Simulación dinámica de un proceso de isomerización de butano
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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