یک راکتور کنترل فرآیند چیست؟ اصول، فن آوری ها و کاربردهای آن

جواب دادن به سوال اصلي:یک راکتور کنترل فرآیند چیست و چگونه اتوماسیون کیفیت محصول ثابت و عملکرد ایمن را تضمین می کند؟یک راکتور کنترل فرآیند یک راکتور شیمیایی است که مجهز به یک سیستم یکپارچه از سنسورها، محرک ها و الگوریتم های کنترل است که به طور خودکار متغیرهای فرآیند بحرانی را حفظ می کند.فشار، pH، سرعت تکان دادن، سرعت تغذیه و ترکیب در مقادیر از پیش تعریف شده بدون مداخله مداوم اپراتور.راکتورهای کنترل فرآیند مدرن از سیستم های کنترل توزیع شده (DCS) یا کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) استفاده می کنند که حلقه های مشتق متناسب (PID) را اجرا می کنند، استراتژی های کنترل آبشار، و به طور فزاینده کنترل پیش بینی مدل (MPC) برای دستیابی به دقت کنترل دمای ± 0.1 ٪ 0.5 ° C و کنترل ترکیب در حدود ± 0.5 ٪ 2 هدف.

1اصول اصلی عملکرد راکتورهای کنترل فرآیند

·**کنترل درجه حرارت آبشار**یک کنترل کننده اصلی PID، نقطه تنظیم دمای راکتور را با مقدار اندازه گیری مقایسه می کند و یک نقطه تنظیم دمای ژاکت را محاسبه می کند.یک کنترل کننده PID ثانویه (غلام) دریچه گرمایش / خنک کننده را دستکاری می کند تا نقطه تنظیم ژاکت را حفظ کنداین معماری آبشار، اختلال ها را 5×10 برابر سریعتر از کنترل یک حلقه رد می کند، زیرا حلقه برده قبل از گسترش آنها به محتویات راکتور به تغییرات دمای ژاکت پاسخ می دهد.

·**تکامل تکنولوژی تجزیه و تحلیل فرآیند (PAT) **سنسورهای PAT در خط، اندازه گیری ترکیب شیمیایی را در زمان واقعی فراهم می کنند: FTIR (Fourier Transform Infrared) برای نظارت بر گروه های کاربردی،FBRM (مقادیر بازتاب پرتگاه متمرکز) برای اندازه ذرات در کریستالیزه، و HPLC در خط برای پروفایل سازی ناخالصی. داده های PAT به DCS ارسال می شوند، کنترل تغذیه را که نرخ تغذیه واکنش دهنده را بر اساس تبدیل واقعی و نه استیکیومتری فرض تنظیم می کند، امکان پذیر می کند.کاهش تنوع از دسته به دسته با 50~80%.

·** کنترل پیش بینی مدل (MPC) **سیستم های کنترل پیشرفته از یک مدل فرآیند پویا برای پیش بینی رفتار آینده راکتور و بهینه سازی حرکات کنترل در افق عقب نشینی استفاده می کنند.اتصال درجه حرارت- فشار- ترکیبات)، محدودیت های فرآیند (حرارتی حداکثر، فشار حداکثر) و اهداف اقتصادی (به حداکثر رساندن بهره، به حداقل رساندن انرژی).MPC به طور معمول عملکرد را با 1 ٪ افزایش می دهد و مصرف انرژی را با 5 ٪15٪ در مقایسه با کنترل PID معمولی کاهش می دهد.

2انواع اصلی استراتژی های کنترل فرآیند

·**کنترل بازخورد (پوش بسته) **رایج ترین استراتژی: کنترل کننده متغیر کنترل شده را اندازه گیری می کند (به عنوان مثال دمای راکتور) ، آن را با نقطه تنظیم مقایسه می کند و متغیر دستکاری شده را تنظیم می کند (به عنوان مثال، شیر گرمایش ژاکت).الگوریتم های PID عمل کنترل را بر اساس اصطلاحات متناسب (خطای فعلی) ، یکپارچه (خطای تجمع گذشته) و مشتق (خطای پیش بینی شده آینده) محاسبه می کنند. PID به خوبی تنظیم شده ± 0.1 ۰ را به دست می آورد.ثبات دمایی 5 درجه سانتیگراد برای راکتورهای پوشیده.

·**کنترول ارسال اطلاعات**کنترل کننده یک متغیر اختلال را اندازه گیری می کند (به عنوان مثال،دمای ورودی آب خنک کننده یا دمای تغذیه واکنش دهنده) و قبل از اینکه اختلال بر متغیر کنترل شده تأثیر بگذارد، متغیر دستکاری شده را تنظیم می کند.کنترل پیش رو 50٪ تا 90٪ در مقایسه با کنترل بازخورد کاهش می دهد، اما نیاز به یک مدل دقیق فرآیند و اندازه گیری اختلال دارد.

·** نظارت و کنترل مبتنی بر دستور (S88) **راکتورهای دسته ای از استانداردهای کنترل دسته ای ISA-S88 پیروی می کنند که در آن دستور العمل ها عملیات متوالی را تعریف می کنند (شارژ، گرما، واکنش، خنک شدن، تخلیه).و سوابق سوابق دسته الکترونیکی (EBR)این تضمین می کند که هر دسته از روشهای مشابهی پیروی می کند، مطابق با GMP و FDA 21 CFR بخش 11 برای تولید دارویی.

ماتریس مقایسه استراتژی کنترل فرآیند

سوالات متداول (FAQ)

تفاوت بین PID و کنترل پیش بینی مدل (MPC) چیست؟

کنترل کننده های PID با استفاده از سه اصطلاح به خطا فعلی بین نقطه تنظیم و اندازه گیری واکنش نشان می دهند: متناسب (خطای فعلی) ، یکپارچه (تراکم خطا گذشته) و مشتق (خطای آینده پیش بینی شده).MPC از یک مدل فرآیند ریاضی برای پیش بینی رفتار آینده استفاده می کند و تمام حرکات کنترل را همزمان در یک افق زمانی بهینه می کند، تعاملات چند متغیر و محدودیت های فرآیند را که PID نمی تواند مدیریت کند. اجرای MPC 5 × 20 × گران تر است اما به طور معمول بهره وری را با 1 × 5٪ بهبود می بخشد و انرژی را با 5 × 15٪ کاهش می دهد.

تکنولوژی تجزیه و تحلیل فرآیند (PAT) چیست و چرا مهم است؟

PAT به ابزارهای تحلیلی آنلاین یا آنلاین اشاره دارد که ترکیب شیمیایی را در زمان واقعی در طول واکنش اندازه گیری می کنند، نه نمونه برداری برای تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی غیر آنلاین.ابزارهای PAT شامل FTIR (گروه های کاربردی)PAT امکان آزمایش انتشار در زمان واقعی (RTRT) را فراهم می کند.کاهش زمان چرخه دسته با حذف انتظار برای نتایج آزمایشگاهی و کاهش شکست دسته ها به میزان 50~80%.

استاندارد کنترل دسته ISA-S88 چیست؟

ISA-S88 (ANSI/ISA-88) یک استاندارد بین المللی برای کنترل فرآیند دسته ای است که ساختار سلسله مراتبی را تعریف می کند: فرآیند → واحد → ماژول تجهیزات → ماژول کنترل.دستورالعمل ها عملیات رویه ای را مشخص می کننداین استاندارد امکان حمل و نقل دستور العمل را در دستگاه های مختلف، اجرای یکپارچه دسته،و سوابق دسته بندی الکترونیکی (EBR) مطابق با FDA 21 CFR Part 11.

کنترل آبشار چیست و چه زمانی در راکتورها استفاده می شود؟

کنترل Cascade از دو حلقه PID در سری استفاده می کند: یک کنترل کننده اصلی (استاد) نقطه تنظیم را برای یک کنترل کننده ثانویه (غلام) محاسبه می کند.حلقه اصلی با محاسبه یک نقطه تنظیم دمای ژاکت، دمای راکتور را کنترل می کند.، و حلقه غلام با دستکاری شیر گرمایش / خنک کننده، دمای ژاکت را کنترل می کند.این معماری اختلالات را 5 × 10 × سریعتر از کنترل یک حلقه رد می کند زیرا حلقه برده قبل از اینکه بر محتوای راکتور تأثیر بگذارد به تغییرات دمای ژاکت پاسخ می دهد.