Control De Procesos

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada

Extensión Punto Fijo – Núcleo Falcón

Asignatura: Control de Procesos

VIII Semestre – Ingeniería Petroquímica – Sección C

Profesor: Ing. Carlos Gonzales.

Integrantes:

ASCENSIÓN CÉSPEDES, Karemilys Raquel C.I 21.155.307

CUAURO LUGO, Leonardo Manuel C.I 19.880.500

ROJAS GARCÍA, Eddymar Ofelia C.I 19.944.699

MORILLO HIDALGO, Maria Alexandra C.I 20.254.047

SUNIAGA QUEVEDO, Daniel Alexander C.I 21.157.528

UNEFA; Febrero 2014

Introducción

Estas columnas de destilación se denominan súper fraccionadoras ya que tienen gran número de platos, necesarios para separar componentes que tiene muy baja volatilidad relativa. El punto de ebullición de estos productos suele estar muy próximos, de tal forma que se puede encontrar una diferencia de temperatura entre cabeza y fondo de la columna de 10° C, 5 °C o incluso menos. Hay que tener en cuenta que esta diferencia de temperatura se debe, tanto a la diferencia de composición de los productos, como a la diferencia de presión entre los extremos de la columna ocasionada por la caída de presión en los platos, la cual va originando distintos equilibrios presión-temperatura.

Para obtener la separación de estos productos es necesario que la columna disponga de un gran número de platos, tantos como 80, 100 o incluso más. La pureza en el producto destilado de cabeza puede llegar a estar comprendida entre 99 y 99,9% del componente a recuperar, por lo que se necesita realizar una gran rectificación para obtener productos de cabeza, no debe ser superior a 0,5%.

La relación de reflujo externo L/D, es decir, entre los caudales de reflujo y destilado, también es alta, alcanzando valores de 15, 20 o 25 dependiendo de la pureza a obtener en el producto destilado. Esto significa que una columna puede tener un tráfico de 100 m^3⁄h de reflujo para obtener un destilado de 5 m^3⁄h.

Con todos los datos mencionados se puede deducir fácilmente que el tráfico interno de líquido-vapor (L/V) es muy elevado, así como a energía necesaria para el reboiler (Qr) para efectuar la separación. Debido a ello, la variación de composición es muy lenta, por lo que suele ocurrir que el tiempo en alcanzar el estado estacionario en la columna, ante sus variaciones de alguno de los parámetros de control que afectan a la calidad final de destilado sea de 6, 8, 10, o más horas.

Como consecuencia de todo lo expuesto, se presenta que para mantener la especificación de los productos de cabeza y fondo, fundamentalmente el de más valor añadido, se hace necesario disponer de un sistema de control de la columna que mantenga a esta totalmente estable. A continuación se describe el sistema de control para una columna de este tipo, separado en las secciones más importantes de las que se compone.

Sistema de control de fondo.

Los sistemas de control de fondo tradicionales utilizan como elemento de control, para mantener la calidad en el fondo de la columna, la temperatura situada unos platos más arriba de la línea de retorno del reboiler, según puede observase en la figura numero 1.

FIGURA Nº1

FUENTE: INSTRUMENTACION Y CONTROL BASICO DE PROCESOS

AUTOR: JOSE ACEDO SANCHEZ

Así mismo, el balance de materia en esta zona se cierra con el control en cascada entre nivel y caudal de extracción de fondo. Esta manera de controlar el fondo tiene resultados aceptable eso buenos, según cada caso, cuando se trata de columnas con relaciones reflujo/destilado bajas o hay una gran diferencia de temperatura entre cabeza y fondo por o que existe una diferencia de temperatura entre platos fácilmente detectable.

En este tipo de coumna la diferencia de temperatura entre platos consecutivos puede ser del orden de 0,02 a 0,01°C, por lo que puede deducirse facilmete que no existe ningun sensor de temperatura capazas de apreciar estas diferencias, y mucho menos controlarlas. Cuando se intenta controlar la temperatura como es caso de la imangen anteriormente expuesta, suele se tipica la dificultad de controlar el nivel de fondo, pasando de 0 a 100% y viceversa rapidamente. Esto se debe a que, si el producto se encuentra a su temperatura de equilibrio, se rompe este equilibrio al aportar una cantidad de calor que provoca el cambio de fase con la proia oscilacion en la variable de proceeso del controlador de temperatura ante perturbaciones. Como consecuencia, el producto pasa de liquido a vapor y vceversa en uy poco tiempo.

Aplicando el metodo de calculo de gnancias relativas en esado estacionario, tl como lo expone F.G Shinskeey y comentado en el capitlo dedicado a destilacion binaria, se observa que en la mayor parte, por no decir en todas las columnas de este tipo, lavariiable manipulada para controlar la composicion de fondo ees el caudal de extraccion de fondo (B), o la relacion entre vaorizado y caudal de extraccion de fondo (V/B).

Estos dos sistemas de contro de fondo han sido tratados en el capitulo correspondiente a la destilacion binaria por lo que aquí solo se va a utilizar el sistema de control que aparecen la figura Nº2.

FIGURA Nº2

FUENTE: INSTRUMENTACION Y CONTROL BASICO DE PROCESOS

AUTOR: JOSE ACEDO SANCHEZ

Cuya variable manipulada es el caudal de fondo B con el cual se obtienen excelentes resultados practicos.

Con este sistema de control, el nivel cierra el balance de energía, controlando en cascada sobre el caudal de fluido calefactor (C) al reboiler, al mismo tiempo que actúa como elemento feedback o de reajuste cuando se desequilibra el balance de materia por modificar el caudal de fondo (B). A veces se utiliza como fluido calefactor alguna corriente de proceso cuya temperatura cambia con cierta frecuencia, por lo que, se desea utilizar control feedforward, se puede incluir un elemento que calcule el calor liberado en el reboiler (Qr). Para ello es necesario hacer uso de las temperaturas anterior (Te) y posterior (Ts) l propio reboiler por el lado del fluido calefactor, tal como aparece en la figura Nº3.

FIGURA Nº3

FUENTE: INSTRUMENTACION Y CONTROL BASICO DE PROCESOS

AUTOR: JOSE ACEDO SANCHEZ

Desde el punto de vista de proceso, cualquier ligero desequilibrio en el balance energético n el fondo de la columna se traduce en una variación en el nivel. Utilizando alguno de los sistemas de control que aparecen en las imágenes anteriormente ilustradas. Se reajustar de nuevo este balance como puede verse, la temperatura del plato queda exclusivamente como indicación, sin mayor valor efectos de control.

La calidad del producto de fondo se controla a través del propio caudal extraído. Si, por ejemplo, para mejorar la recuperación de producto por cabeza que disminuir el caudal de fondo, se producirá un aumento en el nivel. Esta acción se traduce en un mayor calentamiento en el reboiler y, como consecuencia una eliminación de componentes ligeros del fondo. Por lo contrario, al aumentar el caudal ocurrirá el efecto contrario, es decir, un aumento de componentes ligeros en la corriente de fondo. Esto producirá una diferencia en la composición de fondo, la cual también puede ocasionar una diferencia de la correspondiente a cabeza de la columna en no de no tomar acciones correctivas. El punto de consigna del controlador de caudal de fondo lo ajustara manualmente el operador en función de los análisis efectuados periódicamente, o bien de forma automática a través de un analizador instalado en la corriente de fondo. Hay que tener en cuenta, en cuenta, en cualquier caso, que si se quiere llevar al límite la especificación del producto de cabeza hay que dejar una cierta flexibilidad, o grado de libertad, a la calidad del producto de fondo, con objeto de evitar acoplamiento que se producen cuando se intenta controlar al límite ambas especificaciones, las de cabeza y fondo.

Para el cálculo del caudal del fluido calefactor, de acuerdo al esquema de la imagen anteriormente mostrada se parte de la ecuación básica de intercambio de calor sin cambio de fase, es decir:

Qr=C*Ce(Te-Ts)

Como a efectos de control se necesita el valor de caudal del fluido calefactor, se tiene que:

C=Qr/(Ce*(Te-Ts))

Según la ecuación anterior, el valor del denominador se obtiene del cálculo directo efectuando con los datos de temperaturas de entrada (Te) y salida (Ts), así como del calor especifico (Ce), siendo la salida del controlador de nivel equivalente al calor aportado en el reboiler (Qr) a efectos de control. Como puede observarse en la imagen anterior. Con este procedimiento de cálculo se obtiene directamente el valor del punto de consigna del controlador de nivel y de caudal. Se tiene además la ventaja de eliminar las oscilaciones que inevitablemente produce el controlador de calor, por otra parte, si se introduce un controlador de calor, como se puede notar en la figura Nº4.

FIGURA Nº4

FUENTE: INSTRUMENTACION Y CONTROL BASICO DE PROCESOS

AUTOR: JOSE ACEDO SANCHEZ

El sistema de control estará formado por una cadena con tres controladores en serie, con lo que esto significara al ajustar las distintas acciones, proporcional, integral, entre otros.

Sistemas de control de tope.

Aplicando el método de cálculo de ganancias relativas en estado estacionario, tal como

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