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Optimierungsbasierte Regelung verfahrenstechnischer Prozesse Teilantrag 3: Optimierungsbasierte Regelung des VARICOL-Prozesses

基于优化的过程工程过程控制子应用 3：基于优化的 VARICOL 过程控制

基本信息

批准号：
34424960
负责人：
Professor Dr.-Ing. Sebastian Engell
金额：
--
依托单位：
Lehrstuhl für Systemdynamik und Prozessführung (DYN)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2006
资助国家：
德国
起止时间：
2005-12-31 至 2009-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/34424960?language=en
关键词：
Optimierungsbasierte Regelung verfahrenstechnischer Prozesse Teilantrag

项目摘要

Der VARICOL-Prozess gehört zur Klasse der Simulated-Moving-Bed (SMB)-Prozesse. SMB-Prozesse sind kontinuierliche chromatographische Trennprozesse, die basierend auf einem durch Schaltvorgänge realisierten Gegenstrom von Feststoff und Flüssigphase die unterschiedlichen Komponenten eines Gemisches aufgrund ihrer unterschiedlich starken Adsorption durch den Feststoff trennen. Die kontinuierliche Fahrweise des Prozesses, die hohe Produktivität und der niedrigere Lösungsmittelverbrauch haben zu wachsendem Einsatz in der Spezialitätenchemie, Lebensmittel- und Pharmaindustrie [JMMOO, Nic98] geführt. Der VARICOL-Prozess erweitert den klassischen SMB-Prozess durch eine asynchrone Schaltung der Zu- und Abflüsse. Er kann mit dem sog. PowerFeed-Prozess kombiniert werden, bei dem die Flussraten während des Zyklus variiert werden. Diese zusätzlichen Freiheitsgrade ermöglichen eine weitere Erhöhung der Wirtschaftlichkeit. Der hinsichtlich Lösungsmittelverbrauch oder Durchsatz optimale Betrieb von SMB-Prozessen liegt an der Grenze, an der die Reinheitsanforderungen an die Produkte gerade eingehalten werden. Für die Optimierung ist daher ein genaues Prozessmodell und für den wirtschaftlichen Betrieb eine Regelung, die bei Störungen und Modellfehlern für eine Einhaltung der Produktreinheiten und eine optimale Fahrweise sorgt, notwendig. Die hochdimensionale und hybride Natur des VARICOL-Prozesses stellt sowohl regelungstechnisch als auch numerisch eine Herausforderung dar. Die bisherigen Arbeiten haben zu einem neuen, auf einem endlichen Horizont direkt optimierenden Regelungskonzept und neuen Varianten von Zustandsschätzern geführt und die Entwicklung effizienterer Algorithmen insbesondere durch die Projektpartner der Universität Heidelberg angeregt. In der beantragten zweiten Förderperiode sollen die begonnenen Arbeiten fortgeführt werden. Der Schwerpunkt der zweiten Periode liegt auf der Handhabung der unvermeidlichen Ungenauigkeit von Modellen und Messwerten. Es soll eine optimierungsbasierte Strategie zur Zustandsschätzung auf bewegtem Horizont angewandt werden, um der begrenzten Messinformation bei einer hohen Zahl von Zustandsgrößen Rechnung zu tragen. Das Regelungskonzept soll um die Einbeziehung des optimalen periodisch stationären Arbeitspunkts als Endpunktbedingung erweitert werden. Dieser soll als Endwertbedingung in dem jeweils online gelösten Optimierungsproblem auf einem endlichen Horizont vorgegeben werden. Hierdurch kann die Stabilität der Regelung gesichert und möglicherweise auch der numerische Aufwand reduziert und dadurch die Zahl der Freiheitsgrade erhöht werden. Außerdem soll eine Fahrweise, die besonders gut zur Parameterschätzung geeignet ist und den wirtschaftlichen Betrieb der Anlage nicht zu sehr stört, online ermittelt werden. Abschließend sollen die Konzepte zur Zustandsschätzung und zur prädiktiven Regelung an einer Technikumsanlage experimentell validiert werden.

Der VARICOL-Prozess gehört zur Klasse der Simulated-Moving-Bed（SMB）-Prozesse. SMB-Prozesse是一种连续的色谱方法，其基础是通过Schaltvorgänge实现Feststoff的Gegenstrom和Flüssigphase，即通过Feststoff的吸附作用来实现非连续的组分。Die kontinuierliche Fahrweise des Prozesses，die hohe Produktivität und der niedrigere Lösungsmittelverbrauch haben zu wachsendem Einquiry in der Spezialitätenchemie，Lebensmittel- und Pharmaindustrie [JMMOO，Nic98] geführt. VARICOL-Prozess通过Zu- und Abflüsse的一个可扩展的Schaltung来实现SMB-Prozess的升级。他可以和他们一起去。PowerFeed-Prozess kombiniert韦尔登，bei dem die Flussraten während des Zyklus variiert韦尔登.这是一个经济学家的第二个自由等级。SMB-Prozessen的最优生产或成本控制位于Grenze，其核心是生产和韦尔登。Für die Optimierung ist daher ein genaues Prozessmodell und für den Schaftlichen Betrieb eine Regelung，die bei Störungen und Modellfehlern für eine Einhaltung der Produktreinheiten und eine optimale Fahrweise sorgt，notwendig. VARICOL过程的高维性和混合性也是一种数值计算方法。通过海德堡大学的项目合作伙伴，我们发现了一种新的劳动力，这种劳动力可以在一个新的水平方向上进行最优化的调节，并可以在Zustsschätzern上进行新的变化，从而使开发效率更高。在第二个艰难的时期，开始工作的人必须努力韦尔登。第二个周期的Schwerpunkt取决于对模型和测量的不确定性的处理。这是一个最佳的基于Zustandsschätzung的数据库，可以在水平线上进行调整，并在Zustandsgrößen Rechnung的一个高Zahl上生成信息。调节器是最佳周期工作站的一种特殊形式，它的终点是韦尔登。这解决了在线珠宝中的最优化问题，也就是韦尔登的最优化问题。因此，调节的稳定性和稳定性也可以通过数值计算来降低和减少自由度韦尔登。因此，只有一个Fahrweise，besonders gut zur Parameterschätzung geeignet ist und den Schaftlichen Betrieb der Anlage nicht zu sehr stört，online ermittelt韦尔登。Abschließend sollen die Konzepte zur Zustandsschätzung und zur prädiktiven Regelung an einer Techniques sanlage experimentell validiert韦尔登.