Desarrollo de un software de simulación del proceso de destilación reactiva utilizando el modelo de celda fuera del equilibrio

Abstract

La Destilación Reactiva constituye una operación donde se integran los conceptos de reacción y separación. El interés particular sobre este tipo de proceso se ha incrementando en los últimos tiempos, debido a los beneficios económicos que se pueden obtener, cuando la aplicación es adecuada. En este trabajo de investigación, se propuso la elaboración de un software de simulación para modelar el proceso de destilación reactiva, empleando el reciente modelo de Celdas fuera del equilibrio, desarrollado por los investigadores Higler, Taylor y Krisnha en 1999. Para desarrollar el programa de simulación, fue necesario establecer los fundamentos teóricos del proceso de destilación reactiva, así como también las bases del modelo utilizado para el programa. De esta manera fue posible determinar todas las especificaciones de entrada y salida que el programa contiene para realizar una simulación satisfactoria. El software fue elaborado en el ambiente de Microsoft ® Visual Basic 6.0 con aplicaciones para Microsoft ® Excel 2003, siguiendo una serie de criterios que permitieron establecer dicha selección. En función a esto, se logró realizar el algoritmo de cálculo que se implementó dentro del código de programación, destacando que fue el método de Newton para sistemas multivariables, el procedimiento base empleado para resolver el sistema de ecuaciones del modelo matemático. Las ecuaciones diferenciales asociadas al empleo de las relaciones de Maxwell-Stefan para la transferencia de masa, y las ecuaciones de transferencia de energía en las películas de líquido y vapor, fueron llevadas a ecuaciones no lineales, empleando la discretización como método de aproximación. Así mismo, se elaboró una interfase adecuada de fácil entendimiento, para promover la buena interacción entre el usuario y el programa de simulación, con el objetivo de facilitar los análisis de estos procesos de destilación con reacción. El programa DRSIMV 1.0 (Destilación Reactiva – Simulaciones Venezolanas) fue el producto obtenido en este trabajo de grado. A esta primera versión se le realizó un proceso de validación, con el fin de poder garantizar el buen funcionamiento del software, comparando con los datos experimentales mostrados en el trabajo de Marek (1956), referente a una columna reactiva que se encuentra dentro del proceso de producción de anhídrido acético. Este caso de estudio fue también empleado en el trabajo de Higler, Taylor y Krisnha (1999). Los resultados obtenidos fueron satisfactorios, consiguiendo una buena representación de los fenómenos que ocurren en estos procesos, al comparar los perfiles de composición, y analizar los perfiles obtenidos relacionados con los flujos internos, las temperaturas por plato, los flujos de transferencia de masa, entre otros. Se lograron alcanzar desviaciones menores al 5% en las representaciones del tope y fondo de la columna, siendo éstas mayores en la zona intermedia. De esta manera se logró establecer a DRSIMV 1.0 como un simulador del proceso de destilación reactiva, que se puede emplear para cualquier tipo de estudio relacionado a estos equipos.