Descripción: |
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.
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