UTN FRLP

1
SIMULACION Y OPTIMIZACION DE PROCESOS DE
REFINACION
2

• OBJETIVOS
• Introducir al auditorio en el conocimiento de
• herramientas computacionales que maximizan
• la producción y optimizan los recursos.

3

• TEMAS A DESARROLLAR
• Introducción - Ingeniería de Procesos -
  Herramientas
• Simulación de Procesos - Conceptos básicos -
  Tipos de simuladores - Aplicaciones
• Generación de información - Test Run - INPUT
• Banco de propiedades - Identificación de
  componentes -Paquetes de cálculo de propiedades
  Termodinámicas.
• Operaciones Unitarias.
• Output - Análisis de resultados.

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INGENIERIA DE PROCESOS

• QUE HACE UN GRUPO DE INGENIERIA?
• EVTE
• INGENIERIA CONCEPTUAL
• INGENIERIA BASICA
• INGENIERIA DE DETALLE
• ASISTENCIA TECNICA OPERATIVA
• TANTO PARA DISEÑO, COMO PARA REMODELACIONES DE
  UNIDADES

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• COMO LO HACE ?
• LA LLAVE PARA EL DESARROLLO DE CUALQUIER PROYECTO
  ES UN BUEN BME.
• PORQUE ESTA ASOCIADO A LA
• TRANSFERENCIA DE CALOR hornos, Hx, calderas.
• TRANSFERENCIA DE MASA columnas, absorbedoras,
  extractoras, flash , acumuladores.
• TRANSFERENCIA DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO
  bombas, compresores, piping.
• SIMULACION DE PROCESOS
• INSTRUMENTACION Y CONTROL

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• CON QUE LO HACE ?
• CON HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES COMO
• PROVISION-HYSYS-ASPEN-CHEMCAD
• Simuladores de Procesos en estado
  estacionario.
• HEXTRAN-ACX-STX-SUPERTARGET
• Simuladores de equipos de intercambio
  de calor y redes. Pinch Análisis
• FRNC-5
• Simulación de Hornos de Procesos -
  Diseño y Chequeo.
• INPLANT
• Simulación de redes de cañerías.
• EMPRO
• Simulación de sistemas de tratamientos
  de efluentes
• HYSYS-PROTTIS
• Simulación dinámica
• CPM-RTO
• Control Predictivo Multivariable ( Tipo
  DMC ) y Optimizacion en Tiempo Real

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• QUE ES LA SIMULACION DE PROCESOS?
• ES UNA HERRAMIENTA DE CALCULO QUE
• GENERA RAPIDOS Y PRECISOS BME
• PERMITE DISEÑAR NUEVAS PLANTAS
• PERMITE CHEQUEAR UNIDADES EXISTENTES
• PROPORCIONA LA INFORMACION NECESARIA PARA QUE
  CADA GRUPO, DISEÑE O VERIFIQUE EQUIPOS ,
  SERVICIOS AUXILIARES - COSTEO.
• PERMITE LA EVALUACION DE TODAS LAS CORRIENTES
  DEL PROCESO.

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• PERMITE EL ESTUDIO DE TODA UNA PLANTA O PARTE DE
  ELLA ( EQUIPOS INDIVIDUALES ).
• PERMITE EL ANALISIS DEL PROCESO ANTE CAMBIOS EN
  LAS CONDICIONES DE OPERACION, CAUDALES,
  COMPOSICION DE CARGA O PRODUCTOS.
• PERMITE EL SEGUIMIENTO DE VARIABLES PARA
  DETERMINAR POLITICAS DE MANTENIMIENTO O LIMPIEZA
  DE EQUIPOS
• PROPORCIONA GUIAS PARA LA MEJOR OPERACION DE LAS
  PLANTAS
• INTERFASE DE CPM-RTO

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• UN SIMULADOR DE PROCESOS ES UN SISTEMA LOGICO
• EL RESULTADO DEPENDE EXCLUSIVAMENTE DE LOS DATOS
  QUE NOSOTROS APORTEMOS
• MALOS DATOSMALOS RESULTADOS

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• UN PROGRAMA DE SIMULACION AL AUTOMATIZAR LA
  REALIZACION DE LOS BALANCES DE MASA Y ENERGIA,
  LOS ELIMINA COMO ETAPA LIMITANTE, PARA
  CONVERTIRLOS EN TIEMPOS DEL ORDEN DE SEGUNDOS .
• EL TIEMPO QUE SE HUBIERA UTILIZADO EN TAN SOLO UN
  CALCULO , ES AHORA UN TIEMPO FACTIBLE DE INVERTIR
  EN EL ESTUDIO DE VARIAS ALTERNATIVAS TECNOLOGICAS
  , QUE PERMITAN REALIZAR UNA SELECCION OPTIMA .

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• TIPOS DE SIMULADORES
• SEGUN SU ESTRUCTURA PUEDEN SER FIJOS O MODULARES.
• SEGUN SU MODO DE TRABAJO PUEDEN SER A DISEÑO O
  DESEMPEÑO.
• SEGÚN SUS VARIABLES PUEDEN SER EN ESTADO
  ESTACIONARIO O REGIMEN TRANSITORIO O DINAMICO.

12

• PARTES CONSTITUTIVAS DE UN
• SIMULADOR DE PROCESOS
• FASE DE ENTRADA-INPUT
• FASE DE PREPROCESAMIENTO
• FASE DE CALCULO
• FASE DE SALIDA-OUTPUT

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PREPROCESAMIENTO CALCULO
INPUT
OUTPUT



TRABAJO
INPUT
OUTPUT
14

• FASE DE ENTRADA-INPUT
• ANALISIS DEL PROCESO PFD PI
• CONDICIONES DE OPERACIÓN / MAX-MIN P-T
• CARACTERIZACIÓN DE CORRIENTES - IDENTIFICACION DE
  COMPUESTOS
• SELECCION DEL METODO DE CALCULO DE PROPIEDADES
  TERMODINAMICAS.

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• ANALISIS DEL PROCESO
• DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS
• TOPOLOGIA- EQUIPOS-CONEXIONES
• IDENTIFICACION DE RECICLOS
• EQUIPOS VIRTUALES
• DIAGRAMA DE SIMULACION
• TEST RUN

16

• ANALISIS DEL PROCESO

17

• ANALISIS DEL PROCESO
• TEST RUN

18

• CARACTERIZACION DE LAS CORRIENTES .
  IDENTIFICACION DE COMPUESTOS
• TECNICAS DE MUESTREO
• MEZCLAS DE COMPOSICION DEFINIDA ENSAYOS
  CROMATOGRAFICOS
• MEZCLAS DE COMPOSION INDEFINIDA DESTILACION
  TBP-ASTM , DENSIDAD

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• CALCULO DE PROPIEDADES
• PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE BANCO DE
  DATOS
• PROPIEDADES TERMODINAMICAS ECUACIONES DE ESTADO

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• BANCO DE DATOS es una subrutina de los SEE que
  contiene
• PROPIEDADES FISICAS
• PROPIEDADES TERMODEPENDIENTES
• CONSTANTES
• CORRELACIONES DE CONVERSION
• CONSTANTES DE ECUACIONES KIJ

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• BANCO DE DATOS
• Table 1.1.1-1 PRO/II Library Component
  Properties
• Fixed Properties and Constants Temperature-depende
  nt Properties
• Acentric Factor
  Enthalpy of Vaporization
• Carbon Number
  Ideal Vapor Enthalpy
• Chemical Abstract Number
  Liquid Density
• Chemical Formula Liquid
  Thermal Conductivity
• Critical Compressibility Factor Liquid Viscosity
• Critical Pressure
  Saturated Liquid Enthalpy
• Critical Temperature Solid
  Density
• Critical Volume
  Solid Heat Capacity
• Dipole Moment
  Solid Vapor Pressure
• Enthalpy of Combustion
  Surface Tension
• Enthalpy of Fusion Vapor
  Pressure
• Flash Point
  Vapor Thermal Conductivity
• Free Energy of Formation
  Vapor Viscosity
• Freezing Point (normal melting point)
• Gross Heating Value
• Heat of Formation

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• CALCULO DE PROPIEDADES TERMODINACAS K , S , H
• ECUACIONES EMPIRICAS BK10-JG
• ECUACIONES SEMIEMPIRICAS CS-GS
• ECUACIONES DE ESTADO LK-SRK-PR
• SISTEMAS POLARES WILSON - MARGULES - VAN LAAR

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• Ecuaciones de Estado
• Soave-Redlich-Kwong (SRK)
• K-values, enthalpies, entropies, vapor
  densities SRK method
• Liquid densities API method
• Peng-Robinson (PR)
• K-values, enthalpies, entropies, vapor
  densities PR- Liquid densities API method
• Grayson-Streed (GS)
• K-values Grayson-Streed
• Enthalpies, entropies Curl-Pitzer method
• Vapor densities SRK method- Liquid
  densities API method
• Braun-K10 (BK10)
• K-values Braun-K10 method
• Enthalpies Johnson-Grayson
  method-Entropies Curl-Pitzer method
• Vapor densities Ideal behavior- Liquid
  densities API method

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• Ecuaciones de Estado
• Methods Recommended for Low Pressure Crude
  Systems
• BK10 Gives fast and acceptable answers.
• GS/GSE/IGS Generally more accurate than BK10
  especially for streams containing H2. Use LK
  enthalpies instead of CP enthalpies for vacuum
  towers.
• SRK/PR Provides better results when light ends
  dominate.

25

• Ecuaciones de Estado
• Methods Recommended for High Pressure Crude
  Systems
• GS/GSE/IGS Quicker but generally less accurate
  than SRK or PR, especially for streams containing
  light ends. Use LK enthalpies instead of CP
  enthalpies for vacuum towers.
• SRK/PR Provides better results when light ends
  dominate.

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• Ecuaciones de Estado
• Methods Recommended for Lube Oil and Solvent
• De-asphalting Units
• SRKM/PRM Recommended when user-supplied binary
  interaction data are available
• SRK/PR Recommended when no user-supplied binary
  interaction data are available

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• PAQUETES ESPECIALES
• AMINAS
• ALCOHOLES
• GLICOLES
• AGUAS ACIDAS
• Glycol Dehydration Systems
• The predefined thermodynamic system GLYCOL has
  been specially created for these systems. This
  system uses the predefined system SRKM but
  invokes the GLYCOL databank. This databank
  contains binary interaction parameters for
  component pairs involving glycols tri-ethylene
  glycol (TEG) and, to a lesser extent, diethylene
  glycol (DEG) and ethylene glycol (EG). These data
  have been regressed in the temperature and
  pressure range normally seen in glycol
  dehydrators
• Temperature 80-400 oF Pressure up to 2000 psia
• This method is described in more detail in
  Section 1.2.8, of this manual, Special Packages.

28

• ECUACIONES DE ESTADO
• RANGO DE APLICACION
• SELECTIVIDAD
• EXACTITUD-TOLERANCIA
• SISTEMAS EXPERTOSEXPERIENCIA
• MANUALES DE REFERENCIAS

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• FASE DE CALCULO

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA
MODULO UNITARIO
BALANCE DE MASA Y ENERGIA
ALIMENTACIONES
30
VECTOR DE PROPIEDADES Xn-1
MODULO UNITARIO
VECTOR DE PROPIEDADES Xn
31

• MODULOS UNITARIOS
• COLUMNAS DE DESTILACION-ELL- ABSORSION
• COLUMNAS COMPLEJASTOPPING-VACIO,FRACCIONADORAS
  FCC-COKE
• COLUMNAS CONVENSIONALES
• ABSORBEDORAS - STRIPPER - EXTRACTORAS LIQ-LIQ

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• SEPARADORES-ACUMULADORES
• FLASH ISOTERMICO
• FLASH ADIABATICO
• BIFASICOS
• TRIFASICOS
• HORIZONTALES - VERTICALES

33

• INTERCAMBIADORES DE CALOR
• MODELOS SIMPLES Y RIGUROSOS
• COLD BOX
• HORNOS DE PROCESOS
• CONDENSADORES-REBOILERS-TERMOSIFONES
  VERT-HORIZONTALES
• ANALISIS ZONALES

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• BOMBAS
• COMPRESORES
• EXPANSORES
• MEZCLADORES-DIVISORES DE
• CORRIENTES
• VALVULAS
• CONTROL FEEDBACK-FEEDFOWARD

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• REACTORES
• ESPECIFANDO CONVERSION
• ESPECIFICANDO EQUILIBRIO QCO
• SHIFT
• METHANADOR
• HCUR-PGEN-CASE STUDY

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• OPERACIONES UNITARIAS FLASH

P-T , P-VAP T- VAP,DEW,BUBBLE ADIABATICO
ECUACIONES MESH EQULIBRIO L-V EQUILIBRIO L-L-V
CAUDAL Y COMPOSICION DE LIQ Y VAPOR
P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION
37
DESTILACION SHORTCUT
TIPO COND ESPEC PROD. RECUPERACION
O PUREZA KLIV-KPES
FENSKE UNDERWOOD GUILLILAND KIRKBRIDE
P,T,CAUDAL COMPOSICION DE TOPE Y FONDO NET PLATO
ALIM REFLUJO O L/D QCON QREB
P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION
38
TIPO COND TIPO REB ESPEC PROD RECUPERACION
O PUREZA L O L/D NET , NEA,NEEX PERFIL P PA ,
BYPASS SIDESTRIPER
DESTILACION
P,T,CAUDAL COMPOSICION DE TOPE , FONDO Y
EXTRACCIONES QCON QREB BALANCE PLATO A PLATO
. TSIZE-TRATE
METODOS I/O, FAST, CHEM Y SURE MATRIZ
TRIDIAGONAL MET. THIELE-GEDDES
P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION
39
EQUIPOS DE INTERCAMBIO DE CALOR
TIPO DE HX CONFIGURACION TOUT HOCI-HICO DUTY UTILI
TY DP
P,T,CAUDAL COMPOSICION DE CADA
CORRIENTE CALOR INTERC. RATTING -TEMA HTRI

• Qm.Cp.DTm.DH
• QU.A.MLDT
• QM.DH
• ECUAC. RATTING

P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION
40
BOMBAS, COMPRESORES, EXPANSORES
P DESCARGA EFICIENCIA
Wm.DH EFF
P,T,CAUDAL COMPOSICION DE SALIDA W REAL W
IDEAL TEMP SALIDA
P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION
41

• FASE DE SALIDA-OUTPUT
• SUMARIO DE EQUIPOS CONDICION TERMICA DE CADA
  ENTRADA Y SALIDA. BME
• SUMARIO DE COMPOSICIONES DE CADA CORRIENTE EN
  LAS UNIDADES QUE UNO QUIERA, , FRACCIONES O
  RATES.
• SUMARIO DE PROPIEDADES DE CADA CORRIENTE
  PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE DE CADA FASE.
  
• SALIDAS STANDARD O PERSONALIZADAS REDUCIDAS -
  EXPANDIDAS O CON CAMBIO DE UNIDADES.

42

• FASE DE SALIDA-OUTPUT
• SUMARIO DE EQUIPOS CONDICION TERMICA DE CADA
  ENTRADA
• Y SALIDA. BME
• UNIT 3, 'M-1107E1'
• OPERATING CONDITIONS
• DUTY, MKCAL/HR
  .243
• LMTD, C
  28.781
• F FACTOR (FT)
  1.000E-04
• MTD, C
  2.878E-03
• UA, KCAL/HR-C
  84350464.196
• HOT SIDE CONDITIONS
  INLET OUTLET
• 
  ----------- -----------
• FEED
  NL1
• LIQUID PRODUCT
  NL2
• LIQUID, KG-MOL/HR
  59.277 59.277
• KKG/HR
  4.548 4.548
• CP, KCAL/KG-C
  .766 .583
• TOTAL, KG-MOL/HR
  59.277 59.277

43

• COLUMN SUMMARY
• ---------- NET FLOW
  RATES ----------- HEATER
• TRAY TEMP PRESSURE LIQUID VAPOR
  FEED PRODUCT DUTIES
• DEG C KG/CM2
  KG-MOL/HR MKCAL/HR
• ------ ------- -------- -------- --------
  --------- --------- ------------
• 1C 36.0 11.00 126.8
  47.4L -.7861
• 2 65.8 13.00 144.0 174.2
• 3 73.1 13.01 145.4 191.4
• 4 76.6 13.03 145.3 192.8
• 5 78.8 13.04 144.3 192.7
• 6 80.7 13.06 142.4 191.7
• 7 82.8 13.07 139.2 189.8
• 8 85.8 13.09 134.1 186.6
• 9 90.4 13.10 126.5 181.5
• 10 97.5 13.11 227.8 173.9
  106.7M
• 11 101.4 13.13 232.5 168.6
• 12 103.6 13.14 234.8 173.2

44

• TRAY NET VAPOR RATES AND DENSITIES
• 
  --------------- RATES ---------------
• TRAY MW ACTUAL DENS Z FROM
  NORMAL ACTUAL
• KG/M3 DENSITY
  KKG/HR KM3/HR KM3/HR
• ---- -------- ------------ --------
  ----------- ----------- -----------
• 2 50.780 28.84802 .79637
  8.846 3.905 .307
• 3 53.428 30.08583 .78737
  10.224 4.289 .340
• 4 54.581 30.58112 .78414
  10.525 4.322 .344
• 5 55.178 30.79950 .78302
  10.633 4.319 .345
• 6 55.588 30.90324 .78293
  10.656 4.297 .345
• 7 56.003 30.95689 .78357
  10.629 4.254 .343
• 8 56.566 30.98270 .78506
  10.557 4.183 .341
• 9 57.428 30.98420 .78772
  10.424 4.068 .336
• 10 58.770 30.98305 .79167
  10.221 3.898 .330
• 11 60.485 31.87287 .78458
  10.196 3.778 .320
• 12 61.365 32.32860 .78102
  10.627 3.882 .329
• 13 61.852 32.58397 .77906
  10.858 3.935 .333

45

• TRAY RATING RESULTS
• 
  PRES DOWNCOMER
• TRAY VAPOR LIQUID VLOAD DIAM FF DROP
  GPM/LWI BACKUP, PCT
• CFS HOTGPM CFS MM
  KG/CM2 GPM/IN TRAY SPACING
• ---- ----- ------ ----- ------ ----
  ------ -------- ------------
• 2 3.334 71.2 .859 1400.0 26.3
  .004 1.4 23.60
• 3 3.376 74.2 .879 1400.0 27.1
  .004 1.5 23.84
• 4 3.387 75.2 .885 1400.0 27.3
  .004 1.5 23.91
• 5 3.383 75.4 .886 1400.0 27.3
  .004 1.5 23.92
• 6 3.368 75.0 .882 1400.0 27.2
  .004 1.5 23.89
• 7 3.342 74.1 .874 1400.0 27.0
  .004 1.5 23.81
• 8 3.300 72.6 .861 1400.0 26.5
  .004 1.5 23.66
• 9 3.236 70.1 .840 1400.0 25.9
  .004 1.4 23.44
• 10 3.358 130.7 .875 1400.0 29.8
  .004 2.6 26.33
• 11 3.225 135.1 .853 1400.0 29.4
  .004 2.7 26.54
• 12 3.269 137.5 .869 1400.0 30.0
  .004 2.8 26.72
• 13 3.293 138.9 .879 1400.0 30.3
  .004 2.8 26.82
• 14 3.306 139.7 .884 1400.0 30.5
  .004 2.8 26.88

46

• FASE DE SALIDA-OUTPUT
• SUMARIO DE COMPOSICIONES DE CADA CORRIENTE EN
  LAS UNIDADES QUE UNO QUIERA, , FRACCIONES O
  RATES.
• STREAM ID DEJ152
  D7A FONDO05 FUELGAS
• NAME
• PHASE LIQUID
  MIXED LIQUID VAPOR
• FLUID RATES, KG/HR
• 1 H2 .0000
  .0000 .0000 .0000
• 2 METHANE 1.1988
  3.4616 2.2017E-05 4.6604
• 3 ETHANE 38.8093
  54.8493 24.0450 69.6137
• 4 PROPANE 415.9035
  367.7703 595.4493 188.2245
• 5 IBUTANE 559.7320
  237.0282 702.5046 87.1508
• 6 BUTANE 809.7636
  109.7297 650.4454 60.5899
• 7 1BUTENE 17.4205
  .0000 14.9239 1.6352
• 8 2MB 1363.0474
  .0000 5.5603 .2299
• 9 PENTANE 809.4051
  .0000 1.5012 .0553
• 10 CP 41.2403
  .0000 6.1227E-03 1.5522E-04
• 11 22MB 312.9609
  .0000 .0124 2.6203E-04
• 12 2MP 920.2371
  .0000 4.5910E-03 7.0273E-05
• 13 3MP 361.6008
  .0000 9.9974E-04 1.4093E-05

47

• FASE DE SALIDA-OUTPUT
• SUMARIO DE PROPIEDADES DE CADA CORRIENTE
  PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE DE CADA FASE.
  
• STREAM SUMMARY
• 
  
• STREAM ID DEJ152
  D7A FONDO05 FUELGAS
• NAME
• PHASE LIQUID
  MIXED LIQUID VAPOR
• ----- TOTAL STREAM -----
• RATE, KG-MOL/HR 90.324
  16.346 37.944 9.449
• KKG/HR 6.182
  .773 2.038 .412
• STD LIQ RATE, M3/HR 10.000
  1.500 3.676 .844
• TEMPERATURE, C 45.000
  45.000 52.305 39.573
• PRESSURE, KG/CM2 15.100
  15.100 11.200 11.000
• MOLECULAR WEIGHT 68.438
  47.281 53.709 43.620
• ENTHALPY, MKCAL/HR .144
  2.891E-02 6.230E-02 4.117E-02
• KCAL/KG 23.284
  37.413 30.569 99.884
• MOLE FRACTION LIQUID 1.0000
  .8428 1.0000 .0000