Primjena matrice pojačanja pri projektiranju sustava za vođenje toplinski povezanih destilacijskih kolona

master's thesis

• Title (english): Relative gain array method for the design of thermally coupled distillation columns' control systems
• Author: Marijana Marcelja
• Mentor: Igor Dejanović (mentor)
• Committee member: Igor Dejanović (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Nenad Bolf (član povjerenstva)
• Committee member: Aleksandra Sander (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2021-07-13, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering

Abstract

Razdvajanje smjesa destilacijom troši izuzetno velike količine energije, što se može donekle ublažiti korištenjem različitih tehnika intenzifikacije procesa. Jedan od pristupa intenzifikacije destilacijskih nizova dviju ili više destilacijskih kolona je toplinsko povezivanje, odnosno korištenje toplinskog toka iz jednog isparivača za sve separacije u destilacijskim kolonama u nizu. Ukoliko se toplinski povezane kolone izvedu unutar jednog plašta, kao kolone s razdjelnom stijenkom (KRS), mogu se ostvariti uštede ne samo u potrošnji energije, nego i na prostoru potrebnom za izgradnju postrojenja i kapitalnim troškovima. Kolona s razdjelnom stijenkom je potpuno toplinski povezana destilacijska kolona u kojoj je moguće smjese tri ili više komponenata razdvajati u proizvode visoke čistoće. Iako ima brojne prednosti, praktična primjena sporo napreduje zbog njihove kompleksne unutarnje konfiguracije, zbog koje su hidraulički dizajn kao i projektiranje sustava za vođenje bitno složeniji. U ovom radu su, za zadani separacijski zadatak, razvijeni statički i dinamički modeli kolone s razdjelnom stijenkom za četiri proizvoda, uz pomoć procesnih simulatora CHEMCAD i Aspen HYSYS, s ciljem izučavanja sustava za vođenje. Regulacijska shema razvijena je temeljem analize osjetljivosti i dekompozicije na singularne vrijednosti te primjenom matrice relativnog pojačanja. Ista je ispitana u zatvorenoj petlji uvođenjem poremećaja te praćenjem odziva čistoće proizvoda.

Abstract (english)

The separation of mixtures by distillation requires an enormous amount of energy, which can be somewhat mitigated by using various process intensification techniques. One of the approaches to intensify the distillation sequences of two or more distillation columns is so-called thermal coupling, that is, the use of heat flow from one reboiler for all separations in the sequence. If thermally coupled columns are realised within a single shell as a dividing wall column, savings can be made not only in energy expenses but also in the required installation space and capital costs. A dividing wall column is a fully thermally coupled distillation column in which mixtures of three or more components can be separated into high purity products. Although it has numerous advantages, the practical application is progressing slowly due to its complex internal configuration, which makes the hydraulic design, as well as the design of the control system much more complex. In this paper, for a given separation task, static and dynamic models of a dividing wall column for four products were developed, using process simulators CHEMCAD and Aspen HYSYS, with the aim of studying dynamic properties of the system. The control scheme was developed based on the sensitivity analysis (SA) and singular value decomposition (SVD), and the application of a relative gain array (RGA) methods. The developed control structure was tested in a closed loop by introducing disturbances and monitoring the product purity response.

• Keywords: toplinski povezane destilacijske kolone; kolona s razdjelnom stijenkom; vođenje; SVD; RGA
• Keywords (english): thermally coupled distillation column; dividing wall column; control; SVD; RGA
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:239930
• Study programme: Title: Chemical Engineering - Graduate study; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2023-04-07 08:17:56