A Short Note About Energy-Efficiency Performance of Thermally Coupled Distillation Sequences

Authors


Abstract

In this work, we present a comparative study of the energy-efficiency performance between conventional distillation sequences and thermally coupled distillation arrangements (TCDS) for the separation of ternary mixtures of hydrocarbons under the action of feedback control loops. The influence of the relative ease of separation of the feed mixture and its composition was analyzed. The feedback analysis was conducted through servo tests with individual changes in the set points for each of the three product streams. Standard PI controllers were used for each loop. The results show an apparent trend regarding the sequence with a better dynamic performance. Generally, TCDS options performed better for the control of the extreme components of the ternary mixture (A and C), while the conventional sequences offered a better dynamic behaviour for the control of the intermediate component (B). The only case in which there was a dominant structure for all control loops was when the feed contained low amounts of the intermediate component and the mixture had similar relative volatilities. The Petlyuk column provided the optimal choice in such case, which contradicts the general expectations regarding its control behaviour. In addition, the energy demands during the dynamic responses were significantly lower than those observed for the other distillation sequences. TCDS options, therefore, are not only more energy efficient than the conventional sequences, but there are cases in which they also offer better feedback control properties.

Abstract

On présente dans ce travail une étude comparative de la performance d'efficacité d'énergétique entre les séquences de distillation conventionnelles et les configurations de distillation couplées thermiquement (TCDS) pour la séparation de mélanges ternaires d'hydrocarbures sous l'action de boucles de contrôle d'asservissement. L'influence de la facilité relative de séparation du mélange d'alimentation et de sa composition est analysée. L'analyse de rétroalimentation est réalisée grâce à des tests d'asservissement avec des changements individuels dans les points de consigne pour chacun des trois courants de produits. Des contrôleurs PI standards ont été utilisés pour chaque boucle. Les résultats montrent une tendance apparente pour la séquence ayant une meilleure performance dynamique. Généralement, les options TCDS sont meilleures pour le contrôle des composantes extrêmes du mélange ternaire (A et C), tandis que les séquences conventionnelles offrent un meilleur contrôle dynamique pour le contrôle de la composante intermédiaire (B). Le seul cas où il y a une structure dominante pour toutes les boucles de contrôle, c'est lorsque l'alimentation contenant de faibles quantités de la composante intermédiaire et le mélange ont la même volatilité relative. La colonne Petlyuk est le choix optimal dans un tel cas, ce qui contredit les attentes générales concernant son comportement de contrôle. En outre, les demandes d'énergie pendant les réponses dynamiques sont significativement plus faibles que celles observées pour les autres séquences de distillation. Ainsi, non seulement les options TCDS sont plus efficaces que les séquences conventionnelles, mais il y a des cas où elles offrent également de meilleures propriétés de contrôle d'asservissement.

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