Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Design of heat integrated and control structures of butane isomerization plant for reversible reaction case

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

การออกแบบโครงสร้างการควบคุมและการเบ็ดเสร็จพลังงานของโรงงานบิวเทนไอโซเมอไรเซชันสำหรับกรณีปฏิกิริยาแบบผันกลับ

Year (A.D.)

2008

Document Type

Thesis

First Advisor

Montree Wongsri

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

Master of Engineering

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Mechanical Engineering

DOI

10.58837/CHULA.THE.2008.1680

Abstract

To use plantwide control strategies to develop the control structures for the butane isomerization plant for reversible reaction case with energy integration schemes that are designed to achieve the control objective. The butane isomerization process is a complex plant consisting of many unit operations converting normal butane (nC4) into isobutane (iC4). In this work presents 4 alternatives of heat integrated (RHEN1-3 and Base case) with 4 alternatives of the control structure (CS1-4) for butane isomerization plant for reversible reaction are simulated using Luyben's heuristics method and Fixture point theorem (Wongsri, 2008). Various heat pathways throughout the network designed using Wongsri's disturbance propagation method to achieve dynamic maximum energy recovery. They are evaluated energy saving compared to Base case (Luyben, 1998), the energy saved is 15.11-22.09 %. Because of control difficulties associated with heat integration, the suitable control structure is necessary to process operation. We found that CS2 and CS3 are proper control structures with heat-integrated process when change in thermal disturbance and change in material flow disturbance and RHEN-1 have a performance control better than RHEN-2 and RHEN-3. The performances of the plants using software HYSYS for heat exchanger networks and control structures.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

ศึกษาการออกแบบโครงสร้างการควบคุมแบบแพลนท์ไวด์ มาพัฒนาโครงสร้างการควบคุมโรงงานบิวเทนไอโซเมอไรเซชัน สำหรับปฏิกิริยาแบบผันกลับที่มีการเบ็ดเสร็จพลังงานเพื่อให้เป็นไปตามวัตถุประสงค์ของการควบคุม โดยโรงงานบิวเทนไอโซเมอไรเซชันนั้น เป็นโรงงานที่มีความซับซ้อน ประกอบไปด้วยหน่วยปฏิบัติการหลายหน่วย โดยกระบวนการทำปฏิกิริยาจะเปลี่ยนนอร์มอลบิวเทนไปเป็นไอโซบิวเทน ซึ่งไอโซบิวเทนที่ได้นั้นมีความสำคัญในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี โดยในงานวิจัยนี้ได้จำลองข่ายงานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจำนวน 4 ทางเลือก ได้แก่ RHEN1-3 และกรณีฐานของ Luyben (1998) รวมทั้งโครงสร้างการควบคุมโรงงานบิวเทนไอโซเมอไรเซชัน สำหรับปฏิกิริยาแบบผันกลับ จำนวน 4 ทางเลือก ได้แก่ CS1-4 ซึ่ง CS1-3 ใช้หลักการออกแบบแพลนท์ไวด์ของ Luyben และ CS4 ใช้ทฤษฎี “Fixture point" ของ วงศ์ศรี (2008) และสำหรับกระบวนการที่มีการเบ็ดเสร็จพลังงานใช้หลักการออกแบบ โดยวิธีส่งผ่านความแปรปรวนของ Wongsri เพื่อให้ได้มาซึ่งการนำกลับมวลสารเพื่อเข้ามาใช้ใหม่ในกระบวนการพลวัต จากนั้นประเมินค่าประหยัดพลังงานของข่ายงานที่ 1-3 (RHEN1-3) เทียบกับกรณีฐานของ Luyben (1998) พบว่า สามารถประหยัดพลังงานได้ถึง 15.11-22.09 เปอร์เซนต์ และเนื่องจากกระบวนการที่มีการเบ็ดเสร็จพลังงานนั้น การควบคุมจะเป็นไปได้ยากมากขึ้น ดังนั้นโครงสร้างการควบคุมที่เหมาะสมจึงมีความจำเป็นต่อการดำเนินการของกระบวนการ และเมื่อนำโครงสร้างทั้งหมดนี้มาควบคุมกระบวนการที่มีการเบ็ดเสร็จพลังงานต่างๆ ในการประเมินสมรรถนะโครงสร้างการควบคุมโดยใช้ตัวรบกวนกระบวนการ 2 ชนิด ได้แก่ การรบกวนทางความร้อน และการรบกวนอัตราการไหลของสาร พบว่าโครงสร้าง CS2 และ CS3 เป็นโครงสร้างที่เหมาะสมเมื่อมีการรบกวนทางความร้อน และอัตราการไหล และข่ายงานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีการเบ็ดเสร็จพลังงาน RHEN-1 ให้สมรรถนะในการควบคุมดีที่สุด โดยข่ายงานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และโครงสร้างการควบคุมที่ถูกออกแบบจะประเมินสมรรถนะแบบจำลองโดยใช้โปรแกรมไฮซีส

Link to Full Text

Share

COinS