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Modelo Matematico Para El Sistema De Enfriamiento De Torres De Destil


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#1 Guest_rodnyjc_*

Guest_rodnyjc_*
  • guestGuests

Posted 28 March 2011 - 09:13 AM

Saludos a todos los miembros.

Como parte de mi investigación para la tesis de grado (Estrategia de control para la presión en el tope de columnas de destilación atmosférica), llegue a la parte de la modelación del sistema, en este caso para el sistema de enfriamiento del tope de la torre (top). De conjunto con mi tutor basado en el sistema de enfriamiento por aire del cual tenemos los datos y es el usado en la torre donde se realizan los experimentos, llegamos a ecuaciones que vinculan el flujo de vapor de entrada, el enfriamiento y la cantidad de vapor, liquido que sale del condensador. Me faltaría la influencia de la relación vapor liquido en la presión del sistema, presumo que esta relación se puede obtener a partir de una ecuación del tambor de condensado, asumiendo un nivel de fase liquido en el tambor constante (estado de equilibrio). En esta ecuación es posible que junto a otros parámetros estén los que me interesan: relación vapor, líquido y presión.

Necesito si alguien tiene información sobre este tema, o conoce esta ecuación del tambor del condensado, o me pueda decir que lo que asumí no es correcto me responda por favor.

gracias de antemano.

Rodny Jiménez Cabrera. estudiante 5to año Ing en Automática. Cuba.




#2 Art Montemayor

Art Montemayor

    Gold Member

  • Admin
  • 5,583 posts

Posted 28 March 2011 - 12:06 PM



Rodny:

Este tema es, básicamente, el mismo que se presento en tu hilo del 14 del presente mes. Vuelvo a repetir lo que comente en aquella oportunidad:

“El control de presión de una columna de destilación se hace normalmente controlando la presión de vapor que existe en la parte superior de la torre – lo que tú llamas “el tope”. La presión de una columna siempre se mide en el tope de la columna y como el líquido que existe allí está saturado a una debida temperatura, la presión que se registra es la presión de vapor que le corresponde a ese líquido. Esto es uno de principios básicos de la ingeniería química. Debido a que la presión de vapor varía según su temperatura del líquido saturado, la forma como controlamos la presión en la torre es a través del control de temperatura del líquido (o el ‘reflujo’) en el tope de la columna.”

Ya que tu tesis de grado trata con el control de una torre de destilación, supongo que cuentas con el apoyo de un ingeniero químico que te puede guiar y darte las pautas que se acostumbran para controlar una torre de destilación. A lo contrario, va ser difícil poder explicarte lo que ocurre en dicha torre si es que no has tenido los cursos universitarios que se acostumbran para esta disciplina. Por ejemplo, es primordialmente importante dominar el conocimiento sobre la destilación – una parte del estudio de Operaciones Unitarias que forman la base de la preparación de un ingeniero químico. El diseño y la operación (conjuntamente con el control) de una torre de destilación se estudian en los cursos de las Operaciones Unitarias y requiere un conocimiento fuerte de la química y la física como pre-requisito.

Por ejemplo, como he anotado, la temperatura de un líquido saturado determina la presión de vapor que el mismo desarrolla en equilibrio dentro un sistema. La ley de Raoult nos da una aproximación a la presión de vapor de una mezcla de líquidos. La Ley de Raoult establece que la relación entre la presión de vapor de cada componente en una solución ideal es dependiente de la presión de vapor de cada componente individual y de la fracción molar de cada componente en la solución.

Puedes encontrar información sobre la presión de vapor en:
http://es.wikipedia....resión_de_vapor

No es posible controlar la presión de una torre de destilación sin emplear el concepto de la presión de vapor – debido a que eso es lo que ocurre dentro la torre. No existen “ecuaciones” o relaciones que te permiten llegar a una solución a tu problema sin tener que confrontar la presión de vapor y su aplicación en un sistema de destilación. Este concepto te permite condensar el vapor que sale del tope de tu torre en un condensador – pero SOLO CONDENSARLO. Esto es decir, en otras palabras, que el condensado resultante está en la condición de saturación – y no sub-enfriado. Tomando esto como un hecho, entonces podemos relacionar la presión de vapor del condensado con la presión que existe en el tope de la torre – ya que ambas temperaturas son iguales.

Entonces, podemos ver que controlando la temperatura del líquido que existe en el primer “plato” de la torre superior, podemos controlar la presión de vapor que este plato riende – ya que esta en las condiciones de saturación.

El “reflujo” que empleamos en la destilación nos ayuda controlar esta temperatura – y la resultante presión de vapor. El reflujo es necesario por razones de pureza del producto de vapor que sale por la parte superior de la torre.

Ojala esto te ayuda entender el concepto basico de destilación y como controlamos una torre.



#3 Guest_rodnyjc_*

Guest_rodnyjc_*
  • guestGuests

Posted 29 March 2011 - 03:01 PM

Gracias por su explicación

Para una mejor comprensión de que es lo abordado en mi tesis le hago algunos comentarios

El control de la presión en mi sistema de estudio no se realiza mediante la temperatura del reflujo, existe un enfriador que acondiciona la temperatura del reflujo (ver figura), pero esto es para el control de temperatura en el tope de la torre, la cual se trata de mantener lo más estable posible. Pero ese es un lazo independiente.

El lazo al que hago referencia en mi torre es el relacionado con un controlador que luego de obtener el valor de la presión en el tope, según este valor envía una señal a la válvula. Para aumentar la presión abre, dejando pasar mayor cantidad de gases sin condensar, para disminuirla cierra, produciéndose una mayor condensación en el enfriador ante la presencia de un flujo mayor a través de él y con ello la disminución de la presión. Si con el cierre de la válvula no se logra disminuir la presión entonces se enciende un nuevo motor adicional a los que ya estaban.

file:///C:/DOCUME%7E1/lherrera/CONFIG%7E1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg

Esta estrategia presenta la problemática de que la válvula realiza cambios bruscos (0-100% en segundos) y con ello un motor en muchos casos enciende y apaga muy seguido, esto puede traer roturas, además del gasto energético (corriente de arranque del motor puede ser cinco veces la nominal).

Mi tesis se basa en la búsqueda de una estrategia de control más eficiente, lo que tenemos pensado es el uso de variadores de frecuencia en al menos dos motores, e incluso prescindir de la válvula.

Pero para todo esto, se necesita demostrar cómo trabaja esta nueva estrategia, dado que no se puede hacer la prueba en la planta, por todo lo que representa…. Se hace necesario hacerlo de forma simulada. En este punto es donde me encuentro estancado, porque necesitaría un modelo matemático aproximado de una torre de destilación. Que permita haciéndole variaciones en el flujo de vapor (perturbación), calcular cuánto enfriamiento se necesita para mantener la presión constante ante esas variaciones.

Espero que mi problema este más claro y eso permita que la comunidad me ayude a encontrar respuesta, aunque por supuesto también estoy haciendo mis estudios y gestiones con varios especialistas aquí.

Saludos Rodny Jiménez






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