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Hysys Presentacion - Noemi Rizo

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SIMULACIÓN DE PROCESOS CON S U C Ó OC SOS CO
ASPEN HYSYS 2006
Ing. José Luis Aguilar Salazar
CURSO BÁSICO DE SIMULACIÓN DE 
PROCESOS CON ASPEN HYSYS 2006
Objetivos Básicos:
Una vez concluido el curso el estudiante será capaz de:
• Comprender el entorno en el que se maneja Aspen Hysys.p q j p y y
• Ingresar componentes y definir un paquete de fluidos.
• Realizar cálculos termodinámicos.
• Hacer balances de materia y energía.
• Simular equipos de transferencia de masa y calor.
• Simular reactores químicos.
• Simular plantas químicas, petróleo y gas natural.
©2008 José Luis Aguilar Salazar. All rights reserved
INTRODUCCIÓN
La simulación de procesos se ha convertido en una 
herramienta básica y fundamental para los ingenieros en 
la etapa de formación y en el ejercicio de su profesión.
Los simuladores de procesos se utilizan en las industrias 
para:
Elaboración de proyectos.
Diseño y especificación de equipos.
Localización y resolución de problemas. 
Control de procesos.
Optimización
©2008 José Luis Aguilar Salazar. All rights reserved
Optimización.
Análisis de riesgos operativos (HAZOP).
INTRODUCCIÓN
Se aplica a todo tipo de industrias :
- Exploración & Producción.
- Plantas de separación y tratamiento de gas 
- Refinación del petróleo
- Petroquímica.Petroquímica.
- Química y Farmacéutica.
Metalúrgica- Metalúrgica
- Aceitera
©2008 José Luis Aguilar Salazar. All rights reserved
- Azucarera
INTRODUCCIÓN
La simulación es la representación de un proceso o fenómeno 
mediante un modelo que permite analizar sus característicasmediante un modelo, que permite analizar sus características.
A través del modelo se trata de explicar el comportamiento de un 
proceso sistema o unidad industrialproceso, sistema o unidad industrial.
Los modelos se establecen a través de ecuaciones basadas en 
Leyes Fundamentales:y
1. Continuidad (Balance de Materia)
2 B l d E í2. Balance de Energía
3. Balance de Cantidad de Movimiento
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4. Ecuaciones de Transporte
INTRODUCCIÓN
Leyes Fundamentales (Cont)
5. Ecuaciones de Estado
6. Equilibrio
7. Actividad
8 Cinética Química8. Cinética Química
Con el fin de que el modelo se aproxime más a la realidad, éste se torna 
complejo en su formulación y difícil en su resolución. De ahí la necesidad de 
emplear métodos numéricos ya sean programados por el usuario o 
Simuladores de Procesos comerciales
Los simuladores de procesos son paquetes computacionales que resuelven
©2008 José Luis Aguilar Salazar. All rights reserved
Los simuladores de procesos son paquetes computacionales que resuelven 
los modelos utilizando métodos numéricos
INTRODUCCIÓN
Los simuladores de procesos se han convertido en una herramienta
básica para los estudiantes de Ingeniería e Ingenieros que se desempeñan
l den la industria.
Existen muchos simuladores comerciales para diferentes aplicaciones:Existen muchos simuladores comerciales para diferentes aplicaciones:
mecánicas, procesos, hidráulica, estructural, etc.
Los simuladores comerciales enfocados a los procesos son:
APSEN HYSYS- APSEN HYSYS
- CHEMCAD
- PRO II / PROVISION/
- PIPE-FLOW
- PIPESIM
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- OLGA
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE 
SIMULACIÓN
Los simuladores más empleados son:
1. Simuladores globales u orientados a ecuaciones.
- Las ecuaciones que rigen cada equipo se integran entre sí, dando origen a un 
gran sistema de ecuaciones algebraicas que representan a todo el conjunto ogran sistema de ecuaciones algebraicas que representan a todo el conjunto o 
planta a simular. 
- La solución del problema consiste en resolver un gran sistema de ecuaciones 
algebraicas, por lo general, altamente no lineal.
Desventajas
- Problemas de convergencia
- Existencia de varias soluciones matemáticamente factibles, por ser el sistema 
fuertemente no lineal.
é ó ó
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- Pérdida de la asociación entre la ecuación y el equipo correspondiente
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE 
SIMULACIÓN
1. Simuladores globales u orientados a ecuaciones. (Cont.)
VentajasVentajas
- La velocidad de convergencia es cuadrática es decir mayor que en 
los modulares secuencialeslos modulares secuenciales.
- Permite aproximar ecuaciones de restricción y funciones objetivos, 
por lo que la tarea de optimización se puede realizar en formapor lo que la tarea de optimización se puede realizar en forma 
directa.
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CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE 
SIMULACIÓN
2 Simuladores Secuenciales2. Simuladores Secuenciales
- Estos simuladores resuelven cada tipo de equipo por separado usando las 
técnicas que son adecuadas para el mismo. 
- El flujo de información coincide con el “flujo físico” de la planta.
- Para cada módulo de simulación (equipos) deberá plantearse su modeloPara cada módulo de simulación (equipos) deberá plantearse su modelo 
matemático.
- El enfoque en la teoría secuencial modular impone conocer las condiciones de 
l d dlas corrientes de entradas
- Calculan las condiciones de las corrientes de salida y los correspondientes 
parámetros de operación
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parámetros de operación
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE 
SIMULACIÓN
2. Simuladores Secuenciales (Cont.)
Ventajas
- Convergencia rápida.
- Existe asociación entre la ecuación y el equipo.
Desventajas
- No permite adosar ecuaciones de restricción y funcionesNo permite adosar ecuaciones de restricción y funciones 
objetivos, por lo que la tarea de optimización no se puede 
realizar en forma directa.
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CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE 
SIMULACIÓN
2. Simuladores Secuenciales (Cont.)
Elementos de un Simulador Secuencial
- Corriente: Mezcla de multicomponentes caracterizadas por el caudal, 
composición y estado termodinámico
- Modulo: Representa un equipo, unidad de proceso o una operación 
matemática
C i t d
MODULO
Parámetros 
Corriente de 
Entrada
Corriente de 
Salida
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del Modulo
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE 
SIMULACIÓN
2. Simuladores Secuenciales (Cont.)
Resolución de los modelos de los módulos una a la vez en una 
determinada secuencia
Conociéndose las alimentaciones el modulo es calculado y sus salidas 
determinadas
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DISEÑO DE PROCESOS
Los ingenieros deben producir documentos 
que definan y describan el sistema aque definan y describan el sistema a 
diseñar
El diseño de plantas de procesos lleva 
varias etapas, pero los Ingenieros Químicosvarias etapas, pero los Ingenieros Químicos 
están mas inmersos en dos que son:
Ingeniería Básica
Ingeniería de Detalle
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INGENIERÍA BÁSICA
Es realizado principalmente por Ingenieros 
Q í iQuímicos.
Define los aspectos centrales de la planta
Genera los siguientes documentos:
Descripción del procesop p
Diagrama de entrada y salida
Diagrama de bloques genéricos
Di d Fl j d Bl (BFD)Diagramas de Flujo de Bloques (BFD)
Diagrama de Flujo de Proceso (PFD)
Hojas de datos (Data Sheet)
©2008 José Luis Aguilar Salazar. All rights reserved
Hojas de datos (Data Sheet)
INGENIERÍA BÁSICA
Diagrama de flujo del proceso: Documento que 
d ib l i d idescribe la secuencia de operaciones que 
conforman el proceso
Di d t d lidDiagrama de entrada y salida: 
Diagrama de bloques genéricos: Basado en el 
anterior, incluye nuevos bloques que representan 
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las áreas de las plantas (Separación, Reacción….)
INGENIERÍA BÁSICA
Diagramas de Flujo de Bloques (BFD): Incluye 
di i i i l d ió i f iócondiciones principales de operación, información 
importante (rendimiento, conversiones….), balances 
de materia y energía preliminaresde materia y energía preliminares
Diagrama de Flujo de Proceso (PFD): Incluye loslazos de controles principales, balances de materialazos de controles principales, balances de materia 
y energía definitivos y especificación de equipos. 
(Este tipo de diseño se lleva a cabo en hysys)
Hoja de datos (Data Sheet): Especifica los equipos 
durante la Ingeniería Básica
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INGENIERÍA DE DETALLE
Características:
Se lleva a cabo en un grupo interdisciplinario de 
ingenieros
Se genera toda la documentación para la construcciónSe genera toda la documentación para la construcción 
física de la planta
Diagrama de tuberías e Instrumentación (PID o 
P&ID)
Se basa en el PFD y especifica además diámetro ySe basa en el PFD y especifica además diámetro y 
longitudes de tuberías, servicios industriales, drenajes, 
espesores, materiales, instrumentos de control.
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INGENIERÍA DE DETALLE
Diagrama de tuberías e Instrumentación (PID o 
P&ID)P&ID)
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INGENIERÍA DE DETALLE
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INGENIERÍA DE DETALLE
Hojas de datos (Data Sheet): Especificaciones 
é i d l itécnicas de los equipos.
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ASPEN HYSYS
HYSYS es un simulador de Procesos, estático secuencial modular,
í í ó óaplicado a la industria química, petroquímica, refinación, exploración
& producción, farmacéutica y ambiental
Permite realizar simulaciones en estado estacionario y dinámicoPermite realizar simulaciones en estado estacionario y dinámico,
calculo de propiedades Fisicoquímicas, dimensionamiento de equipos
incluyendo costos. Calculo de cargas de calor, requerimientos de
energía equilibrio químicos y de fasesenergía, equilibrio químicos y de fases
Herramienta de apoyo en la elaboración de proyectos en todas sus
etapas (Conceptual, Básica, Detalle)etapas (Conceptual, Básica, Detalle)
Herramienta para Optimizar Procesos existentes e incrementar la
rentabilidad
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ASPEN HYSYS
BASE DE DATOS
- Contiene mas de 1500 componentes sólidos, líquidos y gaseosos
- Propiedades Fisicoquímicas de las sustancias puras.
- Parámetros de Interacción Binaria para el calculo de coeficiente de actividad
- Electrolitos.
BASE DE CRUDOS
- Contiene propiedades de muchos Crudos a partir de datos experimentales
CARACTERIZACIÓN DE FRACCIONES DE PETRÓLEO
- Correlaciones especificas para fracciones livianas y pesadas.
- Modelos de interconversión de curvas de destilación
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ASPEN HYSYS
MODELOS TERMODINÁMICOS
Contiene mas de 35 modelos matemáticos para equilibrios L V; L L y calculo deContiene mas de 35 modelos matemáticos para equilibrios L-V; L-L y calculo de 
Entalpías
Modelos de actividad Ecuaciones de estado Miselaneos
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ASPEN HYSYS
OPERACIONES UNITARIAS
HYSYS posee un integración grafica que permite modelar mas de 40 diferentes 
operaciones Unitarias:
Acumuladores Flash
Columnas de Destilación, azeotropica, 
Columnas de Extracción .
Reactores Continuos y BatchReactores Continuos y Batch
Compresores
Turbinas
Bombas
Intercamabiadores de Calor
Separador
Mezcladores
Controladores
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Controladores
Tuberías
Válvulas de bloqueo y Control
ASPEN HYSYS
MÓDULOS ADICIONALES
HYSYS contiene módulos adicionales como ser: 
- RefSYS Opsp
- Upstream Ops
- HTFS, HTFS+ (intercambiadores de Calor)
- PIPESYS (Tuberías)
- SPS-HYSYS Tuberias (Cristalización - Secado – Ciclones)
OLGA- OLGA
- SULSIM
- HYSIM
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- HYSIM
ASPEN HYSYS
DEFINIR
SELECCIONAR LOS 
SELECCIONAR EL 
MODELO DEFINIR 
UNIDADES
COMPONENTES TERMODINAMICO 
COMPONENTES
INTRODUCIRINTRODUCIR 
FLUJOS Y 
CONDICIONES DE 
LAS CORRIENTES 
DE ENTRADA
HACER 
DIAGRAMA DE 
PROCESO
INTRODUCIR 
PARAMETROS DE 
DISEÑO O DE 
EVALUACION
HACER AJUSTE 
ADICIONALES INTERPRETAR 
RESULTADOS
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(CONTROLADOR) RESULTADOS
MODELOS TERMODINÁMICOS
Antes de la era de la computadora el 40% del tiempo 
de un proyecto era invertido en validar los modelosde un proyecto era invertido en validar los modelos 
termodinámicos. 
La selección de un Modelo Termodinámico adecuadoLa selección de un Modelo Termodinámico adecuado 
para la predicción de la Entalpia (H) y la Constante de 
Equilibrio (K) es fundamental para el proceso de 
simulación.s u ac ó
La selección de un modelo inapropiado puede resultar 
en problemas de convergencia y resultados erróneos.
Cada modelo es apropiado solamente para ciertos tipos 
de compuestos y limitado a ciertas condiciones de 
operación
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operación
MODELOS TERMODINÁMICOS
El proceso de selección debe hacerse tomando en cuenta 
las siguientes consideraciones:las siguientes consideraciones:
Componentes del proceso y composiciónComponentes del proceso y composición
Rangos de Presión y Temperatura
Fases involucradas
Naturaleza de los componentes
Disponibilidad de Información
El proceso de selección es “Profesional” no computacional
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MODELOS TERMODINÁMICOS
Hay 4 categorías de Modelos Termodinámicos:
Ecuaciones de Estado (E-o-S)
Modelos de Actividad (Coeficiente de Actividad)
Empíricos
Especial para Sistemas Específicos
Modelos EOS Modelos de Actividad
Habilidad limitada para representar líquidos no-
ideales
Pueden representar líquidos altamente 
No-Ideales
Consistentes en la región crítica Inconsistentes en la región críticaConsistentes en la región crítica Inconsistentes en la región crítica
Pueden representar ambas fases líquida y 
gaseosa
Representa solamente la fase líquida. La 
gaseosa debe ser representada aún por 
un modelo EOS
Los parámetros se extrapolan bien con la Los parámetros binarios son altamente 
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Los parámetros se extrapolan bien con la 
temperatura
Los parámetros binarios son altamente 
dependientes de la temperatura
MODELOS TERMODINÁMICOS
Ecuaciones de Estado (E-o-S)
1 P R bi (PR)1. Peng-Robinson (PR)
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MODELOS TERMODINÁMICOS
Ecuaciones de Estado (E-o-S)
2 L K l2. Lee-Kesler
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MODELOS TERMODINÁMICOS
Modelos de Actividad
1 M l1. Margules
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MODELOS TERMODINÁMICOS
Modelos de Actividad
2 NRTL (N R d T Li id E ti )2. NRTL (Non-Random Two Liquid Equation)
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1. HIDROCARBUROS
MODELOS TERMODINÁMICOS
1. HIDROCARBUROS
APLICACIÓN METODO PARA EL VALOR DE K
METODO PARA 
LA ENTALPIA
Hidrocarburos en General S R dli h K (SRK) SRKHidrocarburos en GeneralPresión > 1 bar Soave-Redlich-Kwong (SRK) SRK
Hidrocarburos en General
Presión > 1 bar
Criogenicos < - 70°C
Peng-Robinson (PR) PR
g
Compuestos Simples
Presión > 1 bar
Benedict-Webb-Ruben-
Starlind (BWRS) BWRS
Hidrocarburos PesadosHidrocarburos Pesados
Presiones Moderadas 7 bar<P<200 bar
Temperaturas -18°C a 430°C
Grayson-Streed (GS) Lee Kessler (LK)
Hidrocarburos Pesados
Presiones Moderadas P< 7 bar ESSO LKes o es ode adas ba
Temperaturas 90°C a 200°C
SSO
Hidrocarburos Pesados
Presiones Bajas Maxwell-Bonell K-Charts LK
Hidrocarburos - Agua Elli t S k D h (ESD) SRK
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Hidrocarburos Agua
Hidrocarburos - Gases Elliot-Suresk-Donohue (ESD) SRK
Alifáticos Halogenados MSRK SRK
MODELOS TERMODINÁMICOS
2. QUIMICOS
APLICACIÓN METODO PARA EL VALOR DE K
METODO PARA 
LA ENTALPIAVALOR DE K LA ENTALPIA
Soluciones Ideales Presión de Vapor (VAP) SRK
2 fases líquidas No-Ideales
Azeotropos Heterogéneos
P (0 4 t ) T(275 475K)
UNIFACLATE
P (0-4atm) T(275-475K)
Altamente No-Ideales
Azeotropos Homogéneos Wilson LATE
2 fases líquidas Altamente No-Ideales NRTL LATEAzeotropos Heterogéneos NRTL LATE
2 fases líquidas Altamente No-Ideales
Azeotropos Heterogéneos UNIQUAC LATE
2 fases líquidas Altamente No-Ideales
Azeotropos Heterogéneos MARGULES LATE
2 fases líquidas Altamente No Ideales
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2 fases líquidas Altamente No-Ideales
Azeotropos Heterogéneos TK WILSON LATE
MODELOS TERMODINAMICOS
2. QUIMICOS (cont.)
METODO PARA EL METODO PARAAPLICACIÓN METODO PARA EL VALOR DE K
METODO PARA 
LA ENTALPIA
Alifáticos Halogenados MSRK LATE
Moderadamente No-Ideales Van Laars LATE
Azeotropos Homogeneos
Van Laars LATE
Compuestos Polares en Soluciones 
Regulares MSRK (4 parámetros) LATE
C t P l S l iCompuestos Polares en Soluciones 
No-Ideales
SRK Predictivo LATE
Soluciones No-Ideales con Sales 
Disueltas Wilson LATE
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MODELOS TERMODINÁMICOS
3. ESPECIALES
APLICACIÓN METODO PARA EL VALOR DE K
METODO PARA 
LA ENTALPIAAPLICACIÓN VALOR DE K LA ENTALPIA
Gases disueltos en Agua Ley de Henry
Endulzamiento de Gases H2S-MEA- Amina AminaDEA Amina Amina
H2S-CO2-NH3 disueltos en Agua
Sour Water - PR SRK
Metanol con Gases Livianos NRTL SRK
Compuestos Ionicos disueltos en 
agua (HCL,NH3,HNO3) PPAQ SRK o LATE
Deshidtratación de Hidrocarburos 
usando Tri-etilen glicol TEGV - PR SRK
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Método para Polimeros Flory-Huggins (FLOR) LATE
MODELOS TERMODINÁMICOS
4. MODELOS PARA SISTEMAS
APLICACIÓN METODO PARA EL APLICACIÓN VALOR DE K
Procesos con gases criogenicos PR
Separación de Aire PR
Torres de Crudo Atmosferico PR,GS
Torres de Vacio PR,GS, ESSO
Torres de Etileno Lee Kesler Plocker
GSTorres de Crudo Atmosferico PR,GS
Sistemas con alto contenido de H2 PR o GS
Reservorios PR
Vapor Paquetes de Vapor o GSVapor Paquetes de Vapor, o GS
Inhibidores de humedad PR
Sistemas Químicos Modelos de Actividad
Alquilación con HF PR, NRTL
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Alquilación con HF ,
Hidrocarburos donde la solubilidad del Agua es 
importante Kabadi Danner
MODELOS TERMODINÁMICOS
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