Joule Thonson.docx

http://ar.groups.yahoo.com/group/evaluacionpropiedadesfisicas/message/271

Ej 4 Hysys Hola! Estaba haciendo el ejercicio 4 de la guía de hysys (el del cálculo del coeficiente de Joule Thompson), y si no entendí mal, la idea era hacer pasar el fluido por un válvula con una pequeña caída de presión y ver cuál era el cambio de temperatura. Sinembargo, cuando hago eso en el simulador, me dice que la temperatura a la entrada y a la salida es exactamente la misma. Evidentemente, estoy haciendo algo mal, sobretodo porque no termino de entender para qué es la spreadsheet. Bueno, espero que puedan ayudarme. Saludos, Cinthya. Re: Ej 4 Hysys Hola. Mirá yo tuve el mismo problema. Pero Luciano me dijo que la cuenta la haga en el spreadsheet. Es decir que escriba la formula de delta t sobre delta p...

CICLO DE REFRIGERACIÓN 1.1. Determinar los grados de libertad en los elementos de un ciclo de refrigeración 1.2. Simular un ciclo de refrigeración 1.3. Determinar los requerimientos energéticos en un ciclo de refrigeración Los elementos de un ciclo de refrigeración simple son un condensador, una válvula de JouleThompson, un evaporador y un compresor, además del medio refrigerante. En el ciclo de refrigeración mostrado en la Figura 1, la corriente “1” contiene propano líquido saturado a una temperatura de 122 °F y se expande isoentalpicamente en la válvula. La mezcla líquido-vapor en la corriente “2” es vaporizada completamente a una temperatura de 0 °F y, a su vez, dicho vapor es comprimido y condensado para regenerar la corriente “1” en estado de líquido saturado

Figura 1. Ciclo de refrigeración

Válvula de Joule-Thompson En este tipo de válvula, los grados de libertad son de un total de C + 4. Si se fija la temperatura, la fracción de vapor y la composición de la corriente “1” HYSYS hace un cálculo de evaporación espontánea T-Vf y especifica completamente dicha corriente. En una válvula de Joule-Thompson como la que muestra la Figura 1 la expansión es isoentálpica, los flujos y las composiciones de las corrientes “1” y “2” también son iguales y, por lo tanto, hay un grado de libertad. Si se fija la caída de presión permisible en la Simulación de Procesos con Aspen Hysys 2006 Ing. José Luis Aguilar Salazar válvula, HYSYS calcula la presión de la corriente “2” y completa su especificación mediante un cálculo de evaporación espontánea P-H SIMULACION DEL CICLO DE REFRIGERACION 1. Abra un nuevo caso y añada el siguiente paquete fluido a. Ecuación: Peng Robinson b. Componente: Propano c. Unidades Field 2. Haga clic sobre el botón “Enter Simulation Environment” cuando esté listo para empezar a construir la simulación 3. Presione la tecla clave F11 instalar una corriente y desplegar su vista de propiedades a. Nombre1 c. Temperatura120 °F d. Flujo molar 100 lbmol/h 4. Introduzca las siguientes especificaciones b. Fracción de vapor 0.0 e. Composición (Fracción molar) 1.0 Simulación de Procesos con Aspen Hysys 2006 Ing. José Luis Aguilar Salazar 5. Instale una válvula de Joule-Thompson seleccionando de la paleta de objetos el icono de nombre “Valve” y conéctela como se observa en la Figura 2.

Figura 2. Conexiones de la válvula en el ciclo de refrigeración 6. Instale un evaporador seleccionando de la paleta de objetos el icono de nombre “Heater” y conéctelo como se observa en la Figura 3. ¿Cuántas variables se necesitan introducir para que el conjunto Válvula-Evaporador quede completamente especificado?

Figura 3. Conexiones del evaporador en el ciclo de refrigeración 7. Haga clic sobre la página “Parameters” e introduzca una caída de presión de 1 psi en el cuadro “Delta P”. Simulación de Procesos con Aspen Hysys 2006 Ing. José Luis Aguilar Salazar 8. Haga clic en la pestaña “Worksheet” y en la columna de la corriente “3” introduzca una fracción de vapor de 1.0 y una temperatura de 0 °F ¿Cuánto es el calor requerido en el evaporador? 9. Instale un compresor seleccionando de la paleta de objetos el icono de nombre

“Compressor” y conéctelo como se observa en la Figura 4. ¿Cuántas variables se requieren para especificar completamente el compresor?. Si usted introduce una presión de 200 psia a la corriente “4” ¿Por qué converge la simulación del compresor?

Figura 4. Conexiones del compresor en el ciclo de refrigeración 10. Borre la presión de 200 psia introducida en la corriente “4” e instale un condensador seleccionando de la paleta de objetos el icono de nombre “Cooler” y conéctelo como se observa en la Figura 5. ¿Cuántas variables se requieren especificar para que converja el conjunto Compresor-Condensador? 1. Haga clic sobre la página “Parameters” e introduzca una caída de presión de 6.5 psi en el cuadro “Delta P” ¿Por qué converge el conjunto Compresor-Condensador con solo especificar la caída de presión en el condensador? 12. Haga clic en la pestaña “Performance” para que observe el comportamiento entre algunas variables a través del intercambiador. En la página perfiles o “Profiles” se observan los estados de temperatura, presión, fracción de vapor y entalpía molar de la corriente enfriada. En la página Gráficos o “Plots” se observa, por defecto, la variación de la entalpía con la temperatura y se dispone de otras opciones de análisis entre variables. En la página Tablas o “Tables” se observa información similar 13. Despliegue la ventana de propiedades de la Válvula y verifique si su operación es isoentálpica Simulación de Procesos con Aspen Hysys 2006 Ing. José Luis Aguilar Salazar 14. Despliegue la ventana de propiedades del Compresor y verifique si su operación es isoentrópica. Si no es isoentrópica, entonces, ¿Qué tipo de operación se realizó en el compresor?

Figura 5. Conexiones del condensador en el ciclo de refrigeración 4. CASO DE ESTUDIO El distribuidor local propone a su planta la venta de una mezcla propano/etano de 95/5 (% molar). ¿Qué efecto, si lo hay, provoca esta nueva composición en el ciclo de refrigeración? Flujo, kgmol/h Condensador, kJ/h Evaporador, kJ/h Compresor, hp Utilice el caso base para comparación y llene la siguiente tabla: Propiedad Caso Base: 100 % C3 Caso Nuevo: 5% C2, 95% C3 40 Simulación de Procesos con Aspen Hysys 2006 Ing. José Luis Aguilar Salazar

SIMULACION DE UN SEPARADOR DE FASES INSTANTANEO 1. Abra un nuevo caso y añada el siguiente paquete fluido a. Ecuación: Peng Robinson b. Componentes: Etano, Propano, n-Butano, n-Pentano, n-Hexano c. Unidades: Field 2. Haga clic sobre el botón “Enter Simulation Environment” para desplegar la ventana PFD de HYSYS 3. Presione con el botón derecho del Mouse el icono de la corriente de materia y en forma sostenida arrastre el Mouse hasta la ventana del PFD 4. Introduzca las siguientes especificaciones a. Nombre: F b. Temperatura: 150 °F c. Presión: 50 psia d. Composición (Fracción molar) i. Etano 0.05 ii. Propano 0.15 iii. n-Butano 0.25

iv. n-Pentano 0.2 v. n-Hexano 0.35 5. Instale una válvula de Joule-Thompson, asígnele como nombre “VLV-100” y conéctela con corriente de entrada “F” y corriente de salida “F1” 6. Haga clic en la página “Parameters” de su ventana de propiedades e introduzca una caída de presión de 1 psi en el cuadro “Delta P” 7. Instale un separador de fases seleccionando de la paleta de objetos el icono de nombre “Separator”, asígnele como nombre “V-100” y conéctelo como indica la Figura 2. Figura 2. Corrientes de materia y energía conectadas al separador 8. Haga clic en la página “Parameters” e introduzca una carga calórica de cero en el cuadro de nombre “Duty” y seleccione el radio botón “Heating”, como se observa en la Figura 3 9. Haga clic en la pestaña “Rating” para observar la ventana que permite definir algunos aspectos geométricos corto del tanque separador. Observe que en el grupo “Geometry” se elige la forma del tanque (Cilíndrica o Esférica), la orientación (Vertical u Horizontal) y un dimensionamiento de volumen, altura y diámetro 10. Haga clic sobre el botón “Quick Size” y observará que HYSYS propone unas medidas para el diámetro y la altura y calcula el correspondiente volumen. El usuario puede modificar estas dimensiones especificando dos de ellas con las cuales HYSYS calcula la tercera. Observe la relación altura/ diámetro definida para el dimensionamiento en la Figura 4

Figura 3. Carga calórica asignada al separador

Figura 4. Dimensionamiento del tanque separador 11. Haga clic en la pestaña “Worksheet” y observe los flujos y las entalpías de las corrientes de producto del separador. Verifique el cumplimiento de la ecuación (6.7) 12. Cambie la carga calórica al separador por un valor de 5e+5. ¿Qué cambios con respecto a la operación adiabática se observan en los resultados de la simulación?. Verifique dichos resultados con las ecuaciones 4. CASOS DE ESTUDIO 1. Borre la temperatura especificada para la corriente “F” e introduzca un valor de 65000 Btu/lbmole en el cuadro “Molar Enthalpy”. ¿Explique lo realizado y los cambios observados en los resultados de la simulación? 2. Borre la presión especificada para la corriente “F” e introduzca un valor de 150 °F para la temperatura manteniendo la entalpía molar introducida anteriormente. ¿Explique lo realizado y los cambios observados en la simulación? 3. Simule la separación para una presión de 50 psia y una fracción de vaporización de 0.4. Analice los resultados 4. Simule la separación para una temperatura de 150 °F y una fracción de vaporización de 0.6. Analice los resultados.