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automatizacion de columna de destilacion fp-una

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by

Alejandro Gimenez

on 25 August 2016

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Transcript of automatizacion de columna de destilacion fp-una

Datos de partida para la simulación
Objetivo General
Objetivos Específicos
• Estudiar una planta de destilación basada en métodos manuales de producción.
• Seleccionar estrategia de control de columna de destilación.
• Evaluar el sistema de control mediante simulaciones rigurosas.
• Proponer equipamientos actualizados para una columna de destilación de alcohol etílico
• Analizar la factibilidad económica del proyecto.

Pileta de Recepción y Almacenamiento
Tanque de Mezcla
Descargador
Pileta Dosificadora
Simulaciones
Instrumentación

Programación del PLC
SCADA
Expandir el control y supervisión a las demás áreas del proceso de producción
Realizar un plan de tratamiento de residuos destilación
2
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15
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101
109
111
112
35
105
Tapa de fosa
Fosa subterranea
Cuba de Fermentación
Pileta de acumulación de desecho
Análisis Estructural de la Columna
Tipo de columnas : Binaria



Tipo de Hervidor:

Manejo
de
columna
VAPOR
DESTILADO
ALIMENTO
VAPOR CALOPORTADOR
CONDENSADO
Hacia la
columna
De la columna
VAPOR CALOPORTADOR
VENTAJAS:
Bajo costo
Libre de mantenimiento

DESVENTAJAS:
El condensado del vapor calefactor se diluye con la vinaza, aumentando el volumen de vinaza considerablemente

Tipo de Condensador: Total
Termosifón vertical de circulación natural.
ALIMENTO
REFLUJO
DESTILADO
CONDENSADOR
ACUMULADOR
REFLUJO= Destilado/Alimentación
ALIMENTO= 250O Litros/Hora

DESTILADO= 250 Litros/Hora
Variables control
en columna
existen tres tipos de variables: manipuladas, controladas y perturbaciones.
MANIPULADAS
PRESIÓN
NIVELES
TEMPERATURA
CONTROLADAS
• Caudal de destilado
• Caudal de producto de fondo
• Caudal de reflujo
• Caudal de fluido del calefactor

PERTURBACIONES
• Caudal de alimentación
• Composición de la alimentación
• Temperatura de la alimentación
• Temperatura de platos

Simulación en estado estable
Simulación en régimen Dinámico
Estrategia de Control
Control descentralizado:
Control centralizado:
ESTRATEGIA DE CONTROL APLICADA
Control
descentralizado
{
Balance de
materia
{
.Control indirecto, composición controlada manipulando el caudal de reflujo y temperatura de plato

Balance de energia
Especificaciones en alimentación
Temperatura: 50 °C
Presión: 1 bar
Ratio de flujo: 200 l/hr
Fracción Molar Etanol: 0,08
Fracción Molar Agua: 0,92
Flujo: 250 l/h

Fuente: Especificaciones otorgadas por el Prof. Ing. Juan Carlos Martines, jefe de laboratorio de la FCQ - UNA
Especificaciones de Columna

Numero de Platos: 20
Condensador: Total
Rehervidor: Termosifón vertical
Ratio de Reflujo: 1,016 mole
Ratio entre destilado y alimento: 0,96
Presión de operación: 1 atm

 Destilado:
según las normativas de la INTN sobre caña Paraguaya que se detalla en la NORMA TECNICA - CODIGO: NP 3 001 84 en donde establece que la caña se obtiene a partir de destilado alcohólico preparado exclusivamente de la melaza de caña de azúcar con graduación alcohólica del destilado comprendida entre 68% y 72% en volumen.

Análisis de Sensibilidad: minimización de carga térmica del ebullidor.
Criterio de Pendiente aplicado a la columna
Por el criterio de pendiente se define la etapa en la que se produzca el mayor cambio de temperatura de una etapa a otra. Para ello se representa el perfil de temperatura y se examina como varía la pendiente del perfil a lo largo de las etapas
El mayor delta temperatura entre etapas se da en el plato N° 6, por consiguiente si se controla la temperatura en este punto estaremos garantizando el destilado en el margen de los 70°GL.
Criterio de sensibilidad
Teniendo de esta manera nuestro primer lazo de control, la variable controlada que es la temperatura, se situara en el plato N° 6 y la variable manipulada será el calor en el rehervidor.
Perfil de composición
Controlador
PI (proportional-integral)
Regla de sintonización
Interfaz del
Aspen Dynamics®
Parámetros de los lazos de control
Test de las señales del proceso al hacer autotuning por método IMC
Resultados una vez cargado los resultados del test al lazo TC_103
Parámetros para cada uno de los lazos
Perturbación en el calor aportado
Respuesta del plato N° 6 ante perturbación +10% introducida en el flujo de alimentación.
Set Point
Variable de Proceso
Salida del Controlador
Respuesta en la composición de destilado ante perturbación del +10 % en caudal de alimentación.
Perturbación de -10% en el flujo de entrada FC_101
Respuesta de temperatura en plato N° 6 ante perturbación +10% introducida en el flujo de alimentación.
Respuesta en la composición de destilado ante perturbación del -10 % en caudal de alimentación
Cambio del +10% en la temperatura de la columna.
Respuesta de composición en destilado ante perturbación +10% en la temperatura de plato N°6
Perturbación -10% en la temperatura del plato
Perturbación +10% en la temperatura del plato
En conclusión las estrategias de control planteadas resisten las perturbaciones en las condiciones de entrada de la corriente. Hay que resaltar que la estrategia de control dual funcionó adecuadamente. Esto demuestra que la estrategia de control depende en gran medida del sistema que se esté trabajando.
Caudalímetros instalados en la columna.
Sensores de nivel
Sensor de Temperatura
ACTUADORES
SENSORES
Válvulas de control
Diseñar un sistema de control automatizado de columna de destilación de alcohol etílico, a fin de garantizar la operación estable, asegurar la composición dentro de los márgenes permitidos y establecer una configuración de operación optimizada en cuanto a consumo energético, aumento en la producción y además disminuir de tasa de producción de residuos
Vapor Directo
Toma de
Agua
Almacenamiento
de miel
Mezcla
Fermentación
Filtro
Desechos
Columna
{
CONTROLADOR
Sensor
Sensor
Sensor
Actuador
Actuador
Actuador
CONTROLADOR
Sensor
Actuador
CONTROLADOR
CONTROLADOR
Actuador
Actuador
Sensor
Sensor
AspenPlus®
Sensor de temperatura en plato 6
LAZOS DE CONTROL
AspenDynamics®
Por heurísticas recomendadas por autores como William L. Luyben
IMC ( internal model control)
Sintonización de los Controladores
Respuesta ante perturbación en flujo de entrada +10 %
FLUJO DE CAJA
1
3
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64
65
66
67
71
72
VAN = 82.287 USD
TIR= 48 %
Recuperación= 1 año y 10 meses
Se estableció un nuevo sistema de calentamiento a modo reducir significativamente la cantidad de residuos.

A fin de mejorar el consumo energético se ha establecido puntos óptimos de operación.

Se obtuvieron valores de VAN y TIR favorables, los cuales avalan la factibilidad económica del proyecto propuesto.

74
apor
iquido
Válvula de regulación de flujo de alimento
Válvula de presión
Alcoholímetro GL
INVERSIÓN
GASTOS
Mantenimiento
Capacitación
Servicios Básicos
Recursos Humanos
Nuevas Contrataciones
Costo de elaboración
23
24
Lazo de Alimentación
Lazo de control de
temperatura en plato N° 6
Lazo de control
de nivel en acumulador
Lazo de control en reflujo
Lazo de control de nivel en hervidor
HERVIDOR
ACUMULADOR
COLUMNA
Plato N°6
55
58
60
68
69
70
73

P
Condensador
Acumulador
Sección
de Platos
}
}
{
Hervidor
}

(USD)
(USD)
( USD)
13

AUTOMATIZACIÓN DE UNA COLUMNA DE DESTILACÍON PARA LA PRODUCCIÓN DE ALCOHOL ETÍLICO
XII Seminario del Sector Eléctrico Paraguayo - CIGRE Paraguay
Autores Orientadores
Alejandro Giménez Ing. Vanderley Espinola
Victor Florentín Ing. Carlos Penayo
Ing. Misael Gonzalez
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