Impact of industrial constraints on the dynamic performance of a PID-controlled hybrid heat-integrated distillation system with a plate heat and mass exchanger
W przedstawionym badaniu opracowano model dynamiki płytowego wymiennika ciepła i masy (HME) pracującego w hybrydowym zintegrowanym cieplne układzie kolumn destylacyjnych (system HHIDiS ), którego osiągi w pętlach regulacji PID zasymulowano w środowisku Simulink/MATLAB. W analizie skoncentrowano się na wpływie ograniczeń eksploatacyjnych, w szczególności narastania osadów (fouling) oraz zatrzymania cieczy (liquid hold-up) w płytowym HME, na kluczowe wskaźniki dynamiki pracy układu. Wyniki wykazały, że wzrost oporu cieplnego osadów lub zwiększenie zatrzymania cieczy prowadzi do zmian w bezwładności cieplnej wymiennika HME, skraplacza oraz reboilera, co istotnie wpływa na charakterystykę dynamiczną pętli regulacji PID. Zjawiska te przeanalizowano poprzez symulację zamkniętych pętli regulacji systemu HHIDiS dla różnych stopni akumulacji osadów i poziomów zatrzymania cieczy. Zaobserwowane zmiany odzwierciedliły się w typowych wskaźnikach jakości regulacji, takich jak przeregulowanie, czas szczytowy, czas opóźnienia, czas narastania oraz czas ustalania. Pogorszenie tych parametrów może prowadzić do istotnej degradacji jakości regulacji PID. Wyniki podkreślają konieczność adaptacyjnego dostrajania parametrów regulatora PID w celu utrzymania stabilnej i efektywnej pracy układu w obliczu zmieniających się warunków eksploatacyjnych. Skutki niekorzystne mogą być łagodzone poprzez okresową korektę nastaw regulatorów PID. Symulacje potwierdziły, że proponowany system HHIDiS zachowuje stabilność dynamiczną mimo występowania osadów i zatrzymania cieczy, a standardowe regulatory PID pozostają adekwatnym rozwiązaniem sterującym. Sformułowane wnioski jednoznacznie wskazują na potrzebę proaktywnej adaptacji układów regulacji, aby utrzymać wysoką jakość sterowania w warunkach ewoluujących ograniczeń procesowych.
Artykuł:
International Journal of Heat and Mass Transfer
Autorzy z PW:
Sławomir Alabrudziński, Marian Trafczyński, Piotr Kisielewski, Mariusz Markowski
Dyscyplina:
Rok wydania: