Please use this identifier to cite or link to this item: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/4044
Title: Controle de uma coluna de destilação azeotrópica não convencional – um estudo de caso industrial.
Other Titles: Control of an unconventional azeotropic distillation column - an industrial case study.
???metadata.dc.creator???: VASCONCELOS, Andre Luis Sousa de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: VASCONCELOS, Luis Gonzaga Sales.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: FOSSY, Michel François.
???metadata.dc.contributor.referee1???: MANZI, João.
???metadata.dc.contributor.referee2???: STRAGEVITCH, Luis.
???metadata.dc.contributor.referee3???: SANTOS, Márcio Henrique Andrade dos.
Keywords: Destilação Azeotrópica;Controle de Processos;Controle Feedforward;Azeotropic Distillation;Process Control;Feedforward Control
Issue Date: 6-Nov-2006
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: VASCONCELOS, A. L. S. de. Controle de uma coluna de destilação azeotrópica não convencional – um estudo de caso industrial. 2006. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2006.
???metadata.dc.description.resumo???: Colunas de destilação, em geral, constituem uma fração significativa do investimento de capital e do custo de produção de plantas químicas. Portanto, necessitam ser projetadas e controladas para manterem-se nas condições operacionais ótimas. Neste trabalho, desenvolveu-se uma nova proposta para uma estratégia de controle de composição para uma coluna de destilação pertencente a uma planta comercial de produção de cloreto de vinila. Algumas particularidades desta coluna e dos requisitos do sistema de controle propiciam e este estudo de caso aspectos não usuais. Trata-se de uma destilação multicomponente de alta pureza, com alta razão de refluxo, onde a mistura apresenta um comportamento azeotrópico não convencional. As respostas em malha aberta para perturbações na vazão de alimentação e na carga térmica do refervedor apresentam substancial sobreelevação e inversão. Os requisitos do sistema de controle são incomuns por incluírem controle de composição de dois componentes em níveis de concentração de partes por milhão na corrente da base da coluna, sendo que um deles, mais precisamente o CCl4 possui volatilidade intermediaria na mistura. A coluna apresenta dificuldades de estabilização deste componente. O projeto de um sistema de controle para um processo com as características citadas representa um grande desafio. Apresentou-se uma breve revisão da literatura sobre destilação, modelagem matemática de colunas e estruturas de controle de colunas de destilação. A simulação estacionária da coluna foi o ponto de partida para o desenvolvimento do trabalho, pois através da mesma o modelo do processo foi validado e os perfis de composição dos componentes obtidos. Ficou definido, controlar a composição de apenas um dos componentes, no caso o CHCl3, já que o CCl4 permaneceu sempre dentro da faixa de composição aceitável durante as várias simulações. A proposta inicial para controlar a composição do componente escolhido foi um controle por inferência, utilizando a temperatura do prato sensível como variável controlada e a carga térmica do refervedor como variável manipulada, mas a mesma foi abandonada devido a pouca sensibilidade apresentada pela temperatura em vários pontos ao longo da coluna e principalmente pelo elevado período de tempo apresentado pela coluna para atingir um novo estado estacionário. Como a vazão de refluxo apresentou uma boa sensibilidade frente a perturbações na vazão da alimentação e na carga térmica do refervedor, a mesma foi escolhida para o controle de composição do CHCl3 na base da coluna. Esta boa sensibilidade foi comprovada por um estudo de inferência dinâmica. O problema inicial era como utilizar esta variável para controlar a composição da base, pois a mesma era utilizada para o controle o nível da fase orgânica no vaso de refluxo. Foi pensado então em um controle “Override” com duas malhas: a primeira malha para o controle inferencial da composição do CHCl3 a partir da vazão de refluxo manipulando a carga térmica do refervedor e a segunda malha para o controle do nível da fase orgânica manipulando a vazão de refluxo. As simulações mostraram que esta estratégia de controle também teria que ser abandonada pelo fato do nível da fase orgânica apresentar variações muito bruscas, ou seja, tende para um máximo ou mínimo de forma muito rápida. Decidimos controlar o nível da fase orgânica no vaso de refluxo a partir da carga térmica deixando a vazão de refluxo livre para pode ser utilizada para o controle de composição. Verificou-se que os efeitos da vazão de alimentação e da vazão de refluxo sobre a composição na base eram contrários, o que nos levou a concluir que a melhor estratégia de controle seria um controle Feedforward, onde para uma dada modificação na vazão da alimentação o sistema de controle ajusta a vazão de refluxo de modo que a soma dos efeitos de cada uma dessas vazões na composição de CHCl3 se anulam mantendo assim a composição controlada. O desempenho do mesmo foi excelente principalmente porque além de controlar a composição do CHCl3 na base, também estabilizou a composição de CCl4. Concluiu-se que além de controlar a composição de CHCl3 e estabilizar a composição de CCl4 na base o sistema de controle ainda é capaz de fornecer de forma contínua estes valores, o que pode vir a permitir que os operadores acompanharem em tempo real as possíveis variações que possam vir a acontecer nos mesmos em relação ao setpoint.
Abstract: Distillation columns, in general, constitute a significant fraction of the capital and the cost of producing chemical plants. Therefore, they need to be designed and controlled to maintain optimal operating conditions. In this job, a new proposal for a composition control strategy for a distillation column belonging to a commercial plant producing vinyl Some peculiarities of this column and the requirements of the control system aspects of this case are unusual. This is a distillation high purity multicomponent high reflux ratio, where the unconventional azeotropic behavior. Open-loop responses to perturbations in the feed rate and thermal load of the substantial uprising and reversal. The requirements of the control system are unusual by including two-component composition control at concentration levels of parts per million in the current at the base of the column, one of which is more precisely CCl4 has intermediate volatility in the mixture. The column displays stabilization of this component. The design of a control system for a process with the characteristics cited represents a great challenge. A brief review of the literature on distillation, mathematical modeling of columns and control structures of distillation columns. The stationary simulation of the column was the starting point for the development of the work, because through the same the process model was validated and the composition profiles of the components obtained. It was defined, control the composition of only one of the components, in the in the case of CHCl3, since CCl4 remained within the composition range during the various simulations. The initial proposal to control the composition of the selected component was an inference control, using the temperature of the as a controlled variable and the thermal load of the manipulated, but it was abandoned because of the low sensitivity presented temperature at various points along the column and mainly by the high period of time presented by the column to reach a new steady state. As the flow rate of reflux showed a good sensitivity to of the feed and the thermal load of the reformer, it was chosen for the control of CHCl3 composition at the base of the column. This good sensitivity was proved by a dynamic inference study. The initial problem was how to use this variable to control the composition of the base, since it was used for the control the level of the organic phase in the reflux vessel. It was then thought of a control "Override" with two meshes: the first mesh for inferential control of the composition of the CHCl3 from the reflux rate by manipulating the thermal and the second mesh for controlling the level of the organic phase by manipulating the flow rate. The simulations showed that this control strategy would also have to be abandoned due to the fact that the level of the organic phase presents very that is, tends to a maximum or minimum very quickly. We decided control the level of the organic phase in the reflux vessel from the thermal load leaving the free reflux flow rate can be used for composition control. It was found that the effects of feed flow and reflux were contrary, which led us to conclude that the best strategy control would be a Feedforward control, where for a given change in flow the control system adjusts the reflux flow rate so that the sum of the effects of each of these flows in the CHCl3 composition cancel the controlled composition. The performance of it was excellent mainly because in addition to controlling the composition of CHCl3 in the base, it also stabilized composition of CCl4. It was concluded that in addition to controlling the composition of CHCl3 and stabilize the composition of CCl4 in the base the control system is still capable of these values ​​on an ongoing basis, which may to monitor in real time the possible variations that may occur in the the setpoint.
Keywords: Destilação Azeotrópica
Controle de Processos
Controle Feedforward
Azeotropic Distillation
Process Control
Feedforward Control
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/4044
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ANDRE LUIS SOUSA DE VASCONCELOS – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2006.pdf6.21 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.