SIMULACION DE TREN PRE-CALENTAMIENTO

RESUMEN EJECUTIVO

El petróleo es considerado por unos como la bendición de los pueblos y por otros como su maldición, por no haberle dado buen uso a este recurso natural no renovable.

Como parte de la asignatura de simulación y optimización de procesos químicos se me ha designado la tarea de desarrollar un examen sobre el crudo del petróleo (para ser más

conciso la parte de tren precalentamiento). Estructuralmente, el presente trabajo está compuesto por varios pasos, cada uno de ellos diagramados en forma independiente, con una individualidad temática para que pueda ser consultado y analizado. Específicamente se detalla de forma general del procesos, la simulación, tablas que permiten de esta manera comprender la importancia de este recurso en el mundo.

OBJETIVOS

Analizar y simular el proceso de tren pre-calentamiento.

Entender y comprender los datos obtenidos en el diagrama por medio del hysys.

Analizar el comportamiento y la eficiencia de los intercambiadores de calor

tomando como base sus condiciones de diseño.

Encontrar la velocidad de flujo molar de vapor en el separador (pre flash).

ESTRATEGIAS

Para el modelamiento y simulación del tren pre-calentamiento se tiene como fluido un crudo de petróleo los cuales sus componentes se desconocen también se desconoce las

tablas de TBP destillation data que te permite a que porcentaje vas a obtener el producto (por ejemplo puede ser gasolina) así que tomé del ejercicio anterior junto API Gravity of

29 para el crudo.

Se utiliza como paquetes de fluidos PENG ROBINSON como segundo paso, ya que este se

utiliza para los tantos hidrocarburos que contiene el crudo de petróleo. Hubo ausencia de

datos sobre light ends % and liquid vol %

Así que también se tomó de la pregunta anterior.

Con los datos mencionados anteriormente se obtiene la simulación del pre-calentamiento del crudo.

FUNDAMENTACION TEORICA

Ya que el crudo del petróleo tiene varios componentes empezaremos por poner datos de

light Ends a la sección de componentes junto con agua. Estos datos son prestados ya que el problema no tenía los datos requeridos

Luego ponemos el paquete de fluidos, como se trabaja con hidrocarburos se utilizara el apropiado, en este caso será Peng Robinson

Ilustración 1 tabla de componentes de light ends

Ilustración 2 uso del peng Robinson

La parte un poco tediosa seria ir a Assay para ver componentes hipotéticos (estos

componentes tendrán su fracción molar equitativas las cuales se le darán conforme a los datos que se pondrán a continuación:

Datos sobre el porcentaje de assay con sus respectivas temperaturas

Se pondrá datos sobre la densidad estándar del crudo que en este caso sería 29°

API = 879.8 kg/m3

En light ends se pondrá la opción imput composition y a continuación se pondrá los

datos de composición de los elementos mencionados (se pondrá datos de la

ilustración 1.

Por último se le da la opción de calcular para poder simular el problema requerido.

Una vez que haya convergido la parte de assay se dirige a la parte final de propiedades en

la cual sería output blend del sirve para dar componentes hipotéticos con sus respectivas propiedades como veremos en la siguiente figura

Ilustración 3 procedimientos para API 29 gravity

Agregamos el assay disponible y simultáneamente simulamos los datos del problema

examen.

A continuación se ponen datos a la corriente presente con sus respectivas operaciones unitarias comunes.

Datos como la temperatura que entra el crudo y el agua en el mezclador

En este caso se mostrará una figura de las entradas y la salida que hay en un Mixer y las

propiedades que tiene cada corriente

Datos de variación de presión y temperatura en el calentador una vez convergido se

pondrá en un trifásico debido a que se debe lavar la corriente porque contiene algunos

minerales obtenidos del suelo del cual se desprende agua en este trifásico se necesitara

una corriente de energía luego la corriente es calentado por un intercambiador para

separar vapor de los gases requeridos y en la parte inferior la parte liquida (todo lo

mencionado ocurre en un separador flash.

En la parte inferior se podrá ver el diagrama del problema del tren Pre-calentamiento del crudo del cual se ha trabajado

Se verá también el funcionamiento de las operaciones y la variación de datos de las

corrientes de flujos en cada operación y tablas respectivamente. Seguidamente del análisis que este examen presenta.

DIAGRAMA DE EQUIPO: TREN DE PRE CALENTAMIENTO DEL CRUDO DE PETROLEO

TABLA DE CORRIENTE DE MATERIAS

Tabla N° 1 corrientes de materias

Name crude oil AGUA 2 3 4 5

Pressure [kPa]

1000 1000 1000 950 950 950

Temperature [C]

15 15 14,985,026,066,054 65 175 175

Mass Flow [kg/h]

600000 21600 621600 621600 0 428,860,100,848,591

Std Ideal Liq Vol Flow [m3/h]

681,937,493,191,077 216,435,896,929,381 703,581,082,884,016 703,581,082,884,016 0 565,899,206,895,194

Vapor / Phase Fraction

0 0 0 0 0 1

Molar Enthalpy [kJ/kgmole]

-730,734,750,898,162

-286,982,437,165,061

-551,258,174,641,997

-52,984,784,547,155 -274,228,156,177,428

-213,074,384,071,719

Utility Type -1 -1 -1 -1 -1 -1

Stream Price Factor

Stream Price Basis

Molar Flow Molar Flow Molar Flow Molar Flow Molar Flow Molar Flow

Cost Flow [Cost/hr]

6 7 8 9

950 575 575 575

175 400 400 400

578,713,989,915,141 578,713,989,915,141 483,898,255,247,919 530,324,164,390,356

646,991,162,194,496 646,991,162,194,496 613,644,850,297,261 585,626,677,164,777

0 0.211597493163738 1 0

-695,266,332,339,441 -43,916,616,371,025 -185,541,977,314,041 -507,235,762,147,329

-1 -1 -1 -1

Molar Flow Molar Flow Molar Flow Molar Flow

Tabla N° 1.1 corrientes de materias

TABLA 2. EN LA CORRIENTE DE ALIMENTACION

TABLA3. DE COMPOSICION EN EL MIXER

Feed Stream

Name crude oil AGUA

Pressure [kPa] 1000 1000 Temperature [C] 15 15

Mass Flow [kg/h] 600000 21600

Std Ideal Liq Vol Flow [m3/h]

681,937,493,191,077 216,435,896,929,381

Vapor / Phase Fraction 0 0

Molar Enthalpy

[kJ/kgmole]

-

730,734,750,898,162

-

286,982,437,165,061 Utility Type -1 -1

Stream Price Factor Stream Price Basis Molar Flow Molar Flow

Cost Flow [Cost/hr]

TABLA DE COMPOSICIÓN EN EL PUNTO 7

TABLA 4. DE CORRIENTES DE PRODUCTOS

TABLA 5. DE LOS INTERCAMBIADORES

TABLA 6. DEL TRIFASICO

3 Phase Separator

Name V-100 V-101

Vessel Temperature [C] 175 400 Vessel Pressure [kPa] 950 575

Vessel Pressure Drop [kPa] 0 0 Vapour Outlet Pressure Drop [kPa] 0 0 Tank Volume [m3] Liquid Volume [m3] Liquid Volume Percent [%] 50 50 Duty [kJ/h] 211,274,500,683,614 0

Vessel Diameter [m] Vessel Length or Height [m]

Head Height [m]

Product Stream

Name 4 5 8 9

Pressure [kPa] 950 950 575 575

Temperature [C] 175 175 400 400

Mass Flow [kg/h] 0 428,860,100,848,591 483,898,255,247,919 530,324,164,390,356 Std Ideal Liq Vol Flow [m3/h] 0 565,899,206,895,194 613,644,850,297,261 585,626,677,164,777

Vapor / Phase Fraction 0 1 1 0

Molar Enthalpy [kJ/kgmole]

-274,228,156,177,428

-213,074,384,071,719

-185,541,977,314,041

-507,235,762,147,329

Utility Type -1 -1 -1 -1

Stream Price Factor

Stream Price Basis Molar Flow Molar Flow Molar Flow Molar Flow

Cost Flow [Cost/hr]

Heater

Name E-100 E-101

Duty [kJ/h] 634,706,960,514,424 386,545,152,220,875

Pressure Drop [kPa] 50 375

LIMITACIONES DE LOS MODELOS TEORICOS

Hay varios modelos matemáticos que se pueden adaptar a la simulación son los mencionados a continuación:

GLYCOL PACKAGE

KABADY-DANNER

SRK

SRK-TWU

MBWR

PR-TWU

PRSV

SOURPR

SOURSRK

De las cuales se hace la prueba que los mencionados al final SOURRK y SOURPR se

asemejan al modelo PENG ROBINSON

ANALISIS DEL PROBLEMA

Para analizar este tipo de problemas se tiene que tener en cuenta la composición de

entrada. En este caso como es crudo, tiene muchos componentes de las cuales aparecen como hipotéticos ya que están ausentes dichos datos.

RESULTADOS

Se halla la fracción de vapor de la corriente del producto antes de entrar a la columna

atmosférica.

En el punto el punto 7 se encuentra la fracción de vapor que va a entrar a la columna

Tabla 7. De composición en el punto 7

A continuación veremos las propiedades en el punto de alimentación antes de la entrada a

la columna

Cuya entrada de vapor es 0.2116 esto me está diciendo que está entrando poco vapor a la

corriente de separación de la columna. Que más está entrando 0.7884 en fase líquida.

Que entra un flujo molar de 3328 lbmol/hr al separador y que 704.1 está en fase vapor.

Como dato siguiente te piden hallar la temperatura de salida de la carcasa lateral del

trifásico

En este caso tenemos 3 corrientes de salida:

Punto 4 (salida de agua)

Punto 5 ( salida de componentes livianos del crudo)

Punto 6 (corriente de componentes ya lavados)

De los cuales su temperatura es de 175° C, se mostrara un cuadro para su respecto análisis

La corriente de calor Q -101 es necesaria para el funcionamiento del trifásico

En análisis es que cuando entra a 65°c (punto 3) va aumentar la temperatura ya que es

necesario que se separen algunos componentes del crudo que son innecesarios , se

enuncian los siguientes puntos:

El % de volumen líquido es de 50 % y se trabaja con una presión de 9.5 bar

En el punto 4 se encuentra en fase acuosa

Se trabaja a un calor de flujo necesario de 211274500.683614 KJ/ h

En las fracciones molares solo 1509 están entrando a calentarse para el separador,

lo restante es perdido y tratado (en el caso del punto 4 que puede ser tratado).

El siguiente punto a hallar es la velocidad del flujo del vapor de la salida del separador

(pre-flash) que se encuentra en el punto 8.

La velocidad de flujo de vapor de la salida del separador que es el punto 8 es de 319.4

kg/h

DATOS ADICIONALES

PUNTO 2 Mezcla de salida de crudo + agua

PUNTO 3 Salida del flujo calentado

PUNTO 4 Salida del agua del trifásico

PUNTO 5 Salida de componentes livianos

PUNTO 6 Entrada de flujo al intercambiador de calor

PUNTO 7 Salida de flujo al intercambiador de calor

PUNTO 8 Salida del vapor en el separador

PUNTO 9 Salida del liquido en el separador

CONCLUSIONES

Las conclusiones de este trabajo se menciona los siguientes:

Que con el programa hysys se puede añadir componentes de aceites ligeros que está

pidiendo calcular. Esta a su vez puede calcular componentes hipotéticos ya que el crudo

del petróleo tiene muchas componentes que se desconocen… como por ejemplo: nafta kerosene, gas residuos, diésel (light, heaven), etc.

Que teniendo los datos y las composiciones con sus respectivas fracciones molares al

inicio y al final se puedes mejorar el funcionamiento de esta planta, haciendo sus respectivos análisis en la parte de flujo másico.

DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS

En el tren pre calentamiento se han utilizado las siguientes operaciones comunes:

Mixer (mezclador)

Calentador

intercambiadores de calor

un separador trifásico

separador flash ( cantidad 1)

Como se ve en el diagrama de flujo anterior.

FLUJOS DE CORRIENTES PRESENTES EN LA SIMULACIÓN DE ESTE PROCESO

En en Mixer se encuentra los siguientes flujos:

Crudo de petróleo (están incluido los hipotéticos)

Agua

ANEXOS

SOFTWARES DE SIMULACIONES

Son herramientas que nos permiten facilitar el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales.

Entre los principales tenemos:

Aspen Hysys

Pro II

Aspen Plus

Chemcad

En este trabajo examen se ha utilizado aspen hysys cuyas ventaja son las siguientes

La simulación interfiere en sistema del mundo real.

Es un proceso relativamente eficiente y flexible.

Hace posible analizar y sintetizar una compleja y extensa situación real.

Permite el diseñador examinar rápidamente varias configuraciones de planta

Permite la experimentación en condiciones que podrían ser peligrosas en el

sistema real.

Reduce el tiempo de diseño de una planta.

Desventajas del uso de software de simulación

Un buen modelo de simulación puede resultar bastante costoso; a menudo el

proceso a desarrollar un modelo es largo y complicado para su validación.

Por error se producen diferentes resultados en repetidas corridas en el

computador.

Cada modelo de simulación es único, las soluciones e inferencias no son

usualmente transferibles a otros problemas.

Archivos virtuales

http://www.aspentech.com/products/aspen-refsys.aspx

file:///C:/Users/usuario/Downloads/227086103-Manual-Aspen-Hysys-v8-0-Espanol.pdf

http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/985/1/forttini_vg.pdf