Modelagem e controle de uma superfracionadora industrial de propeno

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Marcelo Embiruçu de SouzaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Em face a acirrada disputa de mercado, vivida por um mundo globalizado, o engenheiro ocupa o importante papel de responsável pela interminável busca de reduções de custos e do ponto ótimo de operação. Em meio a esse cenário, automação, controle e otimização de processos são encaradas como poderosas ferramentas nesta empreitada. Nesta tese, o caso em estudo é uma fracionadora de propileno instalada na COPENE Petroquímica do Nordeste. É feita uma profunda avaliação do sistema de controle atual e proposto sistemas de controles mais adequados para a coluna investigada. A fracionadora de propileno é uma coluna de alta pureza, classificada como uma superfracionadora. Tais colunas têm sido encaradas na área de controle de processos como um grande desafio técnico. Na abordagem do problema de controle, foi primeiramente realizado um estudo em controle de colunas de alta pureza (o que inclui as superfracionadoras), com ênfase nas características do processo importantes para o seu controle, e em experiências na aplicação de diversos sistemas de controle para processos similares ao investigado. Na etapa seguinte, um estudo detalhado da fracionadora industrial permitiu conhecer características específicas do sistema, além de avaliar a situação atual das malhas de controle. A terceira etapa é a modelagem (estacionária e dinâmica) do processo, envolvendo a realização de experimentos na planta industrial. Os modelos são urna poderosa ferramenta para o entendimento e estudo do processo, além de servir como plataforma para o projeto dos controladores e para os testes de controlabilidade. De posse do modelo são realizados estudos do grau de não linearidade e do grau de acoplamento das variáveis manipuladas. Por fim, são avaliados os desempenhos de diferentes sistemas de controles, sendo avaliados diversos aspectos, tais corno sintonia, estratégia, algoritmo e estrutura feedforward. São alcançados excelentes resultados com os sistemas de controle propostos. Problemas de saturação de sinal, instabilidade e resposta lenta são resolvidosAbstract: Nowadays, in the strong marketing dispute due to a globalize world, the engineer has an important role in looking for cost reduction and optimum operation point. In this scenery the automation, control and optimization are been sought as powerful tools to obtain gains. In this thesis, the study case is a propylene fractionator installed in COPENE Petroquímica do Nordeste. A deep evaluation is made of actual control and it is proposed a control system more suitable to the column. The propylene fractionator is a high purity column classified as superfractionator. This column class has been faced in to segment of control as a great challenge. The problem control approach was first made by a control study of the high purity column, that includes the superfractionator, with emphasis on the process characteristics that are important for its control and on experiences of applications in several control system for process similar to the one investigated. In the next step, a detailed study of industrial fractionator made possible to know specific characteristics of the system, besides evaluating the actual situation of the control loop. The third step is the modeling (stationary and dynamic) of the process, involving experiments at the industrial plant the models are a powerful tool for the understand and the study of the process, besides serving as a platform for the project of the controllers and for the controllability tests. Having the models in hand, studies are made of the degree of non-linearity and the degree of coupling of the manipulated variables. Finally, the performance of the different control systems are evaluated, under several aspects, like tuning, strategy, algorithm and feedforward structure. Excellent results are obtained with the control systems proposed. Signal saturation problems, instability and slow response are resolved.MestradoDesenvolvimento de Processos QuímicosMestre em Engenharia Químic