Planta De Ciclo Hexano

Caso de estudio:

El caso de estudio propone la simulación de una planta productora de ciclohexano, como muestra el diagrama adjunto, a partir de la hidrogenación de benceno. La información de las alimentaciones es la siguiente:

1

Benceno 64.54 Kmol/h

Tolueno 0.02 Kmol/h

MCC6 0.01 Kmol/h

TOTAL 64.56 Kmol/h

Presión 0 Kg/cm2_g

Temperatura 40.6 ºC

2

Hidrogeno 0.9 Fracción molar

Metano 0.1 Fracción molar

Presión 36.6 Kg/cm2_g

Temperatura 32 ºC

El caudal molar necesario de Hidrogeno impuro para evitar craqueo de moléculas es de 4.5 a 1 respecto a la alimentación de benceno. El benceno se bombea a 36.6 Kg/cm2_g para mezclarse con la corriente de hidrogeno e intercambiar calor en el M-601 saliendo a una presión de 35.86 Kg/cm2_g y a una temperatura de 162.8ºC .Se termina de calentar en M-602 a 204.5ºC y bajando su presión a 34.8 Kg/cm2_g para entrar en reactor K-601 donde reacciona

C₆H₆ +3H₂ C₆H₁₂ (Ciclohexano)

CH₃-C₆H₅ +3H₂ CH₃-C₆H₁₁ (Metil-ciclohexano)

Las reacción se producen con una conversión del 100% en un reactor isotérmico q trabaja a 232.8ºCy con una caída de presión de 1.4 Kg/cm2_g.

El producto gaseoso intercambia calor en el M-601 con una pérdida de presión de 1.06 Kg/cm2_g y se enfría en el M-603 a 40.6ºC, siendo su presión en la salida de 31.64 Kg/cm2_g.

EL separador flash O-602 permite la separación del exceso de hidrogeno que se recirculara a la planta .Parte de la salida gaseosa (el 16%) se ventea y el resto se comprime para realimentarse a 35.53 Kg/cm2_g.

La salida liquida del separador O-602 se descomprime en una válvula a 11.34 Kg/cm2_g, se precalienta con el fondo de N-601 en el M-604, donde se alcanza la temperatura de 135ºC (la caída de presión es de 1 Kg/cm2_g) para luego ingresar a la torre de destilación.

La torre trabaja con una presión de cabeza de 10.19 Kg/cm2_g y de 10.34 Kg/cm2_g en el fondo. El diseño de la torre de permitir una calidad de salida de ciclohexano de 99.9% másico.

Simulación de la planta productora de ciclohexano en Hysys

Crear un set de unidades

El primer paso para nuestra simulación es elegir un conjunto de unidades con el que se prefiere trabajar .Hysys no permite modificar los tres conjuntos de unidades básicos (SI, EuroSI, Field) que trae incorporado, pero si posibilita generar uno a partir de ellos, un nuevo set que se ajusta a nuestras exigencias o preferencias.

1. Para cambiar las unidades debemos seleccionar “Tools” del menú principal y posicionar el cursor sobre “Preferences”, aparecerá una pantalla titulada “Session preferences (HYSYS.prf)”.Seleccionar la pestaña “Units”. El set de unidades por defecto es el SI pero se puede modificar desde esta pantalla.

Para cambiar las unidades, seleccionamos SI y apretamos el botón “Clone”, New user aparecerá en la ventana “Unit set name”, donde colocaremos el nombre que deseamos, en nuestro caso será ciclohexano y modificaremos las unidades de la presión, pasando de kPa a Kg/cm2_g.

Cuando el nuevo conjunto de unidades queda definido cerramos la ventana.

Inicio de la simulación: Construcción de la planta

Para comenzar un nuevo caso seleccionamos File New Case

Aparecerá la ventana del “Simulation Basis Manager” .

El próximo paso es crear el “Fluid Package “.Este contiene los componentes y el método elegido para la predicción de las propiedades físico-químicas.

Estando en la pestaña de Fluid Pkgs presionamos el botón “add”, se abre una nueva ventana donde seleccionaremos el paquete de propiedades que para nuestro caso será el “Peng-Robinson”.

El siguiente paso es agregar los compuestos utilizados en el caso, en la celda“Match” colocamos los nombres de los compuestos y los seleccionamos de la lista hasta que figuren en el cuadro de “Selected Components” .

Definicion de la reaccion quimica

La definicionde la reaccion quimica perteece a las actividades basicas o preliminares , por lo tanto seleccionamos la pestaña Reactions , y hacemos click en Add Rxn , de donde se abrir una nueva ventana en la cual salen distintos tipos de reacciones , nosotros seleccionamos conversion y hacemos click en Add Reacction .

Luego planteamos las dos reacciones que intervienen en nuestro proceso, indicando los componentes que están presentes y sus correspondientes coeficientes estequiometricos, de sigo (-) los reactivos y de signo (+) los productos, como se muestras en las siguientes figuras.

Luego en cada ventana vamos a la pestaña “Basis” y colocamos el componente base de cada reacción, benceno en la reacción “1” y tolueno en la reacción “2” .También indicamos en el coeficiente Co que la conversión es del 100%.

Hasta aquí hemos definido las bases de nuestro caso. Presionando el botón “Enter to Simulation Enviroment” se ingresa al ámbito de simulación.

Entorno de simulación

Al ingresar al ámbito de simulación, aparecerá una ventana denominada PDF en la cual se ira construyendo el caso.

Para construir un caso se puede comenzar de diferentes maneras, en este caso definiremos primero las corrientes de alimentación.

Primero activaremos la planilla para el ingreso de datos denominada “Workbook” presionando el botón .En esta planilla ingresaremos los datos de las corrientes de alimentación denominadas “1” y “2” y la composición de las mismas normalizadas como se muestra en las siguientes figuras.

Para normalizar las composiciones solamente hay que ingresar los valores de cada corriente y luego apretar el botón “Normalize”.

Luego de definir las corrientes de alimentación cerramos las ventana y las mismas van a estar representadas con dos flechas en la ventana PDF .Según el caso de estudio estas corriente tenían que tener una relación para evitar el crackeo de moléculas, por esta razón vamos a introducir un operador set. El operador set se usa para fijar de una variable de proceso en relación a otra. En nuestro caso el caudal de hidrogeno impuro tiene que ser 4.5 veces mayor que el caudal de benceno, ponemos entonces la alimentación 2 en función de la alimentación1.

Luego en la pestaña “Parameters” indicamos por cuanto se tiene que multiplicar el caudal “1” y dejamos el

...