slide1 l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Destillasjon Prosjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd PowerPoint Presentation
Download Presentation
Destillasjon Prosjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 15

Destillasjon Prosjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd - PowerPoint PPT Presentation


  • 200 Views
  • Uploaded on

Destillasjon Prosjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd og Jens Strandberg. Bygging, modellering og regulering av kontinuerlig, binær destillasjonskolonne. Oppgaven. Bygge en lab-skala destillasjonskolonne (startet som sommerjobb).

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Destillasjon Prosjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd' - sovann


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

DestillasjonProsjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd og Jens Strandberg

Bygging, modellering og regulering av kontinuerlig, binær destillasjonskolonne

oppgaven
Oppgaven
  • Bygge en lab-skala destillasjonskolonne (startet som sommerjobb).
  • Estimator for sammensetning.
  • Regulering av sammensetning i destillat og bunnprodukt. Indre P/PI-sløyfer og ytre MPC.
  • To modeller: stasjonær modell for sammensetningsestimator, dynamisk modell for MPC
kolonnen
Kolonnen
  • 2.5m høy, 5cm indre diameter,
  • Samlet effekt i koker: 3kW
  • Fødeblanding: 50/50 vol% vann/metanol
  • Ca. 2 liter metanol per time
  • Fylt med raschigringer
  • 12 + 1 teoretiske trinn
  • Instrumentering mest mulig lik industrielle kolonner
  • Stativ i aluminium
flytskjema med instrumentering
Flytskjema med instrumentering

Sensorer

  • 8 PT-100 temp.sensorer jevnt fordelt i kolonnen
  • Strømningsmålere på føde-, refluks- og destillatstrøm, samt på kjølevann.
  • Trykkmåling i kolonnen
  • Nivåmåling i reflukstank
  • Nivåmåling i koker kommer

Aktuatorer

  • 4 pumper: refluks, destillat, bunnprodukt, føde
  • Varmeelement i koker
instrumentering
Instrumentering
  • Skap med fieldpoint moduler, National Instruments
  • Sikringer, jordfeilbryter, strømtilførsel
  • Releer, 5 stk, gir 230 volt til varmeelementene i kokeren og pumpene
  • Kommunikasjon med pc
  • LabWIEW- grafisk programmeringsverktøy
dynamisk modell
Dynamisk modell
  • Basert på massebalanse, komponentbalanse og energibalanse
  • Holdup i dampfase neglisjeres
  • Linearisering av væskedynamikken
  • Damptrykket for hver komponent påhvert teoretiske trinn beregnes ut fra Antoinelikningen
  • Viktige parametre i modellen er
    • Antall trinn: (12 +1)
    • Holdup i væskefase kan finnes eksperimentelt
    • Tidskontant for væskedynamikken kan finnes ved parameter identifikasjon
teoretiske trinn
Teoretiske trinn
  • Stasjonære eksperimentelle målinger er sameliknet med simulerte data fra modell i HYSYS
  • McCabe-Thiele metoden gav 12 +1 trinn
  • Med mindre enn 12 trinn vil ikke topproduktet bli rent nok i modellen
  • Temperaturmålingene ligger litt lavt
estimator for sammensetning
Estimator for sammensetning
  • Vil bruke en kombinasjon av temperaturmålingene i kolonnen
  • Finne en sammenheng mellom målt sammensetning og linearisert temperaturprofil
  • x = K· Tln Tln – linearisert temperatur, x – sammensetning
  • K kan finnes eksperimentet ved minste kvadraters metode
  • Krever omfattende eksperimentelle data
  • Stasjonær modell
  • Alternativt kan estimatoren baseres på en god stasjonærmodell
basisregulering
Basisregulering
  • LV-konfigurasjon samt indre temperatursløyfe med L som pådrag
  • P-regulering av refluksnivå med destillatstrøm som pådrag
  • PI-regulering av logaritmisk temp. i toppen av kolonnen for å stabilisere svingninger
  • Manuell regulering av nivå i koker (pga. manglende nivåsensor)

MV: refluks L, oppkok V, destillat D, bunnprodukt B

CV: sammensetning for D og B

DV: føderate

mpc struktur
MPC - struktur
  • Gjennomsnittelig logaritmisk temperatur i øvre og nedre del (y1 og y2) reguleres
  • Bruker kokereffekt og settpunkt til indre temp.sløyfe som pådrag
  • Pådraget regnes ut av MPC
  • MPC implementert i matlab, kalles fra Labview gjennom Matlab Script node
mpc dynamisk modell
MPC – dynamisk modell
  • Systemet med temperatursløyfen lukket modelleres lineært for å bruke lineær MPC (y = Hu)
  • Bruker sprang på inngangene som eksiteringssignal (PRBS)
  • Eksperimentelle data tilpasses 2.ordens transferfunksjoner med dødtid
  • Inkludert endringer i føderate som kjent forstyrrelse (In(3))
  • Responsen i øvre del er underdempet, mer underdempet i virkeligheten
mpc algoritme
MPC - algoritme
  • Basert på tilstandsromformulering
  • Kalmanfilter for estimering av tilstander og konstante modellfeil på utgangene
  • Prioritering av begrensninger, y1 foran y2, ved å løse to LP-problemer ved hvert tidsskritt. Tar hensyn til estimerte forstyrrelser.
  • Finner mulige stasjonære referanseverdier for tilstander xref og pådrag uref på grunnlag av ønskede utganger og begrensninger ved å løse et QP-problem ved hvert tidsskritt.
  • Finner optimal pådragssekvens og bruker første pådragsvektor på systemet
    • Straffefunksjon med slackvariable for å garantere løsning av optimaliseringsproblemet, lineært og kvadratisk ledd
    • Pådragsblokkering for å redusere regnetid
simuleringer
Simuleringer

Sprang i y2 fra 0 til 0.2

Sprang i y1 fra 0 til 0.2

Sprang i y1 fra 0 til 0.5

eksperimentelt
Eksperimentelt
  • Store problemer med regnetid.
  • y1 svinger (ikke-modellert dynamikk + for raske pådragsendringer?)
  • Kan bedres med mindre aggressiv indre temperatursløyfe
  • Vanskelig å teste skikkelig, systemet kræsjer pga. regnetid ved større avvik mellom setpunkt og målinger
  • y2 preget av mer støy enn y1, bruker bare to temp.målinger
videre arbeid
Videre arbeid
  • Implementere MPC i Septic?
  • Endre regulatortuninger
  • Modell basert på fysiske prinsipper og parameteridentifikasjon
  • Gjenstår arbeid på sammensetningsestimator
  • Prøve ut annen type mindre regnekrevende regulator (H∞ loop-shaping/gain-scheduling)
  • Sikkerhetsrutiner i software: håndtere større trykkfall/økning, kjølevann som stopper, full koker/reflukstank
  • Utvikle hensiktsmessig operatørgrensesnitt: presentasjon av de viktigste variablene, skru av og på ulike regulatorer, sette driftsbetingelser, logging etc.
  • Brukermanual