Presentación de PowerPoint

II Congreso de Innovación Docente en Ingeniería Química
CASOS PRÁCTICOS INDUSTRIALES DE MODELADO, SIMULACIÓN
Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS
G. Ruiz*, A Andrés, A. Coz, B. Galán, J. Viguri
Green Engineering and Resources Research Group (GER, www.geruc.es).
Departamento de Química e Ingeniería de Procesos y Recursos (QuIPRe).
ETSIIT. Universidad de Cantabria. Spain.
* : ETSIIyT. Avda. de los Castros s/n 39005 Santander. SPAIN
:[email protected]
OBJETIVOS
La asignatura de Simulación y Optimización de Procesos Químicos desarrolla la adquisición de habilidades en el uso de software específico para la resolución de problemas de modelado,
simulación y optimización de procesos químicos.
El objetivo principal de este trabajo es mejorar el aprendizaje en esta materia planteando casos prácticos relacionados con los procesos productivos de empresas químicas de la región,
fomentando en el alumno/a el interés y el conocimiento de la realidad industrial.
METODOLOGÍA
Caso 1. Simulación de la etapa de evaporación del licor gastado en la obtención de pasta dissolving
Etapa de evaporación del licor
gastado
Simulador Modular Secuencial. ASPEN PLUS
UNIDAD FÍSICA
BLOQUES DE
SIMULACIÓN
Caso 2. Modelado de la electrodiálisis de NaCl con membranas bipolares
MODELO MATEMÁTICO
Determinación del flujo de Na+ y H2O en mol/s a
través de la membrana
FNa+ =
−k dif
i A
(CNa+ ,b − CNa+ ,a ) +
Di
=
x
DNa+ zNa+ F Re A
mig
k Na+ =
RTx
FH2 O = 6FNa+
mig
ki
Cámara Ácida
dCi
out out
in in
Va
= Ci,a
Qa + Ci,a
Qa − Fi
dt
i: Na+ , H2 O, Cl−
i A CNa+
k dif
Na+
CNa+ + CH+ = CCl−
Cámara Básica
dCi
out out
in in
Vb
= Ci,b
Qb + Ci,b
Qb + Fi
dt
i: Na+ , H2 O
CNa+ = COH−
FCl− = 0
(F.G. Wilhelm et al., 2001; J.S. Jaime-Ferrer et al.,
2009)
1.195
1.19
1.185
1.18
0.52
0.515
0.51
0.505
0.5
1.175
Celda de electrodiálisis
Fujo Na+ (mol/h)
1.2
Cámara Básica
0.525
Cámara Ácida
[Na+] (mol/L)
[Na+] (mol/L)
1.205
0
5
10
Tiempo (min)
15
0.495
0
5
10
Tiempo (min)
15
Simulador Orientado a
Ecuaciones.
ASPEN CUSTON
MODELER
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
20
40
60
I (A)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caso 1. Del diagrama de flujo del proceso industrial al diagrama de bloques de la
simulación
Aprender a: Trasladar la información de las unidades físicas al simulador
Procedimiento: Puesta en común y debate sobre los diferentes diagramas
elaborados por los alumnos
Resultados: Participan activamente en la clase, seleccionan el diagrama
adecuado y adquieren destreza en la utilización del simulador.
Caso 2. Modelado de procesos químicos
Aprender a: Planteamiento de un modelo matemático y su implementación en un software en
el que deben introducir las ecuaciones del modelo
Procedimiento: Comentar en clase las ecuaciones para facilitar su compresión y relacionarlo
con un proceso industrial
Resultados: Mejora el interés y la implicación del alumno/a en una tarea que por lo general
les resulta ardua y complicada.
CONCLUSIONES
El uso de simuladores diferentes permite que el alumno diferencie entre ambos tipos de software, adquiriendo la capacidad de elección del simulador adecuado en función del tipo de
problemas a abordar.
El planteamiento de estos casos de estudio permite una mejora en el aprendizaje, consecución de competencias y desarrollo de habilidades, a través del acercamiento de la realidad
industrial a las aulas.
Los casos de estudio utilizados, junto con el contacto directo con la industria, han permitido una mayor motivación e interés del alumno/a por la asignatura.
BIBLIOGRAFÍA
Biegler L.T., Grossmann I.E., Westerberg A.W., 1997, Systematic Methods of Chemical Process Design. Prentice Hall. New Jersey.
Westerberg, A.W., Hutchison H.P., Motard R.L., 1985, Winter P., Process Flowsheeting, Cambridge University Press, Gran Bretaña.
F.G. Wilhelm, I. Pünt, N.F.A. van der Vegt, M. Wessling, H. Strathmann, 2001, “Optimisation strategies for the preparation of bipolar membranes with reduced salt ion leakage in acid–base
electrodialysis”, Journal of Membrane Science ,182, 13–28.
J.S. Jaime-Ferrer et al., 2009,” Two-compartment bipolar membrane electrodialysis for splitting of sodium formate into formic acid and sodium hydroxide: Modelling”, Journal of Membrane
Science, 328, 75–80