Modeling and Optimization of a Crude Distillation Unit: a case Study for Undergraduate Students

Description of the Case
Atmospheric Distillation Column (C1). The column of atmo-
spheric distillation is the unit where most of the crude fractioning
takes place. The model is composed of a column with 26 theoret-
ical trays, with a partial condenser and without a reboiler. It has
Figure 1
Atmospheric distillation column.
three side columns with two theoretical trays each, but no con-
denser nor reboiler. The column includes three pumparounds that
recirculate the liquid between trays 13 and 12, 18 and 17, and 22
and 21. In tray 24, there is a trim heater that allows a temperature
variation at the flash zone.
The crude is fed to the main column at tray 24 and steam is
fed at tray 26. The products of the main column are: the condenser
vapor (Wet-Gas), the condensate (Light Straight-Run, LSR), a
side product that comes from tray 8 (Naphtha) and the bottoms
(Topped); from trays 13, 18, and 22 come out three streams that
feed tray 1 of the side columns: they have the streams of kerosene,
diesel, and atmospheric gas oil (AGO) as bottom products. These
side columns give in return to the main column the most volatile
components of the separation to trays 11, 17, and 21, respectively.
For separation in the side columns, these are fed with steam at tray
number 2.
The configuration of the atmospheric distillation column is
shown in Figure 1.
Vacuum Distillation Column (C2). This column is used to frac-
tionate the least volatile components of the crude, which are the
bottoms of the atmospheric distillation column (Topped). The vac-
uum distillation model represents a column of eight theoretical
trays with a reboiler and without a condenser. The column includes
three pumparounds that recirculate the liquid between trays 2 and
1, 4 and 3, and between the bottoms and tray 8.
The bottoms of atmospheric distillation are fed at tray 7 of
the vacuum distillation column. The product streams of the column
are located at the upper part (vacuum), at tray 2 (light vacuum gas
oil, LVGO), at tray 4 (heavy vacuum gas oil, HVGO), and at tray
8 (residuum). This column operates at 8 mm Hg of pressure.
The configuration of the vacuum distillation column is shown
in Figure 2.