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Optimal two point control of a binary distillation column

Authors


Abstract

Optimal two point control and operating policies have been developed for a semi-works scale 10 tray distillation column separating methanol and water. Two controllers, based on different control philosophies were synthesized. They are:

  • 1The controller that will bring the product compositions to their desired values while keeping off-specification products to a minimum.
  • 2The controller that will bring the product compositions to their desired values while maintaining the average product composition of the control period at the desired level.

Two types of disturbances were studied, namely disturbances in the feed stream and changes in product specifications.

The column operation was represented by a linearized dynamic mathematical model based on a component material balance. The solution of the problem was obtained by application of the minimum principle of Fontryagin and the modified Riccati transformation technique. Simplified optimal control schemes can be developed from the results of this work. These control schemes are simple enough to be used for direct digital computer control.

Abstract

On a établi des techniques opératoires de contrôle optimal à deux points, dans le cas de la séparation, sur une échelle pilote, du méthanol et de l'eau au moyen d'une colonne de distillation à 10 plateaux. On a mis au point deux contrôleurs basés sur différentes manières de contrôle, à savoir:

  • 1Un contrôleur qui permet aux compositions des produits d'atteindre les valeurs désirées, tout en maintenant à un minimum les produits qui s'écartent des spécifications.
  • 2Un contrôleur qui permet aux compositions des produits d'atteindre les valeurs désirées, tout en maintenant la composition moyenne de ceux-ci, dans la période de contrôle, au niveau désirée.

On a étudié deux sortes de perturbations, à savoir celles qui sont survenues dans le courant d'alimentation et les changements qui se sont produits dans les spécifications des produits.

On a représenté le fonctionnement de la colonne au moyen d'un modèle mathématique dynamique et linéarisé, lequel était basé sur l'équilibre des composants. On a obtenu la solution du problème en y appliquant le principe minimal de Pontryagin et une modification de la méthode de transformation de Riccati. On a mis au point des techniques simplifiées de contrôle optimal à partir des résultats de l'étude; elles sont suffisamment simples pour qu'on puisse les utiliser dans un contrôle direct au moyen d'un calculateur numérique.

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