شماره ركورد
34816
پديد آورنده
احمدرضا شفيعي
عنوان
معرفي شاخص كنترلپذيري چيدمانهاي مختلف فرايند تقطيرواكنشي در يك مطالعه موردي با ساختارهاي كنترل مناسب
مقطع تحصيلي
كارشناسي
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/11/12
استاد راهنما
دكتر نوراله كثيري
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
چكيده
پس از بحران انرژي در دهه هفتاد ميلادي، مطالعه فرايندهاي تقطيرواكنشي در يك ستون واحد به جاي استفاده از روشهاي متداول يعني واكنش و جداسازي به صورت مجزا، يكي از فعاليتهايي است كه در زمينه صرفهجويي در مصرف انرژي صورت گرفتهاست. ادغام واكنش و جداسازي در يك ستون از لحاظ اقتصادي و زيست محيطي و ايمني مزيتهاي زيادي به همراه دارد ولي كنترل اين فرايندها بدليل ايجاد سيستم غيرخطي و پيچيده بسيار مشكل است. كنترلپذيري فرايندهاي شيميايي به بهبود بهرهوري، كاهش هدررفتها و افزايش كيفيت محصولات كمك ميكند. از اين رو در اين مطالعه با هدف ادغام طراحي و كنترل در مراحل طراحي اين فرايندها، شاخص كنترلپذيري كمي معرفي شده است تا بتواند در مسير يافتن بهترين ساختار فرايندي و كنترلي ممكن طراحان را ياري دهد. شاخص ارائه شده در اين پژوهش، قادر است در قالب يك مقدار عددي، همزمان اثر ساختار فرايندي، ساختار كنترلي در سطح كارخانه، كيفيت پاسخ ديناميكي و پيامدهاي اقتصادي را منعكس نمايد. ويژگيهاي كليدي اين شاخص تمركز بر ميزان كيفيت محصول، مقدار محصول و تاثير اغتشاشات فرايندي بر آن، تركيب اقتصاد حالت ديناميك و عملكرد كنترلي حالت ديناميك فرايند و در نهايت استفاده از ابزارهاي رياضي ديناميكي براي تحليل سيستم ميباشد. اين شاخص با استفاده از تركيب هندسي پارامترهاي ديناميكي فرارفت، زمان نشست، شاخص خطاي انتگرالي وزندار نسبت به زمان و مدتزمان خارج شدن از محدوده رفتار ساختار كنترلي سطح كارخانه را در كنار مباحث اقتصادي به خوبي تحليل ميكند. در اين پژوهش از فرايند توليد اتيل استات با چهار الترناتيو فرايندي براي اثبات عملگرايي اين شاخص بهره گرفته شده و در طي يك الگوريتم، شاخص كنترلپذيري براي ساختارها محاسبه گرديدهاست. در پايان اين پژوهش، ساختار فرايندي تقطيرواكنشي همراه با واكنش جانبي با شاخص 0.55 نسبت به شاخص ساختارهاي ديگر كه همگي مقداري در بازه صفر و يك بودهاند، در بين ساختارهاي پيشنهادي براي توليد اتيل استات به عنوان بهترين ساختار، توسط شاخص كنترلپذيري پيشهادي معرفي و انتخاب گرديد. از آنجا كه عملكرد ساخارها با مقدار شاخص بررسي شدهاست، در بهترين عملكرد مقدار شاخص يك و در بدترين عملكرد مقدار صفر، شاخص پيشنهادي كاربرد خود در ارتقا و اصلاح فرايند و ساختار كنترلي را به خوبي نشانداده است. در واقع نتايج نشاندادهاند كه شاخص ارائه شده به افق زماني ارزيابي، نوع و تعداد سناريوهاي اغتشاش اعمالشده و تنظيم كنترلرها بستگي دارد و دستيابي به مقادير نزديك به يك براي شاخص به معني عملكرد بهينه براي پارامترهاي ديناميكي و اقتصادي است.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/23
عنوان به انگليسي
Introduction of Controllability Index for different reactive distillation process arrangements in a case study with different control structures
تاريخ بهره برداري
4/21/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
احمدرضا شفيعي
چكيده به لاتين
After the energy crisis in the 1970s, the study of reactive distillation processes in a single column instead of using the conventional methods of reaction and separation separately has been one of the activities carried out in the field of energy saving. The integration of reaction and separation in a single column has many advantages in terms of economy, environment and safety, but the control of these processes is very difficult due to the creation of a nonlinear and complex system. The controllability of chemical processes helps to improve productivity, reduce waste and increase the quality of products. Therefore, in this study, with the aim of integrating design and control in the design stages of these processes, a quantitative controllability index has been introduced to help designers find the best possible process and control structure. The index presented in this study is able to simultaneously reflect the effect of the process structure, the control structure at the plant level, the quality of the dynamic response, and the economic consequences in the form of a numerical value. The key features of this index are the focus on the level of product quality, product quantity, and the effect of process disturbances on it, the combination of the economics of the dynamic state and the control performance of the dynamic state of the process, and finally the use of dynamic mathematical tools for system analysis. This index analyzes the behavior of the plant level control structure well, along with economic issues, by using a geometric combination of dynamic parameters of advection, settling time, weighted integral error index with respect to time, and the duration of out-of-range behavior.In this study, the ethyl acetate production process with four process alternatives was used to prove the pragmatism of this index, and the controllability index for the structures was calculated through an algorithm. At the end of this study, the reactive distillation process structure with a side reaction with an index of 0.55 compared to the indices of the other structures, all of which were values in the range of zero and one, was introduced and selected as the best structure among the proposed structures for ethyl acetate production by the Pishhadhi controllability index. Since the performance of the sugars was investigated with the index value, the best performance was an index value of one and the worst performance was an index value of zero, the proposed index has shown its application in improving and modifying the process and control structure well. In fact, the results have shown that the presented index depends on the evaluation time horizon, the type and number of applied disturbance scenarios, and the adjustment of the controllers, and achieving values close to one for the index means optimal performance for dynamic and economic parameters.
كليدواژه هاي فارسي
كنترلپذيري , فرايند تقطيرواكنشي , شاخص كنترلپذيري كمي , شاخص عملكردي فرايند , كنترل فرايند
كليدواژه هاي لاتين
Controllability , Reactive Distillation , Quantitative Controllability index , Process Control
Author
Ahmadreza Shafiei
SuperVisor
Dr. Norolah Kasiri