CALOR DE COMBUSTIÓN Caso: Se quema por completo monóxido

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Simulación de procesos mediante Aspen Hysys V8.0
CALOR DE COMBUSTIÓN
Caso: Se quema por completo monóxido de carbono a 50°F y una presión de 2
atm con 50 % de aire en exceso que está a 1000°F. Los productos de la
combustión salen de la cámara de combustión a 800°F. Calcule el calor generado
en la cámara de combustión expresado en BTU por libra de CO que entra
(ejemplo 5.24 Himmelblau, página 455).
Simulación en HYSYS
1. Abrir un caso nuevo: File > New > Case
2. Seleccionar los componentes: Add > Hysys (figura 1)
Figura 1. Selección de los componentes.
Q.I. Edwin Jhovany Alzate Rodríguez
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Buscar los componentes: CO, O2, CO2, N2; se seleccionan y clic en “Add”
(figura 2).
Figura 2. Selección de los componentes.
3. Selección del paquete termodinámico de fluidos:
Para las propiedades de los componentes se usará el paquete “Peng
Robinson”. Dar clic en “Fluid Packages” (figura 3).
Figura 3. Elección del paquete de fluidos.
Seleccionar los paquete de Hysys: Add > Hysys (figura 4).
Figura 4. Selección del grupo de propiedades
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Buscar el paquete “Peng Robinson” (figura 5).
Figura 5. Selección del paquete “Peng Robinson”.
4. Adicionar la reacción de combustión:
Seleccionar en las pestañas de la izquierda “Reactions” (figura 6). En la opción
“Add” escoger “reaction Set”.
Figura 6. Adición de un set de reacciones.
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En la ventana emergente, seleccionar “Conversion” como método para el
tipo de reacción y luego “Add Reaction” (figura 7).
Figura 7. Selección del tipo de reacción.
En la ventana de “Set-1 (Reaction set)”, dar doble clic sobre “Rxn-1” para
editar la reacción (figura 8)
Figura 8. Edición del set de reacciones.
Se despliega el menú de “Component” para seleccionar el primer reactante
“CO” (figura 9).
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Figura 9. Selección de los compuestos de la reacción.
Se introduce el coeficiente estequiométrico de la reacción balanceada en el
campo “Stoich Coeff”, para los reactivos es negativo y para los productos
positivos (figura 10).
Figura 10. Ingreso de los coeficientes estequiométricos.
Se procede de igual forma con los demás compuestos de la reacción y se
introduce el grado de conversión “100 %” (figura 11).
Figura 11. Edición del porcentaje de conversión.
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Al cerrar la ventana de “Conversion Reaction: Rxn-1”, en la pestaña “Set1”, dar clic en “Add to FP”, luego se escoge el paquete de datos al que se le
va a adicionar la reacción “Basis-1” y se da clic en “Add Set to Fluid
Package” (figura 12).
Figura 6. Adición de la reacción al paquete de simulación.
5. Ingreso al ambiente de simulación:
Seleccionar el modo “Simulation” (figura 13).
Figura 13. Ingreso al campo de simulación.
6. Crear el esquema de componentes:

Corrientes de entradas al reactor: de la paleta de componentes
seleccionar la corriente de masa entrada del combustible (CO) y
llevarla al campo de simulación (figura 14).
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Figura 14. Selección de las corrientes de masa.
De igual forma se ubica otra corriente (figura 15).
Figura 15. Corrientes de entrada.
Seleccionar la corriente 1 para editar sus propiedades dando doble clic
sobre ella. Editar los campos respectivos con los valores (figura 16):
Nombre:
Temperatura:
Flujo molar:
Presión:
combustible
50 °F
1 lbmol/h
2 atm
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A continuación se edita la composición de la corriente, escogiendo
“Composition”, luego “edit” y en la ventana emergente se introduce la
fracción molar de “1” (compuesto puro) para el CO y “OK” (figura 17).
Figura 16. Edición de las propiedades de la corriente 1.
Figura 17. Especificación de la composición de la corriente 1.
Se cierra la ventana y se selecciona la segunda corriente, editando sus
propiedades (figura 18):
Nombre:
Temperatura:
Flujo molar:
Presión:
aire
1000 °F
3.57 lbmol/h *
2 atm
*
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Figura 18. Edición de las propiedades de la corriente 2.
Se editan las composiciones para el oxígeno (0.21) y nitrógeno (0.79) (figura 19)
Figura 19. Especificación de la composición de la corriente 2.

Reactor de conversión: de la paleta de componentes, en el menú
“Columns”, se escoge el “Conversion Reactor” y se ubica en el
campo de simulación (figura 20).
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Figura 20. Selección del reactor de conversión.
En el menú del reactor (doble clic sobre él), editar el nombre “cámara de
combustión”, en la opción desplegable “Inlets” seleccionar las corrientes
“combustible” y luego “aire” (figura 21). En los espacios de “Vapour Outlet” y
“Liquid Outlet”, como no se crearon corrientes de masa de salida, se escribe
“Gases” y “liquido” respectivamente, lo que creará las corrientes al cerrar. De igual
forma, como se quiere calcular el calor que produce el reactor, se debe tener una
corriente de energía, por lo tanto en el campo “Energy” se escribe “Qcam” para
crearla.
Figura 21. Especificaciones de la cámara de combustión.
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Al cerrar se habrán creado las corrientes de masa de salida y la de energía (figura
22).
Figura 22. Corrientes de la cámara de combustión.
En el menú de la cámara de combustión, en la pestaña “Reactions” se añade el
“Set-1”, aparecerá la reacción que fue añadida al inicio (figura 23). Todavía hay un
aviso de especificaciones desconocida “Unknown Duty” (flujo de energía
desconocido), porque falta introducir la temperatura de salida de los gases.
Figura 23. Selección de la reacción que se llevará a cabo en el reactor.
Se edita la temperatura de la corriente “Gases” a 800 °F (figura 24), con lo que se
habrán completado las especificaciones de la simulación (figura 25).
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Figura 24. Especificación de la temperatura de la corriente “Gases”.
Figura 25. Simulación finalizada.
Ubicando el cursor sobre la corriente “Qcam” se puede ver el valor del calor de la
cámara, el signo menos indica que es calor que sale del proceso (figura 26).
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Figura 26. Visualización del flujo de calor de la cámara.
De igual manera en la carpeta “Workbook”, pestaña “Energy Streams” se visualiza
el calor producido (figura 27).
Figura 27. Workbook con los resultados de la simulación.
En la pestaña “Compositions” se puede observar la composición de los gases de
combustión que abandonan la cámara (figura 28).
Figura 28. Composiciones en el Workbook de la simulación.
En la pestaña “Material Streams” se ven las características de todas las corrientes
(figura 29).
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Figura 29. Balance de masa en el Workbook.
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