Simulación dinámica de un proceso de isomerización de butano

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3. Simulación dinámica
En este apartado se pretende analizar el funcionamiento del proceso, para ello se procederá a perturbar diferentes variables de entrada y comprobar como afectan al producto. De este modo, además de analizar si el proceso necesita sistema de control, se irán determinando cuáles son las principales variables que deben controlarse con ese sistema y qué variables podríanmanipularse para hacerlo. En estado estacionario, previo a la introducción de perturbaciones, las variables deben mantenerse constantes en su valor de régimen. Sin embargo, y antes de introducir perturbación alguna, las figuras 3.1 y 3.2 muestran el caudal y concentración molar de la alimentación sin alteraciones, se observa como ya alguna de las variables de salida sufre ciertos cambios.

Caudal molar
 (kmol/ h)
 

Concentración
 (%)
 

250
  245
  240
  235
  230
  225
  220
  0
  3500
  7000
  10500
  14000
  Tiempo
 (s)
 

80
  60
  40
  20
  0
  0
  3500
  7000
  10500
  14000
  Tiempo
 (s)
 

Figura 3.1. Caudal molar de la corriente Alimentación en estado estacionario.

Figura 3.2.Concentración de la corriente Alimentación en estado estacionario.

El caudal molar de la corriente de destilado sufre pequeñas oscilaciones (figra 3.3) y su composición en función molar de iso-butano (figra 3.5) presenta variaciones en la tercera cifra decimal.
Caudal
 molar
 
 
 
 
 
 
 
  (kmol/h)
  Concentarción
 (%)
  260
  255
  250
  245
  240  235
  230
  0
  3500
  7000
  10500
  14000
  Tiempo
 (s)
  73,6
  73,4
  73,2
  73
  72,8
  0
  3500
  7000
  10500
  14000
  Tiempo
 (s)
 

Figura 3.3 Caudal molar de la corriente destilado en estado estacionario.

Figura 3.4 Concentración de iso-Butano de la corriente Destilado.

Sin embargo, las mayores perturbacionesse observan en la corriente de recirculación cuyo caudal y concentración sufren oscilaciones de importancia.

Caudal
 molar
 (kmol/h)
 

290
  280
  270
  260
  250
  0
  3500
  7000
  10500
  14000
  Tiempo
 (s)
 

Concentración
 (%)
 

300
 

60
  50
  40
  30
  20
  10
  0
  0
  3500
  7000
  10500  14000
  Tiempo
 (s)
 

Figura 3.5 Caudal molar de la corriente de recirculación en estado estacionario.


 

Figura 3.6 Concentración de la corriente de recirculación en estado estacionario.

Se pretende que el sistema de control diseñado a partir de las conclusiones establecidas en este apartado de simulación dinámica, no solo compense las perturbaciones externas que pudieranoperar en el proceso, sino que estabilice estos cambios que se observaron en el proceso incluso sin perturbaciones.

3.1 Respuesta del proceso ante una perturbación en el caudal molar de la corriente alimentación.
Para inciciar el estudio del comportamiento dinámico del proceso, se procede a realizar un cambio, habitual en los procesos, en el caudal de alimentación, aumentando la apertura dela válvula un 20%. Esto provoca un escalón en dicho caudal reflejado en la figura 3.1, que aumenta de 234,5 a 329 kmol/h.

360
  Caudal
 molar
 (kmol/h)
  340
  320
  300
  280
  260
  240
  220
  200
  0
  2000
  4000
  6000
  8000
  10000
  12000
  14000
  Tiempo
 (s)
 

Figura 3.7. Escalón positivo en el caudal dealimentación producido por un cambio en la apertura de la válvula V1. Este cambio produce una variación en la corriente de destilado, tanto en su caudal como en su concentración. Estos cambios se pueden ver en las figuras 3.9 y 3.10.

320
  Caudal
 molar
 (kmol/h)
  300
  280
  260
  240
  220
  200
  0
  2000
  4000
  6000
  8000
  10000
  12000
 ...
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