Zusammenfassung
Simulierte Gegenstromprozesse (SMB-Prozesse) sind leistungsfähige chromatographische Trennverfahren, bei denen die physikalischen Eingangsgrößen (Zufluss- und Abflussströme) periodisch von einer Trennsäule zur nächsten geschaltet werden, sodass sich ein effektiver Gegenstrom von Feststoff und Flüssigkeit ergibt. Der sog. Hashimoto-Prozess integriert chemische Reaktoren in diesen Prozess, deren Position sich aber relativ zu den Zuflüssen nicht ändert. SMB-Trennprozesse und insbesondere Prozesse mit zusätzlichen Reaktoren zeigen ein komplexes nichtlineares Verhalten. In diesem Beitrag wird eine direkt optimierende prädiktive Regelung vorgestellt, die auf der Grundlage eines rigorosen, nichtlinearen Prozessmodells hoher Ordnung unter Einbeziehung aller Freiheitsgrade des Prozesses (Flussraten und Taktzeit) online den Lösungsmittelverbrauch minimiert und gleichzeitig die Produktreinheit und die gewünschte Ausbeute einhält. Es wird gezeigt, dass der Einfluss von Modellfehlern zu einem unbefriedigenden Regelverhalten führen kann und es wird eine Modifikation der Formulierung der Regelaufgabe vorgestellt, die zu einem robusten Verhalten führt. Das Regelungskonzept wird anhand von Simulationen und experimentellen Ergebnissen für die Razemisierung von Trögerscher Base verifiziert.
Abstract
The Simulated Moving Bed process (SMB) is an efficient chromatographic separation technique. The physical inputs of the SMB process (input and output flows) are switched periodically from one separation column to the next one, such that an effective counter-current flow between the liquid flow and the solid bed is established. The so-called Hashimoto process integrates chemical reactors into the SMB process. The positions of the reactors relative to the inlet and outlet ports are maintained. SMB processes and in particular processes which include reactors exhibit a complex nonlinear behavior. This contribution presents an online optimizing controller for such processes that is based upon a rigorous nonlinear dynamic model of the process of high order and utilizes all degrees of freedom (flow rates and switching time) in order to minimize the desorbent consumption while fulfilling the purity requirement of the product at the same time. It is demonstrated that the influence of plant/model mismatch can lead to an unsatisfactory control performance. Modifications of the formulation of the optimization problem are presented in order to establish a robust control behavior. The control scheme is verified by simulative and experimental results for the racemization of Tröger´s base.
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