Polymer Modeling Webinar

Transcripción

Reduzca los costos de energía con los modelos
expandidos de polímeros en Aspen Plus V8.8
Gerardo Munoz, Business Consultant, Ingeniería
December 3, 2015
Presentador del día de hoy
Gerardo Muñoz
Business Consultant, Ingeniería
2
© 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved
Agenda
• Introducción al modelado de polímeros
• Aspen Polymers
– Demo: Poliacrilato I
• Modelado de sólidos
• Novedades en V8.8
– Demo: Poliacrilato II
• Recursos adicionales
• Q&A
3
Suite de Ingeniería de aspenONE®
Ingeniería
conceptual
Desarrollo de
procesos
Ingeniería
básica
Aspen HYSYS
& Aspen Plus
Análisis de
seguridad
Productos enfocados en
ingeniería de procesos y
optimización
Apoyo a
planeación y
operaciones
Diseño de
equipos
Evaluación
económica
4
Introducción al modelado de polímeros
Principales retos en procesos de polimerización
Control en la calidad
del producto
Mejora en la tasa de
producción
Optimización de 4
transiciones
Reducción de
demanda energética
6
Soluciones relacionadas a los retos en polímeros
Caracterización y
rastreo
Propiedades y cinética
de polímeros
Aspen Polymers
Aspen Polymers
Aspen Plus
Modelado de sólidos y
Activación energética
Aspen Polymers y
Aspen Plus Dynamics
Procesos con sólidos y
recuperación de calor
Reacciones exotérmicas
4
que pueden salirse de
control
7
Aspen Polymers
Aspen Polymers
• Producto único
• Integrado con Aspen Plus, Aspen Customer Modeler y Aspen Plus Dynamics en la suite
de ingeniería de AspenONE
• Principales funcionalidades:
– Bases de datos con propiedades específicas a polímeros
– Modelos termodinámicos
– Modelos de reacción basados en transferencia de masa
– Caracterización de polímeros
– Cinética de reacción
9
Proceso de trabajo para construir un modelo de polimerización
Componentes
Propiedades
Reacciones químicas
Modelo estado estacionario
Correr y analizar resultados
Modelo dinámico (opcional)
10
Aspen Polymers
• Para asegurar exactitud:
– Usar bases de datos específicas para propiedades
– Polímeros
– Segmentos
– Grupos funcionales
– Iniciadores
– Varios modelos termodinámicos para polímeros
– Polymer-NRTL
– PC-SAFT
– Flory-Huggins
Diferentes modelos
termodinámicos son apropiados
para distintos polímeros
– y más…
11
Complemento a Aspen Plus con listas adicionales de
componentes
Componentes
Propiedades
12
Rastreo y reportes de atributos para polímeros
Componentes
Propiedades
13
Rastreo y despliegue de distribución molecular del peso
Componentes
Propiedades
14
Aspen Polymers incluye modelos propietarios de vanguardia
Componentes
Propiedades
15
Métodos de propiedades para polímeros
Modelos de actividad
Ecuaciones de estado
Generalmente se desempeñan bien para
sistemas de componentes polares a bajas
presiones y lejos de la region crítica.
Válidos para toda la región del fluido, desde el
gas al líquido pesado. Bueno para modelar
sistemas de polímeros a altas presiones.
Aspen Polymers ofrece:
Actualmente, las ecuaciónes de estado más
utilizada para polímeros son:
– POLYFH: modelo Flory-Huggins
– POLYNRTL: Non-Random Two-Liquid (NRTL)
adaptado a polímeros
16
– POLYSL: Sanchez-Lacombe EOS
– POLYUF: UNIFAC/Redlich-Kwong para
polímeros
– POLYSAFT: Statistical Associating Fluid
Theory EOS
– POLYUFV: modelo de volumen libre de
UNIFAC
– PC-SAFT: Perturbed-Chain Statistical
Associating Fluid Theory EOS
Reacciones para todo tipo de polimerización
Componentes
Propiedades
17
Incluyen asistentes de configuración
Componentes
Propiedades
18
Incluyen asistentes de configuración
Componentes
Propiedades
19
Generación automática de reacciones
Componentes
Propiedades
20
Modelos diseñados para facilidad de uso
Componentes
Propiedades
21
Clasificación de cinética de polimerización
• Polimerización en cadena:
– Radicales libres (suspensión, emulsión, etc.)
– Ejemplos: PS, LDPE
– Ziegler-Natta
– Ejemplos: PP, HDPE
– Polimerización viviente (iónica y por transferencia de grupos)
– Ejemplos: óxido de polietileno (PEO), polioxietileno (POE), y polietilenglicol (PEG)
• Polimerización en etapas:
– Condensación (genera un producto alterno como agua)
– Ejemplos: Poliéster, nylon-6,6
– Pseudo-condensación (no genera producto alterno)
– Ejemplos: Poliésteres insaturados, poliuretanos
– Adición de anillo (el monómero es una molécula cíclica)
– Ejemplos: Nylon-6, y nylon-7
22
Uso de la tecnología del Aspen Plus
Componentes
Propiedades
23
Amplio rango de modelos de procesos
Componentes
Propiedades
24
Herramientas para generar reportes
Componentes
Propiedades
25
Compatible con Aspen Dynamics y Custom Modeler
Componentes
Propiedades
26
Software Demo
Poliacrilato I
27
Modelado de sólidos
Biblioteca de modelos para sólidos
20 bloques
representan más de
70 diferentes tipos de
equipos
Filosofía de diseño: un
modelo de operación
unitaria puede
representar distintos tipos
de equipo a varios
niveles de fidelidad de
conceptual  detallado
29
Declaración de sólidos
Sales y sólidos
convencionales
declarados como
‘Solid’
30
Un polímero se
considera sólido si lo
es por debajo de su
punto de fusión
Sólidos no
convencionales se
declaran como tal
Caracterización de sólidos dispersos
Distintos tipos de
partícula
(sub-corrientes)
Propiedades distribuidas
•
Composición
•
Tamaño de partícula
Valores escalares por tipo de
partícula (sub-corriente)
•
Contenido(s) de humedad
El contenido de humedad impacta en la capcidad de
calor, densidad y velocidad de asentamiento de las
partículas
31
Secado por convección
 Agente de secado provee de calor para evaporación y calentamiento
 Humedad del sólido se evapora en una corriente caliente (aire,
nitrógeno, etc.)
Curva de secado
Agente de secado (e.g. aire)
Transferencia de
calor
32
Transferencia de
humedad
Curvas de secado
(1st drying period)
33
(2nd drying period)
Novedades en V8.8
Aspen Plus V8.8
Optimice el proceso completo de polimerización
Polímeros sólidos
Operaciones unitarias
extendidas a polímeros
Menor uso de energía
para secado hasta un 20%
Menor costo capital
evitando sobrediseño
Mejor calidad del
producto
Modelado de procesos con sólidos
35
Extensión de sólidos a polímeros
Consistencia en propiedades físicas
Definición y visualización de propiedades de
polímeros y sólidos
Un mismo ambiente
Simulación rigurosa de deshidratación y
secado de polímeros en un mismo
diagrama
Apoyo a polímeros sólidos en un click
Opción en el ambiente de propiedades
parapolímeros sólidos bajo su punto de fusión
36
Nuevas capacidades para polímeros sólidos en V8.8
Esperamos llevar nuestras simulaciones de polímeros al siguiente nivel con la mejora para
simular polímeros sólidos. Esta innovación nos permitirá optimizar todo el proceso creando
una mejor representación de la sección de sólidos.
Maryam Khodadadian, Ingeniero de investigación
SABIC Limburg B.V.
37
Software Demo
Poliacrilato II
38
Recursos adicionales
39
Documentación para los productos
40
Ejemplos
• Abrir carpeta de
ejemplos
• Para polímeros
– Carpeta de “polymers”
– Encontrar el ejemplo de
poliacrilato
• Para ejemplos de
sólidos
– Carpeta de “solids
processing”
41
Ejemplos de Aspen Plus con polímeros
42
Producto
Descripción
Tipo de polimerización
Nombre de archivo
HDPE
Solution polymerization of ethylene.
Ziegler-Natta
hdpe.bkp
SBR
Ionic polymerization of Styrene Butadiene Rubber in a batch reactor.
Ionic
ionicSB.bkp
LDPE
This flowsheet models a high-pressure LDPE tubular reactor flowsheet with
four sections, two initiator injection points, and high and low pressure
separators.
Free Radical
ldbe.bkp
Nylon-6
This is a model of a NYLON-6 process VK column reactor.
Step Growth
nylon6.bkp
PMMA
Polymerization of methyl methacrylate (MMA) in a batch reactor.
Free Radical
pmma.bkp
Polypropylene
Ziegler-Natta gas-Phase polymerization of propylene.
Ziegler-Natta
pp.bkp
Polystyrene
Styrene polymerization in two CSTR's followed by a plug flow reactor.
Free Radical
ps.bkp
SBR (batch)
Copolymerization of styrene and butadiene in a batch reactor.
Emulsion
sbd.bkp
Polystyrene (batch)
Expanded Polystyrene Suspension Batch Polymerization rigorously
accounting for 2 liquid phases with reactions occurring in organic phase
Free Radical
suspensionEPS.bkp
Polyacrylate
Polymerization of methyl methacrylate (MMA) in a batch reactor with a solids
downstream section.
Free Radical
polyacrylate.bkp
Tutoriales
• 19 ejemplos para estudio
autodidacta
– Archivos de ejemplo con
detalles de paso a paso
– Incluidos en el sitio de soporte
(http://support.aspentech.com)
y accessibles desde
aspenONE Exchange
43
Ejemplos disponibles en el sitio de soporte
How do I model crystallization and consider economics for solids processing in Aspen Plus?
How do I model crushing/milling and classification of solids in Aspen Plus?
How do I set up a Particle Size Distribution (PSD) for solids modeling in Aspen Plus?
http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=138004
How do I set up multiple particle types (substreams) for solids modeling in Aspen Plus?
How do I model and optimize a belt dryer in Aspen Plus?
How do I model a multi-chamber fluidized bed dryer in Aspen Plus?
How do I model a batch dryer in Aspen Plus?
How do I model a fluidized bed agglomerator in Aspen Plus?
How do I model and optimize a granulation or coating process in Aspen Plus?
How do I model a circulating fluidized bed in Aspen Plus?
How do I model the pneumatic conveying of solids in Aspen Plus?
How do I estimate model parameters in Aspen Plus using measured particle size distributions?
How do I model and optimize a flash dryer in Aspen Plus?
How do I model and optimize mill drying in Aspen Plus?
How do I model and optimize a Spray Dryer in Aspen Plus?
http://support.aspentech.com/webteamasp/KB.asp?ID=138525
How do I model a Fluidized Bed Reactor in Aspen Plus?
How do I use Conceptual Solids Modeling in Aspen Plus?
How do I model and optimize a Contact Dryer in Aspen Plus?
How do I reduce net operating cost with drying in a polymer process?
44
Ejemplos para secado de sólidos en Aspen Plus
Secador de múltiples etapas
Secador de una sola etapa
45
Secador de lecho fluidizado
Secador en batch en Aspen Plus
Secador de molino
Secador en spray
Entrenamientos de AspenTech
training.aspentech.com
46
Servicios Profesionales de AspenTech
Experiencia en simulación de polímeros
• AspenTech tiene una larga historia en simulación de procesos de polímeros
• Más de 200 projectos de polímeros cubriendo un amplio rango de polímeros y procesos.
– Poliolefinas: LDPE, LLDPE, HDPE, PP, EPR, EPDM, PB (Polibutileno)
– Poliéster: PET, PBT
– Poliamidas: Nylons
– Others: Policarbonatos, PVC, SBR, Silicones, PS, SAN (Acronitrilo de estireno), Acrilatos,
Polímeros de emulsión, Elastómeros
• AspenTech tiene muchas patentes y ha desarrollado muchas mejores prácticas con
respecto a simulación de polímeros
47
Q&A
Únase a la comunidad de AspenTech
www.aspentech.com/community
Gerardo Muñoz
[email protected]
48
Gracias
AspenTech is ranked as a top
innovative growth company

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