Análisis matemático de una columna de rectificación discontinua a escala piloto bajo el concepto de estados estables continuos y las ecuaciones MESH

Resumen

Se realizó el análisis matemático y la simulación de una columna de rectificación discontinua utilizando una estrategia operativa durante la puesta en marcha antes de alcanzar un estado pseudoestable en operación discontinua. El modelo matemático se formuló enfocándose en el estado de equilibrio (ES) e implementando ecuaciones MESH (M: balance de masa, E: termodinámica del equilibrio, S: relaciones estequiométricas, H: entalpía o balance de calor) para brindar soluciones utilizando el método de Thomas y el método de Wang. -Algoritmos de Henke acoplados internamente al método Runge-Kutta de Cuarto Orden. Los resultados fueron validados con datos experimentales de una columna de destilación a escala piloto utilizando un sistema etanol-agua con un comportamiento de equilibrio descrito por los modelos termodinámicos UNIQUAC Functional-group Activity Coficients (UNIFAC) y Predictive Soave-Redlich-Kwong (PSRK) con un error global del 1,84%. Las concentraciones molares de etanol presentaron desviaciones de las predicciones del modelo matemático de 1,51% a 0,02%, con un error medio global de 0,48%. Se obtuvo un error medio de 0.055% para el perfil de temperatura de la columna, demostrando así la efectividad de la solución y su capacidad de convergencia. La solución basada en el método de Thomas y los algoritmos de Wang-Henke acoplados al método de Runge-Kutta permitió describir el comportamiento y las variables de todas las etapas de la columna de destilación. El funcionamiento a reflujo total desde el arranque evita desperdicios de producto y permite estabilizar las variables de estado, como temperatura y composición molar.