4 Phương pháp nghiên cứu
3.1.3Bài toán điều khiển tháp chưng luyện
Tháp chưng luyện gián đoạn được sử dụng trong công nghệ hóa chất để sản xuất những sản phẩm với sản lượng thấp nhưng giá trị gia tăng cao, hoặc cho những quá trình yêu cầu độ linh hoạt cao, ví dụ những quá trình có hỗn hợp đầu thay đổi hoặc sản phẩm ra thay đổi.
Mục tiêu điều khiển của các quá trình sản xuất theo mẻ nói chung và quá trình chưng luyện gián đoạn nói riêng thường là:
- Tối thiểu hóa thời gian vận hành;
- Tối đa hóa lượng sản phẩm thu được hoặc chất lượng sản phẩm tốt nhất; Các công trình nghiên cứu về chưng luyện gián đoạn từ trước tới nay hầu hết đều là đi tìm sách lược điều chỉnh chỉ số hồi lưu tối ưu. Ngoài ra, có một số công trình nghiên cứu nhằm đưa quá trình vận hành của từng mẻ riêng biệt về cùng một điều kiện.
Bài toán điều khiển đặt ra là tối đa lượng sản phẩm thu được và giảm thiểu thời gian hoạt động của mỗi mẻ. Có những ràng buộc đối với nhiệt độ tối đa cho phép của thiết bị đun sôi đáy tháp nhằm tránh tình trạng phân hủy nhiệt của sản phẩm. Các biến điều khiển tiềm năng là nhiệt cấp cho thiết bị đun sôi đáy tháp QR và chỉ số hồi lưu R.
Trong những năm gần đây, các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực điều khiển tháp chưng luyện gián đoạn đang hướng tới:
75
- Xây dựng mô hình chính xác cho đối tượng;
- Áp dụng các cấu trúc điều khiển mới nhằm nâng cao chất lượng điều khiển.
Trong khuôn khổ luận văn, bài toán điều khiển tháp chưng cất gián đoạn được đặt là:
- Sản phẩm của mỗi mẻ đạt nồng độ mong muốn với độ đồng đề cao (biến thành phần xD)
- Tối đa lượng sản phẩm thu được (biến lưu lượng sản phẩm D). [1]
Trong mô hình này, chúng ta có hai biến điều khiển là lượng nhiệt cấp QR và chỉ số hồi lưu R, hai biến cần điều khiển là thành phần sản phẩm đỉnh xD và lưu lượng sản phẩm D. Các biến này có quan hệ tương tác với nhau, ví dụ như chỉ số hồi lưu R càng lớn thì nồng độ etanol trong sản phẩm đỉnh càng cao. Hay trong giai đoạn lấy sản phẩm khi tăng lượng nhiệt cấp, nồng độ ethanol có xu hướng tăng do độ bay hơi tương đối giữa ethanol và nước.
Giai đoạn nạp liệu và khởi động, dòng nguyên liệu được nạp vào. Kết thúc giai đoạn nạp liệu, bắt đầu cấp nhiệt và cho tháp hoạt động ở một chỉ số hồi lưu R tương đối lớn.
Sau khi kết thúc giai đoạn khởi động, bước vào giai đoạn lấy sản phẩm, tiến hành thay đổi chỉ số hồi lưu trong khi lượng nhiệt cấp giữ không đổi hoặc thay đổi lượng nhiệt cấp khi cho chỉ số hồi lưu cố định.
Nhận thấy, các biến điều khiển QR và R được điều khiển theo từng giai đoạn khác nhau với các giá trị khác nhau, biến đổi trong một dải rộng. Biến lượng nhiệt cấp QR cần phải nằm trong một giới hạn nào (ràng buộc) đó nhằm đảm bảo tránh tình trạng phân hủy nhiệt của sản phẩm. Cũng như biến R phải lớn hơn Rmin để đảm bảo tháp hoạt động.
76