Resumen

Diversos autores han comprobado las ventajas que ofrece el empleo de columnas térmicamente acopladas en destilación, especialmente la secuencia Petlyuk, las cuales pueden proporcionar ahorros de hasta el 30% en el consumo energético y en el costo del equipo, comparadas contra secuencias convencionales. Sin embargo, su uso en la industria aún no se ha extendido debido a las dificultades que representan su diseño y control.

En este trabajo se realizó un análisis del comportamiento dinámico de diversas secuencias Petlyuk diseñadas dentro de la región de mínimo consumo de energía señalada por Christiansen y Skogestad (1997). Se estudiaron tres mezclas (con ESI distintos) ternarias alimentadas con tres composiciones diferentes, dando un total de nueve casos de estudio. Para cada uno se realizó el diseño de las secuencias Petlyuk empleando el método corto de Castro y Jiménez (2002) y se obtuvieron las condiciones que delimitan la región de mínimo consumo de energía: separación preferida (SP) y columnas balanceadas (CB). Empleando métodos rigurosos, en el simulador comercial Aspen Plus®, se optimizaron las condiciones de operación, teniendo como función objetivo la minimización de la carga térmica del rehervidor (OA).

Para todos los diseños se realizó un análisis de su comportamiento dinámico ante perturbaciones en la carga térmica y en el reflujo. Con base en los resultados generados, se eligieron dos casos representativos y colocaron lazos de control para mantener las composiciones del destilado y de los fondos en su especificación de diseño, evaluando sus respuestas ante perturbaciones en la alimentación.

Se concluyó que los valores iniciales de los diseños que calcula el método corto son suficientes para correr la simulación rigurosa sin problemas de convergencia, aunque siempre resulta necesario realizar ajustes para alcanzar las composiciones deseadas. Las regiones de mínimo consumo de energía encontradas en las simulaciones rigurosas son consistentes con las predichas por el método corto. Tanto este método como el riguroso coinciden en que se requiere un menor suministro de energía cuando alguna de las separaciones es más sencilla, es decir cuando ESI es diferente de 1.

En el análisis dinámico a lazo abierto se observó que el comportamiento de los sistemas ante en el reflujo, y viceversa. En todos los casos, los diseños OA se estabilizan más rápido y en composiciones más parecidas a las especificadas.

Para los sistemas con controladores en composición tanto las perturbaciones en presión como fracción vaporizada pueden ser controladas de manera adecuada. Los mayores problemas se presentan al aumentar el flujo de alimentación, pues ninguno de los sistemas alcanzó a estabilizarse. Aunque los lazos propuestos para mantener las composiciones de los productos son dos de los más recomendados, la sintonización de los controladores generó ganancias elevadas, lo cual dificulta el control de las columnas.

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Sosa Fernández, P. A. 2009. Análisis del comportamiento dinámico de secuencias Petlyuk diseñadas dentro de la región de mínimo gasto de energía. Tesis Licenciatura. Ingeniería Química con área en Ingeniería de Procesos. Departamento de Ingeniería Química y Alimentos, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Enero. Derechos Reservados © 2009.