Intelligent control development for a polimerization batch reactor

• Grant number: 08/10710-7
• Support Opportunities: Regular Research Grants
• Start date: April 01, 2009
• End date: March 31, 2011
• Field of knowledge: Engineering - Chemical Engineering
• Principal Investigator: Ana Maria Frattini Fileti
• Grantee: Ana Maria Frattini Fileti
• Host Institution: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brazil
• City of the host institution: Campinas

Abstract

Buscando soluções para os diversos desafios existentes em processos de polimerização, estão sendo desenvolvidas, abordando aspectos acadêmicos e industriais, novas estratégias de sistemas de controle. Reatores de polimerização são altamente exotérmicos e podem apresentar disparos térmicos o que pode ser evitado através de uma implementação de estratégia de controle efetiva. Além disso, o controle de um reator de polimerização apresenta grande dificuldade devido a sua natureza altamente não-linear e complexidade do mecanismo cinético da reação.Os sistemas de controle estão sendo desenvolvidos de forma a alcançar uma transição rápida e segura das condições iniciais até as condições de operação com mínimas sobreelevações. Apesar da facilidade de implementação e por se tratar de uma técnica consolidada industrialmente, a utilização de controladores clássicos (PID) apresenta desempenho ineficiente quando, por exemplo, o processo apresenta não-linearidades, é multivariável, com tempo de atraso, variante no tempo ou quando as especificações de projeto são muito rígidas, como é o caso dos sistemas de polimerização. Sendo assim, técnicas de controle avançado têm sido aplicadas na tentativa de melhorar o desempenho do sistema para satisfazer aos requisitos de produção do processo industrial.Este trabalho tem como proposta montar um protótipo experimental, utilizar tecnologia de automação e desenvolver e implementar estratégias de controle para a manutenção das condições operacionais da reação de polimerização do estireno através do acompanhamento em tempo real das principais variáveis do processo, fazendo uso de medidas on-line de variáveis, como viscosidade e densidade, que estão relacionados indiretamente com o peso molecular e conversão, respectivamente. Será utilizado reator batelada e técnica de polimerização em solução. Este trabalho ainda irá proporcionar, para um mesmo estudo de caso, um estudo comparativo entre diferentes estratégias de controle fuzzy, a partir da utilização de diferentes sistemas de inferência (Mamdani e Takagi Sugeno) para implementação de regras heurísticas. A eficiência do sistema será avaliada através do monitoramento das principais variáveis do processo, comportamento das variáveis controlada e manipulada, análise de índices de desempenho dos controladores (ISE, IAE e ITAE) e análise das propriedades finais do polímero obtido tais como: peso molecular médio, polidispersidade e produtividade (conversão). Espera-se determinar a estratégia de controle mais adequada para a manutenção das condições ótimas de operação contribuindo para o maior desempenho do processo de polimerização, visando melhoria da qualidade do polímero e redução de custos operacionais. (AU)