Integración másica basada en propiedades con modelos eficientes de operadores de propiedades

Abstract

Nowadays the proper use for the resources is very important because this impacts drastically the economic competitively and the environmental deterioration. One of the strategies most used to get a proper use for the resources is the mass integration methodology, which traditionally has been based on the stream compositions; however, the characterization of the streams in terms of the composition is a very hard task due to the huge number of compounds present in the process streams. To solve this problem, recently some mass integration strategies based on the properties have been proposed; the main difference in these strategies is that this considers to track the properties through the process without considering the composition for the streams using property operators in a similar way that the component balances. However, simple relationships have been provided to be used them in the optimization process for the synthesis of mass integration, and several phenomena like the effect for the thermal processes in the properties have been avoided. In this regard, this paper proposes new property operators for the synthesis of mass integration networks based on properties and considering simultaneously the thermal effect as well as the relationships that different properties have when they are mixed in a given stream. Results shown that the new property operators provided in this paper predict more accurately that the previously reported, in addition these are easy to implement in the context of the optimization process. And finally, the interaction of different properties in the mass integration has significant effects in the results provided and this must be considered properly.

El uso adecuado de los recursos es una necesidad actual en todos los procesos de producción, debido a la competitividad global y al deterioro ambiental. Una de las estrategias más empleadas para usar eficientemente los recursos en la industria es la integración másica, la cual tradicionalmente se realiza en base a las composiciones de las corrientes; sin embargo, la caracterización de las corrientes de proceso es complicada debido a la enorme cantidad de compuestos que pueden estar presentes. Recientemente, se han reportado una serie de metodologías para la integración másica basadas en las propiedades de las corrientes en lugar de la composición, esta estrategia es útil para corrientes que contengan gran número de compuestos, en donde es difícil caracterizar las propiedades en base a la composición de las mismas; de esta manera se realiza un seguimiento de las propiedades durante el viaje de las corrientes a través del proceso. Sin embargo, una de las principales deficiencias que muestran estas estrategias es la exactitud de las reglas de mezclado así como la interacción con otras propiedades, ya que se requieren, reglas de mezclado eficientes, precisas y útiles en el contexto de optimización. Por lo tanto, el presente trabajo propone modelos eficientes para los operadores de propiedades, además de considerar los efectos térmicos que son muy importantes en las redes de intercambio de masa. Estos modelos de operadores de propiedades mejoran la precisión, sin aumentar la complejidad matemática para la solución de los problemas de optimización. Los nuevos operadores de propiedades son implementados en una estrategia de integración másica de reciclo y reúso, donde se muestra su eficacia resolviendo cuatro casos de estudio, planteando diferentes escenarios y demostrando la utilidad del modelo.