Energy-efficient complex distillation sequences: Control properties

• Published in: Canadian journal of chemical engineering 2008-04, Vol.86 (2), p.249-259
• Main Authors: Robles-Zapiain, Salvador, Segovia-Hernández, Juan Gabriel, Bonilla-Petriciolet, Adrián, Maya-Yescas, Rafael
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Chemical engineering; closed loop dynamics; controllability; Distillation; energy consumption; Exact sciences and technology; multi-component mixtures; open loop dynamics; thermally coupled distillation schemes
• ISSN: 0008-4034; 1939-019X
• DOI: 10.1002/cjce.20021

Four thermally coupled distillation systems were designed for the separation of five‐component mixtures (the light‐ends separation section of a crude distillation plant); their steady‐state design was obtained by starting from a conventional distillation sequence and then optimizing for minimum energy consumption. The thermally coupled distillation systems were compared to sequence based on conventional columns design. Comparison was based on controllability properties under open and closed loop operation, following the dynamic behaviour after common industrial operating disturbances. Simulation results were analyzed by the singular value decomposition technique and with the performance examination of elimination of feed disturbances using PI controllers. It was found that thermally coupled distillation systems are controllable and, sometimes, they exhibit dynamic responses that are easier to manage than in the case of conventional distillation sequences; this result is innovative in the study of this kind of systems. Quatre systèmes de distillation couplés thermiquement ont été conçus pour la séparation de mélanges à cinq composantes (la section de séparation de légers d'une installation de distillation de brut); leur conception en régime permanent a été obtenue en débutant par une séquence de distillation conventionnelle qui a ensuite été optimisée quant à la consommation d'énergie minimale. Ces systèmes de distillation couplés thermiquement ont été comparés à une séquence basée sur la conception de colonne conventionnelle. La comparaison s'appuie sur les propriétés de contrǒlabilité pour un fonctionnement en boucle ouverte et fermée, en suivant le comportement dynamique à la suite de perturbations opératoires industrielles communes. Les résultats de simulation sont analysés par la technique de décomposition des valeurs singulières et l'examen des performances pour éliminer des perturbations sur l'alimentation à l'aide de contrǒleurs PI. On a trouvé que les systèmes de distillation couplés thermiquement sont contrǒlables, et parfois, ceux‐ci montrent des réponses dynamiques qui sont plus faciles à gérer que dans le cas des séquences de distillation conventionnelles; c'est un résultat novateur dans l'étude de ce type de systèmes.