Modelado, análisis y control de columnas de destilación con integración de energía

Abstract

This thesis presents a full-state feedback control scheme for Heat Integrated Dis- tillation Columns (HiDC). Distillation column dynamic behavior, and HiDC in par- ticular, is highly nonlinear and o¤ers serious challenges to mantain trouble and interruption-free operation. As a .rst attempt to HiDC simulation and control, a non-linear mathematical model was developed for an ideal, binary, .ve-stage distil- lation column. This model serves as benchmark to evaluate a linearized version of the State-Space Representation (SSR) of the system. Both developments were ap- plied to the simulation of the distillation column in unsteady state conditions, with good results for the linearized model, provided that the simulation data is kept in- side the linearization domain. The SSR linearized model was used in the simulation and analysis of the open-loop and full-state feedback closed-loop control schemes for the distillation column. The performance of both control schemes was evaluated and compared for step variations in all the input variables.

En el presente trabajo se propone un esquema de control por retroalimentación total de estados para una columna de destilación con integración de energía (CDIE). El comportamiento dinámico de las columnas de destilación, en especial las que cuentan con integración de energía, es altamente no lineal y presenta retos importantes para una operación e.ciente y sin interrupciones. Como una primera aproximación a la simulación y control de las CDIE se propone un modelo matemático no lineal para una columna binaria ideal de cinco etapas. Este modelo se toma como base de com- paración para su versión linealizada en representación en espacio de estados (REE), aplicando ambas aproximaciones a la simulación del estado transitorio de la columna, obteniendo resultados satisfactorios dentro del dominio de la linealización. Posterior- mente el modelo linealizado en REE se usó para la simulación y análisis de control del sistema en lazo abierto y lazo cerrado con retroalimentación total de estados, con la correspondiente comparación de desempeño entre ambos lazos para diferentes cambios en las variables de entrada.