Controle de colunas de destilação de alta pureza: um caso industrial. - BRAGA JÚNIOR, Leopoldo Rodrigues. (2003)
Colunas de destilação, em geral, constituem uma fração significativa do investimento de capital e do custo de produção de plantas químicas. Portanto, necessitam ser projetadas e controladas para manterem-se nas condições operacionais ótimas. Desenvolveu-se uma estratégia de controle de composição para uma coluna de destilação pertencente a uma planta comerciai de produção de cloreto de vinila. Algumas particularidades dessa coluna e dos requisitos do sistema de controle propiciam a este estudo de caso aspectos não usuais. Trata-se de destilação imilücomponente de alta pureza, com alta razão de refluxo, onde a mistura comporta-se de forma azcobópica. As respostas em malha aberta a uma perturbação na carga térmica do refervedor são caracterizadas por substancial sobrelevação c inversão. Os requisitos do sistema de controle são íncomuns por incluírem controle de concentração de dois componentes, em níveis de concentração de partes por milhão, em uma mesma corrente, sendo que um deles tem volatilidade intermediária na mistura. A coluna apresenta dificuldades de estabilização da concentração desse componente. Evidenciou-se esta dificuldade através da avaliação das condições operacionais atuais da coluna. O projeto de um sistema de controle para um processo com as características citadas representa um imenso desafio. Apresentou-se uma breve revisão da literal ura sobre as estruturas de controle em colunas de destilação e, através de decomposição por valores singulares e matriz de ganhos relativos, estabeleceu-se a segunda variável a ser controlada e definiu-se o emparelhamento que proporciona a melhor controlabilidade. Partindo-se de dados discretos, resultantes de respostas em malha aberta do modelo rigoroso, obteve-se um modelo dinâmico linearizado, na forma de oito funções de transferência. Demonstrou-se que o ajuste das funções de transferência proporcionou suficiente precisão, mesmo para a resposta que é intensamente inversa. A estratégia de controle por realitnentação descentralizado foi utilizada. Para fins de sintonia e síntese de controladores desacopladores e antecipatórios fisicamente realizáveis, reduziu-se a ordem de duas das funções de transferência. Para a sintonia dos controladores Proporcional-lntegral, comparou-se o desempenho de cinco métodos que se baseiam em modelos aproximados para primeira ordem mais tempo morto. No simulador Aspen Dynamics'", verificou-se o desempenho da sintonia obtida, frente a assimetria e a não linearidade do modelo rigoroso. Os casos simulados cora as duas malhas fechadas não apresentam resultados satisfatórios cm função do forte acoplamento. Avaliou-se o desempenho de controladores desacopladores com a finalidade de reduzir a interação entre as malhas. Evidenciou-se que desacopladores explícitos não proporcionam respostas satisfatórias para este processo. O caso estudado enquadra-se na categoria daqueles que o emparelhamento de variáveis recomendado pelos métodos baseados em ganhos de estado estacionário não é adequado. Demonstrou-se que a implementação de controladores antecipatórios projetados individualmente leva o sistema à instabilidade c que a resposta apresenta desempenho muito superior se esses controladores forem projetados conjuntamente. Concluiu-se por recomendar a implementação da estratégia de controle de concentração apenas do principal componente de interesse, utilizando controladores por realimentação e antecipatórios.