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Modelamiento y optimización de un proceso batch para la producción de tributil citrato

Fonseca Gamboa, Juan David (2016) Modelamiento y optimización de un proceso batch para la producción de tributil citrato. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá.

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Resumen

En este trabajo se realizó el modelamiento, la simulación y la optimización dinámica multiobjetivo del proceso de producción industrial de tributil citrato (TBC) desarrollado por la empresa Sucroal S.A. El modelo matemático que representa el comportamiento dinámico de la operación se construyó utilizando un conjunto que ecuaciones diferenciales y algebraicas, en el que se incluyen los balances de materia y energía además de las relaciones cinéticas y termodinámicas que rigen el sistema. Se realizaron simulaciones en gPROMS® con las condiciones de operación del proceso industrial y se validó el modelo con respecto a los datos medidos en planta para dos lotes de producción. Estos resultados muestran que el modelo propuesto es capaz de predecir el desempeño de la operación industrial, y por lo tanto puede ser utilizado para su optimización. El objetivo de la optimización dinámica consistió en la minimización simultánea del consumo de energía y del tiempo de procesamiento por lote de producción de TBC, empleando las alimentaciones adicionales de butanol y el perfil de calentamiento del reactor como variables de control. Se obtuvieron los frentes de Pareto para tres relaciones de alimentación butanol:ácido diferentes, lográndose reducciones del 20% para el consumo de energía y del 30% en el tiempo de operación. Finalmente, se evaluó la factibilidad del uso de un sistema de evaporación en película agitada para la purificación del producto final. Se realizaron pruebas experimentales a escala de laboratorio y planta piloto, y se estableció la influencia de las principales condiciones de operación (temperatura, espesor de película, tiempo de residencia, presión de vacío) sobre las características del TBC., Abstract. In this work, modeling, simulation and dynamic multiojective optimization of the tributyl citrate (TBC) industrial production process carried out by the company Sucroal S.A were done. The mathematical model that represents the dynamic behavior of the process was built using a set of differential and algebraic equations, which include energy and mass balances, in addition to kinetic and thermodynamic relationships that the system involves. In order to verify the model, different simulations with the operational conditions of the industrial process were done within gPROMS®. The results were compared with the industrial data, and these show that the model is able to predict the performance of the industrial process, and it can be used to process optimization. The objective in the dynamic optimization is to determine the butanol flow rate and heat duty profiles that minimize the energy consumption and the batch time simultaneously. The Pareto front was obtained for three different butanol:acid feed ratio, and a reduction of 2o% in the energy consumption and 30% in the batch time were achieved. Finally, the feasibility of a wiped film evaporation system for the product purification was evaluated. Experimental tests in laboratory and pilot scale were done, and the influence of the main operational conditions (temperature, film thickness, residence time, vacuum pressure) on TBC characteristics was established.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Gil Chaves, Iván Darío and Orjuela Londoño, Alvaro
Información adicional:Magíster en Ingeniería - Ingeniería Química. Línea de Investigación: Biorefinerías
Palabras clave:Tributil citrato, Modelamiento dinámico, Optimización multiobjetivo, gPROMS®, Evaporación en película, Tributyl citrate, Dynamic model, Film evaporatio
Temática:6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
Unidad administrativa:Sede Bogotá > Facultad de Ingeniería > Departamento de Ingeniería Química y Ambiental > Ingeniería Química
Código ID:54615
Enviado por : Juan David Fonseca Gamboa
Enviado el día :29 Noviembre 2016 20:16
Ultima modificación:29 Noviembre 2016 20:16
Ultima modificación:29 Noviembre 2016 20:16
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