Plantwide Optimizing Control für die kontinuierliche Bio-Ethanolproduktion

摘要

In der vorliegenden Arbeit wurde die Plantwide Optimizing Control (PWOC) für die kontinuierliche Bio-Ethanolproduktion untersucht. Diese Methode integriert Real-Time Optimization (RTO) und Regelung für den optimalen Betrieb in zwei verschiedene Aufgaben. Die erste ist eine lokale dezentralisierte Regelungsaufgabe, die aus der Identifizierung und dem Entwurf benötigter lokaler Regelkreise für die Erfüllung der Primärregelungsziele des Prozess (z.B. sicherer Betrieb, Umweltschutz, Anlageschutz, usw.) besteht. Die zweite ist eine anlagenweite (plantwide) Regelungsaufgabe, die die verfügbaren Freiheitsgrade nutzt um die Prozessrentabilität zu maximieren. Das heißt, dass außer den lokalen Regelkreisen, keine festgelegten Sollwerte vorgegeben werden. Das Prinzip des PWOC Methode ist die Formulierung eines Dynamic Real-Time Optimization (D-RTO) Problems für den ganzen Prozess. Die Berechnungsdauer der Lösung der D-RTO wird durch die Ausführung einer neuen Methode zur Verkleinerung des Durchsuchungsbereich und durch eine neue stochastiche globale Optimierungsmethode (Molecular-Inspired Parallel Tempering - MIPT) stark reduziert. Die Leistung des MIPT Optimierungsalgorithmus wird für verschiedene Probleme bewertet. Es wird nachgewiesen, dass MIPT eine sehr effiziente und hilfreiche Methode ist. Die Verwendung der neuen Methode zur Verkleinerung des Durchsuchungsbereichs und der MIPT Optimierungsmethode führen zu einer leistungsfähigen Lösung des komplizierten Plantwide Control (PWC) Problems (z.B. für den kontinuierlichen Bio-Ethanol Produktionsprozess). Zwei verschiedene PWOC Architekturen werden verwendet: Die Single-Layer Direct Optimizing Control Architektur und die Multi-Layer without Coordination Architektur. Die Ergebnisse für jede Architektur sind für drei Störungsszenarien untersucht worden: eine bekannte Störung in der Zulaufkonzentration, eine unbekannte Störung in den kinetischen Parametern der Fermentation, und eine unerwartete Steigerung der Rohstoffpreise. Die Leistung der PWOC Architekturen werden mit der Leistung einer dezentralisierten Architektur (mehrere PID Regelkreise) verglichen. Es ist klar geworden, dass die PWOC Methode eine äußerst effiziente Strategie für die Maximierung der Prozessrentabilität darstellt.