Termékváltás optimalizálás modell prediktív szabályozók segítségével

Absztrakt

A szintetikus polimerek előállítása fontos részét képezi a vegyiparnak. Gyakori, hogy ugyanazt a folyamatot alkamazzák különböző termékek előállítására (különböző átlagos molekulatömeg, összetétel, stb). Különböző termékekhez kapcsolódó gyártási feltételek optimalizálása mellett azonban fontos, hogy a termékváltások közti ún. off-grade termékek mennyiségét minimalizálják. A termekváltás optimálása egy optimális irányítási feladatnak tekinthető. A széles körben alkalmazott eszközök és algoritmusok, amik optimális irányítási feladat megoldására irányulnak, közül a model prediktív szabályozókat (MPC) kiválasztva azoknak az alkalmazhatóságának vizsgálatára került sor. Az iparban az MPC megoldások alkalmazása egyre terjed, széles körben való alkalmazhatóságuk miatt. Az MPC-hez szükséges egy megfelelő modell, aminek segítségével a pillanatnyi beavatkozó jel hatása előrejelezhető, ami lehetővé teszi az optimalizálást. A polimerizációs reaktorok nem lineáris viselkedése főként termékváltásoknál jelenik meg, ezért pontos modell az egész terméksálára vonatkozóan nehezen készíthető. A fehér doboz modellek készítése megodást jelenthet a nemlináris viselkedés leírására, azonban a szükséges kinetikai paraméterek nehezen és költségesen hozzáférhetőek. Ezért adatgyűjtésen-identifikáláson alapuló fekete doboz modellek használata megoldást jelenthet, ahogyan ebben a tanulmányban is bemenetkimenet pontpárokon alapuló fekete doboz modellt alkalmazására került sor. A lejátszódó folyamat egy gyökös polimerizációs folyamat, aminek a terméke poli-metil metakrilát. A termék azobisz-izobutironitril iniciátor hatására toluol oldószeres környezetben keletkezik. A cél különböző polimetil-metakrilát termékekek előállítása. A termékek az átlagos molekultömegükkel jellemezhetőek, ami az iniciátor adagolásával befolyásolható. A tervezett model prediktív szabályozót összehasonlítottuk a széles körben alkalmazott PI szabályozóval a teljeítményük alapján, ami az ISE kritérium alapján számszerűsthető. A reaktor súlyfüggvényén és átmeneti függvényén alapuló konvulúciós modellt felhasználva készíthettünk egy dinamikus mátrix szabályozót (DMC). Az eredmények alapján, amit szintén az ISE kritérium mutat, belátható, hogy a DMC szabályozó jobb teljesítménnyel rendelkezik.