Case study of ethanol-water distillation in continuous and discontinuous operation and its simulation with cubic equations of state and activity models
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Simulating a distillation column represents an interesting problem because of the complex dynamics of the system, the thermodynamic interactions in each tray, and the interaction between internal and external currents. This paper evaluates the operation and simulation of a continuous distillation tower (CDT) and a discontinuous distillation tower (DDT). Such simulation was performed using the McCabe–Thiele and rigorous methods as well as the Forero-Velazquez-Huron-Vidal (FVHV) modified cubic state equation (first proposed by Peng–Robinson) and the No-Random-Two-Liquid (NRTL) activity model. The simulation predicted the composition of the distillate and the bottoms, the number of trays, and the feeding stage. The continuous distillation tower had 9 actual equilibrium trays; but the FVHV equation calculated 8 trays; and the NRTL model, 9. With both models, we found that the optimal number of feeding trays was 7. In the case of the DDT, we carried out two tests (with and without ®™ type packaging). The FVHV equation offers many advantages since all the parameters of pure substances are generalized in terms of thermodynamic properties at the critical point, and it rightly represents polar as well as non-polar substances. Nevertheless, the equation NRTL presented a better fit with the composition of distillate, but, regarding its volume, no model represented the experimental trend. A Microsoft Excel® add-in called ® was used to solve the system of equations, and Euler’s was implemented as an iterative method to solve the equations in the discontinuous distillation tower.
La simulación del proceso de destilación binaria representa un problema interesante debido a la dinámica compleja del sistema, las interacciones termodinámicas en cada etapa de equilibrio y la interacción entre las corrientes internas y externas. En este trabajo se evalúa el funcionamiento y simulación de una torre de destilación continua y una de destilación discontinua. La simulación se realizó mediante los métodos McCabe-Thiele y riguroso, y empleando la ecuación de estado cúbica modificada Forero-Velázquez-Huron-Vidal (FVHV) propuesta inicialmente por Peng-Robinson y el modelo de actividad No-Random-Two-Liquid (NRTL). La simulación predijo la composición de los productos, el número de etapas y la etapa de alimentación. La torre de destilación cuenta con 9 etapas de equilibrio reales, por FVHV se calcularon 8 etapas y por NRTL 9, con ambos modelos se encontró que la etapa de alimentación óptima era el plato 7. En la torre de destilación discontinua se realizaron dos ensayos, con empaque tipo pall y sin empaque. Aunque la ecuación de estado FVHV tiene varias ventajas ya que todos los parámetros de las sustancias puras están generalizados en términos de propiedades termodinámicas en el punto crítico, la ecuación se correlaciona de forma acertada tanto para sustancias polares como no polares, pero en este caso el modelo NRTL presentó mejor ajuste en la composición, pero para el volumen del destilado ningún modelo representó la tendencia experimental. Se utilizó un complemento con Ms Excel® llamado homosolver para la solución del sistema de ecuaciones, para la solución de las ecuaciones en la torre de destilación discontinua se usó como método iterativo el método de Euler.
La simulación del proceso de destilación binaria representa un problema interesante debido a la dinámica compleja del sistema, las interacciones termodinámicas en cada etapa de equilibrio y la interacción entre las corrientes internas y externas. En este trabajo se evalúa el funcionamiento y simulación de una torre de destilación continua y una de destilación discontinua. La simulación se realizó mediante los métodos McCabe-Thiele y riguroso, y empleando la ecuación de estado cúbica modificada Forero-Velázquez-Huron-Vidal (FVHV) propuesta inicialmente por Peng-Robinson y el modelo de actividad No-Random-Two-Liquid (NRTL). La simulación predijo la composición de los productos, el número de etapas y la etapa de alimentación. La torre de destilación cuenta con 9 etapas de equilibrio reales, por FVHV se calcularon 8 etapas y por NRTL 9, con ambos modelos se encontró que la etapa de alimentación óptima era el plato 7. En la torre de destilación discontinua se realizaron dos ensayos, con empaque tipo pall y sin empaque. Aunque la ecuación de estado FVHV tiene varias ventajas ya que todos los parámetros de las sustancias puras están generalizados en términos de propiedades termodinámicas en el punto crítico, la ecuación se correlaciona de forma acertada tanto para sustancias polares como no polares, pero en este caso el modelo NRTL presentó mejor ajuste en la composición, pero para el volumen del destilado ningún modelo representó la tendencia experimental. Se utilizó un complemento con Ms Excel® llamado homosolver para la solución del sistema de ecuaciones, para la solución de las ecuaciones en la torre de destilación discontinua se usó como método iterativo el método de Euler.