04Practica4

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4. DIVISORES, MEZCLADORES Y FRACCIONADORES 
 
 
1. OBJETIVOS 
 
1.1. Determinar las variables de diseño de un divisor, un mezclador y un fraccionador 
de corrientes 
1.2. Simular el desempeño de un mezclador, un fraccionador y un divisor de corrientes 
1.3. Comparar las especificaciones requeridas en la simulaciones de divisores, 
mezcladores y fraccionadores con las variables de diseño estimadas en 1.1 
 
2. INTRODUCCION 
 
Divisor de corrientes 
 
Un divisor de corrientes simula el fraccionamiento del flujo de una corriente que fluye a 
través de una tubería en varias corrientes. Un diagrama para un divisor de corrientes en 
dos corrientes se muestra en la Figura 1. 
 
 
 
 
Figura 1. Divisor de Corrientes 
 
 
Siendo z, las composiciones en la corriente de alimento, y X’s las composiciones en las 
corrientes de salida, el balance de materia para cada uno de los C componentes es 
 
 
 (4.1) 
ii
i XFXFFz 2211 +=
 
 
F, es el flujo de la corriente de entrada y F1 y F2, son los flujos de las corrientes de 
salida, i, es el número relativo a cada uno de los C componentes. 
 
El balance de energía es dado por 
 
 
 2211 hFhFQFh +=+ (4.2) 
 
Para una corriente de entrada y dos corrientes de salida, el sistema consta de las 
siguientes variables y ecuaciones 
 
 Variables Cantidad 
 
Corrientes de entrada y salida 3(C + 2) 
Corriente de energía 1 
Total Variables 3(C + 2) + 1 = 3C + 7 
 
 Ecuaciones o Restricciones Cantidad 
 
Balances de materia C 
Balance de energía 1 
Igualdades entre las concentraciones de F y F1 C – 1 
Igualdad de temperaturas 1 
Igualdad de presiones 1 
Total Ecuaciones 2C + 2 
 
Total de variables de diseño C + 5 
 
Al disminuir las C + 2 especificaciones de la corriente de entrada, resulta un faltante de 
tres especificaciones. El divisor de HYSYS es considerado adiabático, es decir, Q = 0 y, 
además, le asigna la presión de la corriente de entrada. Por lo tanto, requiere de la 
especificación de la relación entre los flujos de una corriente de salida con respecto al 
flujo de la corriente de entrada. Para “n” corrientes de salida, se requieren “n – 1” 
relaciones de flujo 
 
Mezclador de corrientes 
 
Los mezcladores de corrientes representan la operación de suma de corrientes cuyos 
fluidos pueden tener distintas composiciones, temperaturas y estados de agregación. Un 
diagrama de un mezclador de corriente se muestra en la Figura 2. 
 
 
 
 
 
Figura 2. Mezclador de corrientes 
 
 
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Siendo X, fracción molar, i, el primer número del subíndice relativo al componente y el 
segundo número relativo a la corriente, el balance de materia para cada uno de los C 
componentes es 
 
 
 (4.3) i
ii FXXFXF =+ 2211
 
 
El balance de energía en el proceso de mezclado simplificado es 
 
 
 FhQhFhF =++ 2211 (4.4) 
 
 
Siendo h, las entalpías específicas correspondientes a cada una de las corrientes. 
 
 
El análisis para los grados de libertad es el siguiente: 
 
 Variables Cantidad 
 
Corrientes de entrada y salida 3(C + 2) 
Corriente de energía 1 
Total Variables 3(C + 2) + 1 = 3C + 7 
 
 Ecuaciones o Restricciónes Cantidad 
 
Balances de materia C 
Balance de energia 1 
Total Ecuaciones C + 1 
 
Total de variables de diseño 2C + 6 
 
Al disminuir las 2C + 4 especificaciones de las dos corrientes de entrada, resulta un 
faltante de dos especificaciones. El mezclador de HYSYS es considerado adiabático, es 
decir, Q = 0 y, por lo tanto, requiere de una especificación adicional para completar los 
grados de libertad. 
 
La variable que usualmente se fija en el diseño de un mezclador es la presión de la 
corriente de salida. Se sugiere asignar, a la corriente de salida, la menor presión entre 
las de las corrientes de entrada 
 
 
 
 
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Fraccionador de corrientes 
 
HYSYS dispone de un fraccionador de corrientes o “Splitter” cuya simulación 
representa la separación de una corriente en dos corrientes que requieren de la 
especificación de las fracciones de recuperación de cada componente en una de ellas, 
ademas de otros cuatro parámetros. Un esquema de este fraccionador se muestra en la 
Figura 3. 
 
 
 
 
Figura 3. Fraccionador de corrientes o “Splitter” 
 
 
Siendo F’s los flujos de las corrientes, “z”, “y” e “x” las fracciones molares de los 
componentes en cada una de las corrientes y “Q” el calor requerido 
 
Un balance de materia de componente “i” se expresa mediante la ecuación 
 
 
 iii xFyFFz 21 += (4.5) 
 
 
Para C componentes, i = 1,…,C y, por lo tanto, se plantean C ecuaciones de balance de 
materia de componentes 
 
Un balance de energía se expresa mediante la ecuación 
 
 
 2211 hFhFQFhF +=+ (4.6) 
 
 
El análisis de variables de diseño en un fraccionador de corrientes es el siguiente: 
 
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 Variables Cantidad 
 
Corrientes de salida 3(C +2) 
Flujo calórico 1 
Total Variables 3C + 7 
 
 Ecuaciones Cantidad 
 
Balances de materia C 
Balances de energía 1 
Total Ecuaciones C + 1 
 
Total de variables de diseño 2C + 6 
 
Al disminuir las C + 2 variables de la corriente de entrada, las variables que usualmente 
se fijan son “C” fracciones de recuperación de componentes en una corriente (por 
ejemplo, F1) y cuatro parámetros adicionales como las presiones o las temperaturas o 
las fracciones de vapor, Vf, de las corrientes de salida. 
 
3. SIMULACION DE UN FRACCIONADOR DE CORRIENTES 
 
1. Abra un nuevo caso, y defina el siguiente paquete fluido 
 
a. Ecuación: Peng Robinson 
b. Componentes: Etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano, 
n-pentano y n-hexano 
c. Sistema de unidades: Field 
 
2. Instale una corriente con las siguientes especificaciones: 
 
a. Nombre: Uno 
b. Temperatura: 200 °F 
c. Presión: 500 psia 
d. Flujo molar: 1000 lbmol/h 
e. Composición (Fracción Molar) 
i. Etano 0.2 
ii. Propano 0.6 
iii. i-Butano 0.1 
iv. n-Butano 0.1 
v. 
3. Instale otra corriente con las siguientes especificaciones: 
 
a. Nombre: Dos 
b. Temperatura: 200 °F 
c. Presión: 500 psia 
d. Flujo molar: 800 lbmol/h 
e. Composición (Fracción Molar) 
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i. n-Butano 0.8 
ii. i-Pentano 0.1 
iii. n-Pentano 0.05 
iv. n-Hexano 0.05 
 
4. Instale un mezclador de corrientes (Mixer) y en la página “Connections” de la 
pestaña “Design” de su ventana de propiedades introduzca los siguiente: 
 
a. Nombre: M-100 
b. Entradas: Uno, Dos 
c. Salida: Alimento 
 
5. Haga clic en la página “Parameters” y observe que HYSYS, por defecto, sugiere 
que asigne a la corriente de salida la menor presión entre las de las corrientes de 
entrada 
 
6. Instale un “Splitter” con el nombre de “X-100” y conéctelo como muestra la 
Figura 4 
 
 
 
 
Figura 4. Conexiones de un “Splitter” 
 
 
7. Haga clic en la página “Parameters” y especifique las fracciones de vapor y las 
presiones en las corrientes de producto como se observan en la Figura 5. 
 
8. Haga clic en la página “Splits” para especificar las fracciones de recuperación 
cada uno de los componentes en la corriente “Pro 1”. Observe en la Figura 6 que 
HYSYS calcula las fracciones correspondientes a la corriente “Pro 2” 
 
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Figura 5. Especificaciones de presiones y fracciones de vapor en el “Splitter” 
 
 
 
 
Figura 6. Fracciones de recuperación de cada uno de los componentes 
 
 
9. Haga clic en la pestaña “Worksheet” y observe las condiciones y las 
composiciones de las corrientes productos del fraccionador. Observe las Figuras 
7 y 8 
 
10. Instale un divisor de corrientes (Tee) y en la página “Connections” de la pestaña 
“Design” de su ventana de propiedades introduzca los siguiente: 
 
a. Nombre: D-100 
b. Entrada: Pro 2 
c. Salida: Tres, Cuatro 
 
 
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Figura 7. Condiciones de las corrientes del “Splitter” 
 
 
 
 
Figura 8. Concentraciones de las corrientes del “Splitter”11. Haga clic en la página “Parameters” y especifique con un valor de 0.5, la 
fracción de la corriente de entrada que saldrá como la corriente “Tres”. 
12. Observe las especificaciones de las corrientes en el divisor 
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