utn frlp integración iii simulacion y optimizacion de procesos de refinacion

11

UTN FRLPIntegración III

SIMULACION Y OPTIMIZACION DE

PROCESOS DE REFINACION

22


OBJETIVOS:

Introducir al auditorio en el conocimiento de

herramientas computacionales que maximizan

la producción y optimizan los recursos.

33


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.

44


INGENIERIA DE PROCESOSINGENIERIA 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

55

UTN FRLPIntegración III ¿ 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

66

UTN FRLPIntegración III¿ 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

77


¿ 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.

88


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

99


UN SIMULADOR DE PROCESOS ES UN SISTEMA “LOGICO”

EL RESULTADO DEPENDE EXCLUSIVAMENTE DE LOS DATOS QUE NOSOTROS APORTEMOS

MALOS DATOS=MALOS RESULTADOS

1010


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 .

1111


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.

1212


PARTES CONSTITUTIVAS DE UN

SIMULADOR DE PROCESOS

FASE DE ENTRADA-INPUT FASE DE PREPROCESAMIENTO FASE DE CALCULO FASE DE SALIDA-OUTPUT

1313


INPUT

TRABAJOOUTPUT

PREPROCESAMIENTOCALCULO

OUTPUT

INPUT

1414


FASE DE ENTRADA-INPUT

ANALISIS DEL PROCESO : PFD P&I

CONDICIONES DE OPERACIÓN / MAX-MIN P-T

CARACTERIZACIÓN DE CORRIENTES - IDENTIFICACION DE COMPUESTOS

SELECCION DEL METODO DE CALCULO DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS.

1515


ANALISIS DEL PROCESO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS

TOPOLOGIA- EQUIPOS-CONEXIONES

IDENTIFICACION DE RECICLOS

EQUIPOS VIRTUALES

DIAGRAMA DE SIMULACION

TEST RUN

1616

UTN FRLPIntegración IIIANALISIS DEL PROCESO

M1

M-1107E1

234567891011121314151617181920212223242526272829

1

30N-1103

V1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10N-1105

M-1114

P1

DEJ152

D7A

S5

NL1

NL2

S1

S3

S2

FUELGAS

FONDO05

NL

S4

1717

UTN FRLPIntegración IIIANALISIS DEL PROCESO

TEST RUNTEST RUN TOPPING RPH: NOVIEMBRE DE 1998

Composicion SPGR Caudal Temp. PresionCrudo aspiracion P-101 TBP x x x xCrudo descarga P-101 xCrudo salida E-101 x xCrudo salida E-107A x xCrudo salida E-107B x xCrudo salida Desalador x xCrudo salida E-105 x xNafta de V-151 Cromatografia x x xV-151 x xGases de V-151 x x xV-152 x xGases de V-152 Cromatografia x x xGasolina de V-152 Cromatografia x x xAgua a V-101 xReflujo de V-101 xCarga en la entrada V-101 x xTope V-101 x x xFondo V-101 TBP x x x xFondo V-101, descarga de P-110 xFondo V-101, a E-104 xFondo V-101, a E-103 xFondo V-101, salida de E-104 x xFondo V-101, salida de E-103 x xFondo V-101, salida de E-106 x xFondo V-101, salida de E-108 x xFondo V-101, salida de E-109 x xV-102 x xGases de V-102, salida de E-110A x xGases de V-102, salida de E-110B x x

1818


CARACTERIZACION DE LAS CORRIENTES . IDENTIFICACION DE COMPUESTOS

TECNICAS DE MUESTREO

MEZCLAS DE COMPOSICION DEFINIDA : ENSAYOS CROMATOGRAFICOS

MEZCLAS DE COMPOSION INDEFINIDA : DESTILACION TBP-ASTM , DENSIDAD

1919


CALCULO DE PROPIEDADES

PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE: BANCO DE DATOS

PROPIEDADES TERMODINAMICAS: ECUACIONES DE ESTADO

2020


BANCO DE DATOS: es una subrutina de los SEE que contiene:

PROPIEDADES FISICAS

PROPIEDADES TERMODEPENDIENTES

CONSTANTES

CORRELACIONES DE CONVERSION

CONSTANTES DE ECUACIONES : KIJ

2121

UTN FRLPIntegración IIIBANCO DE DATOS

Table 1.1.1-1: PRO/II Library Component Properties

Fixed Properties and Constants Temperature-dependent 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 Hydrogen Deficiency Number Liquid Molar Volume

2222


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

2323


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

2424


Ecuaciones de Estado

Methods Recommended for Low Pressure Crude Systems

BK10 Gives fast and acceptable answers.

GS/GSE/IGSGenerally 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.

2525



Methods Recommended for High Pressure Crude Systems

GS/GSE/IGSQuicker 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.

2626



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

2727

UTN FRLPIntegración IIIPAQUETES 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.

2828


ECUACIONES DE ESTADO

RANGO DE APLICACION SELECTIVIDAD EXACTITUD-TOLERANCIA

SISTEMAS EXPERTOS=EXPERIENCIA

MANUALES DE REFERENCIAS

2929


MODULO UNITARIO

CARACTERISTICASDEL SISTEMA

ALIMENTACIONES

BALANCEDEMASA YENERGIA

FASE DE CALCULO

3030


MODULO UNITARIO

VECTOR DEPROPIEDADES Xn-1

VECTOR DEPROPIEDADES Xn

3131


MODULOS UNITARIOS

COLUMNAS DE DESTILACION-ELL- ABSORSION

COLUMNAS COMPLEJAS:TOPPING-VACIO,FRACCIONADORAS FCC-COKE

COLUMNAS CONVENSIONALES ABSORBEDORAS - STRIPPER - EXTRACTORAS

LIQ-LIQ

3232


SEPARADORES-ACUMULADORES

FLASH ISOTERMICO FLASH ADIABATICO BIFASICOS TRIFASICOS HORIZONTALES - VERTICALES

3333


INTERCAMBIADORES DE CALOR

MODELOS SIMPLES Y RIGUROSOS COLD BOX HORNOS DE PROCESOS CONDENSADORES-REBOILERS-TERMOSIFONES

VERT-HORIZONTALES ANALISIS ZONALES

3434


BOMBAS COMPRESORES EXPANSORES MEZCLADORES-DIVISORES DE

CORRIENTES VALVULAS CONTROL FEEDBACK-FEEDFOWARD

3535


REACTORES

ESPECIFANDO CONVERSION ESPECIFICANDO EQUILIBRIO QCO SHIFT METHANADOR

HCUR-PGEN-CASE STUDY

3636


ECUACIONES MESHEQULIBRIO L-V

EQUILIBRIO L-L-V

P-T , P-%VAPT- % VAP,DEW,BUBBLE

ADIABATICO

P,T O CONDICION TERMICA,CAUDAL,COMPOSICION

CAUDAL YCOMPOSICION DE LIQ Y VAPOR

OPERACIONES UNITARIAS: FLASH

3737


FENSKE UNDERWOODGUILLILANDKIRKBRIDE

TIPO CONDESPEC PROD.: RECUPERACION OPUREZA

KLIV-KPES


P,T,CAUDALCOMPOSICION DE TOPE Y FONDONETPLATO ALIM REFLUJO O L/DQCONQREB

DESTILACIONSHORTCUT

3838


METODOS I/O, FAST,CHEM Y SURE

MATRIZ TRIDIAGONALMET. THIELE-GEDDES

TIPO COND TIPO REBESPEC PROD: RECUPERACION OPUREZA L O L/DNET , NEA,NEEXPERFIL PPA , BYPASSSIDESTRIPER


P,T,CAUDALCOMPOSICION DE TOPE , FONDO Y EXTRACCIONES

QCON QREBBALANCE PLATOA PLATO . TSIZE-TRATE

DESTILACION

3939


Q=m.Cp.T=mQ=U.A.MLDT

Q=M.HECUAC. RATTING

TIPO DE HXCONFIGURACIONTOUTHOCI-HICODUTYUTILITYDP


P,T,CAUDAL COMPOSICION DE CADA CORRIENTE

CALOR INTERC.RATTING -TEMAHTRI

EQUIPOS DE INTERCAMBIO DE CALOR

4040


W=mEFF

P DESCARGAEFICIENCIA


P,T,CAUDALCOMPOSICIONDE SALIDAW REALW IDEALTEMP SALIDA

BOMBAS, COMPRESORES, EXPANSORES

4141


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.

4242

UTN FRLPIntegración IIIFASE DE SALIDA-OUTPUT

SUMARIO DE EQUIPOS: CONDICION TERMICA DE CADA ENTRADA

Y SALIDA. BME

UNIT 3, 'M-1107E1' OPERATING CONDITIONS

DUTY, M*KCAL/HR .243

LMTD, C 28.781

F FACTOR (FT) 1.000E-04

MTD, C 2.878E-03

U*A, KCAL/HR-C 84350464.196

HOT SIDE CONDITIONS INLET OUTLET

----------- -----------

FEED NL1

LIQUID PRODUCT NL2

LIQUID, KG-MOL/HR 59.277 59.277

K*KG/HR 4.548 4.548

CP, KCAL/KG-C .766 .583

TOTAL, KG-MOL/HR 59.277 59.277

K*KG/HR 4.548 4.548

CONDENSATION, KG-MOL/HR .000

TEMPERATURE, C 143.410 62.441

PRESSURE, KG/CM2 13.400 12.900

.

4343


COLUMN SUMMARY

---------- NET FLOW RATES ----------- HEATER

TRAY TEMP PRESSURE LIQUID VAPOR FEED PRODUCT DUTIES

DEG C KG/CM2 KG-MOL/HR M*KCAL/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

13 105.0 13.16 236.1 175.5

14 105.9 13.17 236.8 176.8

28 132.2 13.37 235.9 176.9

29 137.3 13.39 235.1 176.7

30R 143.4 13.40 175.9 59.3L .8100

4444


TRAY NET VAPOR RATES AND DENSITIES

--------------- RATES ---------------

TRAY MW ACTUAL DENS Z FROM NORMAL ACTUAL

KG/M3 DENSITY K*KG/HR K*M3/HR K*M3/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

14 62.142 32.73939 .77789 10.989 3.964 .336

15 62.334 32.84450 .77714 11.068 3.980 .337

16 62.482 32.92593 .77660 11.120 3.989 .338

25 66.429 34.47702 .76957 11.747 3.963 .341

26 67.623 34.93107 .76734 11.952 3.962 .342

27 68.999 35.45329 .76473 12.200 3.963 .344

28 70.549 36.02699 .76186 12.479 3.965 .346

29 72.300 36.64171 .75892 12.772 3.959 .349

30 74.328 37.30873 .75588 13.071 3.942 .350

4545


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

15 3.313 140.2 .887 1400.0 30.6 .004 2.8 26.91

16 3.317 140.6 .890 1400.0 30.7 .004 2.8 26.94

17 3.320 140.9 .891 1400.0 30.8 .004 2.8 26.97

18 3.321 141.2 .893 1400.0 30.9 .004 2.8 26.99

19 3.322 141.6 .895 1400.0 30.9 .004 2.8 27.01

20 3.323 142.0 .897 1400.0 31.0 .004 2.8 27.05

21 3.325 142.6 .900 1400.0 31.1 .004 2.9 27.09

22 3.328 143.4 .904 1400.0 31.3 .004 2.9 27.14

4646


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

14 HEXANE 281.9217 .0000 1.5416E-04 1.7219E-06

15 BENZENE 248.3806 .0000 3.8579E-04 5.2218E-06

4747


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

K*KG/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, M*KCAL/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

REDUCED TEMP (KAYS RULE) .7043 .8457 .8100 .8665

PRES (KAYS RULE) .4152 .3592 .2823 .2527

ACENTRIC FACTOR .2213 .1566 .1777 .1446

WATSON K (UOPK) 13.107 14.616 14.035 15.183

STD LIQ DENSITY, KG/M3 618.162 515.226 554.425 488.309

SPECIFIC GRAVITY .6188 .5157 .5550 .4888

API GRAVITY 97.179 142.866 123.468 157.990

utn frlp integración iii simulacion y optimizacion de procesos de refinacion

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