Resumen

El diseño e implementación de una estructura de control es determinante para el adecuado funcionamiento de una planta química, particularmente cuando existen reciclos de materia. En el presente trabajo se analizan diferentes estructuras de control para una planta simplificada de producción de etilbenceno, la cual cuenta con una sección de reacción (dos reactores CSTR en serie), una sección de separación (secuencia directa de columnas de destilación) y dos reciclos que conectan ambas secciones.

De manera inicial se exploró la existencia del efecto "snowball" llevando a cabo un análisis de sensibilidad en estado estacionario con ayuda del simulador Aspen Plus®. Para dicho análisis se hicieron cambios en tres variables de proceso: flujo de alimentación fresca de etileno, flujo de alimentación fresca de benceno y temperatura de operación en el primer reactor. Se monitoreó la respuesta en los flujos de los reciclos, el volumen de los reactores, la pureza del producto final, y las cargas térmicas de las dos columnas de destilación. Se encontró que las variables de salida del proceso son especialmente sensibles a cambios en la alimentación de benceno y en la temperatura del reactor, y que en el caso de las cargas térmicas pueden existir soluciones múltiples

Utilizando como base los resultados del estado estacionario, se realizaron las simulaciones en estado dinámico en el simulador Aspen Dynamics®. Se analizó el desempeño dinámico de tres estructuras de control para el proceso de producción de etilbenceno ante una perturbación de +20 % en el flujo de alimentación fresca de etileno. Las estructuras analizadas fueron: la estructura de control propuesta por Luyben (2002) para minimizar el efecto "snowball", la estructura de control de Larsson y colaboradores (2003) para minimizar el consumo energético y una estructura propuesta por Alpuche y Ramírez (2009).

Se observó que al implementar la estructura propuesta por Luyben (2002) el sistema tiene una respuesta aceptable, pero presenta oscilaciones considerables y algunas variables se estabilizan por arriba del valor nominal. La estructura de Larsson y colaboradores (2003) presentó problemas de convergencia, debido a que los flujos de reciclos se redujeron drásticamente, por lo que no fue posible obtener datos de las respuestas del sistema.

En la presente tesis se propone una modificación a la estructura de Larsson y colaboradores (2003) mediante la introducción de un controlador de flujo en una de las corrientes para minimizar el efecto "snowball", combinando los mejores elementos de las estructurasprecedentes. A la estructura modificada se le nombró estructura de Alpuche y Ramírez (2009), y a pesar de que no se encontró una reducción en el consumo energético en las columnas de destilación, se consiguió una operación con menos oscilaciones y un menor tiempo de respuesta.

Índice de contenido

Portada (archivo pdf, 176 kb)

Índices (archivo pdf, 253 kb)

Glosario (archivo pdf, 268 kb)

Capítulo 1. Introducción (archivo pdf, 185 kb)

Capítulo 2. Revisión Bibliográfica (archivo pdf, 616 kb)

Capítulo 3. Metodología (archivo pdf, 587 kb)

Capítulo 4. Análisis de resultados (archivo pdf, 1 mb)

Capítulo 5. Conclusiones y Recomendaciones (archivo pdf, 200 kb)

Referencias (archivo pdf, 345 kb)

Apéndice A. Cuadro de corrientes de la simulación en Aspen Plus® (archivo pdf, 267 kb)

Alpuche Manrique, M. 2009. Análisis de estructuras de control para minimizar el efecto “snowball” en un sistema con reciclos. Tesis Licenciatura. Ingeniería Química con área en Ingeniería de Procesos. Departamento de Ingeniería Química y Alimentos, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Mayo. Derechos Reservados © 2009.