Control and Monitoring of Chemical Batch Reactors

مشکلات روش‌شناختی و فن‌آوری مربوط به راکتورهای شیمیایی دسته‌ای اغلب بسیار چالش برانگیز هستند و نیازمند مشارکت متخصصان در چندین رشته (شیمی، مهندسی شیمی، علم مواد، مهندسی کنترل، اندازه‌گیری و سنجش) هستند. هنگام برخورد با راکتورهای دسته ای در کاربردهای صنعتی، باید تعدادی از مشکلات برطرف شود، از طراحی و برنامه ریزی نیروگاه گرفته تا زمان بندی، بهینه سازی و دستیابی به عملکرد عملیات دسته ای. برای برآوردن چنین الزاماتی، باید با برخی مسائل اساسی مواجه شد: مدل‌سازی راکتور و فرآیند، شناسایی پارامترها در مدل‌های ریاضی، کنترل متغیرهای مشخص‌کننده فرآیند و تشخیص زودهنگام خرابی‌ها. کنترل و پایش راکتورهای دسته ای شیمیایی با هدف مقابله با مشکلات فوق از تلفیقی از دیدگاه دانشگاهی و صنعتی طراحی شده است. راه‌حل‌های پیشرفته (یعنی آن‌هایی که مبتنی بر نتایج تحقیقات اخیر هستند) برای مشکلات اساسی مدل‌سازی، شناسایی، کنترل و تشخیص خطا برای فرآیندهای دسته‌ای به تفصیل در فصل‌های مجزا توسعه داده شده‌اند. در هر فصل، یک مرور کلی از مفاهیم بنیادی، همراه با مروری بر ادبیات اخیر و کلاسیک در مورد موضوعات مختلف ارائه شده است. مطالعه موردی از طریق دوره کتاب توسعه یافته است. به عنوان مثال، یک فرآیند دسته ای مورد علاقه صنعتی، به عنوان مثال، واکنش فنل فرمالدئید، برای آزمایش تکنیک های پیشنهادی اتخاذ شده است. به این ترتیب، یک نقشه راه برای توسعه سیستم های کنترل و تشخیص، از مراحل اولیه فرآیند تولید تا طراحی کامل سیستم های کنترل و تشخیص، ارائه می شود. اگرچه برای پذیرش در دوره های پیشرفته سطح فوق لیسانس با تمرکز بر کنترل فرآیند، برنامه های کاربردی کنترل و کنترل غیرخطی نیز مناسب است. هدف پیشرفت در کنترل صنعتی گزارش و تشویق انتقال فناوری در مهندسی کنترل است. توسعه سریع فناوری کنترل بر تمام حوزه های رشته کنترل تأثیر می گذارد. این مجموعه فرصتی را برای محققان فراهم می‌کند تا نمایشگاه گسترده‌ای از کار جدید در تمام جنبه‌های کنترل صنعتی ارائه دهند.

Methodological and technological problems related to batch chemical reactors are often very challenging and require contributions from experts in several disciplines (chemistry, chemical engineering, materials science, control engineering, measurement and sensing). A number of problems have to be tackled when dealing with batch reactors in industrial applications, ranging from design and planning of the plant to scheduling, optimization and performance achievement of batch operations. In order to meet such requirements, some fundamental issues need to be faced: modeling of the reactor and of the process, identification of the parameters in the mathematical models, control of the variables characterizing the process and early diagnosis of failures.Control and Monitoring of Chemical Batch Reactors is aimed at tackling the above problems from a blending of academic and industrial perspectives. Advanced solutions (i.e., those based on recent research results) to the fundamental problems of modeling, identification, control and fault diagnosis for batch processes are developed in detail in distinct chapters. In each chapter, a general overview of foundational concepts is also given, together with a review of recent and classical literature on the various subjects.To provide a unitary treatment of the different topics and give a firm link to the underlying practical applications, a single case study is developed through the course of the book. Namely, a batch process of industrial interest, i.e., the phenol-formaldehyde reaction, is adopted to test the proposed techniques . In this way, a roadmap for the development of control and diagnosis systems is provided, ranging from the early stages of the production process to the complete design of control and diagnosis systems.Hence, the book is directed to both industrial practitioners and academic researchers, although it is also suitable for adoption in advanced post-graduate level courses focused on process control, control applications and nonlinear control.Advances in Industrial Control aims to report and encourage the transfer of technology in control engineering. The rapid development of control technology has an impact on all areas of the control discipline. The series offers an opportunity for researchers to present an extended exposition of new work in all aspects of industrial control.