شبیه سازی راکتورهای پیوسته همزن دارو لوله ای تولید پلی استایرن

در این پروژه ابتدا شبیه سازی و بهینه سازی دو فرایند صنعتی تولید پلی استایرن به روش توده ای به منظور بررسی رفتار حالت پایای این فرایند ها و همچنین مقایسه عملکرد آنها انجام شد. در فرایند اول که به فرایند برج معروف است پلیمریزاسیون در دو راکتور پیوسته همزن دار موازی انجام می شود و در یک راکتور لوله ای با شش ناحیه دمایی مشخص ادامه می یابد. فرایند دوم نیز شامل یک راکتور پیوسته همزن دار خود سرد کننده و یک راکتور لوله ای می باشد که در این فرایند نیز راکتور لوله ای توسط ژاکت های کنترل کننده دما به سه بخش تقسیم می شود. سینتیک و فرضیات بکار برده شده در مدلسازی این فرایند ها یکسان است. مدلهای مربوط به هر فرایند قادر به پیش بینی متوسط های عددی و وزنی وزن مولکولی ، شاخص پراکندگی توزیع وزن مولکولی ، درجه تبدیل مونومر و دما برای محصول خروجی هستند. برای حداکثر کردن درجه تبدیل ، حداقل کردن شاخص پراکندگی وزن مولکولی و رساندن متوسط عددی وزن مولکولی به یک مقدار تجاری ، بهینه سازی به کمک روش الگوریتم ژنتیک بر روی دما های راکتور ها در هر فرایند انجام شد. نتایج شبیه سازی و بهینه سازی برای هر فرایند نشان داد که فرایند اول تنها قادر به تولید پلیمری با وزن مولکولی بالا و توزیع وزن مولکولی پهن است در حالیکه فرایند دوم قادر به تولید گرید های متفاوتی از پلی استایرن است. به دلیل ناتوانی فرایند اول در تولید محصولات مختلف از شبیه سازی حالت ناپایا و کنترل فرایند آن صرف نظر شد و تنها شبیه سازی حالت ناپایا و کنترل فرایند برای فرایند دوم انجام شد. به دلیل اینکه مدلسازی راکتور همزن دار خود سرد کننده با شرط دما ثابت انجام شده بود برای بررسی رفتار دینامیکی فرایند نیاز بود که مدلسازی راکتور خود سرد کننده در شرایط غیر همدما انجام شود. به این ترتیب کلیه معادلات حالت ناپایا برای رکتور خود سرد کننده در شرایط غیر همدما بدست آمد. به دلیل اینکه مدار باز این سیستم ناپایدار است برای کنترل آن از دو کنترلر استفاده شد که هر کدام بصورت جداگانه عمل می کنند. پاسخ مدار بسته راکتور خود سردکننده و عملکرد کنترلرهای بکار گرفته شده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کنترلرهای استفاده شده بخوبی قادر به حذف اغتشاشات و همچنین دنبال کردن تغییرات در مقدار مقرر بود. همچنین سیستم کنترلی بکار گرفته شده به خوبی در مقابل خطاهای احتمالی مدلسازی مقاوم بود و سیستم در کلیه حالت های بررسی پایداری خود را حفظ می کرد. برای کنترل راکتور لوله ای دو روش کنترل پیشنهاد گردید. در روش اول هدف کنترل دمای ژاکت های راکتور و در روش دوم هدف کنترل دمای داخل راکتور در انتهای هر بخش از راکتور بود. با اضافه کردن سه کنترلر برای بخش های راکتور لوله ای ، عملکرد این سه کنترلر و سیستم کنترلی اعمال شده بر روی راکتور خود سرد کننده بطور همزمان بررسی شد. عملکرد کنترلرها برای حذف اغتشاشات ، مقاوم بودن به خطای مدلسازی و تغییر شرایط فرایندی برای تولید محصول جدیدی از پلی استایرن بررسی گردید. بنابراین ضمن اعمال تغییرات یاد شده بر کل فرایند و مطالعه پاسخ مدار بسته فرایند ، عملکرد کنترلر ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. هر دو روش بکار برده شده برای کنترل فرایند تا حد زیادی موفق بودند ولی روش دوم تقریباً همیشه عملکرد بهتری نشان می داد. زیرا در روش دوم دمای داخل راکتور کنترل می شود که تعیین کننده خواص محصول می باشد.