UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO” Facultad de Ingeniería Química e Industrias Alimentarías
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROYECTO PARA PARA PROCESO DE OBTENCION DE ACETATO DE BUTILO
ASIGNATURA ASIGNAT URA
SI!ULACION DE "ROCESOS DOCENTE
ING# $ULIO TIRADO VA VASQUE% SQUE%
INTEGRANTES
CUCTODIO GON%ALES LUIS !IGUEL NAVA !EGO ANT&ON'
Lambayeque, Lamba yeque, ABRIL del 2017
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DISEÑO Y CONTROL CO NTROL DEL PROCESO PARA OBTENCION DE ACETATO DE BUTILO
El acetato de butilo puede producirse edia!te la reacci"! de acetato de etilo co! co ! bu buta ta!o !oll e! u! u!a a re reac acci ci"! "! re re#e #ers rsib ible le$$ e! %a %ase se l&l&'u 'uid ida$ a$ lili(e (era rae e!t !te e e)ot*rica+ El eta!ol es el se(u!do producto+ La co!sta!te de e'uilibrio 'u&ico es e!or 'ue la u!idad$ por lo 'ue el e%lue!te del reactor co!tie!e ca!tida ca! tidades des si( si(!i% !i%ica icati# ti#as as de los rea reacti# cti#os$ os$ 'ue deb debe! e! rec recupe uperar rarse se par para a su reciclado al reactor+ Las #olatilidades so! tales 'ue ,a- tres colu!as de destilaci"! - dos corrie!tes de reciclado+ El e'uilibrio l&'uido.l&'uido !o ideal /0LE da coo resultado dos a2e"tropos 'ue debe! ser co!siderados+ La priera colu!a /C1 lle#a los dos copo!e!tes li(eros por e!cia /acetato de etilo - eta!ol - los dos copo!e!tes pesados por el %o!do /buta!ol acetato de butilo+ El destilado C1 se alie!ta a u!a se(u!da colu!a 'ue produce producto eta!ol por el %o!do - u!a corrie!te de reciclo del a2e"tropo acetato de etilo 3 eta!ol e! el destilado+ El %o!do C1 se alie!ta a u!a tercera colu!a 'ue produce el acetato de butilo del producto por el %o!do u!a corrie!te de reciclo de buta!ol e! el destilado . Dado 'ue el reciclado de buta!ol se #apori2a s"lo u!a #e2 - el recicla4e de acetato de etilo se #apori2a dos #eces$ esperar&aos i!tuiti#ae!te 'ue el dise5o eco!"icae!te "ptio de este proceso prese!tara %lu4os de recicla4e de buta!ol 6s (ra!des 'ue los %lu4os de reciclado de acetato de etilo+ Este cap& ca p&tu tulo lo de deu ues estra tra 'u 'ue e es esta ta e) e)pe pect ctat ati# i#a a !o se cu cup ple le++ La co colu lu! !a a de reciclado de buta!ol debe %u!cio!ar a alta presi"! para e#itar el a2e"tropo de buta!ol 3 acetato de butilo$ por lo 'ue se !ecesita u!a %ue!te de calor 6s alta - 6s costosa para reciclar buta!ol+ Otras #ariables de optii2aci"! del dise5o i!clu-e! la teperatura del reactor$ el taa5o del reactor - la coposici"! de recicla4e de buta!ol+ Tabi*! se desarrolla u!a estructura de co!trol a !i#el de pla! pl a!ta ta - su e% e%ic icac acia ia %r %re! e!te te a pe pert rtur urba baci cio! o!es es u u-- (r (ra! a!de dess se de deu ues estr tra a edia!te siulaci"! di!6ica+ 7ue!te8 Pri!cipios - Estudios de Casos de Dise5o Siult6!eo$ Priera Edici"!+ 9illia L+ Lu-be! : ;<11 =o,! 9ile- > So!s$ I!c+ Publicado por =o,! 9ile- > So!s$ I!c+
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DISEÑO Y CONTROL CO NTROL DEL PROCESO PARA OBTENCION DE ACETATO DE BUTILO
El acetato de butilo puede producirse edia!te la reacci"! de acetato de etilo co! co ! bu buta ta!o !oll e! u! u!a a re reac acci ci"! "! re re#e #ers rsib ible le$$ e! %a %ase se l&l&'u 'uid ida$ a$ lili(e (era rae e!t !te e e)ot*rica+ El eta!ol es el se(u!do producto+ La co!sta!te de e'uilibrio 'u&ico es e!or 'ue la u!idad$ por lo 'ue el e%lue!te del reactor co!tie!e ca!tida ca! tidades des si( si(!i% !i%ica icati# ti#as as de los rea reacti# cti#os$ os$ 'ue deb debe! e! rec recupe uperar rarse se par para a su reciclado al reactor+ Las #olatilidades so! tales 'ue ,a- tres colu!as de destilaci"! - dos corrie!tes de reciclado+ El e'uilibrio l&'uido.l&'uido !o ideal /0LE da coo resultado dos a2e"tropos 'ue debe! ser co!siderados+ La priera colu!a /C1 lle#a los dos copo!e!tes li(eros por e!cia /acetato de etilo - eta!ol - los dos copo!e!tes pesados por el %o!do /buta!ol acetato de butilo+ El destilado C1 se alie!ta a u!a se(u!da colu!a 'ue produce producto eta!ol por el %o!do - u!a corrie!te de reciclo del a2e"tropo acetato de etilo 3 eta!ol e! el destilado+ El %o!do C1 se alie!ta a u!a tercera colu!a 'ue produce el acetato de butilo del producto por el %o!do u!a corrie!te de reciclo de buta!ol e! el destilado . Dado 'ue el reciclado de buta!ol se #apori2a s"lo u!a #e2 - el recicla4e de acetato de etilo se #apori2a dos #eces$ esperar&aos i!tuiti#ae!te 'ue el dise5o eco!"icae!te "ptio de este proceso prese!tara %lu4os de recicla4e de buta!ol 6s (ra!des 'ue los %lu4os de reciclado de acetato de etilo+ Este cap& ca p&tu tulo lo de deu ues estra tra 'u 'ue e es esta ta e) e)pe pect ctat ati# i#a a !o se cu cup ple le++ La co colu lu! !a a de reciclado de buta!ol debe %u!cio!ar a alta presi"! para e#itar el a2e"tropo de buta!ol 3 acetato de butilo$ por lo 'ue se !ecesita u!a %ue!te de calor 6s alta - 6s costosa para reciclar buta!ol+ Otras #ariables de optii2aci"! del dise5o i!clu-e! la teperatura del reactor$ el taa5o del reactor - la coposici"! de recicla4e de buta!ol+ Tabi*! se desarrolla u!a estructura de co!trol a !i#el de pla! pl a!ta ta - su e% e%ic icac acia ia %r %re! e!te te a pe pert rtur urba baci cio! o!es es u u-- (r (ra! a!de dess se de deu ues estr tra a edia!te siulaci"! di!6ica+ 7ue!te8 Pri!cipios - Estudios de Casos de Dise5o Siult6!eo$ Priera Edici"!+ 9illia L+ Lu-be! : ;<11 =o,! 9ile- > So!s$ I!c+ Publicado por =o,! 9ile- > So!s$ I!c+
INTRODUCCI?N =i*!e2 - Costa.L"pe21 i!%oraro! sobre la producci"! de acetato de butilo eta!ol ,acie!do reaccio!ar acetato de etilo - buta!ol e! u!a colu!a de destilaci"! reacti#a+ La corrie!te de alie!taci"! era u!a e2cla de acetato de etilo - eta!ol$ 'ue pro#e!&a de u! proceso de poli#i!il.alco,ol e! se!tido asce!de!te+ Propusiero! reaccio!ar el acetato de etilo co! buta!ol para %orar acetato de butilo - eta!ol+ Esta reacci"! e! %ase l&'uida es re#ersible co! u!a co!sta!te de e'uilibrio de apro)iadae!te la u!idad+ La ci!*tica es basta!te r6pida - los e%ectos de calor so! pe'ue5os+ E! su prier traba4o$ =i*!e2 - Costa.L"pe2; diero! i!%oraci"! @til sobre el e'uilibrio reacti#o - la ci!*tica$ 'ue se utili2" e! el cap&tulo II+ E! el se(u!do docue!to$ se estudi" u! proceso de cuatro colu!as e! el 'ue la u!idad cla#e era u!a colu!a reacti#a de destilaci"! /=i*!e2 - Costa.L"pe21+ La prese!cia de u! a2e"tropo de pu!to de ebullici"! &!io e!tre el acetato de etilo - el eta!ol ipide el uso de u!a sola colu!a reacti#a$ -a 'ue cual'uier acetato de etilo 'ue !o ,a reaccio!ado - 'ue aba!do!e la acci"! de la colu!a co! el eta!ol+ =i*!e2 - Costa.L"pe2 ale(aro! 'ue se debe a5adir u! a(e!te e)tracti#o /o.)ile!o a la colu!a de destilaci"! reacti#a+ Por supuesto$ esto si(!i%ica 'ue el arrastre debe ser recuperado e! u!a colu!a posterior+ Ade de6s$ 6s$ e)i e)iste ste la i!e i!e#it #itabl able e co! co!ta tai!a i!aci" ci"! ! de pro produc ductos tos co! pe pe'ue 'ue5as 5as ca!tidades del a(e!te de arrastre+ a!(adala et al+ estudiaro! u! proceso de destilaci"! reacti#a para la producci"! de acetato de butilo a partir de la reacci"! de buta!ol co! 6cido ac*tico+ Lu-be! et al estudiaro! ta!to u!a l6i!a de %lu4o ultiu!itario co!#e!cio!al coo u!a l6i!a de destilaci"! reacti#a para la pro produc ducci" ci"! ! de ace acetat tato o de bu butilo tilo++ Uti Utili2 li2aro aro! ! u!a opt optii ii2ac 2aci"! i"! ec eco!" o!"ic ica a sipli%icada - ,eur&stica para desarrollar las dos ,o4as de %lu4o+ E! este cap&tulo apliaos el traba4o pre#io e)ai!a!do co! 6s detalle el proceso co!#e!cio!al co! u! reactor - tres colu!as de destilaci"!+ Se utili2a u! a!6lisis eco!"ico ri(uroso para deteri!ar los %lu4os "ptios de las dos corrie!tes de reciclado+ La co!clusi"! es co!tra.i!tuiti#a8 el recicla4e "ptio de acetato de etilo es a-or 'ue el reciclado de buta!ol+ Se desarrolla - se prueba u!a estructura de co!trol di!6ico e! toda la pla!ta+ E! este estudio se utili2a! los productos de siulaci"! coercial Aspe!Plus Aspe!Plus - Aspe!D-!aics+ 1+; CINTICA UFGICA Y EUILIBR EUILIBRIO IO DE 7ASE 1+;+1 Ci!*tica 'u&ica - e'uilibrio 'u&ico GeAc H BuO GeO H BuAc La reacci"! re#ersible e! %ase l&'uida co!siderada es8 Las ci!*ticas para las reaccio!es directa e i!#ersa se basa! e! a'uellas dadas por =i*!e2 - Costa.L"pe21+ Sus #elocidades de reacci"! se da! e! u!idades de ol 3 i! 3 (cat - debe! co!#ertirse e! u!idades aceptables para Aspe! Plus$ 'ue so! Jol 3 s 3 G del #olue! del reactor+ Supo!ie!do u!a de!sidad apar ap are! e!te te de ca cata tali2 li2ad ador or de ;< ;<<< << K( 3 M M$ $ la lass e) e)pr pres esio io!e !ess ci ci!* !*titica cass utili2adas se da! a co!ti!uaci"! co! la #elocidad de reacci"! (lobal R 'ue tie!e depe de pe!d !de! e!ci cia a de pr pri ier er or orde de! ! de lo loss do doss re reac actiti#o #oss - pr prod oduc ucto tos+ s+ La Lass
co!ce!tracio!es est6! e! olalidad /Kol 3 + Las e!er(&as de acti#aci"! est6! e! K= 3 Kol - la teperatura e! J+
Obser#e 'ue las e!er(&as de acti#aci"! so! ese!ciale!te las isas$ lo 'ue si(!i%ica 'ue la reacci"! ,eato% es pe'ue5a - tabi*! 'ue la co!sta!te de e'uilibrio disi!u-e s"lo li(erae!te co! el aue!to de la teperatura+ Guestra la depe!de!cia de la teperatura de las #elocidades de reacci"! espec%icas directa e i!#ersa /K7 - KR - de la co!sta!te de e'uilibrio 'uico /JE+ G6s adela!te e! el cap&tulo 4usti%icareos la selecci"! de u!a teperatura del reactor de < J de odo 'ue las #elocidades de reacci"! espec&%icas sea! lo su%icie!tee!te ele#adas coo para co!ducir la reacci"! ese!ciale!te al e'uilibrio e! u! pe'ue5o reactor de ta!'ue de a(itaci"! co!ti!uo de Q /CSTR+ Obs*r#ese 'ue la #elocidad de reacci"! directa depe!de del producto de las dos co!ce!tracio!es de reacti#os CGeAcCBuO+ La isa #elocidad de producci"! se puede co!se(uir te!ie!do cual'uier !@ero de co!ce!tracio!es de reacti#os$ de odo 'ue el producto de las co!ce!tracio!es sea el iso+ La co!ce!traci"! de eta!ol podr&a ser (ra!de - la co!ce!traci"! de buta!ol podr&a ser pe'ue5a+ O lo co!trario podr&a ser cierto+ Estas co!ce!tracio!es depe!de! de los %lu4os relati#os de los dos reciclos+ La reacci"! - el sistea de se(u!do orde! so! siilares a los estudiados ,ace casi dos d*cadas utili2a!do el e'uilibrio ideal del l&'uido de #apor /T-reus Lu-be!+ E! este traba4o a!terior$ ,a- dos corrie!tes de reciclo$ u!a corrie!te de reciclado pesada desde el %o!do de la priera colu!a de destilaci"! - u!a se(u!da corrie!te de reciclado li(ero desde la parte superior de otra colu!a de destilaci"!+ La eco!o&a %a#oreci" el uso de u!a a-or ca!tidad de reciclado pesado 'ue la lu2 reciclar por'ue el reciclado pesado !o te!&a 'ue ser #apori2ado+ Este resultado es i!tuiti#o - esperaos 'ue sea (e!erale!te cierto e! uc,os procesos co! 'u&ica siilar$ e'uilibrio de %ase - topolo(&a de %lu4o de traba4o El proceso co!siderado e! el prese!te traba4o utili2a susta!cias 'u&icas reales 'ue e),ibe! coportaie!to !oideal 0LE - re'uiere! e!tradas de e!er(&a co! di%ere!tes costos$ depe!die!do del !i#el de teperatura e! la base de la colu!a+ El resultado de estas di%ere!cias e!tre sisteas ideales - !o ideales es el resultado co!trario al i!tuiti#o 'ue deber&a ,aber 6s reciclado de lu2 'ue reciclar pesado+
1+E'uilibrio 0apor.L&'uido El e'uilibrio de %ase de este sistea de cuatro copo!e!tes es cople4o debido a la e)iste!cia de dos a2e"tropos bi!arios+ Utili2a!do las propiedades %&sicas de NRTL /se(@! lo recoe!dado por =i*!e2 - Costa.Lope21$ Aspe! Plus predice dos a2e"tropos bi!arios8 1+ El acetato de etilo - el eta!ol %ora! u! a2e"tropo ,oo(*!eo de pu!to de ebullici"! &!io co! u!a coposici"! de $1 e! oles de acetato de etilo a 1$1 at - ;$; J+ 0*ase la %i(ura ;+ El buta!ol - el acetato de butilo %ora! u! a2e"tropo ,oo(*!eo de pu!to de ebullici"! &!io co! Coposici"! de V$< e! oles de buta!ol a 1 at - V$ J+ 0*ase la %i(ura V+a+ A ; at$ la coposici"! a2eotr"pica es $; e! oles de buta!ol+ El a2e"tropo desaparece cua!do la presi"! se ele#a a apro)iadae!te at+ Si! ebar(o$ u! pelli2co se#ero e! el alto %i!al del buta.!ol de la cur#a del )- toda#&a e)iste+ E! este estudio se utili2a u!a presi"! de %u!cio!aie!to de Q at para disi!uir el pelli2co /#*ase la %i(ura V+b$ pero se e!cue!tra 'ue la pure2a del destilado de s"lo < e! oles de buta!ol es el "ptio eco!"ico para la corrie!te de reciclado de buta!ol+ A u!a presi"! de Q at$ la teperatura de base e! la colu!a de destilaci"! de Q J re'uiere el uso de #apor de alta presi"! /Q; at+ El prier a2e"tropo si(!i%ica 'ue cual'uier colu!a 'ue separa el acetato de etilo del eta!ol puede producir eta!ol de alta pure2a e! los %o!dos pero s"lo puede producir u! destilado 'ue tie!e u!a coposici"! pr")ia a la coposici"! a2eotr"pica+ E! este traba4o se especi%ica la colu!a de reciclado de acetato de etilo para producir u! destilado co! u!a coposici"! de Q e! oles de acetato de etilo+ U!a presi"! de colu!a de 1$1 at da u!a
teperatura de tabor de re%lu4o de ; J$ 'ue perite el uso de a(ua de re%ri(eraci"! e! el co!de!sador+ El se(u!do a2e"tropo tie!e u!a depe!de!cia de presi"! i!usual+ E! la a-or&a de los sisteas 'u&icos$ la presi"! crecie!te ue#e la coposici"! del a2e"tropo a la i2'uierda /se #uel#e e!os rico e! el copo!e!te 6s li(ero+ Pero el e%ecto co!trario se uestra e! el sistea buta!ol 3 acetato de butilo$ coo se uestra e! la 7i(ura V++ E! este estudio$ la colu!a de buta!ol 'ue separa buta!ol - acetato de butilo %u!cio!a a Q at+ Si esta separaci"! se lle#" a cabo a ba4a presi"!$ el
Buta!ol reciclado de !ue#o al reactor te!dr&a u!a co!ce!traci"! 6s alta de la ipure2a de acetato de butilo+ Esto reducir&a la co!#ersi"! por paso re'uerir&a a-ores %lu4os de reciclado+ Si! ebar(o$ el i!co!#e!ie!te de operar a alta presi"! es u!a alta teperatura de base e! la colu!a de destilaci"!+ Ser&a de J si la colu!a %uese operada a 1 at$ pero la teperatura de base aue!ta ,asta Q J cua!do se opera a Q at+ Esto si(!i%ica 'ue se debe usar #apor de alta presi"! a apro)iadae!te ; J e! el re,er#idor /#apor de Q; at$ 'ue es 6s caro 'ue el #apor de Q J / at 'ue se podr&a usar co! u!a colu!a de ba4a presi"! Si! ebar(o$ e)iste u!a #e!ta4a e! el %u!cio!aie!to de u!a colu!a de buta!ol 3 acetato de butilo a alta presi"!+ La teperatura del tabor de re%lu4o a Q at es Q J$ 'ue es lo su%icie!tee!te alta para peritir la i!te(raci"! de calor co! u!a de las otras colu!as e! el proceso /la colu!a de eta!ol C;$
ue tie!e u!a teperatura de rebaba de apro)iadae!te QQ J+ El uso de la i!te(raci"! del calor !o est6 i!cluido e! este estudio$ pero ob#iae!te reducir6 el co!suo de e!er(&a+ La separaci"! de buta!ol 3 acetato de butilo es al(o di%&cil - por lo ta!to re'uiere u!a colu!a de destilaci"! co! u!a ra2"! de re%lu4o oderada /RR W 1$; - u! !@ero odesto de etapas /Q+
1.4 FLUJO DE PROCESO La %i(ura uestra el dia(raa de %lu4o del proceso despu*s de la optii2aci"! eco!"ica$ 'ue se discutir6 e! la Secci"! V+Q+ Se sui!istra! las co!dicio!es de %lu4o de la ,o4a de %lu4o$ el taa5o del e'uipo - las %u!cio!es de calor del i!tercabiador de calor+
1.4.1Reactor E! u! reactor de Q $ 'ue %u!cio!a a < J - at$ se i!troduce alie!to %resco co! u!a coposici"! de < e! oles de acetato de etilo - Q< e! oles de eta!ol - u! caudal de 1<< Kol 3 ,+ El tiepo de reside!cia e! el reactor es de apro)iadae!te i!utos$ -a 'ue la ci!*tica es r6pida - el e'uilibrio 'u&ico se alca!2a r6pidae!te+ Se a5ade buta!ol %resco /$Q Kol 3 , a u!a corrie!te de reciclado de buta!ol /1;<$ Kol 3 ,$ buta!ol al < e! oles$ acetato de butilo al 1< e! oles para dar u!a corrie!te total de buta!ol /Btot de 1V< Kol 3 , 'ue se alie!ta E! el reactor+ Se cobi!a u! reciclado de acetato de etilo 3 eta!ol /11$; Kol 3 ,$ Q e! oles de acetato de etilo$ e! oles de eta!ol co! la corrie!te de alie!taci"! /1<< Kol 3 ,$ da!do u!a corrie!te total de acetato de etilo 3 eta!ol de ;1$; Kol 3 $ 'ue se alie!ta al reactor+ Estas dos corrie!tes totales /Btot Gtot ser6! las pri!cipales #ariables de optii2aci"! del dise5o+ Los
La co!#ersi"! por paso de acetato de etilo es apro)iadae!te Q+ U!a pe'ue5a ca!tidad de calor /V K9 debe ser retirado del reactor+
1.4. Co!"#$a C1 El e%lue!te del reactor se alie!ta a la colu!a C1$ 'ue di#ide los dos copo!e!tes li(eros de los dos copo!e!tes pesados+ El acetato de etilo el eta!ol se toa! por e!cia ie!tras 'ue el buta!ol - el acetato de butilo sale! e! el %o!do+ La colu!a tie!e etapas - se alie!ta e! la Etapa ;<+ Utili2aos la co!#e!ci"! de !ueraci"! de ba!de4as de Aspe! de las ba!de4as de recue!to desde la parte superior co! el co!de!sador coo Etapa 1+ Las especi%icacio!es de esta colu!a so! al(o i!usuales+ Los copo!e!tes cla#e !o so! ad-ace!tes e! t*ri!os de pu!tos de ebullici"!+ Los pu!tos de ebullici"! !orales del acetato de etilo$ eta!ol$ buta!ol - acetato de butilo so! <$1$ $V$ <$V - $ J$ respecti#ae!te+ As& 'ue la separaci"! e! esta colu!a debe ser para e#itar 'ue el buta!ol pase por e!cia - el eta!ol sal(a por el %o!do+ Pero coo uestra! los datos de la corrie!te ostrados e! la 7i(ura V+Q$ la co!ce!traci"! de buta!ol e! el destilado es uc,o e!or 'ue la co!ce!traci"! de acetato de butilo+ E! los bot.tos$ la co!ce!traci"! de eta!ol es uc,o e!or 'ue la co!ce!traci"! de acetato de etilo+ Este coportaie!to e)tra5o puede ser el resultado de los a2e"tropos+ La especi%icaci"! para el destilado es de <$1 e! oles de acetato de butilo+ La especi%icaci"! para los %o!dos es 'ue la sua del eta!ol - del acetato de etilo es <$1 e! oles+ Para al(u!os #alores de par6etros$ la ipure2a doi!a!te e! los %o!dos es eta!ol$ pero para otros #alores de par6etros$ la ipure2a doi!a!te e! los %o!dos es acetato de etilo+ La sua de las coposicio!es se obtie!e e! el odelo Rad%rac e! Aspe! Plus seleccio!a!do abos copo!e!tes coo el copo!e!te seleccio!ado e! la caracter&stica de especi%icaci"! de dise5o+ El RR re'uerido e! la colu!a C1 es de <$1 - el ser#icio t*rico del recale!tador es de $Q G9+ El #apor de ba4a presi"! se utili2a e! el re,er#idor /Q J a at -a 'ue la teperatura de base es Q<1 J+ La colu!a %u!cio!a co! u!a presi"! de co!de!sador de 1$; at$ lo 'ue da u!a teperatura de tabor de re%lu4o de J - perite la Uso de a(ua de re%ri(eraci"! e! el co!de!sador+
1.4.% Co!"#$a C La corrie!te de destilado de la colu!a C1 se alie!ta a la colu!a C;$ 'ue produce eta!ol de alta pure2a /V$; e! oles por el %o!do - u!a corrie!te de destilado co! u!a coposici"! /Q e! oles de acetato de etilo cerca del a2e"tropo+ El destilado se recicla al reactor a u!a #elocidad de 11$; Kol 3 ,+ La colu!a tie!e ; etapas - se alie!ta e! la Etapa 1V+ Las especi%icacio!es so! Q e! oles de acetato de etilo e! el destilado <$1 e! oles de acetato de etilo e! el %o!do+ Para lo(rar estas especi%icacio!es$ el RR es <$ - el ser#icio t*rico del recale!tador es de $<1 G9+ El #apor de ba4a presi"! se utili2a e! el re,er#idor -a 'ue la teperatura de base es de QQ J+ La colu!a %u!cio!a co! u!a presi"! de co!de!sador de 1$1 at$ lo 'ue da u!a teperatura del tabor de re%lu4o de ; J - perite el uso de a(ua de re%ri(eraci"! e! el co!de!sador+
1.4.4 Co!"#$a C% El %o!do de C1 se alie!ta a la colu!a C$ 'ue produce acetato de butilo de alta pure2a /V$ e! oles por el %o!do - u! destilado rico e! buta!ol /< e! oles 'ue se recicla al reactor a u!a #elocidad de 1;<$ Kol 3 arido+ La colu!a tie!e Q etapas - se alie!ta e! la Etapa ;+ Las especi%icacio!es so! <$1 e! oles de buta!ol e! el %o!do - 1< e! oles de acetato de butilo e! el destilado+ Para alca!2ar las especi%icacio!es$ el RR es de 1$; - el de calor del recale!tador es de Q$< G9+ Dado 'ue la teperatura de base es de Q J$ se debe utili2ar #apor de alta presi"! /; J a Q; at e! el re,er#idor+ La colu!a %u!cio!a co! u!a presi"! del co!de!sador de Q at$ lo 'ue da u!a teperatura del tabor de re%lu4o de Q J+ Coo se ,a i!dicado a!teriore!te$ esta teperatura es su%icie!tee!te alta para peritir la i!te(raci"! del calor co! el rebobi!ador a ba4a teperatura /QQ J e! la colu!a C; + El co!suo e!er(*tico total de las tres colu!as de este es'uea es de 1<$ G9$ si! co!siderar la i!te(raci"! de calor+ Utili2a!do u! precio de X +V 3 = para #apor de ba4a presi"! /colu!as C1 - C; - X +V 3 = para #apor de alta presi"! /colu!a C$ el costo total de e!er(&a del proceso es X ;+VVV+<<< 3 a5o+ Las %i(uras V+ a V+ da! per%iles de teperatura - coposici"! para las tres colu!as de destilaci"!+ El sistea de co!trol desarrollado posteriore!te e! la Secci"! V+ usar6 estos per%iles de teperatura para seleccio!ar ba!de4as apropiadas para el co!trol de la teperatura+
F&'"re( Colu! C1 /a teperature pro%ile$ a!d /b copositio! pro%iles+
F&'"ra( Per%il de teperatura de la colu!a C; /a$ - /b per%iles de la coposici"!+
1.) Co$*er'e$c&a +e F!o,-eet La co!#er(e!cia de los siuladores de estado estacio!ario cua!do ,acorrie!tes de reciclado prese!tes puede ser u- di%&cil+ El proceso de acetato de butilo tie!e dos corrie!tes de reciclado$ 'ue puede! prese!tar probleas+ Si! ebar(o$ se co!si(ui" u!a co!#er(e!cia e)itosa - robusta utili2a!do la estrate(ia de %i4ar el caudal de buta!ol total Bt 'ue e!traba e! el reactor /#*ase la %i(ura V+Q #aria!do la alie!taci"! %resca de buta!ol+ Para este ob4eti#o se utili2a u!a especi%icaci"! de dise5o de %lu4o de %lu4o e! Aspe! Plus+ La corrie!te de alie!taci"! %resca$ 'ue es u!a e2cla de acetato de etilo eta!ol$ se %i4a a 1<< Kol 3 ,+ Se especi%ica u! #alor de Btot - el dia(raa de %lu4o es co!#er(e!te+ a- u!
7i(ura+ Colu!a C /a per%il de teperatura$ - /b per%iles de coposici"!
0alor @!ico del reciclado a2eotr"pico de acetato de etilo 3 eta!ol 'ue se re'uiere para co!#ertir ese!ciale!te todo el acetato de etilo e! la corrie!te de alie!taci"! e! acetato de butilo+ El reciclado es el destilado D; de la colu!a C;+ La sua de la alie!taci"! %resca - del reciclado se de!oi!a Gtot+ E! la si(uie!te secci"! #ereos los e%ectos de seleccio!ar #arios #alores de Btot e! el Gtot re'uerido - la eco!o&a resulta!te del proceso+ A edida 'ue aue!ta Btot$ Gtot disi!u-e+ El aue!to de Btot aue!ta los costos de separaci"! e! la colu!a C$ pero las disi!ucio!es correspo!die!tes e! Gtot reduce! los costos de separaci"! e! la colu!a C;+ Por lo ta!to$ e)iste u! trade.o%% e!tre estas dos #ariables+
1./ DISE0O ECONMICO OPTIMO El proceso de acetato de butilo tie!e u! (ra! !@ero de #ariables de optii2aci"! de dise5o8 dos caudales de reciclado$ taa5o - teperatura del reactor$ !@ero de ba!de4as e! cada colu!a$ posicio!es de la ba!de4a de alie!taci"! - dos coposicio!es de reciclado+ La pri!cipal cope!saci"! es e!tre el reciclado pesado /destilado D$ el reciclado de buta!ol de la colu!a C - el reciclado li(ero /destilado D;$ el reciclado a2eotr"pico de acetato de etilo 3 eta!ol de la colu!a C;+ E! las seccio!es si(uie!tes$ co!sideraos todas estas #ariables - sus e%ectos sobre la eco!o&a del proceso+ El costo a!ual total /TAC se utili2a coo par6etro eco!"ico a i!ii2ar$ -a 'ue toa e! cue!ta ta!to los costos de capital coo los de e!er(&a+ E! el Cuadro V+1 se i!dica! las relacio!es utili2adas para el die!sio!aie!to del e'uipo - para deteri!ar los costos de capital - e!er(&a$ tal coo se i!dica e! el Cap&tulo + El caudal de alie!taci"! %resco de la e2cla de acetato de etilo 3 eta!ol se %i4a e! todos los casos a 1<< Kol 3 ,+ Esta corrie!te de alie!taci"! co!tie!e < Kol 3 , de acetato de etilo$ por lo 'ue la ca!tidad de acetato de butilo 'ue sale del proceso es ese!ciale!te de < Kol 3 , e! todos los casos -a 'ue las p*rdidas de acetato de etilo se a!tie!e! u- pe'ue5as por las separacio!es especi%icadas e! las colu!as de destilaci"!+ a- Q< Kol 3 , de eta!ol e!tra!do e! la corrie!te de alie!taci"! %resca+ La reacci"! (e!era < Kol 3 , de eta!ol+ Por lo ta!to$ el eta!ol 'ue sale del %o!do de la colu!a C; es ese!ciale!te 1<< Kol 3 ,+
1./.1 Ta#a2o 3 te#erat"ra +e! reactor Coo se uestra e! la 7i(ura V+1$ la co!sta!te de e'uilibrio 'u&ico disi!u-e li(erae!te co! el aue!to de la teperatura del reactor$ por lo 'ue la teperatura del reactor ba4a aue!ta la co!#ersi"!+ Si! ebar(o$ las #elocidades de reacci"! espec&%icas a ba4as teperaturas so! pe'ue5as$ por lo 'ue la ci!*tica de reacci"! liita la co!#ersi"!+
La Tabla V+; uestra los e%ectos de la teperatura cabia!te del reactor o del taa5o del reactor+ El buta!ol total /Btot se %i4a e! 1V< Kol 3 ,+ E! la esa superior$ el #olue! del reactor se a4usta a ; - se #ar&a la teperatura del reactor+ El acetato de etilo 6s el caudal de alie!taci"! %resco /Gtot se utili2a coo u!a siple edida de los costes de separaci"!+ Gtot alca!2a u! &!io a apro)iadae!te < J$ por lo 'ue se seleccio!a esta teperatura del reactor+ E! la esa i!%erior$ la teperatura del reactor se %i4a e! < J - el #olue! del reactor es #ariado+ Gtot disi!u-e a edida 'ue aue!ta el taa5o del reactor$ pero ,a- pocos cabios cua!do el #olue! del reactor supera los Q $ por lo 'ue se seleccio!a este #olue!+
1./.1 Rec&c!a5e +e 6"ta$o! 3 co#o-&c&7$ Co! la teperatura del reactor %i4ada e! < J - el #olue! del reactor %i4ado e! Q $ se cabi" la #ariable de optii2aci"! de dise5o Btot e! u! i!ter#alo de #alores - se e#alu" la eco!o&a del proceso+ Estos c6lculos se repitiero! para #arios #alores de la ipure2a de acetato de butilo e! el reciclado de buta!ol de la colu!a C+ Los costos de capital i!clu-e! el reactor$ tres colu!as de destilaci"!$ tres co!de!sadores - tres re,er#idores+ Los costos de e!er(&a so! los i!suos de calor del recale!tador de las tres colu!as+ El costo del #apor de ba4a presi"! utili2ado e! los re,er#idores de las colu!as
C1 - C; es X +V 3 =+ El costo del #apor de alta presi"! utili2ado e! el re,er#idor de la colu!a C es X +V 3 =+ La 7i(ura V+V da los resultados sobre u!a aplia (aa de caudales de reciclado de buta!ol - para tres #alores de la coposici"! de reciclado de buta!ol+ El reciclado de buta!ol se e)presa e! t*ri !os de Btot$ 'ue es el buta!ol total alie!tado al reactor /sua del destilado D de la colu!a C alie!taci"! %resca de buta!ol+ El (r6%ico de la parte superior i2'uierda uestra 'ue Gtot disi!u-e a edida 'ue aue!ta Btot+ La car(a de separaci"! est6 pasa!do de la colu!a C; /el ori(e! del reciclado de acetato de etilo a la colu!a C /el ori(e! del reciclado de buta!ol+ Recuerde 'ue la coposici"! de la corrie!te de destilado D; est6 pr")ia al a2e"tropo+ Aue!to de la ipure2a de acetato de butilo )D /BuAc e! el buta!ol+
Reciclo aue!ta la ca!tidad de acetato de etilo 'ue se debe #ol#er a reciclar al reactor para a!te!er la #elocidad de producci"! especi%icada de los productos+ Los tres (r6%icos de la derec,a uestra! c"o se a%ecta! los i!suos de calor del recale!tador+ La e!er(&a re'uerida e! la colu!a C1 /R1 !o cabia uc,o a edida 'ue Btot cabia pero aue!ta li(erae!te a edida 'ue aue!ta la ipure2a del acetato de butilo+ A edida 'ue Btot aue!ta$ la e!er(&a re'uerida e! la colu!a C; /R; para producir el Gtot disi!u-e$ -a 'ue Gtot disi!u-e$ pero la e!er(&a re'uerida e! la colu!a C /R aue!ta+ La ipure2a de acetato de butilo tie!e e%ectos opuestos sobre R; - R+ Aue!tar la ipure2a re'uiere 6s Gtot$ por lo 'ue R; aue!ta+ El aue!to de la ipure2a %acilita la separaci"! e! la colu!a C$ por lo 'ue R disi!u-e+ Los (r6%icos de la parte edia e i!%erior del lado i2'uierdo de la %i(ura V+V uestra! los e%ectos !etos de estas #ariables sobre el TAC - el costo total de la e!er(&a+ Abas #ariables pasa! por u! &!io de apro)iadae!te 1V< Kol 3 , de Btot$ por lo 'ue este caudal se seleccio!a para el dise5o %i!al+ Las ipure2as de acetato de butilo e! el reciclado de buta!ol i!%erior o superior al 1< co!duce! a i!cree!tos e! los costos de TAC - e!er(&a+ El dia(raa de %lu4o 'ue se uestra e! la %i(ura V+Q es el dise5o propuesto+ El caudal de Btot es de 1V< Kol 3 ,$ - la ipure2a e! el reciclado de buta!ol es de 1< e! oles de acetato de butilo+ Obs*r#ese 'ue el reciclado del copo!e!te pesado buta!ol es e!or /1;<$ Kol 3 , 'ue el reciclado del copo!e!te li(ero acetato de etilo /11$; Kol 3 ,
1./.% D&-e2o +e co!"#$a- +e +e-t&!ac&7$ E! la ,eur&stica discutida e! Lu-be! et al+$ Se usaro! Q *todos apro)iados para seleccio!ar el !@ero de ba!de4as e! las tres colu!as - e! las ubicacio!es de la ba!de4a de alie!taci"!+ U! e!%o'ue 6s ri(uroso+ Se prese!tar6! e! este cap&tulo+ El !@ero total de ba!de4as se #ar&a e! cada colu!a para e!co!trar el TAC &!io+ La ubicaci"! de la ba!de4a de alie!taci"! 'ue i!ii2a la e!trada de calor del calder&! se e!cue!tra para cada #alor de las etapas totales+ Los resultados uestra! s"lo li(eros cabios co! respecto a los utili2ados e! la obra ori(i!al+ Las etapas de la colu!a C1 se aue!ta! de ; a + Las etapas de la colu!a C; se reduce! de ; a ;+ Las etapas de la colu!a C se reduce! de ; a Q+
1./.4 Eco$o#8a +e! -&-te#a La i!#ersi"! total de capital e! la pla!ta re#isada es de X ;$Q;$<<<+ El costo total de e!er(&a es de X ;$VVV$<<< 3 a5o+ La tabla V+ copara el proceso ori(i!al co! el proceso re#isado+ El caudal de alie!taci"! utili2ado e! el papel ori(i!al %ue de V$1 Kol 3 ,$ ie!tras 'ue el caudal de alie!taci"! utili2ado e! este traba4o es de 1<< Kol 3 ,+ Por lo ta!to$ todos los caudales - co!suos de e!er(&a reportados e! el docue!to ori(i!al %uero! aue!tados e! u! %actor de 1<< 3 V+1+ Todos los costos de capital se i!cree!taro! usa!do la pote!cia de <+ de esta relaci"!+ Los di6etros de las colu!as se i!cree!taro! usa!do la pote!cia de <$ de esta relaci"!+
La tabla V+ uestra 'ue el dia(raa de %lu4o re#isado tie!e u! reciclado de buta!ol 6s pe'ue5o /1;$ a 1;<$ Kol 3 ,$ pero a-or reciclado de acetato de etilo /1;;$ coparado co! 11$; Kol 3 ,+ G6s aterial #a por e!cia e! las colu!as C1 - C;$ por lo 'ue las e!tradas de calor e! estas colu!as so! a-ores e! el dia(raa de %lu4o re#isado /R1 aue!ta de $Q a $Q G9 - R; aue!ta de ;$;; a $<1 G9+ Abos reboilers utili2a! #apor de ba4a presi"!+ El reciclado de buta!ol 6s pe'ue5o e! el dia(raa de %lu4o re#isado reduce la e!trada de calor e! la colu!a C+ La Tabla V+ uestra 'ue la e!trada de calor del calder&! R uere de $ G9 e! el dia(raa de %lu4o ori(i!al a Q$< G9 e! el dise5o re#isado+ Este re,er#idor utili2a #apor de alta presi"! caro+ El co!suo total de e!er(&a e! el dia(raa de %lu4o re#isado es s"lo li(erae!te i!%erior /11$< G9 e! coparaci"! co! 1<$< G9$ pero el costo total de e!er(&a es si(!i%icati#ae!te e!or8 X ;$VVV$<<< a!uales e! el dia(raa re#isado #ersus X $1$<<< a!ual e! el ori(i!al+ El costo de capital de los recipie!tes - los i!tercabiadores de calor e! las colu!as C1 - C; so! a-ores e! el dia(raa de %lu4o re#isado debido a 'ue los di6etros so! a-ores - las #elocidades de tra!s%ere!cia de calor so! a-ores+ Si! ebar(o$ estos costes e! la colu!a C so! e!ores debido a 'ue el di6etro - las #elocidades de tra!s%ere!cia de calor de C so! e!ores+ Puesto 'ue la colu!a C tie!e 6s etapas 'ue las otras colu!as$ su costo de capital es a-or+ El e%ecto !eto es u! capital total 6s pe'ue5o e! el dise5o re#isado /X ;$Q;$<<< co!tra X $V<$<<<+ E! la Secci"! V+$ se desarrolla prueba u! sistea de co!trol a !i#el de pla!ta para el dia(raa de %lu4o re#isado+
1.9 CONTROL DE LA PLANTA Se desarroll" u! es'uea de co!trol a !i#el de pla!ta - se e!sa-" para detectar (ra!des perturbacio!es e! el re!diie!to - coposici"! de pie!so+ Los co!troladores i!te(rales proporcio!ales se utili2a! para %lu4os$ presio!es teperaturas+ Los re(uladores proporcio!ales se utili2a! para todos los !i#eles de l&'uido+ Se i!serta! tiepos uertos de 1 i! e! los co!troladores de teperatura de colu!a+ Las pruebas de realie!taci"! de rel* se e4ecuta! para deteri!ar las (a!a!cias %i!ales - los per&odos de los co!troladores de teperatura de colu!a$ - se usa! los a4ustes de a4uste del co!trolador T-reus.Lu-be!+ E! las tres colu!as$ se e)plor" la e%icacia del uso del co!trol de teperatura de e)treo @!ico usa!do u! a!6lisis de se!sibilidad a la alie!taci"! e! estado estacio!ario+ Se ,iciero! cabios e! las coposicio!es de copo!e!tes de copo!e!tes li(eros - pesados e! la colu!a$ co! el destilado - Coposicio!es de %o!do co!te!idas e! sus #alores especi%icados+ Se e)ai!aro! los cabios re'ueridos e! RR - relaci"! de re%lu4o a alie!to /R 3 7+ Si cual'uiera de estos ostr" poco cabio co! #ariacio!es e! la coposici"! de la alie!taci"!$ u!a estructura de e)treo @!ico podr&a co!siderarse e%ica2+
La ubicaci"! de la ba!de4a 'ue te!dr6 su teperatura co!trolada se seleccio!" e!co!tra!do la posici"! e! el per%il de teperatura e! cada colu!a do!de ,ubo u! cabio (ra!de de teperatura de ba!de4a a ba!de4a+
1.9.1 Co!"#$a C1 La Tabla V+Q da los resultados del a!6lisis de se!sibilidad al pie!so+ El copo!e!te li(ero es eta!ol$ - el copo!e!te pesado es buta!ol+ Las especi%icacio!es so! <$1 e! oles de acetato de butilo e! el %o!do - <$1 e! oles de eta!ol total - acetato de etilo e! el destilado+ La parte superior de la Tabla V+Q uestra 'ue ,a- cabios si(!i%icati#os e! RR - R 3 7+ Por lo ta!to$ el co!trol de u! solo e)treo puede !o ser e%ica2+ Esto se #eri%ica edia!te la siulaci"! di!6ica dada e! la Secci"! I!iciale!te$ se utili2ar6 u!a estructura RR+
La %i(ura V+Q a uestra 'ue ,a- u! cabio si(!i%icati#o e! el per%il de teperatura cerca de la etapa ;;$ por lo 'ue esta etapa se seleccio!a para el co!trol de la teperatura
1.9. Co!"#$a C La secci"! edia de la Tabla V+Q da los resultados del a!6lisis de se!sibilidad al alie!to+ El copo!e!te li(ero es acetato de etilo$ - el copo!e!te pesado es eta!ol+ Las especi%icacio!es so! <$1 e! oles de acetato de etilo e! los %o!dos - Q e! oles de acetato de etilo e! el destilado+ Los cabios e! RR - R 3 7 so! basta!te pe'ue5os+ Por lo ta!to$ el co!trol de u! solo e)treo debe ser e%ica2+ Se usa la estructura de relaci"! R 3 7+ La %i(ura V+a uestra 'ue ,a- u! cabio si(!i%icati#o e! el per%il de teperatura cerca de la etapa ;$ por lo 'ue esta etapa se seleccio!a para el co!trol de la teperatura+ Esta etapa est6 cerca del %o!do de la colu!a$ - el producto de eta!ol se retira del %o!do de la colu!a+ Por lo ta!to$ el co!trol i!%ere!cial de la coposici"! usa!do la teperatura debe ser e%ica2 ie!tras la ca!tidad de acetato de butilo /o buta!ol 'ue sale de la parte superior de C1 !o aue!te+
1.9.% Co!"#$a C% La secci"! i!%erior de la Tabla V+Q da los resultados del a!6lisis de se!sibilidad a la alie!taci"!+ El copo!e!te li(ero es buta!ol$ - el copo!e!te pesado es acetato de butilo+ Las especi%icacio!es so! <$1 e! oles de buta!ol e! el %o!do - 1< e! oles de acetato de butilo e! el destilado+ El R 3 7 es casi co!sta!te$ por lo 'ue u!a estructura de co!trol de e)treo @!ico debe ser e%ica2 co! R 3 7 a!te!ido co!sta!te+ La %i(ura V+a uestra 'ue ,a- u! cabio si(!i%icati#o e! el per%il de teperatura cerca de la etapa Q1$ por lo 'ue esta etapa se seleccio!a para el co!trol de la teperatura+ Esta etapa est6 basta!te cerca de la Parte i!%erior de la colu!a$ - el producto de acetato de butilo se retira del %o!do de la colu!a+ Por lo ta!to$ el co!trol de coposici"! i!%ere!cial utili2a!do la teperatura debe ser e%ica2+ I!cluso si u! poco de acetato de etilo o eta!ol debe de4ar caer el %o!do de C1$ estos copo!e!tes li(eros ir6! sobrecar(a e! C - se reciclar6!+ No debe! a%ectar la pure2a del producto de acetato de butilo+
1.9.4 E-tr"ct"ra +e co$tro! a $&*e! *e'eta! El es'uea de co!trol desarrollado para el proceso se uestra e! la 7i(ura V++ Los bucles iporta!tes desde la perspecti#a de co!trol a !i#el de pla!ta so! los dos co!troladores de %lu4o 7CG - 7CB 'ue co!trola! los caudales de las corrie!tes totales de acetato de etilo - buta!ol total alie!tadas al reactor+ Los di%ere!tes bucles se describe! a co!ti!uaci"!8 1+ Se ide el caudal de la corrie!te Gtot - se a!ipula el caudal de la alie!taci"! de acetato de etilo 3 eta!ol %resco para a!te!er el caudal total e! su pu!to de a4uste deseado /;1$; Kol 3 , e! co!dicio!es de base+ Este %lu4o total es la sua de la alie!taci"! %resca 6s el destilado D; de la colu!a C;+ Este %lu4o de destilado se
a!ipula para co!trolar el !i#el e! el tabor de re%lu4o C;+ Si este !i#el aue!ta$ el caudal del destilado aue!tar6+ Pero dado 'ue el caudal total es %i4o$ el caudal de la alie!taci"! %resca ser6 reducido por el co!trolador de %lu4o 7CG+
;+ Se ide el caudal de la corrie!te Btot - se a!ipula el caudal de la alie!taci"! de BUO %resco de buta!ol para a!te!er el caudal total e! su pu!to de co!si(!a deseado /1V< Kol 3 , e! co!dicio!es de base+ Este %lu4o total es la sua de la alie!taci"! de buta!ol %resca 6s el destilado D de la colu!a C+ Este %lu4o de destilado se a!ipula para co!trolar el !i#el e! el tabor de re%lu4o C+ Si este !i#el aue!ta$ el caudal del destilado aue!tar6+ Pero coo el caudal total es %i4o$ el caudal de la alie!taci"! de buta!ol %resco se reducir6 edia!te el co!trolador de %lu4o 7CB+ El pu!to de a4uste del co!trolador 7CB #ie!e de u! ulti.plier+ Por lo ta!to$ el caudal total de buta!ol se copara co! el caudal total de acetato de etilo+ + La teperatura del reactor se co!trola edia!te la a!ipulaci"! del a(ua de re%ri(eraci"! e! la caisa+ Q+ El !i#el del l&'uido del reactor se co!trola a!ipula!do el l&'uido del reactor+
+ Las presio!es e! las tres colu!as se co!trola! a!ipula!do la absorci"! de calor del co!de!sador+ + Los !i#eles de l&'uido base e! las tres colu!as se co!trola! a!ipula!do los caudales de los %o!dos+ + El !i#el del tabor de re%lu4o e! la colu!a C1 se co!trola a!ipula!do el caudal del destilado$ 'ue se alie!ta a la colu!a C;+ V+ El RR e! la colu!a C1 se co!trola idie!do el caudal del destilado e!#ia!do esta se5al a u! ultiplicador cu-a otra e!trada es el RR deseado /<$1+ La se5al de salida del ultiplicador es el pu!to de a4uste de u! co!trolador de %lu4o e! el re%lu4o+ + La teperatura e! la etapa ;; de la colu!a C1 se co!trola a V$; J edia!te la a!ipulaci"! de la e!trada de calor del calder&!+ 1<+ La teperatura e! la Etapa ; e! la colu!a C; se co!trola a Q<$ J a!ipula!do la e!trada de calor del calder&!+ 11+ El re%lu4o e! la colu!a C; se relacio!a co! la alie!taci"!+ 1;+ La teperatura e! la Etapa Q1 e! la colu!a C se co!trola a QQ$ J a!ipula!do la e!trada de calor del calder&!+ 1+ El re%lu4o e! la colu!a C se relacio!a co! la alie!taci"! + El a!e4ador de #elocidad de producci"! e! este proceso es el pu!to de a4uste del co!trolador 7CG+ La Tabla V+ proporcio!a los par6etros del co!trolador para los bucles de teperatura de la colu!a+
1.9.) Re$+&#&e$to +&$:#&co La e%icacia de esta estructura de co!trol e! toda la pla!ta se deuestra soetie!do el proceso a los trastor!os del %lu4o de alie!taci"! - de la coposici"! del pie!so+ La %i(ura V+1< da los resultados para u!a disi!uci"! de ;< e! el pu!to de a4uste del co!trolador de %lu4o 7CG+ E! el tiepo i(ual a <$; ,$ el pu!to de a4uste disi!u-e de ;1$; a ;1$ lb.ol 3 , /u!a disi!uci"! del ;<+ Las l&!eas disco!ti!uas so! cua!do se usa la estructura de co!trol descrita a!teriore!te+ El (r6%ico de la parte superior i2'uierda uestra 'ue se produce u! (ra! aue!to tra!sitorio e! la ipure2a de acetato de butilo 'ue pasa por e!cia de la colu!a C1+ La coposici"! de destilado C1 )D /BuAc alca!2a u! pico de apro)iadae!te 1$ e! oles de acetato de butilo$ lo cual est6 le4os de su <$1 e! oles !oral+ El acetato de butilo e!tra e! la colu!a de a(uas aba4o - produce u!a (ra! ca&da tra!sitoria e! la pure2a del producto de eta!ol )B; /GeO 'ue sale e! los %o!dos /(r6%ico superior derec,o+ La ra2"! de este al desepe5o es el e%ecto de la (ra! disi!uci"! del paso e! la alie!taci"! a la colu!a C1+ El (r6%ico de la itad i2'uierda de la %i(ura V+1< uestra 'ue
la teperatura /T1 e! la etapa ;; aue!ta$ lo 'ue ipulsa el acetato de butilo por e!cia+
Co!trol de relaci"! R1 3 71+ La soluci"! ob#ia a este problea es usar u!a relaci"! de a#a!ce de #apor a alie!taci"! de a!era 'ue el cabio e! el caudal de alie!taci"! pro#ocar6 i!ediatae!te u! cabio apropiado e! la e!trada de calor del calder&!+ Las l&!eas s"lidas de la 7i(ura V+1< deuestra! la e4ora obte!ida edia!te el uso de esta estructura de co!trol re#isada+ El aue!to e! la teperatura de la 7ase ;; se reduce e! (ra! edida para la ca&da del ;< e! el re!diie!to$ - poco acetato de butilo es ipulsado por e!cia+ Por lo ta!to$ el uso de la relaci"! R1 3 71 se i!clu-e e! la estructura de co!trol de toda la pla!ta+ El re(ulador de teperatura debe ser rea4ustado para esta estructura de co!trol odi%icada e! la 'ue la se5al de salida del co!trolador de teperatura es u!a de las e!tradas del ultiplicador R1 3 71+ La otra e!trada es la alie!taci"! a la colu!a C1+ Se e!co!tr" 'ue la respuesta di!6ica del proceso era basta!te bue!a para los cabios e! el re!diie!to+ Abos %lu4os de producto /B; - B se a!tu#iero! cerca de sus especi%icacio!es+ La %i(ura V+11 da u!a serie de #ariables iporta!tes e! todo el sistea+ Las l&!eas s"lidas so! para u! aue!to del ;< e! el re!diie!to+ Las l&!eas disco!ti!uas so! para u! ;< disi!u-e+ Se lo(ra u! co!trol re(lae!tario estable+ La pure2a del producto de eta!ol B; se a!tie!e basta!te pr")ia a la especi%icaci"! de V$ e! oles de eta!ol$ a pesar de al(u!os cabios e! el acetato de butilo 'ue #a por e!cia de la colu!a C1+ La pure2a del producto de acetato de butilo B se a!tie!e pr")ia a su especi%icaci"!+
Si! ebar(o$ cua!do se i!trodu4ero! alteracio!es de la coposici"! del alie!to$ la pure2a del producto de eta!ol !o se a!tu#o co!sta!te+ La %i(ura V+1; da los resultados cua!do la coposici"! de la alie!taci"! se cabia a tiepo i(ual a <$; ,oras+ Las l&!eas s"lidas so! cua!do la alie!taci"! se cabia de < e! oles de acetato de etilo - Q< e! oles de eta!ol a < e! oles de acetato de etilo - < e! oles de eta!ol+ Las l&!eas disco!ti!uas so! cua!do la alie!taci"! se cabia de < e! oles de acetato de etilo - Q< e! oles de eta!ol a < e! oles de acetato de etilo - < e! oles de eta!ol+ Cua!do la co!ce!traci"! de alie!taci"! de acetato de etilo aue!ta$ 6s acetato de butilo pasa por e!cia de la colu!a C1 /(r6%ico superior i2'uierdo e! la %i(ura V+1;$ )D1 /BuAc+ Esto aparece coo u!a ipure2a pesada+
E! el producto de eta!ol 'ue sale del %o!do de la colu!a C$ - reduce la pure2a del eta!ol /(r6%ico superior derec,o$ )B; /GeO+ Estos resultados !o so! i!esperados$ coo se discuti" a!teriore!te+ El a!6lisis de se!sibilidad de alie!taci"! predi4o 'ue u!a estructura de co!trol de e)treo @!ico puede !o %u!cio!ar bie! debido a 'ue ta!to RR coo R 3 7 debe! cabiar e! la cara de las alteracio!es de la coposici"! del alie!to
para a!te!er las coposicio!es del producto+ E! la colu!a C1 se re'uiere u!a estructura de co!trol de dos e)treos+ Co!trol Dual de Teperatura+ A%ortu!adae!te$ el per%il de teperatura e! la colu!a C1 ostrada tie!e dos roturas$ u!a cerca del %o!do /Etapa ;; - otra cerca de la parte superior /Etapa +
F&'"ra . Alteracio!es de la coposici"! de la alie!taci"! co! co!trol de doble teperatura C1+
F&'"ra + ;< de alteracio!es del caudal de alie!taci"!Z Doble co!trol de teperatura+
Por lo ta!to$ se puede! utili2ar dos co!troladores de teperatura e! la colu!a C1+ El co!trolador TC11 a!ipula la e!trada de calor del recale!tador para co!trolar la teperatura de la etapa ;;+ El co!trolador TC1; a!ipula RR para co!trolar la teperatura de la Etapa + Estos dos bucles i!teract@a!$ por lo 'ue se utili2a u! procediie!to de a4uste secue!cial+ El bucle T;;.R1 3 71 se si!to!i2a priero$ co! el otro bucle e! a!ual+ A co!ti!uaci"!$ el bucle T.RR1 se si!to!i2a co! el otro bucle e! auto6tico+ La Tabla V+ proporcio!a los par6etros del co!trolador para esta estructura de co!trol de doble teperatura+ La %i(ura V+1 uestra la e4ora e! el a!e4o de las alteracio!es de la coposici"! de la alie!taci"! obte!idas edia!te el uso de la estructura de co!trol de doble teperatura e! la colu!a C1+ Las perturbacio!es so! las isas 'ue las utili2adas e! la %i(ura V+1;+ La pure2a del producto de eta!ol se a!tie!e u- pr")ia a su especi%icaci"! por'ue la ipure2a de acetato de butilo !o pasa por e!cia de la colu!a C1+ El co!trolador de teperatura Sta(e a4usta el RR para lo(rar este ob4eti#o+ Obser#e 'ue las escalas de tiepo e! las %i(uras V+1; - V+1 so! di%ere!tes+ La estructura de co!trol de doble teperatura acelera la di!6ica del proceso por'ue ipide 'ue la ipure2a de acetato de butilo pase por e!cia de la colu!a C1 - a%ecte a la colu!a desce!de!te C;+ Las 7i(uras V+1Q - V+1 uestra! c"o las #ariables iporta!tes a lo lar(o del proceso cabia! di!6icae!te %re!te a (ra!des perturbacio!es e! el caudal de alie!taci"! - la coposici"! de la alie!taci"! cua!do se usa la estructura de co!trol de doble teperatura e! la colu!a C1+ Obser#e 'ue el se(u!do co!trolador de teperatura e! la colu!a C1 est6 cabia!do el RR1+ La estructura de co!trol %i!al e! toda la pla!ta se uestra e! la 7i(ura V+1+ Los resultados de siulaci"! di!6ica deuestra! la e%icacia de esta estructura de co!trol para a!e4ar (ra!des perturbacio!es a!te!er abos productos u- pr")ios a sus especi%icacio!es+
;&'"ra( Alteracio!es e! la coposici"! del alie!toZ Doble co!trol de teperatura+
CONCLUSI?N Se ,a estudiado el dise5o - co!trol de u! proceso de acetato de butilo+ a- u! trade.o%% e!tre las dos corrie!tes de recicla4e+ U!a optii2aci"! eco!"ica ri(urosa i!dica 'ue$ co!trariae!te a lo 'ue se espera$ el caudal del reciclado li(ero debe ser a-or 'ue el caudal del reciclado pesado+ Este resultado se debe a dos %actores+ E! prier lu(ar$ la separaci"! e! la colu!a de reciclado pesado es 6s di%&cil+ E! se(u!do lu(ar$ se !ecesita u!a %ue!te de e!er(&a de teperatura 6s alta e! la colu!a de reciclado pesado+ La estructura de co!trol a !i#el de pla!ta %i4a los caudales totales de los dos reacta!tes alie!tados al reactor+ Las corrie!tes de alie!taci"! %rescas se a!ipula! para satis%acer la este'uioetr&a de reacci"! - la capacidad de reacci"! del sistea+ Dos de las colu!as de destilaci"! puede! utili2ar co!trol de e)treo @!ico+ La tercera colu!a re'uiere u! co!trol de doble teperatura para a!te!er las pure2as del producto %re!te a alteracio!es e! la coposici"! de la alie!taci"! .
