FLUID PACKAGE


Concepto de Fluid Package (Paquete de fluidos)


HYSYS usa el concepto de Paquete de Fluido (Fluid Package) para contener toda la información necesaria para los cálculos físicos de las propiedades de los componentes. Este acercamiento le permite definir toda información (paquete de componentes, propiedades, parámetros de interacción, reacciones, datos tabulares, componentes hipotéticos, etc.) dentro de una sola entidad. Hay tres ventajas cruciales para este acercamiento:
  • Toda información asociada está definida en una sola posición, permitiendo la fácil creación y modificación de la información.
  • Los paquetes de fluidos pueden ser almacenados como una entidad completamente separada para usarlo en una simulación.
  • Pueden ser usados múltiples paquetes de fluidos en la misma simulación; Sin embargo, todos deben ser definidos dentro del Administrador Base común (Basis Manager ).

El Basis Manager de la simulación es una vista de la propiedad que le permite crear y manipular cada FluidPackage en la simulación. Cuando quiera que usted inicie un nuevo caso ( New Case), HYSYS coloca a usted en esta posición.
Al abrir la pestaña Fluid Pkgs del Simulation Basis Manager, contiene la lista de definiciones corrientes de Fluid Package. Usted puede usar múltiples Fluid Packages dentro de una simulación asignándoselos a diferentes flow sheets y acoplando los flow sheets.

Esta herramienta de HYSYS permite predecir las propiedades de las mezclas que van desde sistemas bien definidos de hidrocarburos ligeros hasta mezclas de aceites complejos y altamente no ideales (no electrolíticos) de los sistemas químicos.

Las propiedades físicas que son simuladas mediante estos paquetes fluidos son:
  • Datos de la cinética de la reacción y los cambios moleculares: de las cuales se analiza velocidad de reacción, energía de activación y mecanismo de reacción.
  • Propiedades termodinámicas: se incluye entalpía, entropía, energía libre de Gibbs y coeficiente de fugacidad.
  • Propiedades de transporte: toma en cuenta coeficiente de difusión, conductividades térmicas y viscosidades.

Tomando en cuenta todas estas características HYSYS provee ecuaciones de estado mejorads (PR y PRSV) para el tratamiento riguroso de sistemas de hidrocarburos, semi-empíricos y modelos de presión de vapor para los sistemas de hidrocarburos más pesados​​, correlaciones de vapor para predicciones precisas de propiedades de vapor, y modelos para determinar coeficientes de actividad para los sistemas químicos. Todas estas ecuaciones tienen sus propias limitaciones inherentes.

HYSYS contiene algunos métodos para la estimación de las propiedades físicas que son:
  • Ecuación de estado
  • Modelos de actividad
  • Métodos empíricos basados en Chao-Seader
  • Modelos de Presión de Vapor
  • Miscelaneo de métodos

ECUACIONES DE ESTADO




Ecuación
Utilidad
GCEOS
permite definir e implementar la propia ecuación cúbica de estado (incluyendo reglas de mezclado y coeficientes de traslación.
Kabadi-Danner
Para equilibrio vapor- líquido o líquido-líquido. Sistemas agua-hidrocarburos en regiones diluidas.
L-K-P
Mejor opción para sustancias o mezclas no polares.
Peng-Robinson
para cálculos de equilibrio líquido-vapor y densidad de líquidos de hidrocarburos. No recomendable para sistemas altamente polares
PRSV
modificación del anterior para modelar sistemas no ideales
Sour PR
combinación de PR con el modeloWilson´s API-sour
Sour SRK
combinación de SRK con el modelo Wilson´s API-sour
SRK
similar a PR pero con un limitado rango de aplicación
Zudkevitch-Joffe
para equilibrio líquido-vapor en hidrocarburos y para sistemas que contiene hidrógeno
A continación se presenta una tabla de sistemas comunes y las ecuaciones de estado que pueden ser aplicadas:

HYSYS.png

Peng Robinson:

Para aceites, gases y petróleo es la ecuación de estado generalmente recomendada, ya que resuelve rigurosamente cualquier sistema único, de dos fases o trifásica con un alto grado de fiabilidad, y es aplicable en un amplio intervalo de condiciones, como se muestra en la tabla siguiente.
PR.png

La ecuación PR se aplica a algunas interacciones específicas componente-componente. Existen algunos componentes que necesitan tratamiento especial como He, H2, N2, CO2, H2S, H2O, CH3OH.

Las ecuaciones PR y SRK no deben ser usadas para químicos no ideales como alcoholes, ácidos y otros componentes. Ellos pueden ser más apropiadamente manejados con los Modelos Activos o con PRSV.

Por otro lado la ecuación L-K-P para sustancias y mezclas no polares.

peng robinson.png

MODELOS DE ACTIVIDAD





Modelo
Utilidad
Chein Null
se aplica para bases binarias-binarias.
NRTL extendido
define parámetros de actividad individuales para componentes si el rango de ebullición es largo y los equilibrios líquido-vapor y líquido-líquido deben ser resueltos simultáneamente.
NRTL general
similar al anterior pero permite definir parámetros a la ecuación.
Margules
para representaciones con un exceso en energía de Gibbs. Es bueno para rápida estimación e interpolación de datos, pero no es muy preciso.
NRTL
extensión de la ecuación de Wilson. Usa la mecánica estadística y la teoría de la celda liquida para resolver equilibrios L-V, L-L y V-L-L.
UNIQUAC
usa la mecánica estadística y la teoría cuasi-química para dar resultados similares a la NTRL.
Van Laar
bueno para equilibrios L-L generales. No es usado para compuestos orgánicos halogenados.
Wilson
predice el comportamiento de un sistema multicomponente a partir de datos de equilibrio binario. No se puede usar para dos fases líquidas.

Aunque los modelos de ecuación de estado han demostrado ser muy fiables en la predicción de propiedades de los fluidos de hidrocarburos basados ​​en la mayoría de más de una amplia gama de condiciones de funcionamiento, su aplicación se ha limitado a los componentes principalmente no polares o ligeramente polares. Sistemas químicos polares o no-ideales tradicionalmente han sido manejados con enfoques duales del modelo.

Los modelos NRTL se pueden usar con un intervalo de punto de ebullición amplio entre los componentes, donde se requiere la solución simultánea de equilibrios líquido-liquido y líquido-vapor, y existe una amplia gama del punto de ebullición o rango de concentración entre los componentes.

MODELOS CHAO SEADER





Modelo
Utilidad
Chao Seader
para hidrocarburos pesados. Presión > 1500 psi y temperatura entre 0 y 500 °F.
Grayson Streed
recomendado para

hidrocarburos pesados con alto contenido de hidrógeno.

MODELOS DE PRESIÓN DE VAPOR
Modelo
Utilidad
Antoine
aplicables para sistemas de baja presión, cercanos a la idealidad.
Braun K10
estrictamente aplicable a sistemas de hidrocarburos pesados a bajas presiones. K-values son calculados en un sistema a 10 psi.
Esso Tabular
modificación del modelo de presión de vapor Maxwell-Bonell. Estrictamente aplicable a sistemas con hidrocarburos pesados a bajas temperaturas.
Para el uso de estos modelos existen algunas condiciones:



MISCELLANEOUS DE MODELOS

Modelos
Utilidad
Amine Package
usa el modelo termodinámico de AMSIM especificamente construído para similar plantas de aminas.
ASME Steam
restringida para un solo componente, el agua. Usa la tabla ASME 1967.
MBWR
es aplicable a un grupo específico de componentes con condiciones determinadas.
NBS Steam
restringida para un solo componente, el agua. Usa la tabla NBS 1984.
OLI_Electrolyte
predice propiedades de equilibrio de sistemas químicos la fase y la reacción en soluciones acuosas.

El paquete ASME Steam tiene las siguientes limitaciones: presiones de menos de 15000 psia y temperaturas superiores a 32 ° F (0 ° C) y menos de 1500 ° F. Mientras que el paquete NBS Steam tiene mejores aproximaciones cerca del punto crítico.

Con el fin de seleccionar el mejor modelo para cada caso se puede seguir el siguiente diagrama:
diagrama.png

Selección del Fluid
El segundo paso para la simulación es definir el Fluid Package. Este paso es muy importante y no se debe tomar a la ligera, ya que definirá la base de la simulación. Si tenemos una buena base, tendremos una buena simulación, pero si introducimos un error desde el principio, este se agravará con el desarrollo de la simulación.

1. En el Simulation Basis Manager seleccione la etiqueta Fluid Pkgs y sombrear la lista de componentes para la cual deseamos colocar la opción termodinámica (Lista de Componentes -1) y luego hacer clic en el botón Add .

2. Hacer clic en el radio botón (radio button) de Activity Models y seleccionar NRTL como el paquete depropiedades ( Property Package ) para este caso.

paso 2 paquete fluido.jpg


También debemos seleccionar la opción para el vapor en la esquina superior derecha
La siguiente es un breve resumen de las opciones termodinámicas recomendadas para los coeficientes de actividad para diferentes aplicaciones.
opciones termodinamicas para coeficientes de actividad.jpg

• A = Aplicable
• N/A = No Aplicable• ? = Cuestionable• G = Bueno• LA = Aplicación Limitada


3. Cambiar el nombre del nombre por defecto Basis-1 a Paquete-1. Hacer esto haciendo clic en la celda "Name", y tipeando el nuevo nombre. Pulsar la Tecla < Enter > haya finalizado. Luego cerrar la ventana.

4. Ir a la etiqueta de coeficientes binarios ( Binary Coeffs).

paso 4 paquete fluidos.jpg




Presione el botón Unknowns Only para estimar los coeficientes ausentes. Ver las matrices Aij, Bij y aij seleccionando el radio botón correspondiente.La matriz Aij se muestra a continuación:


matriz Aij.jpg


HYSYS le permite exportar Fluid Packages para usarlos en otras simulaciones. Esta funcionalidad le permite crear un simple y común Fluid Package el cual usted puede usarlo en múltiples casos.

1. Sobre la etiqueta de Fluid Pkgs resalte el Fluid Package Paquete-1.

paso 1 exportando p.f.jpg

2. Presione el botón Export

3. Ingrese un único nombre (Paquete-1) para el Fluid Package y presione el botón OK
paso 3 exportando p.f.jpg


HYSYS automáticamente le adicionará la extensión .fpk cuando guarde su Fluid Package . El archivo es automáticamente en el subdirectorio \HYSYS\paks .Usted si desea puede seleccionar otro subdirectorio.
Ahora que el Fluid Package está completamente definido, usted está listo para seguir adelante y empezar a construir la simulación. Presione el botón Enter Simulation Environment o el botón Interactive Simulation Environment.





Bibliografía:Moncada Albitres."Hysys". Universidad Tecnológica Nacional de Trujillo. Departamento de Ingeniería Química.
http://es.scribd.com/doc/37381649/Manual-de-Hysys