Modelling and optimization of th tube reactors in an ethylene dichloride cracker using pontryagin optimal control theory

• Autores: R. Bahrami, R. Halladj
• Localización: Afinidad: Revista de química teórica y aplicada, ISSN 0001-9704, Vol. 66, Nº. 539, 2009, págs. 62-69
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Modelatge i optimització dels reactors de tubs en una torre de craqueig de dicloroetilè emprant la teoria de controlòptim de Pontryagin
  • Modelado y optimización de los reactores de tubos en una torre de craqueo de dicloroetileno usando la teoríade control óptimo de Pontryagin
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• Resumen
  • español

    La torre de craqueo de dicloroetileno (EDC) es el corazón de la unidad de producción de cloruro de vinilo monómero, así que predecir el comportamiento de esta torre de craqueo es algo a examinar en detalle. En este trabajo, se aplican balances de masa, energía y momento a los reactores de tubos en las torres de craqueo de dicloroetileno y las ecuaciones que se obtienen se resuelven simultáneamente usando las caracterizaciones de una unidad existente y el método numérico adecuado para predecir el comportamiento del reactor. Se obtienen los perfiles de concentración, temperatura y presión a lo largo del reactor, y se comparan con los datos de operación. En este trabajo, también se ha realizado la optimización del reactor de craqueo térmico de dicloroetileno para la producción de cloruro de vinilo monómero. La función objetiva para este problema depende de la longitud del reactor, permitiendo encontrar el perfil óptimo de temperatura de la pared externa y optimizar el perfil de la velocidad de transferencia de calor al fluido del proceso a lo largo del reactor a fin de maximizar el producto (VCM) a la salida del reactor. Las ecuaciones diferenciales de masa, energía y momento derivadas del modelado del reactor son las restricciones al problema de optimización. El presente problema se ha convertido en un problema de control óptimo usando la teoría de Pontryagin para resolverlo. Se ha utilizado Visual Fortran para la programación, y se han analizado los perfiles óptimos de estado y las variables de control como resultados del programa. Finalmente, se comparan los resultados del método usual y del método que utiliza la teoría de control óptimo de Pontryagin con los datos de operación. Este trabajo muestra que la teoría de control óptimo de Pontryagin se puede aplicar a otros casos y que en general tiene ventajas computacionales, además de precisión y robustez.

  • català

    La torre de craqueig de dicloroetilè (EDC) és el cor de launitat de producció de clorur de vinil monòmer, així que predir el comportament d’aquesta torre de craqueig és quelcom a examinar en detall. En aquest treball, s’apliquen balanços de massa, energia i moment als reactors de tubs en la torre de craqueig de dicloroetilè i les equacions que s’obtenen es resolen simultàniament emprant les caracteritzacions d’una unitat existent i el mètode numèric adient per predir el comportament del reactor. S’obtenen els perfils de concentració, temperatura i pressió al llarg del reactor, i es comparen amb les dades d’operació. En aquest treball, també s’ha realitzat l’optimització del reactor de craqueig tèrmic de dicloroetilè per a la producció de clorur de vinil monòmer. La funció objectiva per a aquest problema depèn de la llargada del reactor, permetent trobar el perfil òptim de temperatura de la paret externa i optimitzar el perfil de la velocitat de transferència de calor al fluid del procés al llarg del reactor pertal de maximitzar el producte (VCM) a la sortida del reactor. Les equacions diferencials de massa, energia i moment derivades del modelatge del reactor són les restriccionsal problema d’optimització. El present problema s’ha convertit en un problema de control òptim emprant la teoria de Pontryagin per resoldre’l. S’ha utilitzat Visual Fortranper a la programació, i s’han analitzat els perfils òptims d’estat i les variables de control com a resultats del programa. Finalment, es comparen els resultats del mètode usual i del mètode que empra la teoria de control òptimde Pontryagin amb les dades d’operació. Aquest treball mostra que la teoria de control òptim de Pontryagin es pot aplicar a altres casos i que en general té avantatges computacionals, a més de precisió i robustesa.

  • English

    Ethylene dichloride (EDC) cracker is the heart of vinylchloride monomer (VCM) unit, so predicting the behavior of this cracker is mostly considered. In this work, mass, energy and momentum balances have been applied to the tube reactors in ethylene dichloride cracker and the obtained differential equations are solved simultaneously using the characterizations of an existing unitand the suitable numerical method to predict the reactor behavior. Profiles of concentration, temperature and pressure along the reactor have been obtained and compared with the operating data. Optimization of ethylenedichloride thermal cracking reactor for vinyl chloridemonomer production has also been done in this work.The objective function for this problem depends on lengthof reactor which finds optimum external wall temperature profile along the reactor and can optimize the profile of heat transfer rate to the process fluid along the reactor in order to maximize the VCM product at the outlet of the reactor. Mass, energy and momentum differential equations derived from the modeling of reactor arethe constraints of optimization problem. The presentproblem has been converted to an optimal control problem format by using the Pontryagin theory to solve it. Visual Fortran has been used for programming and optimum profiles of state and control variables have beenanalyzed as results of program. Finally, the results of boththe usual method and the method using Pontryagin optimal theory are compared with operating data. This work shows Pontryagin optimal control theory can be appliedto other cases and in general it has computational advantages, accuracy and also robustness.