Diseño y control óptimo de un reactor CSTR de transesterificación para la producción de biodiésel

En este trabajo se reporta una estrategia de Optimización Dinámica (DO) para el diseño y control simultáneo de un reactor de transesterificación para la producción de biodiesel. Teniendo en cuenta la dinámica del sistema, se obtienen las dimensiones del Reactor de Flujo Continuo Agitado (CSTR) y el perfil de las variables manipuladas que mantienen la temperatura del reactor y el flujo molar de ésteres producidos en sus respectivos puntos de operación. El problema de DO se modela con el conjunto de Ecuaciones Algebraicas-Diferenciables (DAE) que describen el sistema y se discretiza el dominio del tiempo aplicando el método diferencias finitas. Se estructura un Problema de Programación No Lineal (NLP), el cual se resuelve en GAMS®, utilizando IPOPT como solucionador no lineal. Así, para un reactor de transesterificación que opera con una capacidad de 30.000 ton/año de biodiesel, se requiere de un volumen de 43,5 m3 y un área de transferencia de calor de 72,25m2. Los resultados de diseño obtenido fueron comparados con los registrados en la literatura

This study reports a Dynamic Optimization (DO) strategy for the simultaneous design and control of a transesterification reactor for the production of biodiesel. Taking into account the dynamics of the system, the dimensions of the Continuos Stirred Tank Reactor (CSTR) and the profile of the manipulated variables that maintain the reactor temperature and the molar flow of esters produced at their respective operating points are obtained. The DO problem is modeled with the set of Algebraic-Differentiable Equations (DAE) that describe the system and the time domain is discretized using the finite difference method. A Nonlinear Programming (NLP) problem is structured, which is solved in GAMS® using IPOPT as a nonlinear solver. Thus, for a transesterification reactor that operates with a capacity of 30,000 tons/year of biodiesel, a volume of 43.5 m3 and a heat transfer area of 72.25 m2 are required. The design results obtained were compared with those recorded in the literature.

Magíster en Ingeniería Química

Maestría