Diseño de columnas de destilación para sistemas binarios. Enfoques tradicional e integrado

• Autores: Jesús Ceballos, Carlos Eduardo Segura García, Alexander R. Peraza
• Localización: Interciencia: Revista de ciencia y tecnología de América, ISSN 0378-1844, Vol. 38, Nº. 8, 2013, págs. 547-553
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    Se explora un método para efectuar el Diseño Integrado de procesos de una columna de destilación binaria, el cual considera la dinámica del proceso y su control conjuntamente, desde la fase de diseño, garantizando que el sistema responda adecuadamente frente a posibles perturbaciones. Primero se establece el algoritmo para la solución de problemas de programación no lineal con ecuaciones algebraica diferenciales (NLPDAE), y después se plantean todos los aspectos técnicos necesarios que describen el sistema, tales como criterios para el diseño de control, basados en la respuesta completa del sistema (error cuadrático integral) en conjunto con algunos aspectos de la respuesta (índice de disminución y sobremodulación). Para el diseño de procesos se determinan las dimensiones físicas de las unidades, condiciones de operación y parámetros de entonación del control que optimicen tanto los criterios económicos como la controlabilidad del proceso y a la vez garanticen una operación factible. Se desarrolla e implementa el algoritmo de cálculo y se valida la metodología propuesta para el diseño de torres de destilación binaria comparando la simulación diná- mica del sistema con y sin control diseñado con los enfoques del Diseño Tradicional y del Diseño Integrado. Se sometió el sistema a una perturbación de 10% y se observa cómo es la respuesta dinámica. Se demuestra en todos los casos que el Diseño Integrado presenta mejor desempeño que el Diseño Tradicional;

    su respuesta es mejor con un tiempo de asentamiento más rápido y un sobreimpulso menor.

  • English

    A method is explored to carry out the Integrated Design process of a binary distillation column, which considers together the dynamics of the process and its control, from the design phase, ensuring that the system responds appropriately to disturbances. First, the algorithm for solving nonlinear programming problems is established with differential algebraic equations (NLP-DAE), and thereafter all technical aspects necessary to describe the system are set out, such as criteria for control design based on the full response of the system (integral squared error) together with some aspects of the response (decline rate and overshoot). For process design the physical dimensions of the units, operating conditions, and control and tuning parameters to optimize both economic criteria and process control, while ensuring a feasible operation, are determined. and implements An algorithm for calculation is developed and the proposed methodology validated for the design of binary distillation towers, comparing the dynamic simulation of the system with and without control designed with both traditional and integrated approaches.

    The system was subjected to a disturbance of 10% and the dynamic response observed. It is shown that in all cases the integrated designhas a better performance than the traditional design; its response is better, with a faster settling time and less overshoot.

  • português

    Explora-se um método para efetuar o Desenho Integrado de processos de uma coluna de destilação binária, o qual considera a dinâmica do processo e seu controle conjuntamente desde a fase de desenho, garantindo que o sistema responda adequadamente diante de possíveis perturbações. Primeiro se estabelece o algoritmo para a solução de problemas de programação não linear com equações algébrico- diferenciais (NLP-DAE), e depois se sugerem todos os aspectos técnicos necessários que descrevem o sistema, tais como critérios para o desenho de controle, baseados na resposta completa do sistema (erro quadrático integral) em conjunto com alguns aspectos da resposta (índice de diminuição e sobre modulação). Para o desenho de processos se determinam as dimensões físicas das unidades, condições de operação e parâmetros de entonação do controle que aperfeiçoem tanto os critérios econômicos como a controlabilidade do processo e por sua vez garantirem uma operação factível. É desenvolvido e implementado o algoritmo de cálculo e validada a metodologia proposta para o desenho de torres de destilação binária comparando a simulação dinâmica do sistema com e sem controle desenhado com os enfoques do Desenho Tradicional e do Desenho Integrado. Submeteu-se o sistema a uma perturbação de 10% e se observa como é a resposta dinâ- mica. Demonstra-se em todos os casos que o Desenho Integrado apresenta melhor desempenho que o Desenho Tradicional;

    sua resposta é melhor com um tempo de assentamento mais rá- pido e um sobre impulso menor.