Del grupo Selección del Paquete de Propiedades ?· Web viewFisicoquímica (Termodinámica), Balance…

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

Del grupo Seleccin del Paquete de Propiedades Base (Base Property Selection Group), seleccione un Paquete de Propiedades para

Desarrollo de las prcticas

PRCTICA III.1.2 Operacin de un Calentador

OBJETIVO:

Al trmino de la prctica el alumno calcular y resolver problemas de suministro de calor (calentamiento del aire) por medio de HYSYS y al final comparar los resultados obtenidos manualmente, con los obtenidos en el simulador.

MATERIAS CORRELACIONADAS:

Fisicoqumica (Termodinmica), Balance de Materia y Energa, e Ingeniera Trmica.

III.1.2.1 Enunciado del problema

Qu cantidad de calor habr que suministrarle a 300 m3/min de aire (medidos a 0 C y 1 atm) para pasarlos de 25 C a 200 C?.

III.1.2.2 Solucin I. Manualmente

1. TRADUCCIN

2. PLANTEAMIENTO

2.1 DISCUSIN

Este problema puede resolverse mediante integracin, Cp promedios o grficas de capacidades calorficas medias. Se utilizar el mtodo de integracin.

2.2 CALOR USANDO Cp

Q

+

+

=

=

2

1

2

1

)

(

2

T

T

T

T

dT

cT

bT

a

G

CpdT

G

2.3 NMERO DE MOLES

PV = GRTG =

RT

PV

3. CLCULOS

3.1 NMERO DE MOLES

G =

(

)

)

298

(

*

*

082

.

0

min

000

,

300

1

K

K

kgmol

atm

lts

lts

atm

= 12,276.97

min

kgmol

3.2 CALOR USANDO LA INTEGRACIN

A partir de los datos del Apndice D, Tabla D.1 (para el aire).

a = 6.386;b = 1.762(10-3);c = 0.2656(10-6)

Q = 12,276.97

min

kgmol

[

]

+

+

-

-

+

+

200

273

25

273

2

6

3

)

10

(

2656

.

0

)

10

(

762

.

1

386

.

6

dT

T

T

Q = 12,276.97

min

kgmol

200

273

25

273

3

6

2

3

3

)

10

(

2656

.

0

2

)

10

(

762

.

1

386

.

6

+

+

-

-

+

+

T

T

T

Resolviendo la integracin:

(

)

(

)

(

)

dT

-

+

-

+

-

-

-

3

3

6

2

2

3

298

473

3

10

*

2656

.

0

298

473

2

10

*

762

.

1

298

473

386

.

6

Q = 12,276.97

min

kgmol

+

+

kgmol

kCal

026

.

7

87

.

118

55

.

117

,

1

Q =

kgmol

kCal

kgmol

76

.

245

,

1

min

12,276.97

=

min

.3

15'294,174

kCal

4. RESULTADO

De acuerdo con la integracin el calor a suministrar es: 15294,174.3 kcal/ min (917650,458 kcal/ hr).

III.1.2.3 Solucin II. Mediante el simulador HYSYS

ste problema se simula igual que la Practica 3.1.1, hasta el punto 5, donde se especifica como entrar al Simulador HYSYS y, es antes de seleccionar el paquete de propiedades.

6. Seleccionar el Paquete de Fluidos para este caso Peng Robinson (PR). Figura 1. Vea el Apndice A, para diferenciar por que en la prctica anterior se utiliz NTRL y ahora PR.

Figura 1

7. Despus de agregar el Paquete de Fluidos, hay que agregar los componentes en la etiqueta Components.

Se utiliza parte de la composicin dada en el Libro: Qumica General, K. W. Whitten, Kennet D. G. y Raymond E. D., Tercera Edicin; Captulo 10, pgina 261. Esta composicin ser: N, O, Ar, CO y He, el Helio se utilizar como representacin del resto de los gases nobles y del resto de la composicin, por ser cifras insignificativas para la composicin en HYSYS), Figura 2.

Figura 2

8. Una vez seleccionados el Paquete de Fluidos y los Componentes, y haber regresado a la pgina Pkg Fluid, se presiona el botn Enter Simulation Enviroment para ingresar a la simulacin.

Figura 3

9. Ahora, se instala una corriente de materia por medio de los comandos para observar otro tipo de instalacin. Esto es por medio de Flowsheet/ Add Streams...F11, ve la Figura 4.

Figura 4

10. Al hacer esto inmediatamente aparece la vista de propiedades de la corriente de materia, vea Figura 5.

Figura 5

11. Se observa que en la vista anterior aparecen las unidades en el Sistema Tcnico, para cambiarlas al SI, se entra al icono del comando Tools/ Preferences, vea la Figura 6. Se abre la etiqueta Variables (usada anteriormente) y aqu se selecciona SI y se cierra la vista. Figura 7.

Figura 6

Figura 7

12. Se vuelve a abrir la vista de propiedades de la corriente, dando doble clic con el botn izquierdo del ratn y se empieza a especificar las caractersticas de la corriente de entrada, la primera propiedad en especificar es la temperatura: 25 C y despus la presin de 1 atm, como el SI maneja KPa se procede a escribir la cantidad esto es 1 atm y en la Barra editar utilice la lista de la parte derecha y despliguese hasta donde esta la unidad atm, vea la Figura 8 y Figura 9.

Figura 8

Figura 9

Despus de hacer esto, el cursor automticamente regresa a la vista de propiedades, donde HYSYS hizo el calculo de atm a KPa (1 atm = 101.32 KPa).

Despus, se especifica la cantidad de materia 300 m3/min (para las unidades lleve a cabo el mismo procedimiento del paso anterior) en la propiedad Liquid Volume Flow (m3/hr). Figura 10.

Figura 10

HYSYS interpreta el Liquid Volume Flow como el Flujo Volumtrico de cualquier sustancia, marcando la diferencia entre el flujo de un gas y el flujo de un lquido en base a la especificacin de T, P y la composicin.

13. Se agregar la composicin en la pgina Composition e introducimos 0.7809 de N, 0.2094 de O, 0.0093 de CO2 y 0.0001 de He una vez hecho esto se presiona el botn OK. Figura 11. Con esto converge la corriente. Figura 12.

Figura 11

Figura 12

14. Regresando a la pgina Conditions se observa que la propiedad Vapour/ Phase Fraction tiene como valor 1, haciendo referencia que se trata de una corriente en el estado gaseoso; cuando es cero se trata de un lquido, observe la prctica 1 (que trata de dos lquidos). Adems no aparece especificado Std Liq Vol Flow (m3/hr) como en la prctica 1.

Figura 12

15. Cerrando la vista de propiedades regresa al PFD y se ve la Corriente de materia en color azul oscuro, Figura 13.

Figura 13

16. Despus se agrega la operacin de la misma forma que la instalacin de la corriente Flowsheet/ Add Operaction...F12. Figura 14. Del mismo modo se puede instalar por medio de la paleta de objeto, seleccionando Heater. Figura 15.

Figura 14

Figura 15

17. Al instalar el Calentador, la vista en el PFD se muestra de la siguiente manera.

Figura 16

18. Para instalar las especificaciones del Calentador se le da doble clic en la imagen y aparece la Figura 17. Ya dentro de esta vista se especifica Inlet: ALIM, Oulet: A Caliente, Energy: Q y el nombre de la operacin Name: CALENTADOR.

Figura 17

19. Observe que en la parte inferior que se seala en color amarillo que necesita una Delta P, por lo cual en la pgina Parameters se debe especificar este valor, para intercambiadores simples que utilicen lquidos es de 10 psia (0.6804 atm), para gases es 1 psia (0.06804 atm).

Figura 18

20. Al introducir el valor de la cada de presin, se pasa a la etiqueta Worksheet, donde usted puede observar que HYSYS realiza el balance de materia a la salida del sistema (calentador).

Figura 19

Ahora slo resta que en la columna A CALIENTE se introduzca la temperatura (200 C) a la cual deber salir el aire del intercambiador. Con esto el simulador calcula la energa para calentar el aire. Al momento de insertar la temperatura, se calculan el resto de las variables y la energa a emplear.

Figura 20

Como se aprecia en la Figura 20, colocando el cursor sobre el cuadro Heat Flow (KJ/ hr) de la tercera columna, el calor que se necesita es de 664320,000 kcal/h (11072,000 kcal/min), de acuerdo al simulador de procesos HYSYS.

Lo que resta es imprimir todas las variables y propiedades generados dentro de esta prctica, as como la visualizacin del diagrama de flujo (PFD). Para ver el diagrama de flujo.

NOTA: Para salirse de la etiqueta Worksheet y regresar al PFD, pulsando el botn X.

21. As se ver el diagrama de flujo dentro del PFD:

Figura 21

22. Ahora como una caracterstica de HYSYS, dentro del diagrama se oprime el botn derecho del ratn en la vista del Calentador y observe la vista desplegable que aparece y seleccione Show Table. Figura 22.

23. La vista del PFD aparece como la Figura 23.

Figura 22

Figura 23

Como la vista aparece amontonada, puede ser modificada su posicin, seleccionando la tabla con el botn izquierdo del ratn y la tabla seleccionada se ver de la siguiente manera:

Figura 24

Seleccionada la tabla se corre con el ratn a