Study on the integration of controllability and diagnosability of reactive distillation columns as from the conceptual design step. Application to the production of ethyl acetate.
Etude de l’intégration de la contrôlabilité et de la diagnosticabilité des colonnes de distillation réactive dès la phase de conception. Application à la production d’acétate d’éthyle.
Résumé
Reactive distillation involves complexities on process dynamics, control and supervision. This work proposes a methodology integrating controllability and diagnosability as from conceptual design. The choice of the most appropriate feasible configuration is conducted though an indices-based method, regarding steady-state and dynamic simulations, for the ethyl acetate production. Experimental campaigns were performed to acquire reliable models. The methodology highlights the process sensitivities and shows that three degrees of freedom of the double-feed column can be manipulated to ensure the industrial specifications; the controlled variables are selected at similar specific locations for all column configurations. Concerning diagnosis, the use of composition sensors seems to be the most appropriate solution, but the same performances can be reached with more temperature sensors judiciously placed.
La distillation réactive est un exemple emblématique de l’intensification de procédés. Cependant, le couplage réaction/séparation génère des complexités importantes en termes de dynamique, de contrôle et de supervision qui constituent une barrière pour leur mise en œuvre industrielle. Ces aspects doivent être considérés dès la phase de conception sous peine de concevoir une colonne difficilement contrôlable. Une méthodologie existante est étendue afin d’y intégrer les aspects de contrôlabilité et de diagnosticabilité. L’étape de conception étudie les courbes de résidu et extractives réactives, identifie les paramètres opérationnels et propose des configurations de colonne respectant les spécifications. La meilleure configuration est choisie sur des critères de contrôlabilité par l’analyse de différents indicateurs quantitatifs et qualitatifs identifiés à l’aide de simulations en régime permanent et dynamique. La méthodologie est appliquée à la production industrielle d’acétate d’éthyle. Deux campagnes expérimentales ont permis de fiabiliser le modèle de simulation de la colonne. La méthodologie permet d’identifier les sensibilités et montre que il est possible d’agir sur les trois degrés de liberté de la colonne double alimentation pour atteindre les spécifications industrielles ; les variables contrôlées sont sélectionnées dans des sections spécifiques, similaires pour différentes configurations de colonne. Concernant le diagnostic, l’utilisation de capteurs de composition semble la plus pertinente mais la complexité de leur utilisation industrielle (cout) peut être contournée par la sélection d’un nombre plus important de capteurs de température judicieusement positionnés. Les résultats de contrôlabilité et de diagnosticabilité sont en cohérence et bien intégrés dans la conception des colonnes réactives.
Origine : Version validée par le jury (STAR)