Dynamic optimization of the benzene extractive distillation unit

Optimización dinámica de una unidad de destilación extractiva de benceno

En este artículo se describe el procedimiento para la elaboración de un modelo matemático que describe la operación de destilación extractiva empleando como agente un solvente no polar (N-formilmorfolina), cuya función es alterar la volatilidad relativa de las sustancias a separar. Para este fin, se utiliza el método NTRL para calcular el equilibrio y las propiedades termodinámicas de la mezcla de componentes a ser separada.

Se debe destacar que se hace una descripción detallada de cada una de las partes del proceso de destilación extractiva, el cual consta básicamente de unidad de predestilación, donde se separa el tolueno y donde la mezcla de benceno y otros compuestos no aromáticos pasan a la unidad de destilación extractiva, en la cual se adiciona el solvente empleado como agente de separación de la mezcla azeotrópica. Este solvente se recupera en la unidad de regeneración del solvente, de donde se separa del benceno y se recircula al proceso.

Se hace una explicación de los tres parámetros que se controlan en el proceso anteriormente descrito, los cuales son: la presión y la temperatura de la parte superior de la torre de destilación extractiva, y el nivel del líquido en el fondo de la torre. Las variables que se modifican para mantener estos parámetros dentro de valores adecuados de operación son: en el caso de la presión, la válvula de salida del vapor; para la temperatura, la válvula que controla el suministro de refrigerante en el condensador; en el caso del nivel del líquido en el fondo de la torre, la válvula de salida del líquido en el fondo se cierra cuando este valor se encuentra por debajo del limite establecido o se abre cuando el valor lo sobrepasa.

Para desarrollar el modelo de control de estas variables, se debe contar con las propiedades y termodinámica de las sustancias que intervienen en la separación, así como con los balances de masa y energía para la torre a partir de los cuales es posible elaborar modelos matemáticos que describan la operación en cada una de las partes de la torre.

Finalmente, se hace un análisis de diferentes casos de estudio en donde se tienen en cuenta aspectos tales como el efecto del solvente (agente de separación en la destilación extractiva) en la temperatura adecuada de entrada de la alimentación, y el efecto de la relación solvente-alimentación, empleando una optimización dinámica.