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Using Dynamic Optimization Technique to Study the Operation of Batch Reactors

Authors

  • Daim-Yuang Sun,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical and Materials Engineering, National Chinyi Institute of Technology, Taiping City, Taichung County, 411 Taiwan R.O.C.
    • Department of Chemical and Materials Engineering, National Chinyi Institute of Technology, Taiping City, Taichung County, 411 Taiwan R.O.C.
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  • Pi-Min Lin,

    1. Department of Chemical and Materials Engineering, National Chinyi Institute of Technology, Taiping City, Taichung County, 411 Taiwan R.O.C.
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  • Shu-Ping Lin

    1. Department of Chemical and Materials Engineering, National Chinyi Institute of Technology, Taiping City, Taichung County, 411 Taiwan R.O.C.
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Abstract

How to apply the global optimization technique, simulated annealing, and to explore the operation of batch reactors is addressed in this study. Based on the operating purposes and the imposed constraints, the batch reactor operations are first formulated as two optimal control problems: the maximal yield (or conversion) problem and the minimal operating time problem. The problems are then converted into non-linear programming problems by the concept of control vector parameterization. The converted problems are solved by the algorithm derived from simulated annealing to determine the optimal operating policy and the performance index. These results are useful in assessing design and operation of batch reactors. In this article, the CSTR model is used to demonstrate the convenience and robustness of the proposed algorithm. Two typical reaction models are used to discuss the operations based on the optimal solutions.

Abstract

On s'intéresse dans cette étude à la façon d'appliquer la technique d'optimisation globale, dite de recuit simulé, pour explorer le fonctionnement de réacteurs discontinus. À partir des objectifs de fonctionnement et des contraintes imposées, le fonctionnement des réacteurs discontinus est d'abord formulé sous forme de deux problèmes de contrôle optimums: le problème du rendement (ou la conversion) maximal et le problème du temps de fonctionnement minimal. Ces problèmes sont ensuite convertis en problèmes de programmation non linéaires par le concept de paramétrisation des vecteurs de contrôle. Les problèmes convertis sont résolus par l'algorithme établi à partir du recuit circulé afin de déterminer la politique de fonctionnement optimale des réacteurs et l'indice de performance. Ces résultats sont utiles dans l'évaluation de la conception et du fonctionnement des réacteurs discontinus. Dans cet article, le modèle CSTR permet de démontrer le côté pratique et la robustesse de l'algorithme proposé. Deux modèles de réaction typique sont utilisés pour analyser le fonctionnement des réacteurs d'après des solutions optimales.

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