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Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 HySys – Hyprotec System Guia rápido Prof. André Alberton Profª. Kese Alberton Abril/2013 Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Desenvolvimento do HYSYS Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Estrutura do HYSYS MODULAR SEQUENCIAL Equipamento: Bloco 1 Equipamento: Bloco 2 Saída do Bloco 1 == Entrada do Bloco 2 Saída do Bloco 2Entrada do Bloco 1 Os cálculos são feitos para cada equipamento, na seqüência em que estão dispostos no diagrama de processo! Módulo 1 Módulo 2 Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Selecionar o sistema de unidades em que se deseja trabalhar 1. Clique em Tools>Preferences 2. Clique sob a aba Variables 3. Selecione SI 4. Clique sob Save Preferences Set 5. Feche a janela Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Definir o ambiente básico de simulação: Pacote termodinâmico 1. Clique em File>New>Case 2. Clique em File>Save as; defina a pasta de destino e o nome para salvar o arquivo 2. Selecione de acordo com Sistema gasoso sem separações LV ou LL: Equação de estado (eg., SRK ou Peng Robinson) Sistema envolvendo fase líquida e separações LV ou LL: Modelo de coeficientes de atividade (e.g., NRTL ou UNIQUAC) Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1Se a escolha for um modelo de atividade... 1. Selecione um modelo para descrever a fase vapor, diferente do Ideal. Opções!!! O modelo selecionado fica definido!!! 2. Esta seleção é importante, pois permite identificar se o pacote termodinâmico escolhido é compatível para os componentes que se quer tratar, evitando equívocos! Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Definir o ambiente básico de simulação: Componentes 1. Clique sob a aba Components 2. Selecione os componentes 3. Clique em Add Pure Repita as etapas 2 e 3 para inserir outros componentes Exemplo: Água e etanol!!! Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Definir o ambiente básico de simulação: Coeficientes binários 1. Clique sobre a aba Binary Coeffs Se necessário!!! 2. Clique sobre Unknowns Only para os estimar os valores 3. Feche a janela Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Revendo: ETAPAS BÁSICAS PARA SIMULAÇÃO – SEM REAÇÃO 2. Definição do modelo termodinâmico 3. Definição dos componentes 1. Adicionar novo caso 4. Ir para o ambiente de simulação 3.a 3.b – Selecione o componente 3.C Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Biblioteca de equipamentos e operações unitárias: Módulos � Blocos de simulação Indicador de atividade do solver: Verde – ativo: apto a fazer cálculos Vermelho – inativo: inapto a fazer cálculos Retorna a janela de definições de casos para simulação, possibilitando: • Modificar o caso: modelo e/ou componente ... • Adicionar novo caso • Remover caso • Alternar caso Tipo de simulação Zoom para ajuste da visualização dos Blocos dispostos na Área de simulação Ambiente de simulação Área verde – Área de simulação: Região para disposição dos blocos de simulação Acessível � Cada equipamento é representado por um botão com sua “aparência”, que pode ser adicionado ou excluído facilmente! O equacionamento de cada equipamento já está implementado e vinculado ao correspondente botão. Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Ferramentas adicionais cálculos mais elaborados: cálculos de variáveis de entrada, reciclos, controladores... Botões de adição ou exclusão de um equipamento Módulos de simulação: cada botão representa um equipamento e seu equacionamento Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Para operar adiabático: elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Temperatura de saída � Configuração mais comum!!! Temperatura de uma saída Material entrada Material saída vapor Material saída líquido Energética entrada Perda de pressão: Design� Parameters Pressão da corrente de saída Perda de pressão Temperatura da saída Material entrada Material saída Energética entrada Para operar adiabático: elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Temperatura de saída. � Configuração mais comum!!! Como calcula equilíbrio líquido-líquido, é importante cautela na escolha do pacote termodinâmico!! Temperatura de uma saída Material entrada Material saída vapor Material saída líquido 1 Material saída líquido 2 Energética entrada considerada em relação ao processo adiabático!! Aumenta a Temperatura, pois Pv = RT. Pressão da saída Material entrada Material saída Energética entrada Opera isotérmicamente. Pressão da saída Material entrada Material saída Energética entrada Quando se trata de sistema saturado, pode-se substituir Temperatura ou Pressão pela informação Vapour/PhaseFraction: • Se informada = 0 trata-se de líquido saturado (ponto de bolha) • Se informada = 1 trata-se de vapor saturado (ponto de orvalho) Temperatura Pressão Composição Vazão (apenas uma) Informação AdicionalInformação requeridaCorrentesEquipamento Bomba Corrente material Em design � Parameters Em design � Parameters Aquecedor/ Resfriador Separador G-L Separador G-L-L Compressor Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Determina o balanço material e energético, se informadas as conversões das reações. �É útil apenas quando se conhece previamente tais conversões!!! Para operar adiabático: elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Temperatura de saída. Temperatura de saída (apenas uma) Conjunto de reações Conversões das reações Material entrada Material saída vapor Material saída líquido Energética entrada Determina a composição de equilíbrio; quando as reações levam ao mínimo de energia, o resultado deve ser idêntico ao Reator de Gibbs. Contudo, quando apenas algumas reações ocorrem, o sistema será levado à mínima energia que tais reações permitem. Para operar adiabático: elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Temperatura de saída. Temperatura de saída (apenas uma) Conjunto de reações Material entrada Material saída vapor Material saída líquido Energética entrada Determina a composição de equilíbrio pela minimização da energia livre de Gibbs. Útil quando no reator reações levam à mínima energia livre � fornos. Para operar adiabático: elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Temperatura de saída. Temperatura de saída (apenas uma) Material entrada Material saída vapor Material saída líquido Energética entrada Informação Adicional Informação requerida CorrentesEquipamento Reator de Gibbs Reator de Equilíbrio Reator de Conversão TABELA 1. Alguns blocos de simulação Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ– 2013/1 Se especificar este item não se deve especificar T ou P! Valor Unidade Para inserir uma corrente material: 1. Clique no bloco corrente material e 2. Clique sobre a área de simulação Água = 1 Etanol = 2 Metanol = 3 Nome: Geralmente os processos têm grande número de blocos, logo torna-se prático a numeração! Resultados: Já resolve o bloco!!! Corrente material Após definir as Conditions e Composition, aparece o sinal verde e em Properties encontram-se os resultados! Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Varredura: Avaliar um sistema quando uma ou mais variáveis ESPECIFICADAS estão variando em um RANGE CONHECIDO EX. Vamos construir uma Tabela de vapor d’água para Temperatura, Pressão, Entalpia e Entropia. 1. Defina informações requeridas para a corrente (T, P, F, xi) dadas pela TABELA 1. 2. Clique em Tools>Databook. Entrada de informações: Em Composition: H2O = 1 Conditions: Vapour/Phase Fraction = 1 � Só vapor!!! E as outras var em azul são especificadas pelo usuário!!! Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 3. Na aba Variables, clique em Insert para inserir as variáveis que serão investigadas: variável a ser variada e variável a ser analisada. 4. Selecione o bloco em que estão vinculadas as variáveis que se quer investigar. É possível analisar variáveis de diferentes blocos; para isto, selecione um bloco e identifique e adicione a variável a ser investigada, selecione o próximo bloco e repita o procedimento de adição da variável. Mas neste exemplo, temos apenas um bloco: a corrente material!!! 5. Ao clicar sobre o bloco, aparecerão todas avariáveis relacionadas a ele. Selecione a variável que se quer investigar e clique em Add. Repita o procedimento até ter adicionado todas as variáveis da investigação e por fim feche esta janela (6.). 6. 6. Clique na aba Case Studies. 7. Clique em Add. 8. Selecione a variável a ser variada em uma faixa conhecida como Ind (independente) e a ser analisada como Dep (dependente). Pode-se selecionar a classe de bloco desejada! Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 9. Clique em View para ir para a simulação. 10. Especifique o range de variação da variável e o intervalo em que se deseja obter os resultados desta variação. 12. Os resultados são gerados em dois formatos: gráfico e tabela, que podem ser copiados para o Excel ou outros software para melhor uso ou tratamento dos dados. 11. Clique em Start para iniciar a simulação. Profa. Kese Alberton -- Simuladores de Processos Industriais: DOPI/UERJ – 2013/1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Química - Departamento de Operações e Projetos Industriais 07328 Simuladores de Processos Industriais - Profª Kese Alberton Equipamento Desenho Correntes Informação requerida Informação Adicional Corrente material T, P, composição e 1 vazão Quando se trata de sistema saturado, pode-se substituir T ou P pela informação Vapour/PhaseFraction Se informada =0, trata-se de líquido saturado (pto de bolha) Se informada =1, trata-se de vapor saturado (pto de orvalho) Bomba Material entrada Material saída Energética entrada Pressão da saída Em Design->Parameters Opera isotérmica Compressor Material entrada Material saída Energética entrada Pressão da saída Em Design->Parameters considerada em relação ao processo adiabático!! Aumenta T, pois Pv=RT Aquecedor /resfriador Material entrada Material saída Energética entrada Perda de pressão + Temperatura da saída Pode-se informar ou a perda de pressão Design->Parameters ou a pressão da corrente de saída Separador bifásico G-L Material entrada Material saída vapor Material saída líquido Energética entrada Temperatura de uma saída O separador tb pode operar adiabático; para tanto, elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Tsaida. Na realidade, esta é a configuração mais comum!!! Separador trifásico G-L-L Material entrada Material saída vapor Material saída líquido 1 Material saída líquido 2 Energética entrada Temperatura de uma saída Como calcula equilíbrio líquido-líquido, é preferível cautela na escolha do pacote termodinâmico!! O separador tb pode operar adiabático; para tanto, elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Tsaida. Na realidade, esta é a configuração mais comum!!! UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Química - Departamento de Operações e Projetos Industriais 07328 Simuladores de Processos Industriais - Profª Kese Alberton Reator de Gibbs Material entrada Material saída vapor Material saída líquido Energética entrada Temperatura de uma saída Determina a composição de equilíbrio pela minimização da energia livre de Gibbs. Útil quando no reator reações levam à mínima energia livre (ex, fornos). O reator tb pode operar adiabático; para tanto, elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Tsaida. Reator de Equilíbrio Material entrada Material saída vapor Material saída líquido Energética entrada Temperatura de uma saída Informação de um conjunto de reações!!! Determina a composição de equilíbrio. Qdo as reações levam ao mínimo de energia, o resultado deve ser idêntico ao Reator de Gibbs. Contudo, quando apenas algumas reações ocorrerem, o sistema será levado à mínima energia que tais reações permitem. Da mesma foram que o de Gibbs,o reator tb pode operar adiabático; para tanto, elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Tsaida. Reator de Conversão Material entrada Material saída vapor Material saída líquido Energética entrada Temperatura de uma saída Informação de um conjunto de reações!!! Conversão das reações Calcula o balanço material e energético se informadas as conversões das reações. É útil apenas quando se conhece previamente tais conversões!!! Da mesma foram que o de Gibbs,o reator tb pode operar adiabático; para tanto, elimina-se a corrente Energética Entrada e não se informa a Tsaida. Veremos depois destiladores, operações com sólidos, cálculo de perda de carga na linha, etc.!!! Mãos á obra!!! Exercício 1-) Monte a tabela de vapor de água saturada, obtendo Psat, hliq, hvap e Δhvap entre as temperaturas 1°C e 374°C (esta última corresponde ao ponto crítico da água). Exercício 2-) Obtenha a viscosidade da água líquida a 1atm, para T entre 1°C e 99°C. Exercício 3-) Calcule a potência que uma bomba gasta para elevar a pressão de uma mistura 50kmol/h água + etanol equimolar de 1atm até 5atm, na temperatura ambiente. Admita eficiência da bomba igual a 75%. UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Química - Departamento de Operações e Projetos Industriais 07328 Simuladores de Processos Industriais - Profª Kese Alberton Exercício 4-) Para o caso anterior, sabendo que o custo da energia elétrica é de 329 R$/MWh (ou 9,13x10-5 R$/kJ), calcule o gasto anual da bomba com energia elétrica, sabendo que a planta opera 8300 h/ano. Exercício 5-) Calcule a potência que um compressor em único estágio gasta para elevar a pressão de uma corrente de 50kmol/h de H2 de 1 até 5 atm, sabendoque na entrada a temperatura é de 100°C. Admita eficiência do compressor igual a 75% em relação à compressão adiabática. Observe a temperatura de saída. Exercício 6-) Para o caso anterior, sabendo que o custo da energia elétrica é de 329 R$/MWh (ou 9,13x10-5 R$/kJ), calcule o gasto anual do compressor com energia elétrica, sabendo que a planta opera 8300 h/ano. Exercício 7-) Calcule o calor requerido para levar uma corrente de 50 kmol/h de água+etanol líquida, a 25°C e 2atm, até a condição de líquido saturado nesta mesma pressão (é simples, basta inserir o trocador, e ao invés de informar a Tsaida,, informa Vapour/Phase Fraction =0). Admita eficiência na transferência de calor desde a queima do combustível até a transferência para a mistura igual a 75% em relação ao poder calorífico do combustível (é simples, basta pegar o valor do calor e dividir por 75%, e terá o calor total que a queima do combustível deve fornecer). Exercício 8-) Para o caso anterior, sabendo que valor de um combustível é 16 U$$/MMBtu (ou 3,03x10-5 R$/kJ), calcule o gasto anual com o combustível, sabendo que a planta opera 8300 h/ano. Exercício 9-) Uma mistura água + etanol equimolar em fase líquida a 3atm encontra-se saturada. Utilizando o separador bi-fásico, determine a composição do vapor. --> Inserir a mistura água + etanol, informando P e Vapour/Phase Fraction = 0, a vazão pode ser qualquer; inserir o separador bi-fásico líquido+gás, sem corrente de calor já que o Hysys faz os cálculos termodinâmicos para a própria corrente. Basta ler a composição que será resultante no topo do separador. Exercício 10-) Para o caso anterior, varrer a pressão de 1 a 5 atm e obter os respectivos valores para a temperatura e a fração molar de água. Apresente a fração molar de água para os respectivos valores. UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Química - Departamento de Operações e Projetos Industriais 07328 Simuladores de Processos Industriais - Profª Kese Alberton Exercício 11-) Determine a composição de equilíbrio das fases líquidas de uma mistura líquida água + benzeno equimolar a 25°C e 1atm. --> Utilizar o separador trifásico, sem corrente calor.
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