La destilación es el proceso mediante el cual se separa una mezcla de alimentación en dos productos de destilado en función de la temperatura de ebullición de los componentes. Cuando la mezcla de alimentación posee tan solo dos componentes es llamada una mezcla binaria, de forma similar cuando la mezcla de alimentación incidente en la columna de destilación es binaria, la columna es llamada columna de destilación binaria.

Las columnas son utilizadas para realizar determinados procesos como: destilación, absorción, adsorción, agotamiento, etc. Las columnas son dispositivos cilíndricos, cuya altura es mayor que su diámetro; pueden ser de dos tipos:

 


En general, las columnas utilizadas industrialmente son las columnas empacadas ya que el relleno que poseen permite una mayor área interracial, poseen una alta eficiencia, ya que trabajan a altas temperaturas. Adicionalmente, poseen buenos coeficientes de transferencia de masa en comparación a las columnas de platos, pero presentan grandes desventajas como la dificultad para predecir el flujo en el interior de las mismas.

En las columnas, la eficiencia de la separación depende de la distribución de los componentes en las fases de acuerdo a sus volatilidades relativas, lo cual supone que la carga de los intercambiadores de calor debe ser distribuida de forma adecuada.


Una columna de destilación binaria es el equipo mediante el cual se puede garantizar una constante interacción entre las fases líquido−vapor, teniendo como resultado la separación de la mezcla en cada uno de sus componentes.

Básicamente, en una columna de destilación se tiene un flujo de alimentación y dos flujos emergentes, los cuales son el flujo de destilado y el flujo de fondos. Paralelo a la remoción de estos dos flujos de destilado, el balance de materia al interior de la columna debe garantizarse, es por esto que existen dos flujos que se recirculan al interior de la columna, llamados reflujos. El objetivo final de la destilación es obtener el producto de destilado de cima con un alto nivel de pureza.

 

Para llevar a cabo el control de este proceso hay que considerar como tradicionales los siguientes métodos:

  • Control básico por medio de controladores con retroalimentación o feedback.
  • Control avanzado o feedforward.

Control básico o Feedback 

Las columnas de destilación desde el punto de vista de control se definen como sistemas 5x5, esto es, sistemas en los que se deben controlas cinco variables y para ello se pueden manipular otras tantas variables.

Las variables que normalmente se deben controlar:

  • La composición del producto de cabeza 
  • La composición del producto de fondo 
  • La presión 
  • El nivel del acumulador de cabeza 
  • El nivel del acumulador de fondo 

Las dos primeras variables nos aseguran la calidad de los productos; mientras que las otras tres variables están relacionadas con la estabilidad de la operación asegurando que se cumplen los balances de materia y energía.

 

Entonces se puede decir que en casi todos los casos, primero se debe estabilizar la columna cerrando los lazos de control de presión y nivel, puesto que es imprescindible que estas variables estén bien reguladas para poder controlar la calidad.

 

Control avanzado o Feedforward

La definición de control avanzado como aquel conjunto de técnicas y herramientas que están por encima del controlador PID. En las columnas de destilación, la aplicación de técnicas de control avanzado va a permitir:

 

El control avanzado de una columna de destilación consta de tres aplicaciones:

1. Control de la cabeza
2. Control del fondo
3. Control de presión (presión flotante)

 

Controles Aplicados:

Funcionamiento de una columna de destilación binaria

A esta torre le entra una alimentación F con composiciones (Xf1, Xf2… Xfn) y se obtiene por cabeza una corriente de destilado D con una composición (Xw1, Xw2… Xwn).

Ejemplo:

  • La etapa 1 corresponde al condensador total
  • La etapa 2 corresponde al primer plato de la zona de rectificación
  • La etapa 3 corresponde al plato 11 que es la alimentación
  • La etapa 4 corresponde al último plato
  • La etapa 4 corresponde al rehervidor

Especificaciones de entrada para el ejemplo de la columna de destilaciónPARAMETRO

PARAMETRO

VALOR

FLUO MOLAR DE ALIMENTACION (Kg mol/hr)

540

Fracción Molar En La Corriente De Alimentación

0.25

Temperatura (K)

355.18

PRESION (Bar)

1.01

Fracción De Liquido

1

Flujo Molar De Destilado (Kg mol/hr)

158

Fracción Molar De Etanol En Destilado

0.82

Fracción Molar De Etanol En Fondos

0.01

Resultados obtenidos empleando un sistema de software llamado Aspen Plus


 

Referencia Bibliográfíca

Alzate Ibañez, A. (2010). Modelado y control de una columna de destilación binaria. (Tesis de Masterado). Manizales, Colombia: Universidad Nacional de Colombia .

Chuquín Vasco, D. A. (2013). DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN BINARIA DE ETANOL-AGUA PARA LA EMPRESA HETWEEN. (Tesis de Posgrado). Riobamba, Chimborazo, Ecuador: ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO. 

Cifuentes, F., & Hergueta, D. (2008). Control de Columnas de Destilación. Obtenido de Escuela de Organización Industrial - Escuela de Negocios: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwibnOK375zvAhXIxFkKHSH4DfoQFjADegQIAhAD&url=https%3A%2F%2Fwww.eoi.es%2Fes%2Ffile%2F18305%2Fdownload%3Ftoken%3Dglq3mvE3&usg=AOvVaw3iv5VW0q9uHUfY81i5zLh3 

Ospina Figueredo, K. (Enero de 2010). Modelo y Control de una Columna de destilacion contínua. (Proyecto de Grado). Bogotá, Cundinamarca, Colomnia: Universidad de los Andes. 

Universidad de Valladolid. (22 de Febrero de 2014). CONTROL PREDICTIVO NO LINEAL APLICADO A COLUMNAS DE DESTILACIÓN DE ETANOL. Obtenido de Comité Español de Automática: https://intranet.ceautomatica.es/old/actividades/jornadas/XXIV/documentos/incon/186.pdf