Control simulado en Aspen Dynamics para la producción de epóxido de limoneno a escala piloto

In this contribution is reported the study and analysis of the control system (simulated) for the process of obtaining limonene epoxide. The modelling of the process at pilot scale was implemented in the software Aspen Plus from literature reports. Aspen Dynamics was used for the study of the process control. The model allows observing the behavior of the variables of interest in the process such as outflows from the distillation tower, heat duty, operating temperaturas and purity of the final product (limonene epoxide). The performance of the controllers (level, flow and temperature) was evaluated by simulating disturbances (+30%) in the feedstream to the process. Sensitivity analysis and preliminary design specifications allow to conclude that according to the simulations it is possible to obtain limonene epoxide (97,5% w/w) with this system. The results of this work can be used for more detailed studies of the system, including experimental study designs that help to determine the operating point for the process variables which increase limonene epoxide production.En la presente contribución se reporta el estudio y análisis del sistema de control (simulado) para el proceso de obtención de epóxido de limoneno. El modelado del proceso a escala piloto se implementó en el software Aspen Plus a partir de reportes de la literatura. Para el estudio del control del proceso se usó el software Aspen Dynamics. El modelo permite observar el comportamiento de variables de interés en el proceso como flujos de salida de la torre de destilación, requerimientos calóricos, temperaturas de operación y pureza del producto final. El desempeño de los controladores (de nivel, flujo y temperatura) se evaluó simulando perturbaciones (+30%) en el flujo de alimentación al proceso. Análisis de sensibilidad y especificaciones de diseño preliminares permiten concluir que de acuerdo a las simulaciones es posible obtener epóxido de limoneno (97,5% p/p) con este sistema. Los resultados de este trabajo pueden utilizarse para un estudio más detallado del sistema o como insumo para proponer diseños experimentales que ayuden a determinar el punto de operación de las principales variables con los que se favorezca la producción de epóxido de limoneno.En la presente contribución se reporta el estudio yanálisis del sistema de control (simulado) para elproceso de obtención de epóxido de limoneno. Elmodelado del proceso a escala piloto se implementóen el software Aspen Plus a partir de reportes de laliteratura. Para el estudio del control del proceso seusó el software Aspen Dynamics. El modelo permiteobservar el comportamiento de variables de interésen el proceso como flujos de salida de la torre dedestilación, requerimientos calóricos, temperaturasde operación y pureza del producto final. El desempeñode los controladores (de nivel, flujo y temperatura)se evaluó simulando perturbaciones (+30%) enel flujo de alimentación al proceso. Análisis de sensibilidady especificaciones de diseño preliminarespermiten concluir que de acuerdo a las simulacioneses posible obtener epóxido de limoneno (97,5%p/p) con este sistema. Los resultados de este trabajopueden utilizarse para un estudio más detallado delsistema o como insumo para proponer diseños experimentalesque ayuden a determinar el punto deoperación de las principales variables con los que sefavorezca la producción de epóxido de limoneno

ANÁLISIS DE PÉRDIDAS ENERGÉTICAS Y ECONÓMICAS POR TRANSPORTE DE VAPOR EN TUBERÍAS SIN UN ADECUADO AISLAMIENTO TÉRMICO

Se presenta el cálculo de las pérdidas de recursos energéticos y económicos por el deterioro o ausencia de aislante térmico en las tuberías de transporte de vapor al interior de una empresa dedicada a la  producción de licores, así como la predicción de ahorros alcanzados al aplicar aislantes en zonas detectadas como críticas. Se utilizan  modelos de  transferencia de calor para sistemas radiales y cálculos económicos a partir de costos de aislantes térmicos, recursos másicos y energéticos, y eventuales ahorros alcanzados por la implementación de aislantes. Se encontró que las pérdidas energéticas pueden reducirse hasta en un 99%, con rápida recuperación de los costos de inversión según la selección del aislante. Los modelos presentados pueden ser adaptados por otras empresas que deseen evaluar de manera rápida y efectiva los eventuales ahorros en costos de producción derivados de la minimización de pérdidas energéticas a través de sus tuberías

Thermochemical equilibrium model of synthetic natural gas production from coal gasification using aspen plus

ABSTRACT: The production of synthetic or substitute natural gas (SNG) from coal is a process of interest in Colombia where the reserves-to-production ratio (R/P) for natural gas is expected to be between 7 and 10 years, while the R/P for coal is forecasted to be around 90 years. In this work, the process to produce SNG by means of coal-entrained flow gasifiers is modeled under thermochemical equilibrium with the Gibbs free energy approach. The model was developed using a complete and comprehensive Aspen Plus model. Two typical technologies used in entrained flow gasifiers such as coal dry and coal slurry are modeled and simulated. Emphasis is put on interactions between the fuel feeding technology and selected energy output parameters of coal-SNG process, that is, energy efficiencies, power, and SNG quality. It was found that coal rank does not significantly affect energy indicators such as cold gas, process, and global efficiencies. However, feeding technology clearly has an effect on the process due to the gasifying agent. Simulations results are compared against available technical data with good accuracy. Thus, the proposed model is considered as a versatile and useful computational tool to study and optimize the coal to SNG process

Caracterização morfológica e físico-química de biocarvões produzidos pela gasificação de espécies florestais selecionadas

RESUMEN: En este estudio se caracterizaron muestras de biocarbones obtenidos como subproducto del proceso de gasificación, en lecho fijo a 700 °C, de las especies Eucalyptus grandis (BC-EG), Acacia magnium (BC-AM) y Gmelina arborea (BC-GA). Sus características morfológicas y propiedades fisicoquímicas se evaluaron usando fisisorción de nitrógeno por el método de Brunauer-Emmet-Teller (BET), espectroscopia de dispersión de energía de rayos X (EDS) y espectroscopia infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR). Los biocarbones analizados presentaron áreas superficiales en el rango de 2.0-50.0 m2/g; el biocarbón originado de la especie BC-EG presentó la mayor área superficial (50.0 m2/g), mientras que el biocarbón obtenido de BC-GA mostró la menor (2.0 m2/g). Por otro lado, las muestras obtenidas pueden clasificarse como materiales mesoporosos debido a que su tamaño de poro estuvo entre 2 y 50 nm; esto indica que dichos materiales pueden usarse en procesos de absorción, aunque, se espera que el material proveniente de BC-AM sea el más adecuado para este tipo de aplicaciones. Los espectros FTIR no mostraron picos característicos de celulosa y hemicelulosa en ninguna de las muestras, lo cual se atribuye a su descomposición por las temperaturas alcanzadas en los procesos de gasificación. Adicionalmente, de acuerdo a los análisis SEM/EDX todas las muestras analizadas presentan estructuras de poros bien definidas y contienen minerales como Na, K y Ca, lo cual sugiere que los biocarbones también podrían ser considerados para remediación de suelos.ABSTRACT: In this study, biochar samples acquired as by-product by downdraft gasification at 700 °C from Eucalyptus grandis (BC-EG), Acacia magnium (BC-AM) and Gmelina arborea (BC-GA) were characterized. The morphological characteristics and physicochemical properties of biochar were studied using nitrogen physisorption by the Brunauer-Emmet-Teller (BET) method, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Energy Dispersive Spectrometry (EDX) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The surface area (SA) of the materials was in the 2.0-50.0 m2/g range, with the biochar obtained from BC-EG showing the highest SA (50.0 m2/g), while the biochar derived from BC-GA showed the lowest SA (2.0 m2/g). In addition, all samples can be classified as mesoporous materials because their pore sizes were between 2 and 50 nm. This indicates that these materials can be used in absorption processes; however, the biochar obtained from BC-AM is expected to be the most suitable for absorption applications. FTIR biochar spectra did not exhibit characteristic peaks for cellulose or hemicellulose in any sample due to decomposition of these compounds at the gasification temperature. Moreover, according to SEM/EDX analyzes, all the samples presented well defined pore structure and contained minerals as Na, K and Ca, suggesting that the biochar could also be useful for soil amendment applications

Nuevo complemento para simulaciones de ingeniería en hojas de cálculo usando métodos de continuidad homotópica

RESUMEN: Resolver modelos matemáticos representados por ecuaciones no lineales es común en la ingeniería y puede ser una tarea difícil. Los métodos de Continuidad Homotópica han mostrado ser globalmente convergentes y capaces de encontrar todas las posibles raíces de sistemas algebraicos. Con base en este tipo de métodos, se presenta un nuevo complemento para Microsoft Office Excel, SphereSolver, desarrollado con el objetivo de mejorar la capacidad de este software común, como una plataforma de computación de simulación para problemas de ingeniería. SphereSolver se aplico sobre diferentes tipos de modelos de ingeniería y en todos los casos, las ecuaciones no lineales se resolvieron con éxito. La solución con SphereSolver a los problemas seleccionados se comparo con otras técnicas de solución, por ejemplo, el método clásico de Newton, Homotópica de punto fijo y Homotopía Afín. Se observo que usando SphereSolver el intervalo de convergencia se extiende masivamente y / o se pueden encontrar raíces adicionales, es decir, se mejoro la solución. Se concluye que SphereSolver es una herramienta eficiente que se puede utilizar en Microsoft Excel para resolver problemas de ingeniería donde otros programas o herramientas tradicionales pueden fallar o presentar limitaciones.ABSTRACT: Solving models represented by non-linear equations is a common situation in engineering and can be a challenging task. Homotopy Continuation Methods have shown globally convergent behavior, capable of finding all the possible roots of algebraic systems. Based on these methods, a new Microsoft Office Excel add-in was developed, SphereSolver, aiming to enhance the ability to use this easily obtainable software as a simulation computing platform for engineering problems. SphereSolver was applied over different types of engineering models and the non-linear equations were solved successfully each time. Selected problems were solved with SphereSolver and compared with other solution tecniques, e.g., classical Newton’s method, Fixed Point homotopy or Affine Homotopy. It was observed that using SphereSolver the solution for selected problems was improved, i.e., the interval of convergence is extended massively and/or additional roots can be found. It can be concluded that SphereSolver is a new and efficient tool that can be used within Microsoft Excel for solving engineering problems where other software or traditional tools could fail or present limitations

Efecto del rango de carbones colombianos y su tecnología de alimentación en la producción de gas natural sustituto, mediante gasificación en lecho arrastrado

RESUMEN: Presenta los resultados de un estudio del efecto del rango del carbón usado (desde subbituminoso hasta semiantracita) y de la tecnología de alimentación (seca o húmeda) sobre el proceso de producción de gas natural sustituto (GNS) en gasificadores de flujo arrastrado. Se analizaron diez carbones provenientes de importantes minas de Colombia. El proceso de producción de GNS a partir de gasificación de carbón se modeló bajo equilibrio termoquímico en Aspen Plus. El rendimiento del proceso se evaluó en términos de parámetros de salida, que incluyen el poder calórico del GNS, el índice de Wobbe, la eficiencia de conversión de carbón, la eficiencia en frío, la eficiencia del proceso, la eficiencia global y la tasa de producción de GNS, entre otros. En orden descendente, el proceso carbón-GNS mejora energéticamente con el uso de carbones con alta relación material volátil/carbón fijo, bajo contenido de ceniza, alta relación C+H/O y alto valor calórico del carbón. La eficiencia energética global para la producción de GNS vía gasificación es 17% mayor para la tecnología de alimentación en húmedo con respecto a la tecnología de alimentación en seco; esto posiblemente se da por la mayor concentración de CH4 en el syngas (alrededor del 7% vol.) cuando se usa alimentación en húmedo. El GNS simulado cumple los estándares de calidad de gas natural (GN) en Colombia; por lo tanto, el combustible gaseoso sustituto podría transportarse directamente por gasoductos. Por lo anterior, es técnicamente viable considerar el proceso carbón-GNS como una alternativa no convencional para la producción de GN.ABSTRACT: The effect of coal rank (from sub-bituminous to semi-anthracite) and type of fuel feeding technology (slurry and dry) on the production of substitute natural gas (SNG) in entrained flow gasifiers is studied. Ten coals from important Colombian mines were selected. The process is modeled under thermochemical equilibrium using Aspen Plus, and its performance is evaluated in function of output parameters that include SNG heating value, Wobbe index, coal conversion efficiency, cold gas efficiency, process efficiency, global efficiency, and SNG production rate, among others. In descending order, the coal-to-SNG process improves energetically with the use of coals with: higher volatile-matter to fixed-carbon ratio, lower ash content, higher C+H/O ratio, and higher coal heating value. The overall energy efficiency of the slurry-feed technology (S-FT) to produce SNG by gasification is 17% higher than the dry-feed technology (D-FT), possibly as a consequence of the higher CH4 concentration in the syngas (around 7 vol. %) when the coal is fed as aqueous slurry. As the simulated SNG meets the natural gas (NG) quality standards in Colombia, the substitute gaseous fuel could be directly transported through pipelines. Therefore, the coal-to-SNG process is a technically feasible and unconventional alternative for NG production

Evaluación de biochar como alternativa de sustrato en cultivos de tomate

La transformación termoquímica de biomasa para generar potencia eléctrica produce como residuo sólido el biochar, material que de acuerdo a sus propiedades puede ser utilizado en diversas aplicaciones, entre ellas la mejora de los suelos de cultivo. En el presente trabajo se evalúan dos tipos específicos de biochar como potencial sustitutos de sustrato en cultivos de pequeña escala a cielo abierto. Tomando como referencia un cultivo de Solanum lycopersicum (tomate) se observó el efecto sobre el desarrollo de las plantas y la cosecha (cantidad, diámetro y peso de los frutos) al sustituir el sustrato comercial por biochar en proporciones de 0, 20, 50, 80 y 100%. Se observó que con sustituciones del 20% y el 50% de sustrato por biochar, las plantas tienen un desarrollo normal y la producción de tomate es comparable al obtenido en ausencia de biochar; sin embargo al sustituir el 80% o el 100% del sustrato por el biochar, el efecto en el crecimiento de las plantas es negativo, aparentemente por la ausencia de nutrientes. Estos resultados vistos desde un enfoque económico y ambiental son bastante satisfactorios, pues usar 20% o 50% de biochar pueden representar ahorros significativos para el agricultor (menor uso de sustratos) a la vez que dan utilidad a desechos agroindustriales (biochar

Evaluación de biochar como alternativa de sustrato en cultivos de tomate

La transformación termoquímica de biomasa para generar potencia eléctrica produce como residuo sólido el biochar, material que de acuerdo a sus propiedades puede ser utilizado en diversas aplicaciones, entre ellas la mejora de los suelos de cultivo. En el presente trabajo se evalúan dos tipos específicos de biochar como potencial sustitutos de sustrato en cultivos de pequeña escala a cielo abierto. Tomando como referencia un cultivo de Solanum lycopersicum (tomate) se observó el efecto sobre el desarrollo de las plantas y la cosecha (cantidad, diámetro y peso de los frutos) al sustituir el sustrato comercial por biochar en proporciones de 0, 20, 50, 80 y 100%. Se observó que con sustituciones del 20% y el 50% de sustrato por biochar, las plantas tienen un desarrollo normal y la producción de tomate es comparable al obtenido en ausencia de biochar; sin embargo al sustituir el 80% o el 100% del sustrato por el biochar, el efecto en el crecimiento de las plantas es negativo, aparentemente por la ausencia de nutrientes. Estos resultados vistos desde un enfoque económico y ambiental son bastante satisfactorios, pues usar 20% o 50% de biochar pueden representar ahorros significativos para el agricultor (menor uso de sustratos) a la vez que dan utilidad a desechos agroindustriales (biochar

Carbones colombianos: clasificación y caracterización termoquímica para aplicaciones energéticas

ResumenLa relación reservas/producción de carbón en Colombia ronda los 91 años. Para aprovechar tal disponibilidad del carbón mediante tecnologías de alta eficiencia, es necesario contar con la adecuada caracterización de los diferentes carbones. En este trabajo se analizaron 10 muestras de carbones colombianos con diferentes rangos y calidad, procedentes de diferentes locaciones geográficas. Cada muestra se caracterizó según su análisis próximo, análisis último, análisis termogravimétrico (TGA) y poder calorífico. Se estableció el rango o calidad de cada muestra según diferentes métodos estandarizados, incluyendo normas ASTM, diagramas de Van Kleveler, método gráfico de Parr y la norma ISO 11760-2005. Adicionalmente se determinó la reactividad de las muestras a través de análisisTGA y análisis térmico diferencial (DTG). Se encontró que los carbones de mayor rango o calidad no necesariamente resultan ser los más reactivos para aplicaciones energéticas, ya que a mayor proporciónde carbono fijo, la liberación de material volátil tiende a ser más lenta, disminuyendo su capacidad de uso y transformación en procesos termoquímicos. Palabras clave: carbones colombianos, análisis próximo, análisis último, reactividad, rango, aprovechamiento energético.    Colombian coals: classification and thermochemical characterization for energy applications  Abstract Colombian coal reserves/production ratio is around 91 years. The challenge is to exploit the availability of coal in Colombia by means of higher efficiency technologies, it is necessary to characterize the different coals properly. In this work ten Colombian samples of coal with different rank and quality were analyzed. The samples are from different regions around the country. Each sample was characterized according to proximate and ultimate analysis, as well as thermogravimetric analysis and heating value. For each coal sample was assessed its rank or quality according to different standardized methods, i.e., ASTM standard, Van Kleveler diagram, Parr method and ISO 11760-2005 standard. Moreover, the reactivity of each sample was determined by means of thermogravimetric and its differential thermal analyses. It was found that the coals with the higher rank are not necessarily the more reactive fuels for energy use. This is due to the coals, with higher fixed carbon, release the volatile matter slowly; therefore, its use capacity and its thermochemical transformation decreases. Keywords: colombian coals, proximate and ultimate analysis, reactivity, coal Rank, energy use.    Carvões colombianos: classificação e caracterização para aplicações de energia termoquímica  ResumoA relação reservas / produção de carvão na Colômbia é de cerca de 91 anos. Procurando explorar a disponibilidade de carvão na Colômbia, por meio de tecnologias de eficiência mais elevados, é necessário ter a caracterização adequada dos diferentes carvões. Neste trabalho foram analisadas dez amostras de carvão da Colômbia com diferentes categoria e qualidade. As amostras são provenientes de diferentes regiões do país. Cada amostra foi caracterizada de acordo com a análise imediata e definitiva, bem como a análise termogravimétrica (TGA) e valor calórico. Para cada amostra de carvão foi avaliada a sua categoria ou qualidade de acordo com diferentes métodos padrão, incluindo ASTM, diagramas Van Kleveler, método Parr e padrão ISO 11760-2005. Além disso, a reatividade de cada amostra foi determinada utilizando TGA e suas análises térmicas diferenciais. Verificou-se que as brasas com o posto mais alto não são necessariamente os combustíveis mais reativas para aplicações de energia, porque com maior proporção de carbono fixo, a matéria volátil que é liberado mais lentamente, portanto, a sua capacidade de uso e sua transformação termoquímica tende a ser mais lenta. Palabras-chave: carvão da Colômbia, análise imediata e definitiva, reatividade, carvão rank, utilização de energia.    Cita: Barrera Zapata R, Perez Bayer JF, Salazar Jiménez C. Carbones colombianos: clasificación y caracterización termoquímica para aplicaciones energéticas. rev.ion. 2014;27(2):43-54

Carbones colombianos: clasificación y caracterización termoquímica para aplicaciones energéticas

ResumenLa relación reservas/producción de carbón en Colombia ronda los 91 años. Para aprovechar tal disponibilidad del carbón mediante tecnologías de alta eficiencia, es necesario contar con la adecuada caracterización de los diferentes carbones. En este trabajo se analizaron 10 muestras de carbones colombianos con diferentes rangos y calidad, procedentes de diferentes locaciones geográficas. Cada muestra se caracterizó según su análisis próximo, análisis último, análisis termogravimétrico (TGA) y poder calorífico. Se estableció el rango o calidad de cada muestra según diferentes métodos estandarizados, incluyendo normas ASTM, diagramas de Van Kleveler, método gráfico de Parr y la norma ISO 11760-2005. Adicionalmente se determinó la reactividad de las muestras a través de análisisTGA y análisis térmico diferencial (DTG). Se encontró que los carbones de mayor rango o calidad no necesariamente resultan ser los más reactivos para aplicaciones energéticas, ya que a mayor proporciónde carbono fijo, la liberación de material volátil tiende a ser más lenta, disminuyendo su capacidad de uso y transformación en procesos termoquímicos. Palabras clave: carbones colombianos, análisis próximo, análisis último, reactividad, rango, aprovechamiento energético.    Colombian coals: classification and thermochemical characterization for energy applications  Abstract Colombian coal reserves/production ratio is around 91 years. The challenge is to exploit the availability of coal in Colombia by means of higher efficiency technologies, it is necessary to characterize the different coals properly. In this work ten Colombian samples of coal with different rank and quality were analyzed. The samples are from different regions around the country. Each sample was characterized according to proximate and ultimate analysis, as well as thermogravimetric analysis and heating value. For each coal sample was assessed its rank or quality according to different standardized methods, i.e., ASTM standard, Van Kleveler diagram, Parr method and ISO 11760-2005 standard. Moreover, the reactivity of each sample was determined by means of thermogravimetric and its differential thermal analyses. It was found that the coals with the higher rank are not necessarily the more reactive fuels for energy use. This is due to the coals, with higher fixed carbon, release the volatile matter slowly; therefore, its use capacity and its thermochemical transformation decreases. Keywords: colombian coals, proximate and ultimate analysis, reactivity, coal Rank, energy use.    Carvões colombianos: classificação e caracterização para aplicações de energia termoquímica  ResumoA relação reservas / produção de carvão na Colômbia é de cerca de 91 anos. Procurando explorar a disponibilidade de carvão na Colômbia, por meio de tecnologias de eficiência mais elevados, é necessário ter a caracterização adequada dos diferentes carvões. Neste trabalho foram analisadas dez amostras de carvão da Colômbia com diferentes categoria e qualidade. As amostras são provenientes de diferentes regiões do país. Cada amostra foi caracterizada de acordo com a análise imediata e definitiva, bem como a análise termogravimétrica (TGA) e valor calórico. Para cada amostra de carvão foi avaliada a sua categoria ou qualidade de acordo com diferentes métodos padrão, incluindo ASTM, diagramas Van Kleveler, método Parr e padrão ISO 11760-2005. Além disso, a reatividade de cada amostra foi determinada utilizando TGA e suas análises térmicas diferenciais. Verificou-se que as brasas com o posto mais alto não são necessariamente os combustíveis mais reativas para aplicações de energia, porque com maior proporção de carbono fixo, a matéria volátil que é liberado mais lentamente, portanto, a sua capacidade de uso e sua transformação termoquímica tende a ser mais lenta. Palabras-chave: carvão da Colômbia, análise imediata e definitiva, reatividade, carvão rank, utilização de energia.    Cita: Barrera Zapata R, Perez Bayer JF, Salazar Jiménez C. Carbones colombianos: clasificación y caracterización termoquímica para aplicaciones energéticas. rev.ion. 2014;27(2):43-54