Model predictive control of a reactive distillation for butyl acetate production

• Main Author: Teerasit Komkrajang (Author)
• Other Authors: Amornchai Arpornwichanop (Contributor), Chulalongkorn University. Faculty of Engineering (Contributor)
• Format: Book
• Published: Chulalongkorn University, 2014-01-18T12:59:50Z.
• Subjects: Thesis
• Online Access: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/38329
• Other title: การควบคุมแบบโมเดลพรีดิกทีฟของการกลั่นแบบมีปฏิกิริยาสำหรับการผลิตบิวทิลอะซิตเตต
• Notes: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/38329
• Keywords: Distillation; Predictive control; Butyl acetate -- Production; การกลั่น; การควบคุมทำนายแบบจำลอง; บิวทิลอะซิตเตต -- การผลิต

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

Application of a reactive distillation for butyl acetate production has been received increasing attention over last decades because it can reduce both operating costs as well as capital investments. However, the control of reactive distillation is a challenging problem due to its complex dynamics which results from combining the reaction and separation into single unit. Conventional PID control cannot always handle its high nonlinearity. Therefore, this research considers the application of a model predictive control (MPC) to a butyl acetate reactive distillation column. A dynamic model of the reactive distillation for butyl acetate production is developed based on material and energy balances, vapor-liquid equilibrium and reaction kinetics. The accuracy of simulation results is compared with the literature and a good agreement is observed. Two alternative control structures based on a MPC controller are proposed and the performances of both the control structures for disturbance rejection and set-point tracking are investigated and discussed. Finally, the performance of MPC controller is evaluated and compared to that of a conventional PI controller.

การประยุกต์ใช้หอกลั่นแบบมีปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการผลิตบิวทิลอะซิเตตได้รับความสนใจมากขึ้นตลอดทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากเทคโนโลยีนี้สามารถลดได้ทั้งต้นทุนในการดำเนินการและต้นทุนในการผลิต อย่างไรก็ตามการควบคุมหอกลั่นแบบมีปฏิกิริยาเป็นสิ่งที่ท้าทายเนื่องจากระบบดังกล่าวมีความซับซ้อน ซึ่งเป็นผลมาจากการรวมการเกิดปฏิกิริยาและการแยกสารเข้าไว้ด้วยกันภายในหน่วย ๆ เดียว โดยปกติการใช้ตัวควบคุมแบบพีไอดีไม่สามารถจัดการกับกระบวนการที่มีความไม่เป็นเชิงเส้นสูงได้ ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงนำเอาการควบคุมแบบโมเดลพรีดิกทีฟเข้ามาประยุกต์ใช้กับกระบวนการผลิตบิวทิลอะซิเตต โดยในงานวิจัยนี้ได้พัฒนาแบบจำลองแบบพลวัตของหอกลั่นแบบมีปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการผลิตบิวทิลอะซิเตตโดยอาศัยสมการดุลมวลสารและพลังงาน สมการสมดุลวัฎภาค และสมการแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยา ความถูกต้องของผลการจำลองกระบวนการได้ถูกเปรียบเทียบกับงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง และผลลัพธ์ที่ได้ส่วนใหญ่สอดคล้องกันดี โครงสร้างการควบคุม 2 รูปแบบโดยใช้ตัวควบคุมแบบโมเดลพรีดิกทีฟได้ถูกเสนอและสมรรถนะของโครงสร้างการควบคุมทั้งสองได้ถูกเปรียบเทียบและอภิปรายในกรณีที่มีการรบกวนระบบและการเปลี่ยนแปลงค่าเป้าหมาย นอกจากนี้สมรรถนะของตัวควบคุมแบบโมเดลพรีดิกทีฟได้ถูกประเมินและเปรียบเทียบกับตัวควบคุมแบบพีไอ