r E eRT C CHO = + - ∙ 17 13 32000 3 6

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL – FACULTAD REGIONAL ROSARIO
Departamento de Ingeniería Química
Integración IV.
Trabajo práctico Nº 14
Simulación Dinámica con HYSYS: Caso de una Planta de Propilen glicol
El Propilen Glicol (12-C3diol) se obtiene por reacción del Oxido de Propileno
(12C3Oxide) y agua. Las condiciones de las corrientes de alimentación al sistema, se
indican en la Tabla 1.
Nombre
Tabla 1: Corrientes de alimentación al sistema
Oxido de Propileno
Agua
Temperatura (ºF)
75
75
Presión
1.1 atm
16.16 psi
Flujo Molar
150 (lbmol/hr)
Oxido de Propileno
Fracción Molar: 1.0
Flujo Másico: 0.0 lb/hr
Agua
Fracción Molar: 0.0
Flujo Másico: 11000.0 lb/hr
Propilen Glicol
Fracción Molar: 0.0
Flujo Másico: 0.0 lb/hr
Las corrientes de alimentación se mezclan previamente en un Mixer y la corriente
resultante ingresa a un reactor tanque agitado continuo que funciona a temperatura
constante y presión atmosférica. La reacción, que se describe en Tabla 2, ocurre en fase
líquida. El reactor tiene un volumen de 280 ft3, se supone caída de presión nula y mantiene
un nivel de líquido de 85 %.
Tabla 2: Reacciones Químicas y Datos Cinéticos
C3H6O + H2O → C3H8O2
− 32000 
 



r = 17
. E + 13 e RT  ⋅  C

C
H
O
 3 6 





Nota: Las velocidades de reacción están dadas en lbmoles/ft3 hr.
Las energías de activación están dadas en Btu/lbmol .
Estado estacionario:
•
Del sitio http://www.modeladoeningenieria.edu.ar baje el archivo hysys
correspondiente o ármelo usted mismo siguiendo las instrucciones del tutorial. En
este último caso deberá agregar al aire como componente ya que formará el
cuerpo gaseoso del reactor.
•
La temperatura de reacción del caso base es de 125 ºF. Para verificarlo haga clic
sobre la corriente Productos y verifique que la celda temperatura tenga ese valor.
Si las unidades no coinciden, vaya a Tools --> Preferences... -> Variables y elija
el sistema inglés (Field).
Estado dinámico:
El modelado dinámico exige el agregado de nuevas operaciones: lógicas (controladores) y
unitarias (válvulas de control). Para el cambio de la topología y evitar el recálculo
automático combiene hacer clic sobre el semáforo rojo de la barra de menus. El simulador
se pondrá en "Hold".
Figura 1
Si la barra de herramientas está oculta (figura 2), mostrarla oprimiendo la tecla F4. Del
tercer grupo (el más numeroso) escoja una válvula haciendo un clic sobre la operación
) . Suelte el botón del ratón y lleve el cursor al medio ambiente de trabajo.
válvula (
Aparecerá un recuadro de líneas punteadas. Haga clic cerca del lugar en donde desee
colocar la válvula. Repita la operación hasta colocar todas las que sean necesarias.
Para agregar los controladores prosiga el mismo método pero escoja del quinto grupo (el
).
último) la operación lógica PID Controller (
Agregue todos los que sean necesarios. La figura 3 muestra el diagrama de flujo con las
válvulas y controladores ya ubicados y conectados.
La tabla 3 indica la forma en que se deberán conectar las válvulas. Por ejemplo para
colocar la VLV-100, primero se desconecta la corriente “Oxido Prop” del sumador MIX-100.
Para ello se hace doble clic sobre MIX-100 y en la pestaña Design /Connections se borran
las corrientes de entrada.
Haciendo doble clic en la primera válvula VLV-100, en la pestaña Design /Connections se
agrega a Inlet- la corriente “Oxido Prop” mientras que en outlet se escribe “Oxido Prop-2”.
En Design/Parameters anular la caída de presión (Delta P = 0) excepto en las de salida del
reactor. En este caso dejar <Empty> y en dichas corrientes asignar una presión e 1 atm. En
la pestaña Dynamic/ Specs poner 50% de apertura de válvula y 1000 USPGM en el valor de
conductancia.
Desde el sumador (MIX-100) agregar la nueva corriente.
Figura 2
De modo análogo se procede con todas las válvula siguiendo los parámetros establecidos
en la tabla 3.
Nombre
VLV-100
VLV-101
VLV-102
VLV-Venteo
VLV-Productos
Inlet
Oxido Prop
agua
aire
Venteo
Productos
Outlet
Oxido Prop-2
agua-2
aire-2
venteo-2
Productos-2
Tabla 3
Apertura %
50
50
0
50
100
Conductancia Cv
1000
500
500
500
10000
Una vez agregadas todas las válvulas se procede con los controladores. En este caso seran
necesario 3: uno para la presion, otro para el nivel de liquido y uno mas para el de
temperatura. La tabla 4 indica los parámetros necesarios.
Figura 3
Connections
Name
PV
Parameters
PIC-100
Object
Reactor
Variable
Vessel Presure
OP
Object
VLV-102
LIC-100
Reactor
Liquid Percent Level
VLV-Productos
TIC-100
Reactor
Vessel Temperatura
Q-100
PV
Min
0
atm
0
%
25
ºC
PV Max
Kc
Ti
Action
5
atm
100
%
100
ºC
1.0
20
Reverse
1.0
20
Direct
5.0
20
Direct
Tabla 4
En el caso del controlador TIC-100, se deberá dimensionar la válvula: haga clic en el
botón “Control Valve” e ingrese estos valores: mínimo=0. máximo =2500 KW.
Si todo fue ingresado correctamente, al hacer clic sobre el semáforo verde (de la
barra de menus) el PFD indicará que toda la planta esta convergida.
Antes de pasarlo al estado dinámico deberemos verificar las definiciones P-F. Esto indicará
cual de los parámetros será el que fijaremos y cual se recalculará. En el case de las
alimentaciones de los reactivos, por razones obvia de estequeometría nos conviene fijar
caudales (F). Para ello hacemos doble clic en la corriente “Oxido Prop” y en la pestaña
“Dynamics” destildamos la casilla de opción “Pressure Specifications” y activamos la de
“Flow Specifications” “Molar” con el valor 150 Lbmole/hr. Para evitar retroflujo tildar esta
opción en cada una de las válvulas en la pestaña “Dynamics”.
Figura 4
Lo mismo hacemos para la corriente de agua. Para las corrientes de salida (venteo-2
y productos-2) nos conviene especificar la presión al valor de 1 atm.
Para visualizar las variables dinámica haremos uso de los stripchart. Haciendo clic
en cada uno de los controladores, en la pestaña stripchart seleccionamos del menú
desplegable “SP, PV, OP only” y clic en “Create Stripchart”. Nos queda algo como la figura
5.
Figura 5
Antes de cerrar la ventana del controlador (no la del stripchart recién creado)
hacemos clic en el botón “Face Plate” lo que nos mostrará el panel de control. Esto se
aprecia en la figura 6.
Figura 6
Pasamos el valor del modo de control de Man (manual) a auto (automático).
Para seguir la evolución de la producción de propilenglicol haremos otro stripchart. Para ello
vamos a Tools ÆDataBook Æ en Variables veremos los SP, OP y PV de los controladores.
Acá ingresamos la variable que deseamos ver, en este caso: Insert Æ Case (Main) Æ
“productos-2” Æ “Comp Mass Flow” Æ “12-C3diol” Æ Ok
En la pestaña Stripchart agregamos una nueva con el nombre “Producción”.
Activamos la variable de interés “Comp Mass Flow (12-C3diol)”. Haciendo clic en el botón
“Strip Chart” aparecerá el recién creado.
Cerramos el databook como así el diagrama de flujo. Desde el menú “Simulation” escogemos
el integrador (“Integrator”). Reordenamos todos los elementos para que sean visibles, como
ejemplo, la figura 7.
Figura 7
Desde la barra de menus hacer clic en “Dynamics Assistant” (a la izquierda del
semáforo verde). Si todo va bien dirá que no hay problemas. Cerramos la ventana y hacemos
clic en el botón “Dynamic Mode” (a la izquierda del anterior”. A la pregunta de si estamos
seguro decir si (guardar el archivo con cierta periodicidad).
Si por algún motivo nos pide cambiar las especificacione P-F no aceptar.
Hacer clic en “Start” del integrador. La simulación habrá comenzado. En cualquier momento
se puede detener, resetear y volver a simular.
Dejar correr el simulador hasta que las variables esten bajo control y proceder con las
consignas siguientes:
i-
ii.-
Determine el comportamiento dinámico de la carga de enfriamiento al reactor y la
velocidad de producción del propilen glicol cuando la temperatura del reactor cambia
de 125 a 180 ºF y de 180 a 140 ºF.
Cambie en valor del setpoint del controlador de nivel del reactor del 85% al 70%.
Compare las respuestas cuando se modifica el Kp del controlador de nivel (Kp=1 y
Kp=5).
INFORME TÉCNICO
Confeccione un Informe Técnico que incluya:
.
1.Las hipótesis, consideraciones y/o datos que tuvo que proponer/calcular para
ingresar la información del proceso al modelo estacionario y dinámico que construyó
con Hysys.
2.-
Informe los resultados en forma de tabla, indicando las condiciones para las
corrientes de entrada y salida (materiales y energía) para cada equipo, obtenidos
durante la simulación estacionaria.
Informe como afecta la variación de temperatura del reactor a la velocidad de
producción del producto y el requerimiento de enfriamiento en el reactor.
3.-
Presente la evolución dinámica de las variables claves del reactor (Nivel de líquido
en el reactor; la temperatura del reactor; el set point de la temperatura del reactor; el
flujo del propilen glicol del reactor; la carga de enfriamiento del reactor) para todas
las perturbaciones que simule.
4.-
Conclusiones.
Profesores:
Dr. Ing. Qca. Nicolás J. Scenna
Mg. Ing. Sandra M. Godoy
Mg.Ing. Néstor H. Rodríguez
Ing. Paola Biscotti