Development of a robust algorithm to compute reactive azeotropes

Desarrollo de un algoritmo robusto para calcular azeotropos reactivos

Son muchos los esfuerzos que se realizan hoy en día con el fin de desarrollar modelos matemáticos capaces de representar los complejos fenómenos que se presentan en las operaciones de destilación reactiva. En este trabajo, los autores presentan dos modelos matemáticos, programados en dos paquetes de software, cuyo fin es caracterizar las mezclas reactivas para operaciones de destilación. Con ello, se presenta el desarrollo de un algoritmo robusto de cálculo que permite obtener diagramas de equilibrio reactivo de fases y hallar los posibles “azeótropos reactivos” que se puedan presentar durante la operación. Además, permite determinar si existen o no tales azeótropos, lo cual es una de las cuestiones más complicadas de establecer en este tipo de sistemas sin experimentación. El documento también presenta programas que permiten determinar curvas residuales de destilación reactiva.

Los resultados obtenidos con el software desarrollado se compararon con los publicados en la bibliografía para distintos sistemas analizados experimentalmente. Dada la cercanía de los resultados, se pudo concluir que los modelos y algoritmos desarrollados modelan adecuadamente este tipo de equilibrios.

Systematic generation of the optimal and alternative flowsheets for azeotropic-distillation systems

Generación sistemática de diagramas de flujo óptimos y alternativos para sistemas de destilación azeotrópica

Los mecanismos más usados para el análisis de procesos de destilación azeotrópica incluyen métodos gráficos, manejo de heurísticas, entre otros. Esto hace que en el desarrollo de éstos exista gran incertidumbre, por lo cual los resultados obtenidos se alejan del óptimo.

Los autores expresan claramente en el documento que, dada su experiencia, esto no debe ser así y que el análisis de este tipo de sistemas se debe hacer de manera iterativa y recurrente hasta llegar al óptimo, tanto para el diseño de sistemas sencillos de destilación como para el desarrollo de sistemas más complejos.

En este documento, los autores proponen un método algorítmico que permite llegar al óptimo, o lo más cerca de éste posible para sistemas de destilación azeotrópica.

El método convierte el mapa de curvas de destilación del sistema en un solo diagrama multidimensional que facilita la determinación de zonas de operación y la selección de la zona en la cual se hallen las mejores condiciones. Luego de determinada la zona de trabajo, el método es capaz de general expresiones analíticas (ecuaciones diferenciales) que, ajustadas a las propiedades fisicoquímicas y limitaciones del sistema y del proceso, analizan la zona en cuestión, estableciendo de esta manera los puntos más adecuados para la operación.

Diseño y operación de una columna de destilación extractiva

Design and operation of an extractive distillation column

En este trabajo, se aborda la etapa de la deshidratación de alcohol, a través de un análisis de la tecnología de destilación extractiva aplicada a nivel industrial. Con base en el análisis realizado y la información preliminar obtenida, se realiza el diseño y construcción de una columna de destilación extractiva a nivel piloto, que tiene una capacidad de procesamiento de 50 l/h de etanol azeotrópico y en la que es posible obtener alcohol con concentraciones superiores al 99% molar de etanol. La ingeniería del proceso y el diseño se dividen en dos etapas: una fase conceptual, soportada en un análisis termodinámico, y la simulación del proceso en estado estacionario, para establecer las principales condiciones de operación y los balances de materia y energía que sirven como punto de partida para la fase posterior. Luego, se desarrolla una fase de diseño de las unidades, en la que se establecen las principales dimensiones y características de construcción de los equipos del sistema de destilación extractiva y se definen las condiciones de operación de cada uno, de acuerdo a su funcionalidad dentro del sistema.

La altura de la columna de destilación extractiva y el empaque de la misma se determinan con cálculos de modelos de no-equilibrio contenidos en el módulo RATEFRAC del simulador Aspen Plus. Se encuentra que los modelos de no-equilibrio dan una mayor aproximación al comportamiento real del equipo, y que el análisis de las velocidades de transferencia de masa en cada sección de la columna explica los perfiles de composición y temperatura finalmente obtenidos.