I. Tính Cấp Thiết Của Luận Án
Công nghiệp hóa chất đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, với thiết bị phản ứng hóa học là cốt lõi của quá trình này. Thiết bị phản ứng có khuấy trộn liên tục (CSTR) được sử dụng phổ biến nhờ năng suất cao. Tuy nhiên, đặc tính động học của hệ CSTR là phi tuyến và đa biến, dẫn đến việc sử dụng điều khiển phản hồi đầu ra tuyến tính với bộ điều khiển PID không đạt được chất lượng sản phẩm mong muốn. Việc sử dụng chuỗi thiết bị CSTR nối tiếp làm tăng chi phí đầu tư và phức tạp hóa hệ thống sản xuất. Nghiên cứu điều khiển phi tuyến cho CSTR đã mở ra hướng đi mới trong sản xuất, tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào điều khiển đơn biến mà chưa xem xét đầy đủ cân bằng khối lượng và năng lượng cho jacket. Luận án này nhằm ứng dụng điều khiển dự báo phi tuyến cho thiết bị phản ứng CSTR, với mục tiêu khử nhiễu và đảm bảo chất lượng đầu ra.
II. Mục Tiêu Nghiên Cứu
Mục tiêu chính của luận án là thiết kế hệ điều khiển dự báo phi tuyến NMPC cho thiết bị phản ứng CSTR nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và dễ dàng ứng dụng vào sản xuất. Đối tượng nghiên cứu là thiết bị phản ứng CSTR thủy phân anhydride acetic. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế điều khiển cho thiết bị phản ứng CSTR, nghiên cứu động học quá trình và điều khiển tuyến tính cho CSTR-acetic. Phương pháp nghiên cứu bao gồm khảo sát các công trình công bố về điều khiển phi tuyến CSTR, thiết kế mô hình CSTR trong phòng thí nghiệm, và đánh giá hệ điều khiển bằng mô phỏng. Kết quả nghiên cứu sẽ mở ra khả năng ứng dụng điều khiển phi tuyến NMPC cho thiết bị CSTR trong thực tế sản xuất.
III. Tổng Quan Về Thiết Bị Phản Ứng CSTR
Thiết bị phản ứng có khuấy trộn liên tục (CSTR) là một trong những thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. CSTR cho phép quá trình phản ứng diễn ra liên tục với nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra liên tục. Đặc điểm của CSTR là khả năng duy trì điều kiện phản ứng ổn định, nhờ vào việc khuấy trộn liên tục và kiểm soát nhiệt độ thông qua jacket. Động học của quá trình phản ứng trong CSTR thường phức tạp do sự tương tác giữa các biến. Việc phân loại phản ứng hóa học và thiết bị phản ứng là cần thiết để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của CSTR. Các phản ứng trong CSTR thường là phản ứng thu nhiệt và đồng pha, điều này có ảnh hưởng lớn đến thiết kế và điều khiển thiết bị. Việc nghiên cứu động học và điều khiển cho CSTR là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.
IV. Xây Dựng Mô Hình Điều Khiển
Mô hình điều khiển cho thiết bị phản ứng CSTR được xây dựng dựa trên các biến động học và điều kiện ràng buộc. Việc xác định bậc tự do của mô hình là bước quan trọng để đảm bảo tính khả thi của hệ thống điều khiển. Đánh giá tính xen kênh và tính phi tuyến của hệ thống cũng cần được thực hiện để đảm bảo rằng mô hình phản ánh chính xác các đặc tính của thiết bị. Các thuật toán điều khiển dự báo phi tuyến được phát triển nhằm tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu nhiễu tác động. Việc áp dụng mô hình điều khiển này vào thực tế sản xuất sẽ giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm đầu ra.
V. Kết Luận
Luận án đã trình bày một cách chi tiết về ứng dụng điều khiển dự báo phi tuyến cho thiết bị phản ứng CSTR. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng NMPC có thể cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm và giảm thiểu nhiễu trong quá trình sản xuất. Các phương pháp điều khiển được đề xuất không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có tính ứng dụng cao trong thực tế. Việc đơn giản hóa thuật toán điều khiển NMPC sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng vào sản xuất công nghiệp, mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp hóa chất.
