PROST årsmøte Realfagsbygget Tirsdag 11. juni 2002 Geir Stian Landsverk Institutt for teknisk kybernetikk NTNU 1 Innhold Oppsummering Fenol-formaldehyd case (Dynea) Umettet polyester case (Reichhold) Videre arbeid Tittel Tilstands- og parameterestimering i modeller av kjemiske reaktorer Veiledere Professor Bjarne A. Foss, ITK Dr.ing. Thor Mejdell, SINTEF Dr.ing. Tor-Steinar Schei, Cybernetica Del av REPP-programmet Sponsorer og samarbeidspartnere NFR, Borealis, Dynea, Hydro, Reichhold, Statoil HiT, NTNU, SINTEF, Tel-Tek Cybernetica AS 2
Prosjekt Innhold modellering (fysikalske modeller, modellforenkling, kinetikk) forsøksplanlegging (ulike kilder, optimale inputs/samplingstider) tilstands- og parameterestimering (off-line/on-line) Progresjon fagstudiet avsluttet vit.ass. jobb nesten ferdig (siste våren 2003) avsluttet Dynea case (fenol-formaldehyd) Reichhold case godt i gang Modellering Simulering Målte data MODELL Avansert regulering (NMPC) Forsøksplanlegging Parameterestimering Regulering 3 Fenol-formaldehyd case (Dynea) I Kinetisk modell basert på T.S. Schei sitt arbeide for Dynea innenfor REPP modell basert på litteratur metyloleringsreaksjoner og kondensasjonsreaksjoner 4
Fenol-formaldehyd case (Dynea) II Validering validering av kinetisk modell vha kalorimetri 4 måleserier tilgjengelige fra SINTEF Kjemi (fra REPP aktivitet) kalorimeter modellert sammenligning avslørte dårlig kinetisk modell for kondensasjon 5 Fenol-formaldehyd case (Dynea) III Utvidelse av modell nye aktiveringsenergier og reaksjonsentalpier for kondensasjonsrx. innføring av ny kondensasjonsmekanisme nye hastighetsuttrykk mange nye parametre manuell tilpasning 6
Fenol-formaldehyd case (Dynea) IV Resultater utvidet modell Original Utvidet 7 Fenol-formaldehyd case (Dynea) V Konklusjoner mangelfull kinetikk for kondensasjonsreaksjonene avdekket kalorimetri egnet for validering (eksoterme reaksjoner) forbedring av prediksjon ved innføring av nye aktiveringsenergier og reaksjonsentalpier for kondensasjonsreaksjonene ytterligere forbedring ved innføring av ny kondensasjonsmekanisme flere målinger nødvendig for å validere konsentrasjonsprofiler og for å estimere flere parametre i ny modell mere nøyaktig 8
Umettet polyester case (Reichhold) I Prosess 9 Umettet polyester case (Reichhold) II Status modellering Kinetikk 4 typer reaksjoner ring åpning forestring isomerisering metning av dobbeltbinding 17 ulike reaksjoner reaktivitet uavhengig av kjedelengde ulik reaktivitet på OH-gruppene god modell (verifisert og modifisert av Thor Mejdell innenfor REPP) Reaktor ideell blandetank 20 tilstander (uten energibalanse) direkte kontakt med destillasjonskolonne sterk interaksjon mangler fortsatt god beskrivelse av fordampningen fra reaktoren og dermed direkte interaksjon med kolonnen (ny variant testes i disse dager) energibalanse ikke modellert 10
Umettet polyester case (Reichhold) III Status modellering Kolonne likevekter modellert modellert med trinn selv om kolonnen er pakket trykktap neglisjert hydrodynamikk ikke modellert energibalanse ikke modellert Trenger målinger for verifisering av reaktor/kolonnemodell i samspill Annet hjelpeutstyr delvis modellert 11 Umettet polyester case (Reichhold) IV Videre arbeid Ferdigstille og verifisere detaljert modell se på samspill fysikalsk modell/måledata brukes til sensivitetsanalyse grunnlag for modellforenkling for reguleringsmodell (on-line) undersøke mulighet for generalisering (andre produkter) Datainnsamling kilder (laboratorie reaktorer, pilot anlegg, virkelig reaktor/prosess, litteratur) planlegge forsøk (færre forsøk nødvendig) Utvikle modellrammeverk for regulering observerbarhet kompleksitet (on-line tilstands- og parameterestimator) Modellering Simulering Målte data MODELL Avansert regulering (NMPC) Forsøksplanlegging Parameterestimering Regulering 12