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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2003.tde-30062004-141334
Documento
Autor
Nome completo
Reinaldo Aparecido Teixeira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2003
Orientador
Banca examinadora
Roux, Galo Antonio Carrillo Le (Presidente)
Maciel, Maria Regina Wolf
Park, Song Won
Título em português
Aplicação de controlador preditivo não linear a um reator de policondensação.
Palavras-chave em português
controle não linear
policondensação
processo em batelada
Resumo em português
Neste trabalho estuda-se a aplicação de um controlador preditivo não linear em reatores de policondensação visando à segurança, qualidade do produto, capacidade de “scale-up" e a produtividade. Nos processos de policondensação em batelada há formação de um produto volátil conhecido como condensado e a remoção deste torna-se necessária favorecer o avanço da reação a fim de obter alto grau de conversão. Na maioria dos trabalhos envolvendo a policondensação a separação não é levada em conta. Diante disso, desenvolveu-se um modelo de policondensação acoplado com a coluna de destilação a fim de verificar através das simulações em malha aberta o comportamento das variavéis de operação no sistema. O modelo de policondensação foi obtido na literatura (Shin et al.,1999) e em sua implementação foi levada em conta a inercia térmica entre as paredes do reator e as interações com a coluna destilação. A reação de policondensação estudada aqui corresponde à produção de polietileno-tereftalato (PET). Nesta reação, Tereftalato de dimetila (DMT) e Etilenoglicol (EG) geram como produtos grupos ésteres e metanol (M). O reator modelado corresponde ao reator piloto instalado no Laboratório de Simulação e Controle de Processos. A técnica de controle preditivo não linear (NMPC) foi implementada e testada em dois modelos de polimerização por radicais livres (sistema SISO e MIMO) e comparado com o desempenho de um controlador PID. O controlador preditivo não linear (NMPC) foi aplicado no modelo do reator de policondensação e foi utilizado um controlador PID como comparativo, nesta etapa realizou-se várias simulações em malha fechada e análises de sensibilidades. Para as análises de sensibilidades o controlador NMPC foi denominado de controlador NMPC com “feedback” e foi comparado com um controlador NMPC com retroalimentação de estado. Através dos estudos mostrou que o controlador NMPC tem um desempenho melhor do que o PID. Nos estudos de sensibilidade o controlador NMPC com “feedback” apresenta um desempenho superior ao do controlador NMPC com retroalimentação de estado. O controlador NMPC com “feedback” manteve o processo sob controle nas simulações que foram realizadas .
Título em inglês
Application of nonlinear predictive control to a batch polycondensation reactor.
Palavras-chave em inglês
batch process
nonlinear control
polycondensation
Resumo em inglês
In this work the application of a non-linear predictive controller to policondensation reactors aiming the safety, quality of the product, capacity of scale-up and productivity is studied. In batch policondensation processes, a volatile product called condensate is generated, and its removal becomes necessary in order to favor the reaction progress as a mean to obtain high conversion rates. In most of the works involving policondensation the separation is not taken into account. Therefore, a policondensation model was developed which was coupled to a distillation column in order to verify the behavior of the variables in the system through open-loop simulations. The polycondensation model was obtained from the literature (Shin et al. ,1999) and was implemented taking into account the thermal inertia between the walls of the reactor and the interactions with the distillation column. The polycondensation reaction studied here corresponds to the production of polyethylene-terephtalate (PET). In this reaction, Dimethyl Terephtalate (DMT) and Etylene Glycol (EG) generate as products ester groups and methanol (M). The reactor that was modeled corresponds to a pilot reactor installed in the Laboratory of Simulation and Processes Control. A non linear predictive control (NMPC) was implemented and tested in two free radical polymerization models (SISO and MIMO systems) and compared with PID controllers performance. The NMPC was applied to the polycondensation model and a PID controller was also applied for comparison. In this stage several closed-loop simulations and sensitivity analyses were performed. For the sensitivity analyses the NMPC controller was denominated NMPC controller with "feedback" for comparison with an NMPC with full state feedback. The studies showed that NMPC controller has a better performance than PID. NMPC with "feedback" presents a superior performance to the NMPC with full state feedback in the presence of modeling gaps. In the simulations that were performed, the NMPC with "feedback" has kept the process under control.
 
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Data de Publicação
2004-07-16
 
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