Monitoring and Control of Polymerization Reactors Using NIR Spectroscopy

Santos, Alexandre F.; Silva, Fabricio M.; Lenzi, Marcelo Kaminski; Pinto, José Carlos

doi:10.1080/pte-200046030

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“…te entre o processo de polimerização e a técnica de controle deve ser reduzida com instrumentação acurada e robusta para monitoramento em linha, de maneira que o controlador possa ser alimentado corretamente com o estado do processo real. A falta de instrumentos que possam ser acoplados diretamente para medir e monitorar a qualidade da resina polimérica é reconhecido como o problema mais crítico no campo do controle de reatores de polimerização [2] .…”

Section: Introductionunclassified

Monitoramento in situ e em tempo real de variáveis morfológicas do poli(cloreto de vinila) usando espectroscopia NIR

Faria¹,

Lima

Pinto

et al. 2009

Polímeros

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retas. Estas mudanças podem ser enfrentadas mais eficientemente com a ajuda de modelagem e técnicas de controle e otimização do processo [1] .Resinas poliméricas com propriedades especiais são freqüentemente exigidas para uma dada aplicação. Para alcançar a produção de uma resina polimérica com propriedades finais especificadas, a disponibilidade de técnicas de controle eficientes pode não ser suficiente. A distância existen- IntroduçãoAs indústrias de polimerização trabalham com a idéia de aumentar a produtividade de produtos de alta qualidade, com o menor custo possível e empregando processos mais flexíveis e seguros. Isto é fortemente motivado pela competição comercial agressiva, pelo aumento das expectativas de qualidade dos clientes e pela pressão da sociedade por processos e plantas menos poluentes e ambientalmente cor- Resumo: Este trabalho ilustra o uso de espectroscopia do infravermelho próximo (NIRS) para fins de monitoramento da polimerização em suspensão de cloreto de vinila em tempo real. Resultados inéditos mostraram que é possível acompanhar a evolução de importantes propriedades morfológicas de resinas de PVC [poli(cloreto de vinila)], como por exemplo, BD (densidade aparente), CPA (absorção de plastificante a frio), DTP (distribuição de tamanho de partículas) e Dp (diâmetro de partícula). Mostrou-se também, pela primeira vez, que é possível analisar quantitativamente, com o auxílio da sonda NIRS in situ, a estrutura morfológica da partícula de PVC. Com a possibilidade de predizer a evolução dinâmica dos parâmetros morfológicos em tempo real, mostrou-se que é possível injetar dispersantes e variar a velocidade de agitação durante a reação para fins de controle das variáveis BD, CPA e DTP do PVC, até que o ponto de identificação da partícula seja atingido. Por meio do monitoramento e da estratégia de controle proposta, é possível antecipar fugas de temperatura no reator, aumentar a segurança do processo, diminuir o tempo de desenvolvimento de resinas com características morfológicas diferenciadas, evitando perdas de margem oriundas da venda de produtos fora de especificação, e otimizar os recursos para o desenvolvimento de novos produtos. Palavras-chave: Poli(cloreto de vinila), espectroscopia NIR, polimerização em suspensão, propriedades morfológicas. Monitoring In Situ and in Real Time the Morphological Variables of PVC Using NIR SpectroscopyAbstract: This work illustrates the use of near infrared spectroscopy (NIRS) for monitoring of the suspension polymerization of vinyl chloride in real time. Obtained results showed that it is possible to track in situ and in real time important morphological properties of PVC resins, such as BD (bulk density), CPA (cold plasticizer absorption), PSD (particle size distribution) and Dp (average particle diameter). It was also shown for the first time that it is possible to analyze quantitatively, with the help of in situ NIRS probe, the morphological structure of the PVC particles. As a consequence, it was shown that is possible to inject dispersants and vary ...

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Section: Introductionunclassified

Monitoramento in situ e em tempo real de variáveis morfológicas do poli(cloreto de vinila) usando espectroscopia NIR

Faria¹,

Lima

Pinto

et al. 2009

Polímeros

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“…Due to the needs of high production allied with product quality, process safety and environmental regulation, control systems play a key role in chemical and biochemical plants operation (SANTOS et al, 2005). Literature reports different conventional control algorithms, which have been successfully applied to the control of industrial furnaces (SEBORG et al, 2003).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Literature reports different conventional control algorithms, which have been successfully applied to the control of industrial furnaces (SEBORG et al, 2003).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Fractional control of an industrial furnace

Isfer¹,

Lenzi²,

Teixeira³

et al. 2010

Acta Sci. Technol.

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ABSTRACT. The requirements of high production allied with product quality, process safety and environmental regulation, lead control systems to play a key role in the operation of chemical and biochemical plants. In petrochemical plants, furnaces are essential equipments for process operation and due to energy costs, adequate operation and control are of extreme importance for process economics. The search for new and more efficient control laws led to the development of fractional PID control algorithm, which is based on the use of fractional differential equations. In this work, a previously identified mathematical model of an actual industrial furnace is used for fractional PID control studies. Feedback loop in servo control was analyzed, focusing on the study of the influence of the controller parameters over control loop performance. Particularly, P, fractional PI and fractional PD controller were considered in this study. Simulations were carried out showing that the fractional controllers were able to perform set-point transitions. The control loop performance was evaluated by ITAE and ISE criteria, showing that, in this study, fractional PI is the best algorithm.Key words: process control, fractional differential equation, fractional control, furnace. RESUMO. Controle fracionário de um forno industrial.A necessidade da elevada produtividade aliada à qualidade dos produtos, segurança dos processos e a legislações ambientais levaram sistemas de controle a possuírem papel fundamental na operação de plantas químicas e petroquímicas. Em plantas petroquímicas, fornos são equipamentos fundamentais para a operação do processo e, pelo custo da energia, a operação e o controle adequados são de essencial importância para a economia do processo. A procura de novas e mais eficientes leis de controle levou ao desenvolvimento do algoritmo de controle PID fracionário, o qual é baseado no uso de equações diferenciais de ordem fracionária. Neste trabalho, um modelo matemático previamente identificado para um forno real é utilizado para estudos de controle fracionário. Foi analisado o problema de controle servo em malha retroalimentada (feedback), focando o estudo da influência dos parâmetros do controlador sobre o comportamento da malha de controle. Especificamente, controladores tipo P, PI fracionário e PD fracionário foram considerados neste estudo. Simulações foram realizadas mostrando que controladores foram capazes de fazer a transição de setpoint. O desempenho das malhas de controle foi avaliado com os critérios ITAE e ISE, mostrando que, neste estudo, o controlador PI fracionário foi o melhor algoritmo.Palavras-chave: controle de processos, equação diferencial fracionária, controle fracionário, forno.

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“…The NIR region comprises the visible region of 12,500 cm -1 to 4000 cm -1 and mainly contains overtones and combination bands (Patnaik et al, 2004). And the elaboration of multivariate calibration models is required to relate NIR spectra with properties of interest (Santos et al, 2005;Reis et al, 2005, Silva et al, 2011, such as monomer concentration, conversion, and droplet/particle diameters throughout the reactions.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Monitoramento in Situ, Em Tempo Real Da Polimerizacao Em Miniemulsao De Acrilamida Utilizando a Espectroscopia Nir.

Colmán¹,

Chicoma²,

Giudici³

et al. 2015

Anais Do XX Congresso Brasileiro De Engenharia Química

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-In this work, the ability of on-line NIR spectroscopy for the prediction of the evolution of monomer concentration, conversion and average particle diameter in acrylamide inverse miniemulsion polymerization was evaluated. The spectral ranges were chosen as those representing the decrease in concentration of monomer and an increase in the base line shift indicated that NIR spectra were affected by particle size. Multivariate partial least squares calibration models were developed to relate NIR spectra collected by the immersion probe with off-line conversion and polymer particle size data. Results showed good agreement between off-line data and values predicted by the NIR calibration models and these latter were also able to detect different types of operational disturbances. These results indicate that it is possible to monitor variables of interest during acrylamide inverse miniemulsion polymerizations.

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Monitoring and Control of Polymerization Reactors Using NIR Spectroscopy

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Monitoramento in situ e em tempo real de variáveis morfológicas do poli(cloreto de vinila) usando espectroscopia NIR

Monitoramento in situ e em tempo real de variáveis morfológicas do poli(cloreto de vinila) usando espectroscopia NIR

Fractional control of an industrial furnace

Monitoramento in Situ, Em Tempo Real Da Polimerizacao Em Miniemulsao De Acrilamida Utilizando a Espectroscopia Nir.

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