Optimización de una torre de destilación reactiva para la producción de etilenglicol con base a una función de carácter térmico

Abstract

Este artículo presenta la importancia y la aplicación de un modelo de optimización para el diseño y simulación de procesos químicos, conocido como programación secuencial cuadrática (SQP), el cual es una extensión de los multiplicadores de Lagrange asistido con condiciones Karush Kuhn Tukker (KKT). Inicialmente se explican los modelos disponibles en el simulador Aspen Plus® y se escoge por un criterio de convergencia el modelo SQP. Asimismo, con base en un caso de estudio, se realiza un análisis centrado en la formulación de la función objetivo, las restricciones para el sistema de optimización y la solución de este mediante el simulador de procesos mencionado. Para aplicar los conceptos se toma como caso de estudio una torre de destilación reactiva para la producción de etilenglicol con múltiple alimentación y una zona reaccionante ubicada en las primeras cinco etapas, que es modelada en el simulador Aspen Plus® versión 9.0. Para la verificación de la solución se utilizan dos análisis posoptimización, el cálculo del costo anual totalizado (TAC) y las superficies de respuesta, para encontrar el comportamiento de las restricciones y la función objetivo con respecto a las variables independientes del sistema. La función objetivo es tomada como la relación del calor del rehervidor y el producto de fondos, teniendo en cuenta que el coste de calentamiento de la mezcla es significativo en la operación de la torre, el cual está restringido a la obtención de una composición de óxido de etileno en cimas del 95 % y una composición de etilenglicol en fondos mayor a 90 %. Como resultado de la optimización, disminuye el calor utilizado por el rehervidor y el condensador, en otras palabras, la cantidad de servicios de enfriamiento realizadas con agua y las de calentamiento efectuadas con vapor de alta presión son minimizadas.