Optimal Design and Optimal Operation of Separate Heat Pump Distillation

For a distillation system, in which relative volatility is large in low composition range and small in high composition range, using separate heat pump distillation (SHPD) can markedly save energy. In this paper, vapour flow rate to compressor is proposed as a parameter for system optimization, from the viewpoint of system energy balance. This parameter can be used for both optimal design and optimal operation of SHPD. Mathematical models for optimal design and optimal operation are formulated to minimize total annual cost and annual operating cost respectively. Optimal design of SHPD is performed and evaluated through process simulation, for a typical case study for the distillation of ethanol-water system. The results show that SHPD has notable energy saving and economic benefit when compared with conventional distillation. Optimal operation of SHPD is also evaluated for changes in feed composition which is an operating variable. Pour un systeme de distillation, dans lequel la volatilite relative est grande dans une faible gamme de composition et petite dans une forte gamme de composition, le recours a la distillation a pompes a chaleur separees (SHPD) peut permettre d'importantes economies d'energie. Dans cet article, le debit de vapeur par rapport au compresseur est propose comme parametre pour l'optimisation du systeme, en termes de bilan d'energie. Ce parametre peut servir a la conception optimale et au fonctionnement optimal de la SHPD. Des modeles mathematiques pour la conception optimale et le fonctionnement optimal sont formules pour minimiser le cout annuel total et le cout de fonctionnement annuel, respectivement. La conception optimale de la SHPD est effectuee et evaluee par la simulation de procede, pour un cas-type de distillation d'un systeme ethanol-eau. Les resultats montrent que la SHPD permet des economies notables d'energie et presente un avantage economique par rapport aux procedes de distillation classiques. Le fonctionnement optimal de la SHPD est egalement evalue quant aux changements dans la composition de l'alimentation qui est une variable de fonctionnement.