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

STUDENTS FEEDBACK
During the execution of the project students are encourage to
provide feedback to the instructors about their difficulties in the
different steps involved in its development. It has been found that
the main problem is the lack of convergence of the model as a result
of poor initial estimates. This happens because students attempt to
construct the case in fewer steps than recommended, in many cases
under deadline pressure. Considering this, it should be stressed that
the project requires time planning and dedication. Other issues are
related to the performance of the optimizer included in the pro-
cess simulator: students that are unfamiliar with the optimization
algorithms face problems modifying optimizer parameters such as
maximum iteration number or allowed relative error.
In addition, at the end of the project students answer a con-
fidential survey relating the exercise with the ABET outcomes.
They grade over 4 points the relevance of the project in relation-
ship with the ABET outcomes. A summary of the results is shown
in Table 11. In the table it can be seen that most students recognize
that this project contributes to the fulfillment of 4 out of 12 ABET
outcomes in a high degree.
CONCLUSIONS
Throughout this academic example the students can identify that
the applications of the MESH equations and the Peng–Robinson
thermodynamic model allow a rigorous description of the theo-
retical analogy of the distillation columns that compose the crude
distillation unit. This representation allows noticing the influence
of the quality specifications of the products on the results and the
fractionation of crude according to the desired parameters.
The importance of the degrees of freedom analysis in the pro-
cess of modeling and optimization has been directly related to the
solutions that can be achieved. In this way, the practical implica-
tions of the degrees of freedom of the system are highlighted.
The application of the Inside-Out method for solving the sys-
tem of equations that represent the distillation columns has proved
to be reliable even for complex systems. At the same time, the SQP
method has shown its efficiency in the optimization of this type of
chemical process.
The consistency of the results obtained stimulates the students
to relate concepts of thermodynamics, mathematical modeling and
optimization. The analysis of the results favors the understanding
of the methods used by the process simulator and stresses their
usefulness.
The importance of the optimization process can be seen in the
final result since it was possible to maximize the objective function.
Following the same procedure, students can set up and solve this
exercise using an economic objective function that considers the
profitability elements of this type of distillation units.
Finally, it is important to point out that the project has been
received with a great enthusiasm among the undergraduate students
of Chemical Engineering and its usefulness is documented on the
surveys that support its application in the achievement of certain
ABET outcomes.