Design of control configuration for highly heat-integrated HDA process

• Main Author: Chaiwat Chuliwanlee (Author)
• Other Authors: Montree Wongsri (Contributor), Kulchanat Prasertsit (Contributor), Chulalongkorn University. Faculty of Engineering (Contributor)
• Format: Book
• Published: Chulalongkorn University, 2011-03-03T10:27:42Z.
• Subjects: Thesis
• Online Access: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/14719
• Other title: การออกแบบโครงสร้างควบคุมสำหรับกระบวนการไฮโดรดีอัลคีลเลชันที่พลังงานเบ็ดเสร็จอย่างสูง
• Notes: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/14719
• Keywords: Chemical process control; Heat exchangers

Thesis (M.Eng.)--Chulalongkorn University, 2007

The design plantwide control structures for a highly heat integrated plant is quite difficult task since the highly heat integrated plant has a few utility unit (i.e. heater and cooler) to absorb thermal disturbance load. This problem can be solved by adding auxiliary utility unit. However, more auxiliary utility unit will be increase capital operating and maintenance costs. In this research, we propose the strategy to design the workable highly heat integrated plant like alternatives 5 and 6 of hydrodealkylation of toluene (HDA) process with minimum auxiliary utility unit. It starts with specifying the disturbances and their magnitudes, next designing the worst case condition, and then designing the heat pathway. Finally, the minimum auxiliary utility units are evaluated. We can solve the control difficulties associated with alternatives 5 and 6 by adding an auxiliary utility unit to the process instead of three and four as suggested by Luyben (1999), respectively. The three new control structures are proposed and their performances are evaluated. As shown in dynamic simulation study, the control performance for the highly heat integrated plant with minimum auxiliary utility unit is same with the highly heat integrated plant with full auxiliary utility units. CS1 is the best control structure for handle disturbances due to it gives better control performances. In this control structure, the selective controller with low selector switch (LSS) is employed to achieve dynamic maximum energy recovery that can save energy about 0.45 % for change in the heat load disturbance of cold stream. Besides, the inlet hot temperature at entrance of reboiler is maintained to prevent the propagation of thermal disturbance to separation section.

การออกแบบโครงสร้างการควบคุมแบบแพลนท์ไวด์สําหรับกระบวนการที่มีการเบ็ดเสร็จของพลังงานสูงเป็นงานที่ค่อนข้างยาก เนื่องจากกระบวนการที่มีการเบ็ดเสร็จของพลังงานสูงนั้น มีหน่วยยูทิลิตี(Utility Unit) เช่น เครื่องทำความเย็น และเครื่องทำความร้อน ในจำนวนที่น้อยเพื่อที่จะใช้ในการดูสับภาระความแปรปรวนที่เกี่ยวกับพลังงาน ปัญหานี้สามารถแก้ได้โดยการเพิ่มหน่วยยูทิลิตีเสริม(Auxiliary Utility Unit) แต่อย่างไรก็ตามการเพิ่มหน่วยยูทิลิตีเสริมจะเป็นการเพิ่มค่าใช้จ่ายในส่วนของการก่อสร้าง การดำเนินการและการซ่อมบำรุง ในงานวิจัยนี้จึงได้เสนอวิธีการในการออกแบบเพื่อรับประกันการทำงานของกระบวนการที่มีการเบ็ดเสร็จของพลังงานสูงโดยใช้จำนวนหน่วยยูทิลิตีเสริมให้น้อยที่สุด ซึ่งจะนำไปประยุกต์ใช้กับกระบวนการไฮโดรดีอัลคิลเลชันที่มีการเบ็ดเสร็จของพลังงานแตกต่างกัน โดยเริ่มต้นด้วยการกําหนดรายละเอียดและขนาดของตัวรบกวน ตามด้วยออกแบบสภาวะการดำเนินงานที่แย่ที่สุด หลังจากนั้นทำการออกแบบเส้นทางเดินของความร้อนและสุดท้ายจำนวนหน่วยยูทิลิตีเสริมที่น้อยที่สุดจะถูกประเมิน จากวิธีการข้างต้นเราสามารถแก้ปัญหาเกี่ยวกับความยากในการควบคุมของกระบวนการไฮโดรดีอัลคิลเลชันได้โดยการเพิ่มจํานวนหน่วยยูทิลิตีเสริมในกระบวนการเพียงหนึ่งตัว ในขณะที่ลูเบนได้ทําการเพิ่มจํานวนหน่วยยูทิลิตีเสริมถึง 3 และ 4 ตัวตามความซับซ้อนของการเบ็ดเสร็จพลังงานเพื่อที่จะแก้ป้ญหาเดียวกันนี้ นอกจากนี้ในงานวิจัยนี้ยังได้ทําการเสนอโครงสร้างการควบคุมแบบใหม่ขึ้นมาอีก 3 โครงสร้างอีกทั้งยังประเมินสมรรถนะของโครงสร้างดังกล่าวไว้ด้วย ผลการจำลองทางพลวัตพบว่า สมรรถนะในการควบคุมสำหรับกระบวนการที่มีการเบ็ดเสร็จของพลังงานสูงโดยใช้จำนวนหน่วยยูทิลิตีเสริมน้อยที่สุดให้สมรรถนะเหมือนกันกับกระบวนการที่มีการเบ็ดเสร็จของพลังงานสูงแต่ใช้หน่วยยูทิลิตีเสริมเต็มที่ โดยโครงสร้างการควบคุมแบบที่ 1 เป็นโครงสร้างที่สามารถรับมือกับภาระของตัวรบกวนได้ดีที่สุดเนื่องจากสมรรถนะการควบคุมของโครงสร้างดังกล่าวดีกว่าโครงสร้างอื่นๆ ซึ่งในโครงสร้างแบบที่ 1ได้ทำการติดตัวควบคุมแบบซีเล็คทีฟซึ่งมีตัวสลับแบบโลว์ซีเล็คเตอร์ เพื่อที่จะนำพลังงานกลับคืนสูงสุดทางพลวัต ซึ่งพบว่าสามารถประหยัดพลังงานไป 0.45 % สำหรับการทดสอบการเปลี่ยนแปลงภาระความแปรปรวนของพลังงานในกระแสเย็น และนอกจากนี้อุณหภูมิทางเข้าในกระแสร้อนของหม้อต้มซ้ำจะถูกควบคุมให้คงที่เพื่อที่จะป้องกันการกระจายของภาระความแปรปรวนของพลังงานไปยังหน่วยแยก