Denne afhandling beskriver udviklingen og anvendelsen af en ny systematisk modelbaseret metode, der bruges i integreret procesdesign og regulatordesign (IPDC) af kemiske processer. Den nye metodik er simpel at anvende, let at visualisere og virksom til opgaveløsning. IPDC opgaver, der ofte tager form som matematisk programmeringsopgaver (optimering med begrænsninger), er her løst med den såkaldte omvendte fremgangsmåde ved at dele opgaven op i fire hierarkisk ordnede underopgaver: (i) for-analyse, (ii) design analyse, (iii) regulatordesign analyse og (iv) endelig udvælgelse og verifikation. Ved at anvende termodynamik og procesforståelse bliver et afgrænset undersøgelsesområde først identificeret. Det mulige løsningsområde er yderligere reduceret for at opfylde procesdesignene og regulatordesignenes begrænsninger, i henholdsvis underopgave 2 og 3, indtil at alle potentielle kandidater er ordnet i forhold til de definerede driftskriterier (optimeringsobjektet) i den endelige underopgave. Det udvalgte design er herefter verificeret gennem indgående simuleringer. I for-analyse underopgaven bliver begreberne om det opnåelige operationsområde og drivende kræfter brugt til at finde det optimale procesregulatordesign med hensyn til optimale forhold for design og regulering. Målene for design-reguleringsløsningerne er defineret som maksimumpunktet i det opnåelige operationsområde og drivende kræfter-diagrammerne. Ved at definere målene som maksimumpunktet i det opnåelige operationsområde og drivende kræfter-diagrammet sikres den optimale løsning, ikke kun for procesdesignet, men også for regulatordesignet. Fra et procesdesign syn på disse mål kan de optimale designformål findes. Herefter kan værdier af designproces variablerne, som passer til målene, beregnes ved at anvende den omvendte fremgangsmåde i Fase 2. Ved at anvende modelanalyse bliver problemer med kontrollerbarheden integreret i Fase 3, hvor proces-sensitiviteten bliver beregnet for at parre de identificerede manipulerede variable med de tilsvarende regulerede variable. Fra et regulatordesign syn på målene, defineret i Fase 1, er sensitiviteten af de regulerede variable med hensyn til forstyrrelser på et minimum og sensitiviteten af de regulerede variable med hensyn til de manipulerede variable er på et maksimum. Minimum sensitiviteten med hensyn til forstyrrelser betyder, at de regulerede variable er mindre sensitive over for forstyrrelser og maksimum sensitiviteten med hensyn til manipulerede variable bestemmer den bedste reguleringsstruktur. Eftersom optimeringen anvender et optimeringsobjekt med flere kriterier bliver kost-funktionen beregnet i Fase 4 for at verificere den bedste (mest optimale) løsning i forhold til at opfylde design, regulering og økonomiske kriterier. Løsningerne i det opnåelige operationsområde og drivende kræfter-diagrammerne udløser også højere værdier i kost-funktionen, og den optimale løsning til IPDC opgaven er dermed verificeret. Mens andre optimeringsmetoder måske er brugbare til at finde den optimale løsning afhængig af deres søgnings-algoritme og computerkraftbehov, er denne metode, som anvender begreberne om det opnåelige operationsområde og drivende kræfter-diagrammerne, enkel og kan finde (hvis ikke helt, så næsten) optimale design i IPDC opgaven. Den udviklede metodik er blevet implementeret i en systematisk computerbaseret struktur og endt som softwaret, ICAS-IPDC. Formålet med softwaret er at hjælpe ingeniører med at løse opgaver inden for procesdesign og regulatordesign på en effektiv måde. Metodikken er blevet testet i en række case-studier som repræsenterer tre forskellige systemer inden for kemiske processer: Et enkelt reaktorsystem, et enkelt separationssystem og et reaktor-separation-recirkulationssystem.
展开▼
