Tools development for analysis and conceptual design of extractive and azeotropic distillation columns at finite reflux

Abstract

In this work shortcut methods are developed for the conceptual design of azeotropic and extractive distillation. Three specific cases of azeotropic and extractive distillation are studied: single-feed homogeneous azeotropic distillation, extractive homogeneous distillation and single-feed heterogeneous distillation. To evaluate the process feasibility, to calculate design parameters and minimum energy by shortcut methods is the core of this work. Methods developed are based on the pinch concept and the use of mathematical tools for modeling the thermodynamic behavior. Continuation methods are used throughout the work in order to either devise or modify calculation algorithms that can be robust and useful for any kind of mixture. Finally, different mixtures with academic or industrial relevance were selected as case studies to demonstrate the applicability of conceptual design and shortcut methods in distillation process. Obtained results demonstrate that the use of conceptual design methods is an efficient way to avoid the trial and error design strategy carried out in simulators by engineers.

En este trabajo métodos cortos fueron desarrollados para el diseño conceptual de la destilación extractiva y azeotrópica. Tres diferentes casos de destilación azeotrópica y extractiva fueron estudiados: destilación azeotrópica homogénea en columnas con un alimento, destilación extractiva homogénea y destilación heterogénea en columnas con un alimento. La evaluación de la factibilidad del proceso, el cálculo de los parámetros de diseño y la mínima energía constituyen el núcleo del presente trabajo. Los métodos desarrollados están basados en el concepto del pinchy el uso de herramientas matemáticas para modelar el comportamiento termodinámico. Métodos de continuación son usados a lo largo del trabajo ya sea para el desarrollo o para modificar algoritmos de cálculo que sean robustos y aplicables a cualquier clase de mezcla. Finalmente, diferentes mezclas con relevancia académica o industrial fueron seleccionadas como casos de estudio para demostrar la aplicabilidad del diseño conceptual y los métodos cortos en el proceso de destilación. Los resultados obtenidos demuestran que el uso de los métodos cortos en el diseño conceptual son una forma eficiente para evitar el diseño mediante una estrategia de ensayo y error usando simuladores comerciales.