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Unidad Temática II. SIMULACIÓN DE PROCESOS
Tema II.2. SIMULADORES COMERCIALES
ASPEN-PLUSHYSYSDESIGNPRO-IIBASES DE DATOS
Unidad Temática II. Simulación de procesos químicosTema II.2. Simuladores comerciales
SIMULADORES COMERCIALES
Modelos matemáticos: elemento esencial de un simulador de procesos(leyes de conservación, termodinámica y restricciones control y diseño)
Sistema de ecuaciones algebraicas y diferenciales. Dan forma al modelo matemático del proceso completo.
RESOLUCIÓN
Modelo secuencial modular: - Subrutinas de cálculo para cada unidad de proceso - Calculo de vbles. de salida en función de las de entrada.
- Procedimiento iterativo (reciclos)
Método orientado a ecuaciones: - Resolución simultánea
Método modular simultáneo: - Ventajas de los métodos anteriores - Sistema de ecuaciones simplificado - Modelos ingenieriles aproximados o
representaciones lineales de los modelos rigurosos
SIMULACIÓN DINÁMICA: arranque, paro, procesos por lotes, perturbaciones
SIMULADORES COMERCIALES
SIMULADORES COMERCIALES
-Propiedades físicas, termodinámicas y de transporte.
-Elección del modelo: - Intervalos específicos de condiciones - Tipos de sustancias
CRITERIOS:
-Naturaleza de los componentes (polaridad), idealidad o no idealidad de la mezcla.-Intervalo de composición, temperatura y presión.-Tipo de aplicación (equilibrio V-L, L-L, una fase...)
Ecuaciones de estado, modelos de coeficientes de actividad y modelos especiales
Situación Margules
Van Laar
Wilson
NRTL UNIQUAC
Binarios L-V A A A A A
Multicomponentes L-V
AL AL A A A
Azeótropos A A A A A
Equilibrios L-L A A NA A A
Sistemas diluidos ? ? A A A
Extrapolación ? ? B B BA: aplicable; NA: No aplicable; AL: aplicación limitada;B: Buena; ?: cuestionable
SIMULADORES COMERCIALES
Modelos de Ecuaciones de estado Modelos de coeficientes de actividad
Ley de gas ideal
Lee-Kesler (LK)
Lee-Kesler -Plocker
Peng - Robinson (PR)
Peng -Robinson-Stryje k- Vera (PRSV)
Redlich -Kwong (RK)
Redlich -Kwong - Soave (RKS)
API-Soave-Redlich -Kwong (API -SRK)
RKS o PR con regal de mezclado
Hurón -Vidal-2 modificada (MHV)
RKS o PR con reglas de mezclado
de Wong-Sandler (WS)
RKS o PR con función alfa
de Boston-Mathias
RKS predictor (PRKS)
Sánchez -lacombe para polímeros
Hayden-O’Connell
Benedict -Webb- Rubin (BWR)-Lee-
Starling
Schwartzentruber -Renon
Electrolitos NRTL
Flory -Huggins
NRTL
Uniquac
Unifac
Van Laar
Wilson
Margules
Pitzer
Métodos especiales
Braun K-10
Chao -Seader
Grayson-Streed
Kent-Eisenberg
Aminas
Tablas de vapor
SIMULADORES COMERCIALES
¿Para qué se utiliza la simulación de procesos?
Estimar y realizar análisis de regresión de propiedades físicas
Procesos donde los componentes deben ser mezclados, separados, calentados, enfriados y convertidos mediante operaciones básicas
Predice el comportamiento de un proceso utilizando principios de la ingeniería
Cálculo de balances de materia y energía y equilibrio químico y entre fases
Analiza el comportamiento de un sistema y realiza estudios de optimización y sensibilidad
Cambiar las condiciones de operación y analiza alternativas
Estimar costes
Generar como salida gráficas o bien tablas de resultados
ASPEN PLUS
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Desarrollado por: Aspen Technology, Inc.http://www.aspentech.com/products
ASPEN: Advance System for Process Engineering
-Flexible y fácil de usar.-Algoritmo de cálculo: método secuencial modular (Aspen Plus 10.2)
método orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2004.1) método orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2006)
Aspen Plus permite:
- Regresión de datos experimentales.- Diseño preliminar de los diagramas de flujo usando modelos de equipos simplificados.- Realizar balance de materia y energía rigurosos usando modelos de equipos detallados.- Dimensionar piezas clave de los equipos.- Optimización on-line de unidades de proceso completas o bien plantas.
ASPEN PLUS
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ASPEN PLUS
ASPEN PLUS
Para sistemas líquido/gas, Aspen Plus dispone de las siguientes operaciones:
ASPEN PLUS
Propiedades termofísicas:
-Bases de datos de componentes puros y específicos de cualquier aplicación.-Sistemas de estimación para constantes de propiedades.-Bases de datos para parámetros de interacción binaria.-Sistemas de regresión de datos.-Sistemas para electrolitos.-Acceso a la base de datos termofísica DECHEMA
Herramientas:
-Análisis de convergencia: rotura de ciclos, secuencia de soluciones..-Incluye fortran y excel. Acceso a Visual Basic (Aspen Plus 2004.1)-Análisis de sensibilidad: variaciones debidas a cambios introducidos.-Caso de estudio para simular con varias entradas.-Especificaciones de diseño para el cálculo automático de condiciones de operación y parámetros de equipos.-Ajuste de datos-Optimización para maximizar rendimientos, consumo de energía, pureza...
iconos
bloques
ASPEN PLUS
Diagramas de simulación con ASPEN PLUS
Diferentes métodos de
abordar la ruptura de dos ciclos
anidados. Valido para la mayor parte de los simuladores
ASPEN PLUS
Seleccionar opción convergence/convergen
ce
Ejemplo de dos reciclos anidados
ASPEN PLUS
Disponer y configurar las unidades de reciclo de
información
ASPEN PLUS
Selección del orden en que se rompen los
ciclos
ASPEN PLUS
CARACTERÍSTICAS GENERALES
- Entorno de simulación modular tanto para estado estacionario como para régimen dinámico.
- Desarrollado para su uso con PC.
- Interfase gráfica de fácil uso (orientado a objeto).
- Posibilidad de adicionar código de programación con VISUAL BASIC.
- Interpreta interactivamente los comandos según se introducen en el programa. Por tanto no necesita un botón de ejecución (run), aunque existe la posibilidad de plantear el problema completo sin hacer cálculos y después ejecutarlo.
- Es un simulador bidireccional, ya que el flujo de información va en dos direcciones (hacia delante y hacia atrás). De esta forma, puede calcular las condiciones de una corriente de entrada a una operación a partir de las correspondientes a la corriente de salida sin necesidad de cálculos iterativos.
HYSYS
Desarrollado por: Aspen Technology, Inc.http://www.aspentech.com/product
HYSYS
Integrado
-La información se comparte entre aplicaciones.-Modelos termodinámicos comunes.-Flowsheet comunes.-Interfase-Cambio de aplicación
Interactivo-Cálculos automáticos al aportar nueva información.-No limites al acceso de información útil.
Abierto y extensibl
e
-Unidades de operación en estado estacionario o dinámico.-Especificar expresiones para reacciones cinéticas.-Paquetes de propiedades especiales.-Extensión de la funcionalidad de la simulación en respuesta a posibles cambios.
HYSYS
Unidades de las que dispone HYSYS:
Workbook: colección de páginas que guardan la información de forma
tubular
PDF: construcción del diagrama de simulación
Summary view: lista de corrientes y unidades de
proceso instaladas.
Object navigator: acceso a la vista de propiedades
de una corriente u operación.
Property view: conjunto de páginas con la
información de una corriente o unidad de
proceso.
Desarrollado por: Chemstations Inc.http://www.chemstations.net
CHEMCAD
CARACTERÍSTICAS GENERALES:
-Incluye bases de datos de componentes químicos, métodos termodinámicos y unidades de operación que permiten la simulación en estado estacionario de procesos químicos continuos desde escala laboratorio a escala industrial.
-Simulación en régimen dinámico y de procesos discontinuos.
-Interfase gráfica
-Funcionamiento bajo Windows
CHEMCAD
CHEMCAD
Unidades de las que dispone Chemcad:
-Entorno gráfico de simulación interactivo.
-Funciona bajo entorno Windows.
-Posibilidad de incluir código de programación en VISUAL BASIC.
-Posibilidad de realizar simulación en régimen dinámico (paquete PROTISS).
-Puede ser utilizado en: petróleo, refinería, petroquímica, polímeros, química fina y farmacéutica, construcciones, ingeniería, etc.
-Actualmente esta disponible la versión 6.0 con nuevas características y unidades de operación: hornos, cambiadores de calor de aire, separaciones por membrana, electrolitos para polímeros y aplicaciones para simular columnas.
Desarrollado por: Simulation Sciences Inc.http://www.simsci.com
PRO/II
CARACTERÍSTICAS GENERALES:
PRO/II
Diagrama de simulación característico de este programa:
PRO/II
BASES DE DATOS
DECHEMA databank (DETHERM)
-Base de datos para: 4.200.000 datos, 122.000 sistemas, 101.000 mezclas y 21.000 sustancias puras.-Datos de fases en equilibrio, datos de electrolitos y propiedades de sustancias puras y mezclas.-Datos de gran calidad revisados por expertos externos.-Base de datos producida por DECHEMA e.V. en cooperación con FIZ CEIME (Berlín).
http://i-systems.dechema.de/detherm/
No. of lines Price in US $ Price in Euro €
1 13.47 12.0
2 - 5 28.06 25.0
6 - 19 56.11 50.0
20 - 39 89.78 80.0
40 + 134.66 120.0
Dortmunder Datenbank DDB (Prof Gmehling, University of Oldenburg)
Phase Equilibrium data
Vapour-Liquid-Equlibria
Liquid-Liquid-Equlibria
Vapour-Liquid-Equlibria of low boiling substances
Activity coefficients at infinite dilution
Gas solubilities
Solid-Liquid-Equlibria
Azeotropic data
Excess Properties
- Excess Enthalpies - Excess Heat Capacities - Excess Volumina
Pure Component Properties
- Transport Properties - Vapour Pressures - Critical Data - Melting Points - Densities - Caloric Properties - Others
DECHEMA databank (DETHERM)
Electrolyte data collection ELDAR (LS Chemie IV, Prof. Barthels, University of
Regensburg)
Caloric Data Electrochemical Properties Phase Equlibrium Data PVT Properties Transport Properties
Thermophysical database INFOTHERM (FIZ Chemie)
PVT-Daten Transport Properties Surface Properties Caloric Properties Phase Equlibrium Data
- Vapour-Liquid-Equlibria - Gas-Liquid-Equlibria - Liquid-Liquid-Equlibria - Solid-Liquid-Equlibria
Pure Component Basic Data
Thermophysical Parameter database COMDOR
(Leuna GmbH in Cooperation with FIZ Chemie)
Phase Equlibria Excess Enthalpies Transport and Surface Properties Caloric and Acoustic Data
DECHEMA databank (DETHERM)
Data Collection C-DATA (Institut for Chemical Technic, Prag)
20 physico-chemical Properties for 593 pure components
Basic Database Böhlen BDBB (Sächsische Olefinwerke AG Böhlen, now DOW
Chemical)
Pure Component Database of the "Sächsische Olefinwerke" with chemical and physical basic data for 1126 pure substances (mainly for the fields of petroleum and coal chemistry)
Additonal (DECHEMA e.V.)
Vapour Pressures Transport Properties
- Thermal Conductivities - Viscosities
Caloric Properties PVT-Data
- PVT-Data - Critical Data
Eutectical Data Solubilites Diffusion Coefficients
DECHEMA databank (DETHERM)
DECHEMA databank (DETHERM)
NIST databank
Desarrollada en USA
NISTNational institute of standards and technogyhttp://www.nist.gov/public_affairs/database.htm
•Datos termoquímicos para 7.000 compuestos orgánicos y para una pequeña cantidad de compuestos inorgánicos.
•También contiene datos de reacción termoquímicos para 8.000 reacciones y datos de energía iónica para unos 16.000 componentes.
•Espectros de infrarrojo para unos 16.000 componentes.•Espectros másicos para unos 15.000 componentes.•Espectros UV/Vis para 16.000 componentes.•Espectros de componentes cristalinos ( 210402 orgánicos e inorgánicos).•Propiedades termofísicas para 34 fluidos incluyendo densidad, entalpía, energía interna, entropía, etc.
•Espectros electrónicos y vibracionales para unos 4.000 compuestos
Núm Base de datos Precio
1. Biblioteca Espectral Masiva de NIST/EPA/NIH. Versión de ASCII ’02 de NIST $2,090 Mezclas de Hidrocarburos de Propiedades Termofísicas de NIST, Versión 3.1 $200
4. Mejoramiento $100
7. Poderes de Detención de Materiales de Electrones y Positrones de NIST $200
Base de Datos de Propiedades del Vapor de NIST/ASME: Versión 2.2
Ejecutable $50 Ejecutable y Código de Fuente $190 Mejoramiento para Ejecutable $50
10.
Mejoramiento para Ejecutable y Código de Fuente $100 Propiedades Termodinámicas y de Transporte para Líquidos Puros de NIST, Versión 5.0 $200 12.
Mejoramiento $100
Base de Datos de Propiedad de Mezcla de NIST
Ejecutable solamente $300 con Código de Fuente $600
14.
Descuento disponible para miembros de GPA
Difracción de Electrones de NIST/Sandia/ICDD $3,000 15.
Disponible del Centro Internacional para Datos de Difracción
17. Base de Datos de Cinética Química de NIST, Versión 2Q98 $200
Mejoramiento $100
Propiedades Termodinámicas y de Transporte de Refrigerantes y Mezclas de Refrigerantes de NIST: Versión 6.0 $200
23. Mejoramiento $100
27. Sales Derretidas de NIST: Versión 2.0 $150 Base de Datos de Diagramas de Equilibrio de Fase NIST-ACerS: Versión 2.1 $1,500 Para 1 Miembro de ACerS $1,200 Para 2-5 usuarios $2,250 Miembro de ACerS, para 2-5 usuarios $1,800 Para 6 usuarios o más o uso en una red de área local $3,000 Miembro de ACerS, para 6 usuarios o más o usuarios en una red de área local $2,400
31.
Disponible de la Sociedad Americana de Cerámica
35. Infrarrojo de Fase Gaseosa de NIST/EPA; Formato JCAMP $150
42. Estructura de Superficies de NIST: Versión 4.0 $200
Mejoramiento $100
Constantes de Estabilidad Seleccionadas Críticamente de Complejos Metálicos de NIST: Versión 7.0 $240
46. Mejoramiento $50 Programa de Diseño de Ciclo de Compresión de Vapor de NIST: Versión 3.0, CICLO _D $200
49. Mejoramiento $100
http://www.crct.polymtl.ca/fact/fact.htm
OTRAS BASES DE DATOS
FACT (compuestos inorgánicos)
http://www.physics.usyd.edu.au/teach_res/db/d0005.htm
CODATA (entalpias y entropías de diversos compuestos)
SOLV-DB (base de datos de disolventes)
http://solvdb.ncms.org/
Catálogos comerciales de HYSYS, ASPEN PLUS, CHEMCAD Y PRO II
Compilación de simuladores utilizados en Ingeniería Química
MATERIALES ADICIONALES