Többtermékes folyamatos technológiák optimalizálása

Átírás

1 Pannon Egyetem, Vegyészmérnöki Intézet Kooperációs Kutatási Központ 8200 Veszprém, Egyetem u. 10., Tel./Fax: (88) Melléklet Többtermékes folyamatos technológiák optimalizálása Kutatási végbeszámoló melléklete: Szoftverek ismertetése Kutatási téma jele: Támogatási szerződés száma: VIKKK-2004-III-1 OMFB-00217/2005 Kutatás időtartama: VII VI. 30. Kutatási beszámoló készült: Veszprém, április 30. Témavezető: Dr. Németh Sándor egyetemi docens 195

2 Tartalomjegyzék 1. TÖBBTERMÉKES FOLYAMATOS TECHNOLÓGIA ELEMZÉSÉT TÁMOGATÓ INFORMÁCIÓS RENDSZER LÉTREHOZÁSA AZ INFORMÁCIÓS RENDSZER FELÉPÍTÉSE AZ INFORMÁCIÓS RENDSZER HASZNÁLATA (PÉLDÁK) A REAKTOROK FELÜLBÍRÁLÓ IRÁNYÍTÓ RENDSZERÉNEK (APC) LEKÉPEZÉSE MATLAB SIMULINK KÖRNYEZETBEN HUROKREAKTOR-MODELL LEKÉPEZÉSE MATLAB SIMULINK KÖRNYEZETBEN A SZOFTVEREK HASZNÁLATÁNAK A BEMUTATÁSA EGYSZERŰ ADATLEKÉRDEZÉS A TECHNOLÓGIAI ADATTÁRHÁZBÓL TERMÉKVÁLTÁSOK ELEMZÉSÉRE ALKALMAS TECHNOLÓGIAI SZIMULÁTOR LEKÉPEZÉSE AZ INFORMÁCIÓS RENDSZER ÜZEMBEÁLLÍTÁSA (INSTALLÁLÁSI FOLYAMAT) FÜGGVÉNY REFERENCIA (ANALYZERPP4) ADATBÁZIS ADATTÁBLÁI VIKKK-2004-III-1 196

3 1. Többtermékes folyamatos technológia elemzését támogató információs rendszer létrehozása Hatalmas mennyiségben állítunk elő adatokat az élet minden területén nap, mint nap. Az adatok tárolásának, visszakereshetőségének megoldása komoly feladatot jelent az informatikai szakembereknek, másrészt viszont érdemes figyelemmel kísérni a letárolt adatok felhasználást is. Becslések szerint a letárolt (pl. kereskedelmi) adatoknak csupán az 5-10 százalékát használják fel valamilyen elemzésre (1.1 ábra), tehát az adatoknak csak egy nagyon kis szeletét vizsgáljuk, így az adatokból kinyerhető információmennyiség is kisebb. Ennek fő okai a nagyméretű, nem megfelelő struktúrájú (elemzéseket nem támogató) adatbázisokban, és a megfelelő elemző eszközök hiányában keresendő. Nem elemzett Elemzett 1.1 ábra Adatelemzési arányok A korszerű vegyipari gyártástechnológiák magas fokú automatizáltságának köszönhetően a gyártás során nagy mennyiségben tárolhatunk le technológiai adatokat. A TVK Nyrt. Polipropilén-IV-es üzemében egy elosztott szabályzó rendszer (DCS) felügyeli a termelést, és egy PHD (Process History Database) rendszer 15 másodperces mintavételezési gyakorisággal tárolja le a technológiai változók értékét. VIKKK-2004-III-1 197

4 Alkalmazások PHD API Real-time rendszer DCS Real-time adat interfész (RDI) PHD SZERVER Konfigurációs Real-time adatbázis adatok másolata Aktuális értékek adatbázisa Nyers sor Adat sor Referencia adatbázis PHD archív fájlok 1.2 ábra A PHD rendszer komponensei A letárolandó változók listája az ún. TAG lista tetszőlegesen alakítható, változókat vehetünk ki, újabb változókat definiálhatunk, stb. Egy TAG tartalmazza az adott változó minden paraméterét, pl. nevét, típusát, mértékegységét. A PHD (felépítését lásd az 1.2 ábrán) a valós rendszerből a mintavételezett jeleket egy real-time adat interfészen keresztül (RDI) a TAG lista (konfigurációs adatok) alapján a megfelelő változóhoz (TAG-hez) sorolja, majd archiválja azokat. Az archivált adatok a PHD-n csak bizonyos ideig elérhetőek az alkalmazási interfészen (PHD API) keresztül, a külső alkalmazások számára. Egy ilyen alkalmazás például a Uniformance (Honeywell), amely egy ún. Excel-Add-In-ként grafikus felületet biztosít az adatlekérdezéshez, ezáltal könnyen xls formátumban érhetőek el a technológiai adatok. Az adatelemzésnél azonban problémát jelenthet, hogy egyrészt a lekérdezhető időszak a PHD-n elérhető archivált adatmennyiségre (kb. fél évre) korlátozódik, másrészt a PHD csak az elektronikus formátumban már rögzített adatokat tartalmazza. Amennyiben az elemzéseknél nagyobb időhorizontban gondolkodunk, és a naplókban (manuálisan) vezetett értékeket is vizsgálni szeretnénk, úgy egy olyan információs rendszert kell létrehozni, amely tárolja a legfontosabb technológiai adatokat (legyenek azok elérhetőek papír, vagy pedig elektronikus formátumban) és biztosítja azok hatékony elemzését. A létrehozandó információs rendszer (ahogyan azt már a korábbi projektben - TVK Nyrt. HDPE gyár - is kihangsúlyoztuk) nem azonos a PHD relációs adatbázisával, hanem adattárház jellegű. Az 1.1 táblázatból is jól látható, hogy a folyamat adattárház egy olyan döntéstámogató rendszer, amelynek elsődleges célja, hogy lehetőséget biztosítson a termelő és üzleti folyamatokban keletkező adatokból a mérnöki és üzleti döntések számára releváns információk kinyerésére. VIKKK-2004-III-1 198

5 1.1. táblázat A DCS adatbázis és az adatelemzést támogató folyamat adattárház főbb eltérései DCS-alapú relációs adatbázis Folyamat adattárház Funkció napról-napra történő döntéstámogatás adatrögzítés Adat aktuális, naprakész, részletes, történeti, összesített, relációkba foglalt, izolált integrált, konszolidált Használat ismétlődő ad-hoc Munka egysége rövid, egyszerű tranzakciók komplex lekérdezés Felhasználó operátor, informatikus mérnök, üzemvezető Tervezés alkalmazás-orientált témakör-orientált Elérés írás/olvasás sok lekérdezés Elért rekordok száma tízes nagyságrend milliós nagyságrend Méret 100MB-GB 100GB-TB Mérték Tranzakciós idő Lekérdezési idő A tervezett folyamat adattárház elemzések céljából összegyűjtött (megbízható, feldolgozott, hisztorikus) adatokat tartalmaz, és külön üzemel a technológia működéséhez kapcsolódó adatbázistól. Az adattárház alább felsorolt fontos tulajdonságai nagyban segítik, hogy az előbb vázolt funkciók minél hatékonyabban megvalósulhassanak: Témaorientáltság: Az adattárház témakörök köré szervezett, pl. üzemegységek, eljárások, termékek, eladások. Így egyszerű és tömör nézetet nyújt a fontosabb témakörökben, de nem tartalmazza azokat az adatokat, melyek nem fontosak a vizsgálatok, pl. a termékminőség szempontjából. Integrált: Több, különböző jellegű adatforrás, pl. DCS relációs adatbázisa, különálló fájlok, naplók, (pl. művezetői naplók, labormérések), esetleg on-line adatátviteli források integrálásával épül fel. Ezért, amikor az adat bekerül az adattárházba, adattisztítási és adatintegrációs eszközök segítségével konvertálójuk. A konvertálás eredményeképpen kapott konzisztenciát a különböző források tulajdonságait leíró meta-adatok biztosítják. Idővariáns: Amint már említettük, az elemzés időhorizontja sokkal nagyobb, mint egy DCS adatbázisában, ahol csak az aktuális adatok (pl. az elmúlt pár hónap) adatai érhetők el. Továbbá az adattárházban minden fontosabb (kulcs) struktúra tartalmaz időjellegű elemet. Nem illékony: A fizikailag külön tárolt, a működési környezetből transzformált adatok felülírása nem fordul elő az adattárházban, ahol két fő adatkezelési mód, az adattárház feltöltése és az adatok lekérdezése a domináns. VIKKK-2004-III-1 199

6 Üzem (termelés) PV PV Grafikus felhasználói felület DCS OP SP Operátor SP ÜZEMELTETÉSI SZINT PV értékek SP SP értékek Számított PV értékek Vezérlő számítógép ELEMZÉSI SZINT Statisztikai eszközök Adatbányászat FOLYAMAT ADATTÁRHÁZ Irányítórendszer modellje 1.3 ábra Technológiai folyamat elemzési módszere Tekintettel arra, hogy a létrehozandó információs rendszer alapja egy folyamat adattárház, így az adattárház fő tulajdonságait figyelembe véve alakítottuk ki az 1.3 ábrán látható technológia-elemzési metodikát. Az üzemletetési szinten, a DCS rendszer irányítja a termelést, az operátorok, pedig felügyelik a folyamatot. Az elemzési szinten a technológiai adatok PHD szerverről való lekérdezésével, egyéb elektronikus és papír alapú dokumentumok összegyűjtésével előállt nagy mennyiségű (megbízható, feldolgozott, hisztorikus) adathalmazt egységes sémára hozva egy folyamat adattárházba szerveztük. Az adattárházból megfelelő adatelemző eszközökkel (statisztikai módszerek, adatbányászati algoritmusok, modellek) hasznos információk nyerhetők ki a gyártási körülményekről a mérnökök, illetve az üzemvezető részére. A következő fejezetekben részletesen ismertetjük az információs rendszer felépítését, a folyamat adattárház struktúráját, és példákkal illusztrálva mutatjuk be a rendszer használatát Az információs rendszer felépítése A gyártástechnológia részletes tanulmányozását követően, az üzem szakembereivel való egyeztetések során a következő fő célokat és végrehajtandó feladatokat határoztuk meg: Elektronikus gyártási adatok gyűjtésével (lekérdezésével) és adattárházba való VIKKK-2004-III-1 200

7 szervezésével: Mind a homo- mind, pedig a kopolimer termékek esetében a lehető legtöbb gyártást elemezhessük, a különböző és esetlegesen nagyszámú gyártásokat, pedig hatékonyan, átlátható (grafikus) formában hasonlíthassuk össze. A szélesebb intervallumban lekérdezett és tárolt gyártási adatokkal lehetővé válik a katalizátorváltások hatásvizsgálata is. Az egyes katalizátorral történt gyártások összehasonlításával a katalizátorok minőségre gyakorolt hatásai mellett más termelést jellemző mutatók is elemezhetőek. A széles időtartamot felölelő gyártási adatok használatával az irányítórendszernek egy MATLAB-SIMULINK környezetben implementált szimulátora megfelelő módon tesztelhető, fejleszthető, ezáltal a szimulátor alkalmassá tehető különbféle üzemeltetési stratégiák előzetes vizsgálatára. Papír alapú adatok gyűjtésével és adattárházba való szervezésével: A gyártási adatok kigyűjtése mellett azonos intervallumra a szakmánynaplóban vezetett porsiló, katalizátor, ill. termékváltások időpontjait is rögzítenünk kell az adattárházban. A termék minőségi vizsgálatait tartalmazó labormérések naplóból a por és a granulátum folyásindex értékeit össze kell vetnünk a mérőkörök által rögzített értékekkel, továbbá a PHD modulon keresztül manuálisan letárolt értékekkel is. Ezért a naplóban vezetett értékeket szintén le kell tárolni az adattárház egy-egy adattáblájában. E célok figyelembevételével a megtervezett információs rendszer strukturális felépítését a 1.4. ábra mutatja be. A rendszer két fő része a folyamat adattárház, és a hozzá tartozó elemző eszköz. A folyamat adattárház egy MySQL adatbázis szerver, az elemző eszköz, pedig egy MATLAB fejlesztői környezetben készített grafikus felhasználói felülettel rendelkező program. Az adattárház és az elemző eszköz közötti kommunikáció ODBC (Open Database Connectivity, külső adatok eléréséhez kifejlesztett Microsoft-szabvány) kapcsolaton keresztül zajlik (MySQL ODBC Driver használatával). Az információs rendszer implementálási folyamatát az elemzési szempontból legfontosabb technológiai változók meghatározásával kezdtük. A változók kiválasztásában a technológusok voltak segítségünkre, a fejlesztési folyamat során a tőlük kapott változólistát bővítettük a megvalósuló funkcióknak megfelelően. Az adatgyűjtési folyamat során a Uniformance Excel-Add-In alkalmazást használtuk a PHD szerveren tárolt adatok lekérdezéséhez. VIKKK-2004-III-1 201

8 Grafikus felhasználói felület Trendkészítés Gyártások elemzése APC szimulátor Folyásindex ellenőrzés Adattárház 1.4 ábra A megvalósított információs rendszer strukturális felépítése Technológiai változók lekérdezett értékei Technológiai változók elvárt paraméterei Porsiló váltások Technológiai változók mértékegysége, jelölése Technológiai változók előírt értékhatárai Extrúder siló váltások Labor által rögzített por folyásindex értékek Labor által rögzített granulátum folyásindex 1.5 ábra A létrehozott folyamat adattárház struktúrája A lekérdezésekhez a változólistát (TAG lista) és az időintervallumokat kellett megadnunk, majd a PHD rendszer ezt a kérést a PHD API interfészen keresztül megkapva ellenőrizte, hogy a megadott időpontok között az adatok benn vannak-e még a rendszer adat sorában, illetve archívumában. Egy adatgyűjtés során, a rendszeren fenn lévő közel fél éves időtartamú adatmennyiséget tudtuk legyűjteni, pár napos szeletekben. A lekérdezés eredményeként az adatokat Excel táblázat formájában kaptuk vissza. Az összegyűjtött xls fájlokat a Navicat nevű MySQL kliens eszközzel importáltuk be MySQL adatbázis megfelelő adattáblájába. Az adatgyűjtés technikája miatt az adatgyűjtési folyamatot három részletben végeztük el, mely eredményeként a megvalósult adattárházban a december és február közötti időszakra vonatkozóan 223 technológiai változó 15 másodperces mintavételezéssel rögzített értékét tároltuk le. A technológiai adatok lekérdezése, és összegyűjtése mellett azonos időintervallumra a szakmánynaplókban vezetett porsiló, katalizátor, ill. termékváltások VIKKK-2004-III-1 202

9 időpontjait is elektronikusan rögzítettük. Hasonlóképpen a labor által mért por és granulátum folyásindexeket is letároltuk. Ezáltal az adattárházban a megvalósított adattáblák (lásd 4.5 ábra) tartalmazzák az összes olyan üzemi információt, melyek a megjelölt időszakban egy adott termék gyártásának elemezéséhez szükségesek. A kitűzött céloknak megfelelően az elemzésekhez kifejlesztett program az adattárházban rejlő információkat kiaknázva az alábbi fő funkciókat szolgáltatja: Technológiai adatok értékeinek a lekérdezése, trendek készítése Termékgyártások statisztikai eszközökkel való elemzése, összehasonlítása APC technológiai szimulátor futtatása Folyásindex értékek ellenőrzése, nyomon követése Az egyes funkciók használatát a következő fejezetben mutatjuk be Az információs rendszer használata (példák) Ahogy az előző fejezetben láthattuk, az információs rendszer egyik fő komponense egy elemző eszköz (AnalyzerPP4), egy olyan grafikus felhasználói felülettel rendelkező program, amellyel a korábbi gyártásokat hatékonyan elemezhetjük, összehasonlíthatjuk, továbbá használatával feltárhatóak azok a pontok, ahol a gyártási körülmények, eljárások javíthatóak. Ezen túlmenően, a program kapcsolatot biztosít az adattárházban letárolt adatok és az irányítórendszer szimulátora között. VIKKK-2004-III-1 203

10 1.6. ábra AnalyzerPP4 grafikus felhasználói felülete A program grafikus felhasználói felülete négy fő részre osztható, a főbb funkcióknak megfelelően (1.6. ábra) négy keretet helyeztünk el rajta: 1. Trendek készítése, 2. Termékgyártások elemzése, 3. Szimuláció futtatása, 4. MI ellenőrzés. A kereteken kívül 2 fő nyomógomb funkciója az elkészített ábrák törlése, illetve a programból való kilépés. A Trendek készítése keretben a listázott technológiai változók közül tetszőleges számút kiválasztva, egy magadott intervallumban kérdezhetjük le, és (hatosával) ábrázolhatjuk a trendeket a Trendek készítése gombra kattintva. A 1.7 ábrán erre láthatunk egy példát. A lekérdezés eredményeként kapott adatokat lementhetjük az Adatok mentése nyomógombbal, így azok későbbi elemzése, illetve felhasználása megoldott. A trendeket tartalmazó ábrákat szintén menthetjük. VIKKK-2004-III-1 204

11 1.7. ábra Trendek készítése az AnalyzerPP4 programmal ppm ppm ppm AC20111APV AC20111BPV AC20112APV kg/m3 ppm AC20112BPV DC2401PV kg/m DC2501PV 540 ' :00:00' Idő[óra] ' :00:00' 1.8 ábra Trendek készítése az AnalyzerPP4 programmal, eredmények A Termékgyártások elemzése keretben egy a felhasználó által meghatározott időszakban a kiválasztott termék gyártásait elemezhetjük, hasonlíthatjuk össze trendek és dobozdiagramok segítségével. A 1.9. ábrán látható módon kell meghatároznunk, milyen időintervallumban és melyik termék gyártásait akarjuk elemezni. A gyártási lapon szereplő változók értékeit a program automatikusan VIKKK-2004-III-1 205

12 kérdezi le, de lehetőség van arra is, hogy plusz technológiai változókat is hozzárendeljünk a lekérdezéshez (Változók kiválasztása listában). A Trendek és dobozdiagramok nyomógombra kattintva a program elsőbb lekérdezi, hogy a megadott időpontban mikor gyártották a kijelölt terméket, majd az eredményül kapott intervallumokra lekérdezi a változók értékét is. Az adatok lekérdezése után generálódnak a változók dobozdiagramjai és trendjei ábra Dobozdiagramok készítése az AnalyzerPP4 programmal A dobozdiagram egy olyan oszlopdiagramhoz hasonló 2-dimenziós ábrázolását adja az adatoknak, ami jól használható az adatok szórásának és az eloszlásnak érzékeltetéséhez. Egy adott technológiai változó dobozdiagramja információt szolgáltat arról, hogy az adott gyártás során mennyire volt homogén a változó (gyártás), vagyis milyen volt az adott változó eloszlása és szórása a gyártás során (közel van-e egy kívánt értékhez, vagy nagyon szór pl. a gyártás elején/végén). A dobozdiagramnál az egyik tengely a változót ábrázolja, a másik a változó teljes értéktartományát (pl. megengedett technológiai értékhatárok). A ábrán egy példát láthatunk egy gyártás során a mért hőmérséklet értékek ábrázolására doboz diagrammal. Az ábrán a doboz (téglalap) rész a felvett hőmérséklet értékek középső felét jelöli. A doboz alsó vonala az első kvartilis, vagyis az értékeket nagyság szerint sorrendbe állítva azt az értéket jelöljük vízszintes vonallal, amely az értékek ¼-nél nagyobb. A felső vízszintes vonal, pedig a harmadik kvartilis, az érték, amelynél az értékekek ¾-e kisebb. Az értékek sorba rendezésében a középső érték lesz a medián, amelyet egy vízszintes zöld vonal jelöl. A doboz mellett feltüntethető még a minimum és a maximum érték is (függőleges vonalak), illetve vízszintes szaggatott lila vonallal ábrázolhatjuk (amennyiben létezik) az elvárt értéket (értékeket - több végtermék esetén) is. Egy termék különböző gyártásait, pedig hatékonyan összevethetjük, amennyiben minden gyártásról lekérdezzük a változók értékeit, s a dobozdiagramokat VIKKK-2004-III-1 206

13 változónként csoportosítva egy ábrán helyezzük el. Jól látható, hogy amíg a hőmérséklet azonos eloszlást mutat mindegyik gyártás során, és közel van a H504-es terméknél kívánt értékhez, addig a zagysűrűség alakulása nagyon eltérő mindhárom gyártásnál C :35: :07: ábra H504-es termék egy gyártás során mért 1. hurokreaktor hőmérséklet (TC2401PV) ábrázolása dobozdiagrammal VIKKK-2004-III-1 207

14 C :35: :07: :50: :05: :00: :00: ábra H504-es termék három gyártásának összehasonlítása dobozdiagrammal a 2. hurokreaktor hőmérséklet (TC2501PV) alapján kg/m :35: :07: :50: :05: :00: :00: ábra H504-es termék három gyártásának összehasonlítása dobozdiagrammal a 2. hurokreaktor zagysűrűsége (DC2501PV) alapján VIKKK-2004-III-1 208

15 A program a dobozdiagramok mellett minden gyártásra külön-külön legenerálja a változók trendjeit is, és a trendek mellett piros csillaggal jelöli a változók kívánt (referencia) értékeit is (amennyiben azok rendelkezésre állnak). A 1.13 ábra erre mutat egy példát, ahol a 2. hurokreaktor hőmérséklet és zagysűrűség trendje is látható, így követhető, ellenőrizhető, az információ, amit az adott gyártásról a dobozdiagramok sűrített formában megjelenítenek a felhasználó számára. barg g/10 min MI PC2301PV 34 C TC2501PV 69.5 kg/m DC2501PV 540 ppm 5000 AC20112BPV 0 % 4 3 CXS :35:00.0 Idő[óra] :07: ábra A gyártási lap változóinak trendjei a H504-es termék egy gyártásánál A Szimulátor futtatása keretben az elkészített APC szimulátor szolgáltatásait érhetjük el (a szimulátor részletes bemutatását lásd a 2. fejezetben). A ábrán látható, hogy keret tartalmaz egy szimulátor kimenet listát, ahol a felhasználó kijelölheti (CTRL gomb lenyomva tartása mellett egyszerre többet), melyik szimulátor kimenetet szeretné ábrázoltatni. A szimulátor bemeneteként egy előre rögzített változó listát használ, viszont a felhasználó megadhatja, milyen időpontban legyenek lekérdezve a bemenetként megadott technológiai változók, vagyis milyen időszak gyártási körülményeit szeretné szimulálni. Az időpont megadása után a Szimulátor futtatása gombra kattintva indítható a szimuláció. A szimuláció sikeres lefutása után, a kapott eredményeket (a listában kijelölt változók szimulált értékeit) a program automatikusan ábrákon (trendek formájában) jeleníti meg. A szimuláció eredményeit a program automatikusan elmenti. Így, amennyiben a felhasználó a szimulátor többi kimenetét is ábrázolni szeretné, akkor egy újabb kijelöléssel, és az Eredmények ábrázolása gombra kattintva teheti ezt meg. VIKKK-2004-III-1 209

16 1.14 ábra APC szimulátor futtatása, beállítások Az MI ellenőrzés keretben ellenőrizni lehet a labor által mért és a PHD rendszere felvitt por és granulátum folyásindex értékeket, illetve a szakmánynaplókban vezetett értékeket. A ábrán látható, hogy a keretben a felhasználónak egy időszakot kell meghatároznia kezdő és végdátummal, majd az Összehasonlítás gombra kattintva a program elvégzi a szükséges lekérdezéseket az adattárházból ábra MI ellenőrzés, egy adott időszak megadása A ábra a por folyásindex lekérdezések eredményét ábrázolja a :00: :00:00 közötti időszakra. Látható, hogy a por MI bejegyzések közül kettő mérés eredménye hiányzik, továbbá egy mérést nem a megfelelő időpontban (később) rögzítettek. Az adott időszakban a labornapló alapján nyolc mérést végeztek el, tehát így a két bejegyzés hiánya, illetve egy téves időponttal való rögzítése a PHD-n keresztül bevitt, és lekérdezhető folyásindex adatok megbízhatóságát megkérdőjelezi. A program használatával por MI értékek mellett a granulátum MI (AI8900 online MI mérő által rögzített és a naplóban vezetett) értékeket is összehasonlíthatjuk. A 1.17 ábrán erre láthatunk egy példát. Jól láthatóan az online- és a labormérés eredményei nagyon eltérőek. Egy másik időpontot kiválasztva hasonló vizsgálat eredményét mutatják be a 1.18 és a 1.19 ábrák. A VIKKK-2004-III-1 210

17 :00: :00:00 közötti időszakban bejegyzett por folyásindex értékeknél, szintén két hiányosság fedezhető fel. A 10 valós (labornaplóban rögzített) mérésből, ténylegesen csak 8 esetben történt meg az értékek gépre vitele. 5.9 PHD Napló Por MI ' :00:00' Idő[óra] ' :00:00' ábra Por folyásindex értékek összehasonlítása egy adott időszakra VIKKK-2004-III-1 211

18 PHD Napló Granulátum MI ' :00:00' Idő[óra] ' :00:00' ábra Granulátum folyásindex értékek (AI8900 online MI mérő által rögzített és a naplóban vezetett értékek) összehasonlítása egy adott időszakra 4 PHD Napló Por MI ' :00:00' Idő[óra] ' :00:00' ábra Por folyásindex értékek összehasonlítása egy adott időszakra VIKKK-2004-III-1 212

19 3.5 PHD Napló Granulátum MI ' :00:00' Idő[óra] ' :00:00' ábra Granulátum folyásindex értékek (AI8900 online MI mérő által rögzített és a naplóban vezetett értékek) összehasonlítása egy adott időszakra A granulátum MI mérésénél, pedig látható, amint az online-mérő éppen nem működött (meghibásodás) a lekérdezett időszakban, így a labornaplók pontos vezetése az ilyen esetek miatt is felértékelődik. E kiragadott példák is igazolják, hogy a labornaplók és a PHD modulon bevitt, letárolt értékek kellően részletes összehasonlításával, vizsgálatával, fontos információhoz, ill. ellenőrzési lehetőséghez juthatunk. Az AnalyzerPP4 elemző program felépítésének részletes leírását (a MATLAB függvények ismertetését), illetve az adattárház dokumentációját a következő mellékletekben mutatjuk be. VIKKK-2004-III-1 213

20 2. A reaktorok felülbíráló irányító rendszerének (APC) leképezése MATLAB Simulink környezetben A Honeywell által implementált Profit Controller szoftvercsomag a technológia-irányításért felelős, amelynek része az RMPCT (Robust Model Predictive Control Technology) és az APC (Advanced Process Control) rendszer. Ez utóbbi a lokális szabályozások mellett olyan technológiai számításokat is elvégez, amelyek eredményeként a technológiában közvetlenül nem, vagy nagy időkésleltetéssel mérhető változók értékéről kaphatunk információt, amelyek a szabályozáshoz elengedhetetlenül szükségesek. Az APC-ben lévő algoritmusok leképezéséhez tehát egy olyan dinamikus környezetre van szükség, mely képes több számítási kör iteratív megoldására, könnyen kezelhető, ill. fejleszthető. Ezért esett a választás a MATLAB Simulink szoftverre, mint dinamikus szimulátorra. Az APC hierarchikus struktúráját alrendszerek (subsystem) létrehozásával oldottuk meg, ezáltal a létrehozott struktúra az eredeti struktúrával szinte teljesen megegyező felépítésű. (A struktúra részletes leírása megtalálható a HU /D01 Rev 2 dokumentumszámú Polypropylene PP4 Unit Advanced Process Controls Tiszai Vegyi Kombinat Ltd. (TVK Ltd) Tiszaújváros Detailed Design Specification (röviden: TVK-PP4, APC-DDS) című leírásban. Ez a leírás tartalmazza a kalkulációs blokkok hierarchikus felépítését, kapcsolatait, illetve a blokkokban implementált számítások leírását.) Az implementáció során felhasználtuk még a control language nyelven készült algoritmusokat a nem kellően részletezett számítások ellenőrzésére, valamint az aktuális számítási paraméterek kinyerésére. Az így kapott APC rendszer 64 darab (39+25) közvetlenül mérhető, az 1. fejezetben ismeretett technológiai adattárházból lekérdezhető változóból 191 közvetett technológiai változót számít ki. A kimenetek elnevezésénél az eredeti nómenklatúrát követtük. Az alábbi táblázatok tartalmazzák az input és output változók listáját és azok jelentését táblázat HOMO (homopolimer) gyártás bemeneti változói APC Loop input kódja AC20111A.PV AC20111B.PV AC20112A.PV AC20112B.PV AI33142.PV Jelentése R201 hidrogén betápl. koncentrációja, alsó mh. R201 hidrogén betápl. koncentrációja, felső mh. R202 hidrogén betápl. koncentrációja, alsó mh. R201 hidrogén betápl. koncentrációja, felső mh. Propilén betápl. koncentrációja APC Loop input kódja FI3302.PV JI2201.PV JI2401.PV JI2501.PV PC2302.PV Jelentése Összes propilén betápl. tömegárama R200 zagyszivattyú felvett teljesítmény R201 zagyszivattyú felvett teljesítmény R202 zagyszivattyú felvett teljesítmény D202 nyomása VIKKK-2004-III-1 214

21 AI33152.PV Propán betápl. koncentrációja POLTOT.PV DC2401.PV R201 zagysűrűség TI0103.PV Eredő termelési sebesség Reaktánsok betáplálási hőmérséklete DC2501.PV R202 zagysűrűség TI2000PV Környezeti hőmérséklet FC1102.PV TEAL betápl. áram TC2001PV Propilén betáplási hőmérséklet FC1201.PV Donor betápl. áram TC2201PV R200 reaktor-hőmérséklet FC1503.PV CAT betápl. Áram TC2202PV FC2003.PV FC2004.PV R201 propilén betápl. tömegáram R200 propilén betápl. tömegáram TDI2205PV TC2401PV FC2201.PV R200 öblítő propilén TC2402PV FI2202.PV FC2301.PV FC2302.PV FI2701.PV FI2702.PV R200 köpeny hűtővíz térfogatárama R202 propilén betápl. tömegáram Tömbpolim. zagy tömegáram R201 köpeny hűtővíz térfogatárama R202 köpeny hűtővíz térfogatárama TI2403PV TC2501PV TC2502PV TI2503PV Gyártás típusa R200 köpeny hűtővíz belépő hőmérséklet R200 köpeny hűtővíz hőmérséklet-változás R201 reaktor-hőmérséklet R201 köpeny hűtővíz belépő hőmérséklet R201 köpeny hűtővíz kilépő hőmérséklet R202 reaktor-hőmérséklet R202 köpeny hűtővíz belépő hőmérséklet R202 köpeny hűtővíz hőmérséklet-változás 1: homopolimer; 2: kopol.; 3: D-donorral gy.; 4: lowmfi VIKKK-2004-III-1 215

22 2.2 táblázat COPO (kopolimer) gyártás kiegészítő bemeneti változói APC GPR input kódja Jelentése APC GPR input kódja Jelentése AI402_11.PV R401 hidrogénkoncentráció térfogatáram R401 köpeny hűtővíz FI4011.PV AI401_21.PV R401 etilén-koncentráció FI4302.PV T401 recirk. áram AI401_31.PV R401 etán-koncentráció JI4001.PV C401 kompresszor felvett teljesítmény AI401_41.PV R401 propilénkoncentráció LC4001.PV R401 szint AI401_51.PV R401 propán-koncentráció PC4001.PV R401 nyomás AI402_12.PV T401 hidrogénkoncentráció TI3004.PV D301 fenékhőmérséklet AI431_21.PV T401 etilén-koncentráció TC4001.PV R401 reaktor-hőmérséklet AI431_31.PV T401 etán-koncentráció TI4003.PV Kompresszor belépési hőmérséklet AI431_41.PV T401 propilénkoncentráció hőmérséklet R401 propilén betápl. TI4004.PV AI431_51.PV T401 propán-koncentráció TDI4005.PV R401 köpeny hűtővízhőmérsékletváltozás FC4001.PV R401 propilén betápl. R401 köpeny belépő TI4006.PV tömegáram közeghőmérséklet FC4002.PV R401hidrogén betápl. tömegáram TI4302.PV T401 fejhőmérséklet FC4003.PV R401 etilén betápl. tömegáram táblázat APC szimulátor kimenetek, hurokreaktor szekció APC Loop output kódja P40C3FFX P40C3EFX Jelentése R200 propilén belépő tömegárama R200 propilén kilépő tömegárama APC Loop output kódja P42H2FFX P42H2EFX P40UCALC R200 hőátszárm. tényező P42JWRQX P40PRCAL R200 termelési sebesség P42C3RQX Jelentése R202 hidrogén belépő tömegárama R202 hidrogén kilépő tömegárama R202 hűtőközeg hőárama R202 reaktánsok hőárama P40JWRQX R200 hűtőközeg hőárama P42AMRQX R202 körny. hőáram P40C3RQX R200 reaktánsok hőárama P42PMRQX P40AMRQX R200 körny. hőáram P42R1RQX R202 szivattyú hőárama R201 reakció hőtermelése P40PMRQX R200 szivattyú hőárama P42RXRQX R202 dinamikus hőáram Prep Q_rxn P40PRCAL. CONV P41C3FFX P41C3EFX R200 reakció hőtermelése R200 propilén konverzió R201 propilén belépő tömegárama R201 propilén kilépő tömegárama P42PRCAL. RXN P42PRCAL. C3RXN P42UCALC P42PRCAL. CONV R202 reakció hőtermelése R202 propilén-reakció hőtermelése R202 hőátszárm. tényező R202 propilén konverzió VIKKK-2004-III-1 216

23 P41PNFFX P41PNEFX P41H2FFX P41H2EFX R201 propán belépő tömegárama R201 propán kilépő tömegárama R201 hidrogén belépő tömegárama R201 hidrogén kilépő tömegárama P42PRCAL P42PRCAR P42PRAVX P42PRMBX P41JWRQX R201 hűtőközeg hőárama P42PRERX P41C3RQX R201 reaktánsok hőárama P42LQRDX R202 termelési sebesség (energiam.) R202 anyagmérleggel egyeztetett termelési sebesség R202 átlagos termelési sebesség R202 termelési sebesség (anyagm.) R202 termelési sebesség hiba R202 folyadék-sűrűség P41AMRQX R201 körny. hőáram P42SLRCX_v% R202 zagy koncentráció (térf.) P41PMRQX R201 szivattyú hőárama P42SLRCX_wt% R202 zagy koncentráció P41R0RQX R200 kilépő áram hőtartalma P42SLRMX P41RXRQX R201 dinamikus hőáram P42C3CX2 P41PRCAL.RXN P41PRCAL. C3RXN R201 reakció hőtermelése R201 propilén-reakció hőtermelése P42C3RMX P42C3CX1 P41UCALC R201 hőátszárm. tényező P42PNRCX P41PRCAL. CONV P41PRCAL P41PRCAR P41PRAVX P41PRMBX P41PRERX R201 propilén konverzió R201 termelési sebesség (energiam.) R201 anyagmérleggel egyeztetett termelési seb. R201 átlagos termelési sebesség R201 termelési sebesség (anyagm.) R201 termelési sebesség hiba P42C3RCX P42LQCNX P42PNCX2 P42PNCX1 P42PLRMX P42LQRMX P41LQRDX R201 folyadék-sűrűség P42SLRCX_out P41SLRCX_vol% R201 zagy koncentráció (térf.) P42DCROC P41SLRCX_wt% R201 zagy koncentráció P42PLEFX P41SLRMX R201 zagy tömeg P42PLRTX P41C3CX2 R201 norm. nélküli propilén-koncentráció P42LQEFX P41C3RMX R201 propilén tömeg P42LQEFX_vol P41C3CX1 R201 jav. konverzió P42PLDISFAC P41PNRCX P41C3RCX P41LQCNX R201 propán koncentráció R201 propilén koncentráció R201 propilén konc. norm. faktor P42PNRMX P42H2RAT P42H2RCX R202 zagy tömeg R202 norm. nélküli propilén- koncentráció R202 propilén tömeg R202 jav. konverzió R202 propán koncentráció R202 propilén koncentráció R202 propilén konc. norm. faktor R202 norm. nélküli propán-koncentráció R202 propán tömeg R202 polimer tömeg R202 folyadék tömeg R202 kilépő zagykoncentráció R202 folyadék-sűrűség változás R202 kilépő polimer tömegárama R202 polimer átlagos tartózkodási ideje R202 kilépő folyadék tömegárama R202 kilépő folyadék térfogatárama R202 kilépési polimer koncentráció arány R202 propán keletkezési sebesség R202 H2/C3 arány R202 hidrogénkoncentráció (ppm) VIKKK-2004-III-1 217

24 P41PNCX2 R201 norm. nélküli propilén-koncentráció P42H2RMX R202 hidrogén tömeg P41PNRMX R201 propán tömeg P42H2CX1 R202 hidrogén konverzió P41PLRMX R201 polimer tömeg P42H2RCX wt% R202 hidrogén-konc. P41LQRMX R201 folyadék tömeg P42H2PLRAT R202 hidrogénpolimertermelés arány P41SLRCX_out R201 kilépő zagykoncentráció belső viszkozitás R202 polimer aktuális P42IVINX P41DCROC R201 folyadék-sűrűség R202 polimer átlagos P42IVAVX változás belső viszkozitás P41PLEFX R201 kilépő polimer tömegárama P42MFCAL R202 folyásindex P41PLRTX R201 polimer átlagos tartózkodási ideje P42CTMBC R202 katalizátor mérleg P41LQEFX R201 kilépő folyadék tömegárama P42CTRMX R202 katalizátor tömeg P41LQEFX_vol R201 kilépő folyadék R202 katalizátor P42CTRCX térfogatárama koncentráció P41PLDISFAC R201 kilépési polimer koncentráció arány P42KINET R202 sebességi állandó P41PNCX1 R201 propán-keletkezési Öblítő propilén a P4LC3TFX sebesség hurokreaktorokhoz P41H2RAT R201 H2/C3 arány P4LC3FFX Összes propilén betápl. tömegáram P41H2RCX R201 hidrogénkoncentráció (ppm) P4LCTRMX Össz. katalizátor tömeg P41H2RMX R201 hidrogén tömeg P4LTLFFX TEAL betápl. tömegáram P41H2CX1 R201 hidrogén konverzió P4LTLRMX TEAL tömeg P41H2RCX wt% R201 hidrogénkoncentráció P4LTLMBX TEAL egyensúly P41H2PLRAT R201 hidrogénpolimertermelés arány tömegáram Donor betápl. P4LDNFFX P41IVINX R201 polimer aktuális belső viszkozitás P4LDNRMX Donor tömeg P41IVAVX R201 polimer átlagos belső viszkozitás P4LDNMBX Donor egyensúly P41MFCAL R201 folyásindex TL/DN TEAL/donor arány P41CTMBC R201 katalizátor mérleg SI/TI Si/Ti arány P41CTRMX R201 katalizátor tömeg Al/Ti Al/Ti arány P41CTRCX R201 katalizátor koncentráció TEAL/C3 TEAL/propilén arány P41KINET R201 sebességi állandó CT flow prod Kat. árammal kif. produktivitás P42C3FFX R202 propilén belépő Kat. árammal kif. Átl. AVG CT PROD tömegárama produktivitás P42C3EFX R202 propilén kilépő tömegárama PROD/HR Termelési sebesség P42PNFFX R202 propán belépő Aktuális termelési CURR PROD. tömegárama sebesség P42PNEFX R202 propán kilépő tömegárama táblázat APC szimulátor kimenetek, gázfázisú reaktor (GPR) szekció APC GPR output kódja Jelentése APC GPR output kódja Jelentése R401 hidrogénkoncentráció tényező R401 hőátszárm. AI402_11 wt% P43UCALC AI401_21 wt% R401 etilén-koncentráció P43JWRQX R401 hűtőközeg VIKKK-2004-III-1 218

25 AI401_31 wt% R401 etán-koncentráció P43PMRQX AI401_41 wt% AI401_51 wt% AI402_12 wt% AI431_21 wt% AI431_31 wt% AI431_41 wt% AI431_51 wt% P43H2FFX H2 from recyc H2 from D301 P43C2FFX C2 from recyc P43C3FFX C3 from recyc C3 from D301 D301 btm vap. P4GFDHX.C2 P4GFDHX.C3 P4GFDHX.D301 P4GFDHX.T401 R401 propilénkoncentráció R401 propánkoncentráció T401 hidrogénkoncentráció T401 etilén-koncentráció T401 etán-koncentráció T401 propilénkoncentráció T401 propánkoncentráció R401 friss hidrogén betápl. tömegáram R401 recirk. hidrogén tömegáram R401 flesselt hidrogén tömegáram R401 friss etilén betápl. tömegáram R401 recirk. etilén tömegáram R401 friss propilén betápl. tömegáram R401 recirk. propilén tömegáram R401 flesselt propilén tömegáram D301 fenékgőz tömegáram R401 etilén betápl. entalpiaáram R401 propilén betápl. entalpiaáram D301 fenék teljes betápl. entalpiaáram T401 recirk. teljes betápl. entalpiaáram P43FDRQX P43AMRQX P43RXRQX P43PRCAL. RXN P43PRCAL. C2RXN P43PRCAL. C3RXN P43PRCAL P43PRAVX C2perC2C3 P43GSRDX P43GSRMX P43GSEFX P43PLRMX P43PLEFX P43PLRTX P43C2MBX P43C2RMX P43C2PCX P43CTFFX P43CTMBX P4GFDHX.RX.C2 R401 etilén entalpiaáram P43CTRMX P4GFDHX.RX.C3 P4GFDHX.RX.D301 P4GFDHX.RX.T401 R401 propilén entalpiaáram D301 fenék teljes entalpiaáram T401 recirk. teljes entalpiaáram PROD flow PROD curr hőárama R401 kompresszor hőárama R401 reaktánsok hőárama R401 körny. hőáram R401 dinamikus hőáram R401 reakció hőtermelése R401 etilén-reakció hőtermelése R401 propilén-reakció hőtermelése R401 termelési sebesség R401 átlagos termelési sebesség Etilén / összmonomer arány R401 gőzsűrűség R401 gőzmennyiség R401 kilépő gőz tömegáram R401 polimer tömeg R401 polimer kilépő tömegáram R401 polimer átl. tartózkodási idő R401 etilén-mérleg R401 etilén tömeg R401 etilén-konc. a polimerben R401 katalizátor tömegáram R401 katalizátor tömegmérleg R401 katalizátor tömeg Kat. árammal kif. produktivitás Aktuális termelési sebesség Az APC szimulátora alkalmas a homopolimer és a kopolimer gyártások közvetett technológiai változóinak számítására, random kopolimer gyártás esetén kiegészítő blokkok szükségesek (a TVK-PP4, APC-DDS és fejezeteknek megfelelő etilén-koncentrációt számító blokkok jelenleg nem kerültek implementálásra). VIKKK-2004-III-1 219

26 Az APC szimulátor számítási időegysége óra. Minden számítási eredmény erre az időegységre van vonatkoztatva, a számítások lépésköze 1/240 óra (15 másodperc). Az eredeti APC kalkulációknak megfelelően, az iteratív számítási körök Integrátor jellegű szabályozókkal lettek ellátva, hogy az egyes mérlegek számítási hibáját kiegyenlítsék. Ehhez a következő PI-algoritmust alkalmaztuk (w(t) a beavatkozó jel, e(t) a nullától vagy alapjeltől való eltérés), ahol az első tagot nem vettük figyelembe: t ò w( t) = K e( t) + K e( t ) dt, ahol K = I 0 Ezek a következő blokkokban találhatóak: - R201 Propilén-koncentráció számítási blokk (APC-DDS ) K I = 1/60 óra -1 - R202 Propilén-koncentráció számítási blokk (APC-DDS ) K I = 1/60 óra -1 - R201 Propán-koncentráció számítási blokk (APC-DDS ) K I = 1/60 óra -1 - R202 Propán-koncentráció számítási blokk (APC-DDS ) K I = 1/60 óra -1 - R201 Katalizátor-koncentráció számítási blokk (APC-DDS ) K I = 1/60 óra -1 - R202 Katalizátor-koncentráció számítási blokk (APC-DDS ) K I = 1/60 óra -1 A propilén-koncentrációt számító blokkok ezen felül egy normalizáló számítást is végeznek, amely azt gátolja meg hogy a komponensek koncentrációjának összege meghaladja a 100 m/m %-os értéket. Ennek kiküszöbölésére PIszabályozónak megfelelő algoritmust építettünk a blokkokba a következő paraméterekkel (tehát az algoritmus egyenletének első tagját is figyelembe vettük): K = 1; K I = 15/60 óra -1 Ezeken felül a közvetlen mérések értékeit számos helyen szükséges szűrni a magas frekvenciájú zaj kiküszöbölésére. Az alkalmazott szűrő struktúrája megegyezik az eredeti APC szűrőivel, azonban nem alkalmaztuk minden ponton, ahol az eredeti leírások említik, hanem több részszámítás eredményét szűrtük. A szűrő struktúráját a következő: TS - TF FF = 1 - e ; xsz ( k) = FF x( k) + (1 - FF) xsz ( k -1), ahol: FF a szűrőállandó, TS a mintavételezési idő, TF a szűrő időállandója, x(k) jelöli a változó k-dik időpillanatbeli eredeti, míg x sz (k) annak szűrt értékét. Minden ilyen szűrőt alapállapotban a következő paraméterekkel csatlakoztattunk I K T I VIKKK-2004-III-1 220

27 az egyes kalkulációkhoz, melyek értéke a későbbiekben egyedileg megváltoztatható: TS = 1/240 óra; TF = 5/60 óra; VIKKK-2004-III-1 221

28 A következő áramok -hoz csatlakoztattuk a fenti szűrőtípust: APC-DDS, 3.1.5: P40JWRQX P40AMRQX P40FDRQX P40PMRQX APC-DDS, 3.1.6: P41JWRQX P41AMRQX P41PMRQX P41FDRQX P41R0RQX P41RXRQX APC-DDS, 3.1.7: P42JWRQX P42AMRQX P42PMRQX P42FDRQX P42R0RQX P42RXRQX APC-DDS, 3.1.8: TC2401 DC2401 APC-DDS, 3.1.9: TC2501 DC2501 APC-DDS, : P41PRERX P42PRERX A szimulátor ezeken felül a következő táblázatban felsorolt paramétereket tartalmazza. A szimulátort a 1. fejezetben ismertetett Analyzer-PP4 grafikus kezelőfelületén keresztül lehet futtatni, a korábban ismertetett paramétereket az APC_standalone.mdl fájl megnyitásával az egyes blokkokon keresztül lehet módosítani. A fájlon belül történő egyszerűbb tájékozódás érdekében a különböző blokkokat színkóddal jelöltük: Világoskék Þ Reagensek; Lila Þ Hőátadási tényező; Szürke Þ Termelési sebesség; Narancssárga Þ Kilépő áramok; Sárga Þ Kilépő koncentrációk; Citromsárga Þ Analizátorok; VIKKK-2004-III-1 222

29 Zöld Þ Katalizátor-rendszer és produktivitás; Piros Þ Szűrők; Fehér Þ egyéb VIKKK-2004-III-1 223

30 2.5. táblázat APC számítás paraméterei Paraméter neve Értéke APC-DDS fejezet R200 hőátadó felület 10 m , Hurokreakt. hőátadó fel. 229 m , Környezet hőátadási tényező 0,583 W/m 2 K Szivattyú faktor 0, , 3.1.6, PP Polimerizációs hő 2024 kj/kg 3.1.5, 3.1.6, 3.1.7, Hurokreaktor köpeny hőátadó 180 m , felület Hurokreaktor szigetelt felület 37,8 m , Hurokreaktor nem-szigetelt felület 11,5 m , Hurokreaktor köpeny hőátszárm. 0,03 W/m 2 K 3.1.6, tényező Hurokreaktor szigetelt fel. 0,57 W/m 2 K 3.1.6, hőátszárm. tényező Hurokreaktor nem-szig. fel. 0,85 W/m 2 K 3.1.6, hőátszárm. tényező Polimer fajhő 2,01 kj/kgk 3.1.6, M reaktor *c p,reakt + M hűtővíz *c p,víz kj/k 3.1.6, Polimer sűrűség 900 kg/m , Reaktor térfogat 32 m , Propán képződési faktor 0, , TEAL tisztaság 99 m/m% Donor tisztaság 23 m/m% Si móltömeg (Donor) 32,1 g/mol Al móltömeg (TEAL) 27 g/mol Ti móltömeg (CAT) 47,9 g/mol D301 gőz/polimer arány 75 kg/tonna R401 kopolimer fajhő 0,48 kj/kgk R401 gőz fajhő 0,46 kj/kgk Kompresszor faktor -3, R401 tömeg 21 tonna Acél fajhő 0,41 kj/kgk R401 felület 525 m VIKKK-2004-III-1 224

31 A kapott szimulátor kimeneteket szintén a grafikus felületen keresztül lehet azonnal ábrázolni, a későbbi felhasználás, esetleg letárolás céljából a program az eredményeket az APCoutput.mat fájlban le is tárolja. Minden szimuláció a megadott időintervallum legelső időpillanatnak megfelelő bemeneti adatértékeivel 10 órán keresztül számol, mielőtt a tényleges bemeneti adatokkal futna annak érdekében, hogy az iteratív kalkulációs körök állandó értékre be tudjanak állni a tényleges szimuláció kezdetére. Ezt a konstans bemenettel kapott 10 órányi kimenetet a program eltávolítja az ábrázolásból és a lementett kimeneti adatokból is. A következő ábrákon a szimulátor felépített struktúrája látható MATLAB Simulink környezetben ábra A hurokreaktor szekció kalkulációs blokkjainak kapcsolata VIKKK-2004-III-1 225

32 2.2. ábra A gázfázisú reaktor szekció kalkulációs blokkjainak kapcsolata 3. Hurokreaktor-modell leképezése MATLAB Simulink környezetben A hurokreaktor rendszer részletes vizsgálatának, valamint az APC szimulátorral való összeköthetőség érdekében a reaktorrendszer modelljét szintén dinamikus környezetben, a MATLAB Simulink szoftver segítségével implementáltuk. A modell olyan hibrid modellezési technikával készült, amely tartalmaz fehér- ill. fekete-doboz modelleket is. A változóknak valós fizikai tartalmuk van, azonban több esetben azokból mérési, kísérleti adatokra illesztett empirikus bemenet-kimenet modell jellegű összefüggések segítségével határoz meg fizikai tulajdonságokat. Ezzel a technikával a modell könnyen adaptálható a valósághoz, ugyanakkor a változók valós természete révén, a számítás részleteiben is nyomon követhető. Az alábbiakban egy hurokreaktor modelljét és számítási algoritmusát mutatjuk be. A teljes modell rendszer három ilyen hurokreaktor modell összekapcsolásából adódik. Folyadékfázisban lévő komponensek tömegmérlegei: F dmh2 F F = BeH - Ki 2 H - R 2 H ; 2 dt F dmc 2 F F = BeC 2 - KiC 2 - RC 2 ; dt F dmc 3 F F = BeC 3 - KiC3 - RC 3 ; dt ahol m i az i-dik komponens tömege folyadékfázisban, Be i és Ki i az i-dik VIKKK-2004-III-1 226

33 komponens belépő és kilépő árama, R i az i-dik komponens forrása a reaktorban. Szilárd fázis tömegmérleg-egyenletei: S dmh2 S S = BeH - Ki 2 H + R 2 H ; 2 dt S dmc 2 S S = BeC 2 - KiC 2 + RC 2 ; dt S dmc 3 S S = BeC 3 - KiC3 + RC 3; dt S dmkat S S = BeKAT - KiKAT ; dt Sűrűségek számítása: F F F F mc 2 Folyadékfázis: r C 3 = ARF + ( BRF + CRF T ) T ; r = rc3 + DRF ; F m S S mc 2 szilárdfázis: r PP = ERS + ( FRS + GRS T ) T ; r = rpp + HRS ; S m Kilépő áramok meghatározásának segédszámításai: S mc 2 S A 1 = rpp ( BePP + RPP ); A 2 = -HRS ( BeC 2 + RC 2 ); m F F F mc 2 F 3 = r 3 ( Be R ); A DRF ( Be - R ) A C - A A + A = ; S ( r ) 2 PP S m z = z kilépési ; zagy m Kilépő áramok számítása: zagy zagy Ki = r ( A 5 + A 6 ); S zagy Ki = z Ki ; F zagy S Ki = Ki - Ki ; F F F mc 2 KiC 2 = Ki ; F m F F F mc 3 KiC 3 = Ki ; F m F m F F H 2 KiH = Ki ; 2 F m S S S mc 2 KiC 2 = Ki ; PP m S S S mc 3 KiC 3 = Ki ; PP m S m S S H2 KiH = Ki ; 2 PP m A PP = ; m A3 + A4 = ; F r 4 F C2 C 2 6 ( ) 2 VIKKK-2004-III-1 227

34 S mkat = ; PP m S S S Ki = Ki - Ki ; S S Ki KAT Ki PP KAT Származtatott változók: - Folyadék tömeg és mólszám F F F F m = m + m m ; C 2 C3 + H2 F H 2 F F F mc 2 m m C3 n = + + ; Folyadékfázisbeli móltörtek F F F mc 2 F mc 2 xc 2 = ; x 28 F C = F n 28 n - Polimer tömege PP S S S m = m + m m ; C 2 C 3 + m n F 2 ; F C2 xc 2 = 28 F H2 S H2 S S PP mc 2 m m C 3 n = + + ; Szilárd fázis tömege S KAT PP m = m + m ; - Zagy tömege zagy S F m = m + m ; - Zagy sűrűsége F S zagy m + m r = ; Vreaktor Katalizátor produktivitás számítása: A PR = 10, ahol F A = APR + BPR ln( x H ); 2 Források számítása: F R = RKH PR m x ; H2 KAT H2 F RC 2 RKE PR mkat xc 2 F RC 3 RKM PR mkat xc 3 = ; = ; Az egyes reaktorokat az alábbi összefüggések kapcsolják össze(i - komponens, j - reaktor): F F F Be = Ki + Be ; -1 ( ) ( ) ( ) friss i j i j i j S ( Be ) = ( ) S i Kii j-1 ; j illetve az előpolimerizációs reaktor esetén: S S Be = Be ( ) ( ) R200 KAT A fent említett anyagmérleg számításokat az alábbi hőmérleggel egészítettük ki: zagy zagy reaktor reaktor dt i ( m c p + m c p ) = å Bei c p ( Tbe, i -T ) + RC 3 DHC3 + RC 2 DH C 2 + dt i VIKKK-2004-III-1 228

35 a A T -T + a A T T ; V víz k víz köpeny víz cp = Bek rvíz cp k be k aköpeny ( ) ( ) + köpeny köpeny k körny. - dt r ( T, - T ) + Aköpeny ( T -Tk ); dt A modell jelölésrendszere a következő: m: tömeg; n: mólszám; x: móltört; r: sűrűség; T: hőmérséklet; S: szilárd fázis; F: folyadék fázis; PP: polimer; Be: belépő anyagáram; Ki: kilépő anyagáram; DH: reakcióhő; c p : fajhő; A: felület; V: térfogat; a: hőátadási tényező; 3.1. táblázat: A hurokreaktor modellek paraméterei Név Érték Jelentés ARF 509,36 Propilén első sűrűség koefficiens BRF -0,455 Propilén második sűrűség koefficiens CRF -0,02 Propilén harmadik sűrűség koefficiens DRF 0 Etilén hatása a propilén folyadéksűrűségre ERS 928,26 Polipropilén első sűrűség koefficiens FRS -0,417 Polipropilén második sűrűség koefficiens GRS 0,00019 Polipropilén harmadik sűrűség koefficiens HRS 0 Etilén hatása a polipropilén sűrűségre z kilépési 1,0 Kilépési alapfaktor APR 4,0143 Katalizátor produktivitás első koefficiens BPR 0,0722 Katalizátor produktivitás második koefficiens RKH R200: 7,969 R201: 0,72 R202: 1,295 Hidrogén forrás koefficiens RKE RKM a köpeny R200: 2,65 R201: 12,0 R202: 10,1 R200: 0,35 R201: 1,32 R202: 1,5 Etilén forrás koefficiens Propilén forrás koefficiens 1,25 kw/m 2 K Hőátadási tényező R200: 0,2 m 3 V köpeny R201: 5 m 3 Köpeny térfogat R202: 5 m 3 A többi paraméter értéke az APC szimulátorból vett érték. Az egyes paraméterek a HUROKREAKTOR_modell.mdl fájl megnyitásával állíthatóak. A reaktormodell 17 darab, az adattárházból lekérdezhető bemeneti változóból 58 kimenetet állít elő a fenti mérlegegyenletek megoldásával és a kapcsolódó egyéb származtatott változók kiszámításával. Ezeket ismerteti a következő két táblázat táblázat A hurokreaktor-rendszer modelljének bemenetei APC-kód FC2002A.PV FC2002B.PV FC2001A.PV FC2001B.PV Jelentése Hidrogén tömegáram R202-be, kis skála Hidrogén tömegáram R202-be, nagy skála Hidrogén tömegáram R201-be, kis skála Hidrogén tömegáram R201-be, nagy skála VIKKK-2004-III-1 229

36 FC2301.PV FC2003.PV FC2004.PV FC2201.PV FC1503.PV TI0103.PV FI2202.PV TC2202.PV TI2000.PV FI2701.PV TC2402.PV FI2702.PV TC2502.PV Propilén tömegáram R202-be Propilén tömegáram R201-be Propilén tömegáram R200-ba Öblítő propilén tömegáram R200-ba Katalizátor tömegáram Reagensek belépő hőmérséklete R200 hűtővíz térfogatárama R200 hűtővíz belépő hőmérséklet Környezeti hőmérséklet R201 hűtővíz térfogatárama R201 hűtővíz belépő hőmérséklet R202 hűtővíz térfogatárama R202 hűtővíz belépő hőmérséklet 3.3. táblázat Hurokreaktorok modelljének megoldásából kapott kimenetek Elnevezés Jelentés Elnevezés Jelentés R200 mf R200 folyadéktömeg R201 xs_h2ppm R201 hidrogén szil. fázisbeli konc. R200 xf_c2 R200 etilén foly. fázisbeli móltört R201 xs_cat R201 katalizátor szil. fázisbeli móltört R200 xf_c3 R200 propilén foly. fázisbeli móltört R201 RhoF R201 folyadék fázis sűrűség R200 xf_h2 R200 hidrogén foly. fázisbeli móltört R201 RhoS R201 szilárd fázis sűrűség R200 xf_h2ppm R200 hidrogén foly. R201 RhoZagy R201 zagysűrűség fázisbeli konc. R200 mpp R200 polimer tömeg R201 KiZagy R201 kilépő zagy tömegáram R200 ms R200 szilárd fázis tömeg R201 KiF R201 kilépő folyadék tömegáram R200 xs_c2 R200 etilén szilárd fázisbeli móltört R201 KiPP R201 kilépő polimer tömegáram R200 xs_c3 R200 propilén szilárd fázisbeli móltört R201 T R201 reaktorhőmérséklet R200 xs_h2 R200 hidrogén szil. fázisbeli móltört R201 Tk R201 hűtőközeg kilépő hőmérséklet R200 xs_h2ppm R200 hidrogén szil. R202 mf R202 folyadéktömeg fázisbeli konc. R200 xs_cat R200 katalizátor szil. fázisbeli móltört R202 xf_c2 R202 etilén foly. fázisbeli móltört R200 RhoF R200 folyadék fázis sűrűség R202 xf_c3 R202 propilén foly. fázisbeli móltört R200 RhoS R200 szilárd fázis sűrűség R202 xf_h2 R202 hidrogén foly. fázisbeli móltört R200 RhoZagy R200 zagysűrűség R202 xf_h2ppm R202 hidrogén foly. fázisbeli konc. R200 KiZagy R200 kilépő zagy R202 mpp R202 polimer tömeg tömegáram R200 KiF R200 kilépő folyadék R202 ms R202 szilárd fázis tömeg tömegáram R200 KiPP R200 kilépő polimer tömegáram R202 xs_c2 R202 etilén szilárd fázisbeli móltört R200 T R200 reaktorhőmérséklet R202 xs_c3 R202 propilén szilárd fázisbeli móltört R200 Tk R200 hűtőközeg kilépő hőmérséklet R202 xs_h2 R202 hidrogén szil. fázisbeli móltört R201 mf R201 folyadéktömeg R202 xs_h2ppm R202 hidrogén szil. fázisbeli konc. R201 xf_c2 R201 etilén foly. fázisbeli R202 xs_cat R202 katalizátor szil. VIKKK-2004-III-1 230

37 móltört fázisbeli móltört R201 xf_c3 R201 propilén foly. fázisbeli móltört R202 RhoF R202 folyadék fázis sűrűség R201 xf_h2 R201 hidrogén foly. fázisbeli móltört R202 RhoS R200 szilárd fázis sűrűség R201 xf_h2ppm R201 hidrogén foly. R202 RhoZagy R202 zagysűrűség fázisbeli konc. R201 mpp R201 polimer tömeg R202 KiZagy R202 kilépő zagy tömegáram R201 ms R201 szilárd fázis tömeg R202 KiF R202 kilépő folyadék tömegáram R201 xs_c2 R201 etilén szilárd fázisbeli móltört R202 KiPP R202 kilépő polimer tömegáram R201 xs_c3 R201 propilén szilárd fázisbeli móltört R202 T R202 reaktorhőmérséklet R201 xs_h2 R201 hidrogén szil. fázisbeli móltört R202 Tk R202 hűtőközeg kilépő hőmérséklet A modell megoldásának eredményeit a program a ReactOutput.mat fájlban tárolja le a táblázatnak megfelelő sorrendben, oszloponként. A reaktormodellek számítási időegysége óra. Minden számítási eredmény erre az időegységre van vonatkoztatva, a számítások lépésköze 1/240 óra (15 másodperc), ami megfelel az eredeti APC rendszer mintavétele és az APC szimulátor lépésközének idejével ábra A hurokreaktor modellek kapcsolódási rendszere VIKKK-2004-III-1 231