Towards Integrated Process and Control System Synthesis for Heat-Integrated Plants

Authors


Abstract

Most chemical processes are networks of different pieces of equipment, as reactors, distillation columns, compressors, heat exchangers, etc. Process integration is an area of chemical engineering that deals with the optimal design of these networks, from the point of view of energy efficiency, capital costs, emissions reduction, waster water minimization, and raw materials usage. Until recently, engineers developed conceptual process designs by experience and intuition, however, with the establishment of process integration methodologies, this activity can be performed systematically.

One of the subjects that have received the most attention from researchers in this area is the steady state design of Heat Exchanger Networks (HENs). Several tools have been developed and are in use; however, the development of a tool for synthesis of HENs that takes into account network controllability is not available. Hence, the purpose of this paper is the development of a new methodology for design of heat-integrated chemical processes, particularly HENs where controllability and energy recovery are both balanced during the design synthesis stage.

Abstract

La plupart des procédés chimiques sont des réseaux de différentes pièces d'équipement, comme des réacteurs, des colonnes à distiller, des compresseurs, des échangeurs de chaleur, etc. L'intégration des procédés est un domaine du génie chimique qui s'occupe de la conception optimale de ces réseaux, en termes d'efficacité énergétique, de coûts en capital, de réduction des émissions, de minimisation des eaux usées et de l'utilisation des matières premières. Jusqu'à récemment, les ingénieurs créaient des procédés conceptuels par expérience et intuition, mais avec la venue des méthodologies d'intégration des procédés, ce travail peut se faire de façon systématique. L'un des sujets qui depuis peu attire le plus l'attention des chercheurs dans ce domaine, c'est la conception à l'état stable de réseaux d'échangeurs de chaleur (HEN). Plusieurs outils ont été mis au point et sont employés : cependant, on n'a pas encore mis au point un outil pour la synthèse des HEN qui tienne compte de la contrôlabilité des réseaux. Ainsi, cet article vise à élaborer une nouvelle méthodologie pour la conception des procédés chimiques intégrés thermiquement, en particulier les HEN pour lesquels la contrôlabilité et la récupération d'énergie sont toutes deux équilibrées durant la phase de synthèse de la conception.

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