Skip to main content
SUPERVISOR
Arjomand Mehrabani zeinabad
ارجمند مهربانی زین آباد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amir Hussein Saeidi
امیرحسین سعیدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Modelling, Simulation and Control Of Reactive Distillation
In this thesis, modeling, simulation and control of a reactive distillation tower for production of Ethyl acetate were studied. Simulation of the tower was performed based on mass and energy balance equations using the equilibrium staged model. In order to evaluate effects of simultaneous chemical reaction and phase equilibrium, by using of k_value approach and introducing of correlation factor z, the phase - reaction equilibrium was reduced to quasi-phase equilibrium and then effect of chemical reaction was examined. Wilson activity coefficient was used to consider non-ideal behavior of the liquid phase. Applications of the correction factor results in a faster convergence for solution of equations in simulation of the tower’s behavior toward the next steady state. The behavior of the developed dynamic model was validated through comparison of the data with experimental data. The average of errors in liquid phase mole fraction was 7.7%. Then, the dynamic model was used to study effects of operational parameters such as reflux ratio, reboiler duty, reaction rate, liquid hold-up, temperature and feed composition on operation of the tower. The gained results show that increasing of reflux ratio enhances top product concentration, but the conversion is reduced and consequently concentrations of reactants on top of tower increase. This is unlike to conventional distillations that increasing of reflux ratio improves distillate concentration. Furthermore, by study of the reboiler duty effect on concentration of ethyl acetate in top product, the optimal value of reboiler duty for was obtained. In order to control top product concentration and according to non-linear behavior of the system, an adaptive control system based gain scheduling method was developed to adjust controller parameters continuously to accommodate changes in process dynamics. Also for finding the best manipulated variable, slope criterion, sensitivity criterion and SVD analysis was used. In the control system, PID controller was implemented and its parameters were tuned initially by Cohen-Coon method. In the next step, these parameters were optimized by integral methods through numerical methods and PSO algorithm. By comparison of the system responses, time response and overshoot value were improved by 20 and 1.6%, respectively. Keywords : Reactive distillation, Ethyl acetate, Modeling, Simulation, Control, Gain scheduling, Optimization, PSO algorithm.
در این پایان‌نامه مدلسازی، شبیه‌سازی و کنترل یک برج تقطیر واکنشی برای تولید اتیل‌استات مورد پژوهش قرار گرفت. شبیه‌سازی برج با استفاده از روش‌ مدل مراحل تعادلی و بر پایه معادلات موازنه جرم و انرژی به روش ریلکسیشن انجام شد. به منظور بررسی اثر تعادل فازی- واکنشی با بهره‌گیری از روش‌های مبتنی بر ثابت تعادل و معرفی ضریب تصحیح z، تعادل فازی- واکنشی به یک تعادل شبه فازی تبدیل و اثر واکنش بررسی گردید و همچنین بررسی رفتار غیر ایده‌آلی در فاز مایع با استفاده از مدل ضریب فعالیت ویلسون انجام شد. به کارگیری ضریب تصحیح منجر به همگرایی سریع‌تر معادلات در شبیه‌سازی رفتار برج در رسیدن به حالت پایدار گردید. با به کارگیری مدل پویا، اثر مشخصه‌های فرآیندی مانند نسبت جریان برگشتی، بار حرارتی جوش‌آور، سرعت واکنش شیمیایی و مقدار موجودی مایع روی سینی، دما و همچنین تغییر ترکیب درصد خوراک مورد بررسی قرار گرفت و در انتها نتایج به دست آمده با نتایج تجربی مقایسه گردید و میانگین مقدار خطا در کسر مولی اجزا در فاز مایع برابر با 7/7 % به دست آمد. با توجه به نتایج به دست آمده مشخص شد افزایش جریان برگشتی هرچند سبب افزایش غلظت محصول در جریان محصول بالای برج می‌گردد اما درصد تبدیل را کاهش داده و افزایش غلظت واکنشگر استیک‌اسید و اتانول را در بالای برج به همراه دارد و بر خلاف تقطیر معمولی افزایش جریان برگشتی همواره با بهبود عملکرد سیستم همراه نخواهد بود. همچنین با بررسی تأثیر بار حرارتی جوش‌آور بر غلظت اتیل‌استات در محصول بالا، مقدار بهینه‌ای برای توان گرمایی جوش‌آور به دست آمد. به منظور کنترل غلظت محصول بالا و به دلیل ماهیت غیر خطی فرآیند، از یک سامانه کنترل تطبیقی با جدول‌بندی بهره جهت تنظیم خودکار و پیوسته مشخصه‌های کنترل‌کننده استفاده شد. برای تعیین بهترین متغیر کنترل‌شونده جهت کنترل محصولات از شیوه‌های معیار شیب، معیار حساسیت و آنالیز SVD بهره گرفته شد. مشخصه‌های کنترل‌کننده PID به روش کوهن-کن تنظیم و مقادیر آن به روش‌های انتگرالی و با استفاده از روش‌های عددی و همچنین الگوریتم PSO بهینه و مقایسه شدند که منجر به بهبود پاسخ سیستم مدار بسته گردید و زمان پاسخ 20% و مقدار فرارفت 6/1% کاهش یافت. کلمات کلیدی: کنترل برج تقطیر واکنشی، جدول‌بندی بهره، اتیل‌استات، بهینه‌سازی، PSO

ارتقاء امنیت وب با وف بومی