Reduzca los costos de energía con los modelos expandidos de polímeros en Aspen Plus V8.8 Gerardo Munoz, Business Consultant, Ingeniería December 3, 2015 Presentador del día de hoy Gerardo Muñoz Business Consultant, Ingeniería 2 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Agenda • Introducción al modelado de polímeros • Aspen Polymers – Demo: Poliacrilato I • Modelado de sólidos • Novedades en V8.8 – Demo: Poliacrilato II • Recursos adicionales • Q&A 3 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Suite de Ingeniería de aspenONE® Ingeniería conceptual Desarrollo de procesos Ingeniería básica Aspen HYSYS & Aspen Plus Análisis de seguridad Productos enfocados en ingeniería de procesos y optimización Apoyo a planeación y operaciones Diseño de equipos Evaluación económica 4 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Introducción al modelado de polímeros Principales retos en procesos de polimerización Control en la calidad del producto Mejora en la tasa de producción Optimización de 4 transiciones Reducción de demanda energética 6 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Soluciones relacionadas a los retos en polímeros Caracterización y rastreo Propiedades y cinética de polímeros Aspen Polymers Aspen Polymers Aspen Plus Modelado de sólidos y Activación energética Aspen Polymers y Aspen Plus Dynamics Procesos con sólidos y recuperación de calor Reacciones exotérmicas 4 que pueden salirse de control 7 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Aspen Polymers Aspen Polymers • Producto único • Integrado con Aspen Plus, Aspen Customer Modeler y Aspen Plus Dynamics en la suite de ingeniería de AspenONE • Principales funcionalidades: – Bases de datos con propiedades específicas a polímeros – Modelos termodinámicos – Modelos de reacción basados en transferencia de masa – Caracterización de polímeros – Cinética de reacción 9 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Proceso de trabajo para construir un modelo de polimerización Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 10 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Aspen Polymers • Para asegurar exactitud: – Usar bases de datos específicas para propiedades – Polímeros – Segmentos – Grupos funcionales – Iniciadores – Varios modelos termodinámicos para polímeros – Polymer-NRTL – PC-SAFT – Flory-Huggins Diferentes modelos termodinámicos son apropiados para distintos polímeros – y más… 11 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Complemento a Aspen Plus con listas adicionales de componentes Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 12 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Rastreo y reportes de atributos para polímeros Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 13 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Rastreo y despliegue de distribución molecular del peso Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 14 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Aspen Polymers incluye modelos propietarios de vanguardia Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 15 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Métodos de propiedades para polímeros Modelos de actividad Ecuaciones de estado Generalmente se desempeñan bien para sistemas de componentes polares a bajas presiones y lejos de la region crítica. Válidos para toda la región del fluido, desde el gas al líquido pesado. Bueno para modelar sistemas de polímeros a altas presiones. Aspen Polymers ofrece: Actualmente, las ecuaciónes de estado más utilizada para polímeros son: – POLYFH: modelo Flory-Huggins – POLYNRTL: Non-Random Two-Liquid (NRTL) adaptado a polímeros 16 – POLYSL: Sanchez-Lacombe EOS – POLYUF: UNIFAC/Redlich-Kwong para polímeros – POLYSAFT: Statistical Associating Fluid Theory EOS – POLYUFV: modelo de volumen libre de UNIFAC – PC-SAFT: Perturbed-Chain Statistical Associating Fluid Theory EOS © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Reacciones para todo tipo de polimerización Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 17 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Incluyen asistentes de configuración Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 18 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Incluyen asistentes de configuración Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 19 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Generación automática de reacciones Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 20 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Modelos diseñados para facilidad de uso Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 21 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Clasificación de cinética de polimerización • Polimerización en cadena: – Radicales libres (suspensión, emulsión, etc.) – Ejemplos: PS, LDPE – Ziegler-Natta – Ejemplos: PP, HDPE – Polimerización viviente (iónica y por transferencia de grupos) – Ejemplos: óxido de polietileno (PEO), polioxietileno (POE), y polietilenglicol (PEG) • Polimerización en etapas: – Condensación (genera un producto alterno como agua) – Ejemplos: Poliéster, nylon-6,6 – Pseudo-condensación (no genera producto alterno) – Ejemplos: Poliésteres insaturados, poliuretanos – Adición de anillo (el monómero es una molécula cíclica) – Ejemplos: Nylon-6, y nylon-7 22 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Uso de la tecnología del Aspen Plus Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 23 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Amplio rango de modelos de procesos Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 24 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Herramientas para generar reportes Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 25 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Compatible con Aspen Dynamics y Custom Modeler Componentes Propiedades Reacciones químicas Modelo estado estacionario Correr y analizar resultados Modelo dinámico (opcional) 26 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Software Demo Poliacrilato I 27 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Modelado de sólidos Biblioteca de modelos para sólidos 20 bloques representan más de 70 diferentes tipos de equipos Filosofía de diseño: un modelo de operación unitaria puede representar distintos tipos de equipo a varios niveles de fidelidad de conceptual detallado 29 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Declaración de sólidos Sales y sólidos convencionales declarados como ‘Solid’ 30 Un polímero se considera sólido si lo es por debajo de su punto de fusión © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Sólidos no convencionales se declaran como tal Caracterización de sólidos dispersos Distintos tipos de partícula (sub-corrientes) Propiedades distribuidas • Composición • Tamaño de partícula Valores escalares por tipo de partícula (sub-corriente) • Contenido(s) de humedad El contenido de humedad impacta en la capcidad de calor, densidad y velocidad de asentamiento de las partículas 31 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Secado por convección Agente de secado provee de calor para evaporación y calentamiento Humedad del sólido se evapora en una corriente caliente (aire, nitrógeno, etc.) Secado por convección Curva de secado Agente de secado (e.g. aire) Transferencia de calor 32 Transferencia de humedad © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Secado por convección Curvas de secado (1st drying period) 33 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved (2nd drying period) Novedades en V8.8 Aspen Plus V8.8 Optimice el proceso completo de polimerización Polímeros sólidos Operaciones unitarias extendidas a polímeros Menor uso de energía para secado hasta un 20% Menor costo capital evitando sobrediseño Mejor calidad del producto Modelado de procesos con sólidos 35 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Extensión de sólidos a polímeros Consistencia en propiedades físicas Definición y visualización de propiedades de polímeros y sólidos Un mismo ambiente Simulación rigurosa de deshidratación y secado de polímeros en un mismo diagrama Apoyo a polímeros sólidos en un click Opción en el ambiente de propiedades parapolímeros sólidos bajo su punto de fusión 36 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Nuevas capacidades para polímeros sólidos en V8.8 Esperamos llevar nuestras simulaciones de polímeros al siguiente nivel con la mejora para simular polímeros sólidos. Esta innovación nos permitirá optimizar todo el proceso creando una mejor representación de la sección de sólidos. Maryam Khodadadian, Ingeniero de investigación SABIC Limburg B.V. 37 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Software Demo Poliacrilato II 38 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Recursos adicionales 39 © 2014 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Documentación para los productos 40 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Ejemplos • Abrir carpeta de ejemplos • Para polímeros – Carpeta de “polymers” – Encontrar el ejemplo de poliacrilato • Para ejemplos de sólidos – Carpeta de “solids processing” 41 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Ejemplos de Aspen Plus con polímeros 42 Producto Descripción Tipo de polimerización Nombre de archivo HDPE Solution polymerization of ethylene. Ziegler-Natta hdpe.bkp SBR Ionic polymerization of Styrene Butadiene Rubber in a batch reactor. Ionic ionicSB.bkp LDPE This flowsheet models a high-pressure LDPE tubular reactor flowsheet with four sections, two initiator injection points, and high and low pressure separators. Free Radical ldbe.bkp Nylon-6 This is a model of a NYLON-6 process VK column reactor. Step Growth nylon6.bkp PMMA Polymerization of methyl methacrylate (MMA) in a batch reactor. Free Radical pmma.bkp Polypropylene Ziegler-Natta gas-Phase polymerization of propylene. Ziegler-Natta pp.bkp Polystyrene Styrene polymerization in two CSTR's followed by a plug flow reactor. Free Radical ps.bkp SBR (batch) Copolymerization of styrene and butadiene in a batch reactor. Emulsion sbd.bkp Polystyrene (batch) Expanded Polystyrene Suspension Batch Polymerization rigorously accounting for 2 liquid phases with reactions occurring in organic phase Free Radical suspensionEPS.bkp Polyacrylate Polymerization of methyl methacrylate (MMA) in a batch reactor with a solids downstream section. Free Radical polyacrylate.bkp © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Tutoriales • 19 ejemplos para estudio autodidacta – Archivos de ejemplo con detalles de paso a paso – Incluidos en el sitio de soporte (http://support.aspentech.com) y accessibles desde aspenONE Exchange 43 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Ejemplos disponibles en el sitio de soporte How do I model crystallization and consider economics for solids processing in Aspen Plus? How do I model crushing/milling and classification of solids in Aspen Plus? How do I set up a Particle Size Distribution (PSD) for solids modeling in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=138004 http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137928 http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137964 How do I set up multiple particle types (substreams) for solids modeling in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137965 How do I model and optimize a belt dryer in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137966 How do I model a multi-chamber fluidized bed dryer in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137967 How do I model a batch dryer in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137968 How do I model a fluidized bed agglomerator in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137969 How do I model and optimize a granulation or coating process in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137970 How do I model a circulating fluidized bed in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137971 How do I model the pneumatic conveying of solids in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137972 How do I estimate model parameters in Aspen Plus using measured particle size distributions? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=137973 How do I model and optimize a flash dryer in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=138262 How do I model and optimize mill drying in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamcgi/SolutionDisplay_view.cgi?key=138263 How do I model and optimize a Spray Dryer in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamasp/KB.asp?ID=138525 How do I model a Fluidized Bed Reactor in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamasp/KB.asp?ID=138526 How do I use Conceptual Solids Modeling in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamasp/KB.asp?ID=138532 How do I model and optimize a Contact Dryer in Aspen Plus? http://support.aspentech.com/webteamasp/KB.asp?ID=141619 How do I reduce net operating cost with drying in a polymer process? http://support.aspentech.com/webteamasp/KB.asp?ID=143092 44 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Ejemplos para secado de sólidos en Aspen Plus Secador de múltiples etapas Secador de una sola etapa 45 Secador de lecho fluidizado Secador en batch en Aspen Plus Secador de molino Secador en spray © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Entrenamientos de AspenTech training.aspentech.com 46 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Servicios Profesionales de AspenTech Experiencia en simulación de polímeros • AspenTech tiene una larga historia en simulación de procesos de polímeros • Más de 200 projectos de polímeros cubriendo un amplio rango de polímeros y procesos. – Poliolefinas: LDPE, LLDPE, HDPE, PP, EPR, EPDM, PB (Polibutileno) – Poliéster: PET, PBT – Poliamidas: Nylons – Others: Policarbonatos, PVC, SBR, Silicones, PS, SAN (Acronitrilo de estireno), Acrilatos, Polímeros de emulsión, Elastómeros • AspenTech tiene muchas patentes y ha desarrollado muchas mejores prácticas con respecto a simulación de polímeros 47 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Q&A Únase a la comunidad de AspenTech www.aspentech.com/community Gerardo Muñoz [email protected] 48 © 2015 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Gracias AspenTech is ranked as a top innovative growth company