Estudio comparativo del diseño de reactores de mezcla completa: enfoque tradicional e integrado

• Autores: Carlos Eduardo Segura García, Jesús Ceballos, Irina Leon
• Localización: Interciencia: Revista de ciencia y tecnología de América, ISSN 0378-1844, Vol. 39, Nº. 4, 2014, págs. 241-248
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    En el presente trabajo se hace un estudio comparativo entre el diseño integrado de reactores mezcla completa y el diseño tradicional. Primero se establece el algoritmo para la solución de problemas de programación no lineal con ecuaciones algebraica diferenciales (NLP-DAE), y luego 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 utilizaron balances de materia y energía en estado transitorio en conjunto con restricciones en la máxima temperatura permitida en los reactores, mínimo grado de conversión posible y relación entre la altura y el diámetro de los equipos. Se desarrolla e implementa el algoritmo de cálculo y se valida la metodología propuesta para el diseño de reactores mezcla completa comparando la simulación dinámica del sistema diseñado con los enfoques, y sometidos a incrementos de 10, 20 y 30% en la temperatura de entrada. 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.

  • português

    No presente trabalho se faz um estudo comparativo entre o desenho integrado de reatores de mistura completa e o desenho tradicional. Primeiro se estabelece o algoritmo para a solução de problemas de programação não linear com equações algébrico-diferenciais (NLP-DAE), e logo 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 utilizaram balances de matéria e energia em estado transitório, em conjunto com restrições na máxima temperatura permitida nos reatores, mínimo grau de conversão possível e relação entre a altura e o diâmetro dos equipamentos. Desenvolve-se e implementa o algoritmo de cálculo e se valida a metodologia proposta para o desenho de reatores de mistura completa comparando a simula- ção dinâmica do sistema desenhado com os enfoques, e submetidos a incrementos de 10, 20 e 30% na temperatura de entrada.

    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 rápido e um sobre impulso menor.

  • English

    The study corresponds to a feasibility project, supported by a descriptive document. It sets the algorithm for solving nonlinear programming problems with mixed integer differential algebraic equations. It sets all aspects necessary to describe the system, such as criteria for the design control and mathematical modeling, in conjunction with logical constraints to develop the integrated design of continuous stirred tank reactors.

    First, the algorithm for solving nonlinear programming problems with differential algebraic equations (NLP-DAE) is established, and then all technical aspects necessary to describe the system, such as criteria for the design of control, based on the response full system (integral square error, integral criterion) are presented together with some aspects of the response (over shoot decrease index). For process design, material and energy balances were used in transient state, as well as in conjunction with restrictions on the maximum allowable temperature in the reactors, minimum possible degree of conversion and relationship between height and diameter of the equipment. The calculation algorithm is developed and implemented, and the proposed methodology is validated for the design of complete mix reactors, comparing the dynamic simulation of the system with and without control designed with the two approaches, and subjected to increments of 10, 20 and 30% in the entry temperature.

    It is shown that in all cases the integrated design has a better performance than the traditional design, with a faster setting time and less overshoot.