (el botón más bajo en el medio) añadirá la operación nueva al final de la lista, mientras el botón Insert (el botón al tope en el medio) añadirá la nueva operación antes de la operación actualmente seleccionada.
Ahora añada dos operaciones más de Charge, una operación React (Stoichiometric), y una operación Transfer Out (a fin de que la ventana de diálogo se parece a la Figure 2.1-m anterior). Luego dé un clic sobre OK para regresar al flowsheet.
Nota: Si usted se equivoca al añadir operaciones, usted puede suprimir la operación seleccionándola en la lista Operation Sequence y presionando el botón Delete. Si usted añade una operación en orden equivocado, entonces usted la puede mover a una posición diferente en el Operation Sequence usando los botones Mover Arriba / Abajo. Para cambiar el nombre de una operación, selecciónelo y presione el botón Rename
Después de que usted haya añadido operaciones al Vessel Procedure, haga doble clic en el icono del filtro Plate y Frame para añadir operaciones a él. Notar que por defecto, que esta unidad de procedimiento tiene una operación (Filter-1) asignada a él. Use el mismo método anterior para añadir una operación Cake Wash y una Transfer Out de la operación a esta unidad de procedimiento (además de la operación Filtration que está ya
presente).
Nota: Haciendo doble clic en un procedimiento continuo (por ejemplo, Una Bomba Centrífuga) que está presente en un flowsheet continuo sube la ventana de diálogo de su operación esencial en lugar del diálogo de la Figura 2.1-m. Esencialmente, una unidad de procedimiento en un flowsheet continuo se comporta como una unidad de operación.
Inicializando las Operaciones
Reactor Vessel
El siguiente paso es para inicializar cada una de las operaciones que han sido adicionadas a la unidad de procedimientos. Para hacer esto, hacer clic derecho sobre el icono de la unidad de procedimientos para subir su menu contextual (ver Figura 2.1n).
Figure 2.1-n: El menú contextual para la vessel procedure en este ejemplo
El significado de cada porción del menú contextual en la Figura 2.1-n es explicado debajo:
● El menú "Operación Data" permite al usuario para accesar y modificar los parámetros de simulación para cada operación en esta unidad de procedimiento. (Nota – el menú Operation Data no aparecerá hasta al menos que una operación ha sido agregada. Además, si sólo una operación está presente en la unidad de procedimiento, entonces ninguna lista aparecerá a la derecha del menú contextual. En este caso, simplemente dé un clic sobre la línea Operation Data del menú contextual para traer a colación los parámetros para la operación).
● El menú "Add / Remove Operations… " permite al usuario añadir nuevas operaciones al procedimiento, suprimir las existentes, renombrarlas, y reacomodar su orden. Éste es el mismo diálogo que es traído a colación cuando usted hace doble clic en una unidad de procedimiento batch.
● La opción "Procedure Data" del menú permite al usuario ver y establecer alguna planificación y datos de análisis de rendimiento específico. Usted puede cambiar la modalidad de operación para el procedimiento entero de batch a continuo y viceversa (si el procedimiento puede funcionar en ambos modos).
● A través de "Equipment Data… " el usuario puede seleccionar el equipo clasificando según el modo tamaño (Diseño o el Rating), puede especificar equipo compartiendo información, y los parámetros relacionados con tamaño y costo de compra. La información relacionada a pedazos escalonadas de equipo y los artículos de consumo son también especificados a través de este diálogo.
● A través de "Equipment Contents…" el usuario puede ver los contenidos (y su condición) del equipo después de cada operación.
● A través de "Operation Sequence..." el usuario puede ver un resumen de información para cada operación, incluyendo el tiempo de inicio/fin, el material transferido entrada/salida con cada operación, y el contenido batch después de cada operación. ● Los "Set Break Points…" permite al usuario hacer un alto en la solución secuencial de balances de material y de energía. Esto sirve normalmente para localización de fallas en flowsheets a gran escala o complicados.
● A través de "Edit Labels…" el usuario puede cambiar el nombre del procedimiento (por ejemplo, P-1 en el anterior procedimiento), el nombre del equipo (V-101 en el caso citado anteriormente), y la descripción del procedimiento ("Vessel Procedure" en el caso citado anteriormente).
● La opción "Disconnect " del menú suprime todas las corrientes conectadas a la unidad de procedimiento
● La opción "Flip (reverse flow direction) " del menú contextual cambia el sentido de flujo, el cual es de izquierda a derecha por defecto, a de derecha a izquierda. Note que la opción del icono Flip está sólo disponible cuando la unidad de procedimiento no está conectada a otras etapas vía corrientes de material. Usted también puede girar el icono seleccionándolo y dando un clic sobre el botón Flip Horizontal del Object Visual Toolbar (ver capítulo 12).
● La opción "Order..." del menú contextual le permite forzar el icono de la unidad de procedimiento a mostrarse atrás o delante de otros iconos, texto, etc.
● La opción "Style..." le permite editar cosas así como el color del icono, el color de la etiqueta nombre y tipo de
letra, etc.
En este punto, por favor seleccione a Operation Data: Charge-1 del menú contextual de la vasija de procedimiento. Esto traerá a colación el siguiente diálogo:
Figura 2.1-o: Diálogo de condiciones de operación para la primera operación "Charge" (Carga) en la "Vessel Procedure".
El diálogo Operating Conditions le permite especificar las condiciones de operación, datos de emisiones, mano de obra, planificación, etc. para cada operación. Las diferentes etiquetas de campos de entrada están disponibles para operaciones diferentes. Para inicializar la etiqueta Condiciones de Operación etiqueta para la primera operación de carga en este ejemplo, usted comienza especificando la cantidad de material que va a ser cargado (800 kg). Para especificar su composición, use el menú desplegable en lo alto de la ventana de diálogo
Operation Data para seleccionar la corriente que usted
renombró "Heptano" anteriormente en este capítulo. Dé un clic sobre el … botón Composition... para tener acceso a los datos de la corriente para esta corriente (ver Figura 2.1-P p). Para añadir heptano a la corriente, da doble clic sobre su nombre en la lista Registered Ingredients en el lado izquierdo de la ventana de diálogo.
Nota:
1) Usted puede cargar múltiples componentes en la misma corriente si usted desea. Para hacer esto, simplemente añada nombres adicionales de componentes de la lista Registered Ingredients (Pure Components o Stock Mixtures) y especifique sus cantidades. La computadora automáticamente calculará el % de masa y la concentración (g / L o mol / L) de cada ingrediente, la densidad de la corriente (si no está colocado por el usuario), el flujo volumétrico y la actividad de la corriente. Alternativamente, usted puede dar un clic sobre en "Mass Composition" y puede especificar el flujo de la masa total o de volumen y el % masa de cada componente. Usted también puede seleccionar unidades para la entrada y el despliegue.
2) Como una Alternativa para ir a través de los diálogos Operation Data para editar propiedades de la corriente, usted puede inicializar y editar las corrientes de entrada directamente del flowsheet mismo. Para hacer esto, abrir el menú contextual de la corriente dando un clic sobre el botón derecho del ratón sobre una línea de la corriente y seleccionar Simulation Data. Esto subirá la misma ventana de diálogo como la mostrada en Figura 2.1-p. Usted también podría dar doble clic sobre el botón izquierdo del ratón en una línea de la corriente para generar esta ventana de diálogo. Note que sólo las
corrientes de alimentación para el flowsheet necesitan ser especificadas.
Los flujos y composiciones de corrientes intermedias y de salida son calculadas por el programa. Sin embargo, el usuario puede especificar la densidad y los coeficientes volumétricos de contribución de tales corrientes (ve Capítulo 4 para información mas detallada sobre corrientes y sus propiedades).
3) Además De componentes puros, pueden ser alimentadas las mezclas (o "cargadas") en un paso de proceso usando una corriente de entrada.
4) Para los procesos biotecnológicos, el porcentaje extracelular (Extra-Cell % ) de un ingrediente representa su fracción que está en la masa de solución (en oposición a la célula dentro). Para más información en este tema, refiérase al ejemplo. β-Galactosidase en la Sección 2.3.
5) Si el modo operación de un flowsheet es batch, todos los flujos son reportados en una base por batch (o por ciclo de fuente o destino de etapa de proceso). Si el proceso es puesto a modo continuo, entonces todos los flowrates son reportados en una base por hora. La elección para unidades de masa puede estar hecha para cada diálogo de corriente. Esta elección sobrescribe la elección predeterminada hecha por la especificación en el diálogo Edit: Flowsheet Options: Preferences: Stream Report Options...
6) La etiqueta Env.Properties de un diálogo de corriente despliega las concentraciones y los rendimientos específicos diarios de las propiedades ambientales y acuosas de la corriente (TOC, CaCO3, TP, TKN, COD, ThOD, BOD5, BODu, etc.) Todos los valores son para despliegue solamente y no pueden ser editados por el usuario a través de esta ventana de diálogo. Sin embargo, las propiedades ambientales de los componentes puros (los que contribuyen a las propiedades de la corriente anterior) pueden ser editadas a través del diálogo Tasks: Edit Pure Components
Para más información sobre propiedades de corrientes, referirse al Capítulo 4.
Después de que usted haya especificado la cantidad de carga de Heptano, dar un clic sobre OK para regresar al diálogo Operation Data para Charge 1 (Figura 2.1-o). Notar que hay varias formas en que la duración de esta operación puede ser especificada. Para este ejemplo, cambie el tiempo de instalación de su carga para 5 minutos y coloque al Volumetric Flowrate para 100 L / min. También ver las etiquetas Volumes, Emissions, Labor etc, y Scheduling para ver lo que contienen. Una breve descripción de cada uno de estas etiquetas siguen:
La etiqueta Volumes : Aquí el usuario puede especificar el máximo y mínimo admisible de funcionamiento /volumen de vasija para esta operación (i.e., por el fin de la operación Charge la vasija no debería estar más que 90 % lleno). En el modo Design esto es tomado en consideración para dimensionar el equipo. En modo Rating, el programa se asegura que una vasija no está demasiada llena o que el nivel no deja caer debajo del nivel del agitador.
La etiqueta Emissions : Aquí el usuario puede especificar cuáles
compuestos orgánicos volátiles (VOCs) serán emitidos, ya sea un gas de barrido será usado (para emisiones asociadas con operaciones de reacción y de cristalización), y qué temperatura del respiradero y el condensador debería ser establecida. Pro-Designer está equipado con modelos de emisiones VOC que son aceptados por la EPA (Agencia De Protección
Ambiental). Ver Capítulo 10 o consulte la ayuda en línea para más
información en los modelos de cálculo de la emisión. Para la carga del heptano en su proceso de ejemplo, por favor haga clic en la caja Perform
Emission Calculations. Luego haga Clic en la caja Emitted al lado del
componente Heptano. Después de la simulación, acuérdese de visitar el diálogo de corriente S-104 y comprobar la cantidad de Heptano emitido. Para particulares y otros componentes para los cuales los modelos de la emisión no están disponibles, el usuario puede especificar el % de
Figura 2.1-q: La etiqueta Emissions para la carga de heptano.
Etiqueta Labor: aquí el usuario puede especificar los requerimientos de mano de obra y utilidades auxiliares.
Etiqueta Scheduling (Planificación): La etiqueta más a la derecha de una unidad de procedimiento batch es siempre la etiqueta Scheduling. A través de esta etiqueta, el usuario especifica el tiempo de arranque de una operación relativo al inicio o el fin de otras operaciones en el mismo o diferentes procedimientos. Para unidad de procedimientos en el modo continuo, ninguna información de planificación (" scheduling") es requerida. Nota: Dependiendo de la complejidad de una operación, etiquetas adicionales pueden ser utilizadas para exhibir otras variables pertinentes.
Para esta operación, deje todos los valores predeterminados para Labor etc. y etiquetas Scheduling .
A continuación, click en el botón OK >> del diálogo Operation Data para ir a la segunda operación de carga en esta unidad de procedimiento. Para esta operación, use stream S-102 para adicionar 50 kg de material A al reactor. También especifique un tiempo de arranque (setup) de 5 minutos y una velocidad de carga de 20 kg/min. Dejar los valores por defecto de las demás etiquetas.
Luego click en el botón OK >> para ir a la operación final de carga. Inicialice esta de manera similar, pero use stream S-103 para adicionar 40 kg de material B. También cambie el tiempo de arranque (setup time) a 5 minutos y la velocidad de carga a 20 kg/min.
Otra vez, dé un clic sobre el botón OK>> para ir a la siguiente operación (la Estequiometría de la Reacción Batch). Notar que la etiqueta Operating Conditions es diferente para esta operación a la que fue para las Charges, y que varias otras etiquetas están presentes.
Comenzar con la etiqueta Operating Conditions, cambie la Final Temp a 50 C, el agente de transferencia de calor a Steam, y el tiempo de proceso ( Process Time) a 6 horas. Deje todos los demás valores predeterminados en esta etiqueta en su estado actual.
Después, en lo referente a la etiqueta Volumes, notar que usted puede especificar un máximo y un mínimo de trabajo para la proporción de volumen de la vasija. Cambie Max Allowable working/vessel volume a 80 %. Luego ir a la etiqueta Reactions (ver Figura 2.1-R r).
En esta etiqueta, usted necesitará especificar los parámetros describiendo una reacción en la cual 1 molécula de reactivo (A) se combina con 1 molécula de reactivo (B) formar una molécula de producto (C):
Para ingresar esto, traer el diálogo "Edit Stoichiometry" (ver debajo) dar un clic sobre el botón que se parece a un frasco (en el tope de la caja
Reaction Sequence). Introduzca los reactantes { A y B } y el producto { C
} usando los botones "Add Reactant" y "Add Product" (localizada antes de las tablas reactante y producto). Seleccione "Molar" para la opción de coeficientes estequiométricos e ingrese "1" para cada uno. Para más información en especificación de coeficientes de reacción, por ver Capítulo 2.2. Ahora cierre el diálogo "Edit Stoichiometry". Además de especificar los coeficientes estequiométricos, usted necesitará especificar la extensión de la reacción. Para este ejemplo, coloque la Extent a 95 %, como estaba hecho en la Figura 2.1-R r. Después, dé un clic sobre el botón OK >> para ir a la operación Transfer Out (deje todos los valores predeterminados para las etiquetas Emissions, Labor etc, y Scheduling )
En el diálogo Transfer Out (lFigura 2.1-s), use el menú desplegable en el tope de la pantalla para especificar cuál línea de la corriente servirá para la operación de transferencia. Además, en orden a capturar el tiempo requerido para esta operación, establecer la duración para equivaler a la duración de filtración en P-2 (vea debajo). Para hacer eso, seleccionar la opción Set By
Master Slave Relationship y luego dar un clic sobre el botón Setup. A
través del diálogo que surge, seleccione a "P2 (en PFF-101 )" como Master
Procedure (procedimiento principal) (a través del menú desplegable
Another Procedure), y "filter-1 (Cloth Filtration )" como Master Operation (a través del un menú desplegable Match a Single Operation ). Esto asegurará que el reactor estará considerado "utilizado" durante la filtración, desde que el reactor no será completamente vaciado hasta que la filtración sea completa. Usted puede dejar los valores predeterminados para las otras etiquetas en este diálogo.
Después, usted necesitará inicializar las operaciones en la unidad de filtración Plate and Frame. Para hacer esto, de clic derecho en el procedimiento de filtración y escoger Operation Data: Filter-1. Para este ejemplo, asuma que los componentes A y B son completamente solubles en
Heptano, y el componente C no es virtualmente soluble. Por consiguiente,
en la sección Particulate Component Removal de esta ventana de diálogo, especificar que 95 % de su producto C permanecerá en su filtro, pero los otros componentes no serán preferencialmente retenidos (terminarán por adentro del filtrado). También notar que usted puede especificar que un
Cake Dryness basado en LOD (loss on drying) o Cake Porosity. Por favor
cambie el LOD para su filtración a 35 %. Este valor causará que una porción de Heptano (y cualquier componente soluble) a ser mantenido en la torta húmeda. Especificando un LOD de 35%, usted está diciendo al programa que solamente 65% de la humedad de la torta es el producto insoluble C.
Después, visite la etiqueta Scheduling de la operación de filtración. Esta etiqueta es común para todas las operaciones. Por defecto, la primera operación en cualquier procedimiento batch es programada para comenzar relativo al comienzo del batch. Para programar exactamente su filtración, usted necesitará cambiar el Tiempo de Arranque (Start Time) para ser relativo al inicio de la operación Transfer Out en el procedimiento P-1 (ver Figura 2.1-y).
Figura 2.1-y: La etiqueta Scheduling de la operación de filtración.
Después, dé un clic sobre OK>> para ir a la operación Cake Wash (ver a Figura 2.1-z). Aquí usted necesitará especificar cual corriente proveerá el solvente de lavado y cuál removerá el residuo (S-109 y S-108 en este caso). Además, usted necesitará especificar qué solvente sirve para el lavado. Para hacer esto, presionar el botón Composition y seleccionar Heptano. Luego dé un clic sobre OK para regresar al diálogo Cake Wash. Notar que de este diálogo usted puede especificar el volumen de lavado para usar basado en el volumen de torta o un valor determinado. Por favor conserve la cantidad de lavado como 1 L/L de torta, use un tiempo de lavado de 30 minutos, y cambie el tipo de lavado para lechada ("slurry") de desplazamiento. Una "lechada" de lavado esencialmente diluirá los componentes solubles atrapados en la torta y removerá la mayoría de ellos en la corriente de lavado, mientras que un "desplazamiento" lavado sacará los componentes solubles de la torta en una forma de flujo en tapón.
Finalmente, dé un clic sobre el botón OK >> para inicializar la operación Transfer Out en esta unidad de procedimiento (Figura 2.1-aa). En esta operación, usted necesitará especificar que usted va a trasladarse fuera de la torta usando una corriente específica (S-107 es la única disponible en este caso) y la transferencia será hecha a una cierta tasa (10 kg/min en este caso). Luego Presione OK.
Usar la opción Tasks: Solve M&E Balances del menú principal para efectuar la simulación, esto hará que el programa efectué los cálculos de balance y energía para todo el flowsheet, estime las dimensiones de las unidades de equipo y haga las especficaciones de cada unidad.
Alternativamente puede hacer clic directamente en el icono
1. Las variables calculadas para cada operación pueden verse haciendo clic derecho en el icono de la Unidad de Procedimiento y seleccionando Operation Data. Por ejemplo, usted puede ver cuánto tiempo demora cada una de las operaciones Charge (recuerde que sus duraciones se basan en una masa dada a ser cargada y un flujo).
2. Los flujos calculados y composiciones de las corrientes intermedias y de salida pueden ser vistas haciendo doble clic en cada corriente y seleccionando Simulation Data..., por ejemplo para la corriente S-105 se tiene:
3. Los contenidos de una unidad de equipo como función del tiempo pueden ser vistos haciendo clic derecho en la unidad de procedimiento y seleccionando Equipment Contents o Operation Sequence. Por ejemplo la secuencia de operaciones para el reactro es:
4. Puede ser generado un reporte conteniendo información de los requerimientos de materia prima, composiciones y flujos de las corrientes, así como un balance total de materiales seleccionando del menú principal, la opción Task: Generate Streams Report... Para ver este reporte ir a View: Stream Report
5. Para ver el tamaño calculado del equipo, clic derecho en el icono de la unidad de procedimiento y seleccionar la opción
Equipment Data…. Todas la unidades de procedimientos tienen
dos opciones para el tamaño de equipo: Design y Rating. Por defecto todos los equipos se inicializan en Design Mode. En este modo, Pro-Designer determinara los tamaños requeridos de equipo basado en las condiciones de operación y funcionamiento de equipo. Usualmente, existen limitaciones físicas en los tamaños disponibles de equipo. Por ejemplo, un filtro Plate & Frame puede no ser disponible con un área mayor de 80 m2.
Cuando usted está en Design Mode, usted debe especificar el tamaño máximo disponible para el equipo. Si el tamaño calculado excede el máximo, Pro-Designer empleará múltiples piezas de equipo (dimensionadas igualmente) con tamaños que no violen el máximo disponible.
Para el ejemplo anterior, debería haberse calculado un filtro de apenas 2 m2. Este número fue calculado en base al volumen de material que es procesado por ciclo, el flux de filtrado, y el tiempo de filtración. Si cambia el método de dimensionamiento a Rating Mode (Figure 2.1-bb), usted puede especificar el tamaño y número de unidades. Pro-Designer tomará esta información para los calculos (el tamaño de equipo y número de unidades puede afectar al balance de materiales, de energía, al tiempo de procesamiento, etc ). Pasando a Rating Mode puede también afectar la interfase de algunas operaciones del procedimiento. Para experimetar esto, cambiar el tamaño del filtro a 4 m2 y volver a ver la caja de diálogo de la operación de filtración (Figura 2.1-cc). En este caso, usted necesita especificar ya sea el tiempo de filtración o el flux promedio de filtración (en Design Mode, usted especifica ambos).
Establecer filtrate flux a 150 L/m2 hr volver a efectuar los cálculos. esto calculará un nuevo tiempo de filtración. En general la mayoría de operaciones batch tienen la capacidad de calcular su tiempo de ciclo cuando se especifica el tamaño de equipo (Rating Mode).
Figura 2.1-bb: Etiqueta de Equipment Data de Plate & Frame Filter.
Figura 2.1-cc: Dialogo de la Filtration Operation (Cuando el Equipo está en Rating Mode).
