Download doc - Del grupo Selección del Paquete de Propiedades … · Web viewFisicoquímica (Termodinámica), Balance de Materia y Energía, e Ingeniería Térmica. Enunciado del problema ¿Qué

Desarrollo de las prácticas

PRÁCTICA III.1.2 Operación de un Calentador

OBJETIVO:

Al término de la práctica el alumno calculará y resolverá problemas de suministro de calor (calentamiento del aire) por medio de HYSYS y al final comparará los resultados obtenidos manualmente, con los obtenidos en el simulador.

MATERIAS CORRELACIONADAS:

Fisicoquímica (Termodinámica), Balance de Materia y Energía, e Ingeniería Térmica.

III.1.2.1 Enunciado del problema

¿Qué cantidad de calor habrá que suministrarle a 300 m3/min de aire (medidos a 0 °C y 1 atm) para pasarlos de 25 ºC a 200 °C?.

III.1.2.2 Solución I. Manualmente

1. TRADUCCIÓN

2. PLANTEAMIENTO

2.1 DISCUSIÓN

Este problema puede resolverse mediante integración, Cp promedios o gráficas de capacidades caloríficas medias. Se utilizará el método de integración.

Manual de Prácticas de Ingeniería Química 217

G = 300m3/min (a cond. normales)

T1 = 25°C

T2 = 200 °C

Q = ?

21


2.2 CALOR USANDO Cp

Q

2.3 NÚMERO DE MOLES

PV = GRT G =

3. CÁLCULOS

3.1 NÚMERO DE MOLES

G = = 12,276.97

3.2 CALOR USANDO LA INTEGRACIÓN

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

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

Q = 12,276.97

Q = 12,276.97

Resolviendo la integración:

Q = 12,276.97

Q = =

4. RESULTADO



De acuerdo con la integración el calor a suministrar es: 15’294,174.3 kcal/ min (917’650,458 kcal/ hr).

III.1.2.3 Solución II. Mediante el simulador HYSYS

Éste 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 Apéndice A, para diferenciar por que en la práctica anterior se utilizó NTRL y ahora PR.

Figura 1

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

Se utiliza parte de la composición dada en el Libro: Química General, K. W. Whitten, Kennet D. G. y Raymond E. D., Tercera Edición; Capítulo 10, página 261. Esta composición será: N, O, Ar, CO y He, el Helio se utilizará como representación del resto de los gases nobles y del resto de la composición, por ser cifras insignificativas para la composición en HYSYS), Figura 2.

Figura 2



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

Figura 3

9. Ahora, se instala una corriente de materia por medio de los comandos para observar otro tipo de instalación. 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 Técnico, para cambiarlas al SI, se entra al icono del comando Tools/ Preferences, vea la Figura 6. Se abre la etiqueta Variables (usada anteriormente) y aquí 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 botón izquierdo del ratón y se empieza a especificar las características de la corriente de entrada, la primera propiedad en especificar es la temperatura: 25 °C y después la presión 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 despliéguese hasta donde esta la unidad atm, vea la Figura 8 y Figura 9.Figura 8



Figura 9

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

Después, 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 Volumétrico de cualquier sustancia, marcando la diferencia entre el flujo de un gas y el flujo de un líquido en base a la especificación de T, P y la composición.

13. Se agregará la composición en la página 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 botón OK. Figura 11. Con esto converge la corriente. Figura 12.

Figura 11

Figura 12



14. Regresando a la página 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 líquido, observe la práctica 1 (que trata de dos líquidos). Además no aparece especificado Std Liq Vol Flow (m3/hr) como en la práctica 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. Después se agrega la operación de la misma forma que la instalación 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 operación Name: CALENTADOR.Figura 17



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

Figura 18

20. Al introducir el valor de la caída de presión, 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 sólo resta que en la columna A CALIENTE se introduzca la temperatura (200 °C) a la cual deberá salir el aire del intercambiador. Con esto el simulador calcula la energía para calentar el aire. Al momento de insertar la temperatura, se calculan el resto de las variables y la energía 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



664’320,000 kcal/h (11’072,000 kcal/min), de acuerdo al simulador de procesos HYSYS.

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

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

21. Así se verá el diagrama de flujo dentro del PFD:

Figura 21

22. Ahora como una característica de HYSYS, dentro del diagrama se oprime el botón derecho del ratón 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 posición, seleccionando la tabla con el botón izquierdo del ratón y la tabla seleccionada se verá de la siguiente manera:

Figura 24



Seleccionada la tabla se corre con el ratón a la posición donde se desea colocar y la vista puede verse de la siguiente manera:

Figura 25

24. Esta vista normalmente presenta la cantidad de energía y las temperaturas de las corrientes adjuntas a la operación (esta vista puede verse para cualquier operación, corriente de materia y corriente de energía), pero no implica que sean las únicas propiedades que pueden verse en esta vista, el cambio de las propiedades se hace por medio del botón derecho del ratón y aparece otra la lista desplegable donde se



selecciona View properties.

Figura 26

Aparece la Figura 27. En la cual se presiona el botón Add Variable.

Figura 27

En la vista que aparece Select Table Entry For Main, se selecciona la variable que se desea ver en esta tabla de vista de propiedades. Por ejemplo Flujo Volumétrico en este caso y se presiona el botón OK.



Figura 28

De esta forma la Tabla se muestra de la siguiente manera.

Figura 29

25. Así como se pueden agregar especificaciones también se pueden eliminar, por ejemplo se eliminará la Temperatura de alimentación, se selecciona de la tabla y se oprime el botón Remove Var...



Figura 30

De la misma forma se elimina la temperatura del producto, y la Tabla se verá de la siguiente forma:

Figura 31

26. En la vista del PFD el diagrama se muestra de la siguiente manera:Figura 32



27. Para imprimir el diagrama de proceso del PFD presione el botón derecho del ratón y seleccione la característica Print PFD.

Figura 33

Nota: Esta característica se puede llevar acabo solo si el cursor esta colocado sobre el fondo del PFD, no sobre el diagrama de flujo.

III.1.2.4 Comparación de resultados



VARIABLE MANUAL HYSYSQ kcal/ h 917’650,458 664’320,000Q kcal/ min 15’294,174.3 11’072,000

Hay una diferencia aproximada de 2.53*108 kcal, debido a la ecuación utilizada para obtención de numero de moles manualmente7 y la composición inexacta del aire utilizada en HYSYS, ya que HYSYS no toma el aire como un componente sino como una mezcla.

Observe el numero de moles que da HYSYS en la Figura 12, paso 14, con las especificaciones dadas. Flujo molar= 9,007 kgmol/min (540,410 kgmol/hr) de los 12,276.97 kgmol/ min obtenidos manualmente.

III.1.2.5 Actividades

- Compare los resultados con los obtenidos en el Libro “Problemas de Transferencia de Calor”, M. C. Antonio Valiente Valderas, página 19.

- De la hoja de reporte calcule la diferencia de la entalpía molar de entrada con la de salida, y multiplíquela con el flujo molar obtenido manualmente. Compare el resultado con el obtenido por medio del simulador HYSYS.

7 Burden, Richard L., and Faires, J. D., “Numerical Analysis”, ed. Iberoamericana, pag. 18.
