Columna de Destilación Binaria


  1. Descripción del Proceso
    La columna de destilaciónn binaria que se considera es la denominada Columna A, originalmente modelada por S. Skogestad y M. Morari en [1], y que también puede encontrarse en el libro [2] de Skogestad y Postlehwaite. La información detallada de la columna, junto con los modelos Matlab/Simulink de la misma desarrollados por el Prof. S. Skogestad, pueden encontrarse en el siguiente link. La columna tiene 40 platos y produce la separación de una mezcla binaria con una volatividad relativa de 1.5, en productos con un 99 % de pureza. El modelo se realizó basándose en balance de masa y balance de energía en estado estacionario, y consiste de un conjunto de ecuaciones diferenciales algebraicas no lineales. Las siguientes hipótesis fueron usadas para la construcción del modelo: mezcla binaria; presión constante; volatividad relativa constante; equilibrio en todas las etapas; flujo molar constante; no existencia de vapor holdup; dinámica de líquido linealizada, pero que afecta al flujo de vapor (el denominado efecto "K2") ha sido incluido. La columna tiene 40 platos, un recalentador en la base y un condensador del flujo de salida en el tope de la columna. Un diagrama esquemático de la columna se representa en la Figura 1.

    column A Figura 1: Diagrama esquemático de la columna de destilación binaria.

    Este proceso ha sido estudiado por diversos investigadores y representa un problema paradigmático de control de procesos. Las entradas del sistema son el flujo de alimentación F(feed flow rate), la composición del flujo de alimentación zF (feed composition), el flujo de vapor V (vapor flow rate), y el factor de reflujo L (reflux ratio). Típicamente, las variables manipuladas son el factor de reflujo y el flujo de vapor, en tanto que las otras entradas se mantienen constantes, y sus variaciones alrededor del valor nominal son consideradas como perturbaciones. Las salidas del sistema son el flujo en el tope de la columna D, la composición en el tope de la columna xD, el flujo en la base de la columna B, y la composición en la base de la columna xD. Las salidas de interes (i.e., las variables controladas) son las composiciones en el tope y en la base de la columna, y típicamente el objetivo de control es lograr un determinado porcentaje de pureza en la composición en el tope de la columna y en la base de la columna. Este problema se conoce como problema de control de composición dual y la configuración de Figura 1, denomina configuración L-V.

  2. Condiciones Nominales de Operación

    condiciones nominales

    Esto resulta en un producto destilado con un flujo D=0.5 [kmol/min] y composición xD = xNT = 0.99 [mole fraction units], y un producto en la base de la columna con un flujo B = 0.5 [kmol/min] y composición xB = x1 = 0.01 [mole fraction units].
  3. Archivos Matlab/Simulink
    Para simular la columna deberá bajar los siguientes archivos: La simulación de la columna en condiciones nominales de operación puede realizarse a partir del modelo colas_nonlin.mdl.
  4. Referencias
    [1]Skogestad, S. and Morari, M.. "Understanding the Dynamic Behavior of Distillation Columns", Ind. & Eng. Chem. Research , Vol. 27, No. 10, pp: 1848-1862, (1988).
    [2]Skogestad, S and Postlethwaite, I.. Multivariable feedback control, Wiley, 1996.


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