نمذجة عمود تقطير متعدد المتغيرات (4×4) باستخدام التعرف على الأنظمة المعتمد على دالة النبضة

المؤلفون

DOI:

https://doi.org/10.22153/kej.2026.02.004

الكلمات المفتاحية:

Pulse function; modelling of distillation column; system identification; MIMO systems

الملخص

تُعَدّ أعمدة التقطير من أهم الوحدات في الصناعات الكيميائية والبتروكيميائية، ولا سيما في مصافي النفط. يهدف هذا البحث إلى إنشاء وتقييم نموذج رياضي لعمود تقطير متعدد المكوّنات. وقد تم إنشاء نموذج تجريبي لتمثيل السلوك غير الخطي للعمود، الذي يُعامل كنظام ديناميكي متعدد المدخلات ومتعدد المخرجات(MIMO). يبلغ قطر عمود التقطير الصناعي المستخدم في هذه الدراسة (2.2  متر) وارتفاعه (16.6  متر)، وهو مُجهّز بـ (20) صينية صمامية (Valve Trays). تعمل هذه الوحدة حاليًا في مصفى الدورة التابع إلى شركة مصافي الوسط في شرق بغداد، العراق. ولغرض إيجاد النموذج الذي يصف النظام، تم اختيار أربعة متغيرات معالجة (معدل جريان الراجع، الحمل الحراري للغلاية، نسبة المكوّن الخفيف في التغذية، ومعدل جريان التغذية)، إضافة إلى أربعة متغيرات مخرجات يتم التحكَّم بها (نسبة المكوّن الخفيف في الناتج العلوي، نسبة المكوّن الخفيف في الناتج السفلي، معدل جريان الناتج العلوي، ومعدل جريان الناتج السفلي). أُجريت التجارب من خلال تطبيق نبضة لمدة 5 دقائق على أحد المتغيرات المُعالجة بينما تُحفظ المتغيرات الأخرى ثابتة. توضّح المصفوفة التالية النموذج الناتج:

التنزيلات

تنزيل البيانات ليس متاحًا بعد.

المراجع

[1] A. A. de Morais Júnior, J. C. Finiz Filho, L. O. A. Rojas, and R. P. Brito, “Inferential control strategies using neural soft sensor in a high purity distillation column,” Caderno Pedagógico, vol. 21, no. 5, pp. e4402–e4402, 2024.

[2] V. K. P.Domingos, N. Manuel, C. M. M. Faria, F. R. Cangue and A. A. Ch. Barros “Numerical simulation of oil refining tower” Studies in Engineering and Exact Sciences, Curitiba, v.5, n.2, p. 01-27, 2024

[3] A. Wahid, “Distillation Column Control using Multiple Model Predictive Control based on Representative Model Predictive Control Method,” no. October, 2015.

[4] W. L. Luyben, Process Modeling, Simulation, and Control for Chemical Engineers, 2nd ed. New York, NY, USA: McGraw-Hill, 1996.

[5] R. Rengaswamy, B. Srinivasan, and N. P. Bhatt, Process Control Fundamentals. New Delhi, India: Springer India, 2020.

[6] B. Mahmoudzadeh and M. Masoumi, “Dynamic simulation and control of a distillation column using Effective Relative Gain Array,” World Academy of Science, Engineering and Technology, vol. 76, Apr. 2011.

[7] C. Fuentes and W. L. Luyben, “Control of High-Purity Distillation Columns,” 1983. doi: 10.1021/i200022a004.

[8] A. Al-Jlibawi, M. L. Bin Othman, M. S. Al-Huseiny, I. Bin Aris, and S. Bahari, “The efficiency of soft sensors modelling in advanced control systems in oil refinery through the application of hybrid intelligent data mining techniques,” Journal of Physics: Conference Series, vol. 1529, no. 5, pp. 0–12, 2020, doi: 10.1088/1742-6596/1529/5/052049.

[9] V. D. Hajare and B. M. Patre, “Decentralized PID controller for TITO systems using characteristic ratio assignment with an experimental application,” ISA Transactions, vol. 59, pp. 385–397, 2015, doi: 10.1016/j.isatra.2015.10.008.

[10] C. Pǎtruţ, C. S. Bîldea, I. Liţǎ, and A. A. Kiss, “Cyclic distillation - Design, control and applications,” Separation and Purification Technology, vol. 125, pp. 326–336, 2014, doi: 10.1016/j.seppur.2014.02.006.

[11] A. Wahid and Z. H. Brillianto, “Multivariable model predictive control (4x4) of methanol-water separation in dimethyl ether production,” AIP Conference Proceedings, vol. 2255, no. September, 2020, doi: 10.1063/5.0013764.

[12] E. R. Baliyan and Akram Taher Ahmed Ali Al Zubidai, “A Studt on Mathmatical Modelling of Distillation Column in A Petroleum Process" IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396, Vol-6, Issue-2, 2020.

[13] L. Tugashova, R. Bazhenov, U. Abdyldaeva, I. Korosteleva, and E. Muromtseva, “A simulation modeling approach used in the crude oil refining process,” in Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing, 2022, p. 62003.

[14] H. S. Truong, I. Ismail, and R. Razali, “Fundamental Modeling and Simulation of a Binary Continuous Distillation Column,” 2010.

[15] Z. Abdullah, N. Aziz, and Z. Ahmad, “Nonlinear modelling application in distillation column,” Chemical Product and Process Modeling, vol. 2, no. 3, 2007.

[16] A. Panadourakis, M. F. Doherty, and J. M. Douglas, “Approximate Dynamic Models for Chemical Process Systems,” 1989. doi: 10.1021/ie00089a008.

[17] B. Wittgens and S. Skogestad, “Evaluation of dynamic models of distillation columns with emphasis on the initial response,” 2000. doi: 10.4173/mic.2000.2.2.

[18] A. Maro, Naufal Wahid and Syafiq, “Multi Input Multi Output (MIMO) Control 2x2 at Vacuum Distillation Unit for LVGO, MVGO, and HVGO Production,” E3S Web of Conferences, vol. 67, pp. 1–5, 2018, doi: 10.1051/e3sconf/20186703012.

[19] A. Wahid and R. Adi, “Modeling and Control of Multivariable Distillation Column Using Model Predictive Control Using Unisim,” Sinergi, vol. 20, no. 1, p. 14, 2016, doi: 10.22441/sinergi.2016.1.003.

[20] J. Drgoňa, M. Klaučo, R. Valo, J. Bendžala, and M. Fikar, “Model identification and predictive control of a laboratory binary distillation column,” Proceedings of the 2015 20th International Conference on Process Control, PC 2015, vol. 2015-July, pp. 357–362, 2015, doi: 10.1109/PC.2015.7169989.

[21] W. L. Luyben, Distillation Design and Control Using Aspen Simulation, Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, 2013.

[22] S. Skogestad, “Dynamics and control of distillation columns A tutorial introduction,” Chemical Engineering Research and Design, vol. 75, no. 6, pp. 539–562, 1997.

[23] G. H. Miller, “Distillation Theory,” Whisky Science, pp. 295–376, 2024, doi: 10.1007/978-3-031-50687-1_7.

[24] P. A. Martin, D. Odloak, and F. Kassab, “Robust model predictive control of a pilot plant distillation column,” Control Engineering Practice, vol. 21, no. 3, pp. 231–241, 2013, doi: 10.1016/j.conengprac.2012.10.004.

[25] S. Skogestad and M. Morari, “The dominant time constant for distillation columns,” 1987. doi: 10.1016/0098-1354(87)87006-0.

[26] L. Chen, J. Li, and R. Ding, “Identification for the second-order systems based on the step response,” 2011. doi: 10.1016/j.mcm.2010.11.070.

[27] N. S. Nise, “Control System Engineering,” 8th edition. Hoboken, NJ, USA: John Wiley &Sons, 2019.

[28] L.Stocco, “Optimal 2nd Order LTI System Identification”, in Proceedings of the 2023 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), Seattle, WA, 28 June–1 July. IEEE, pp. 940–945, 2023. doi:10.1109/AIM46323.2023.10195736.

[29] M. L. Luyben and W. L. Luyben, “Essentials of Process Control McGraw-Hill Chemical Engineering Series,” Essentials of Process

Control, p. 584, 1997.

[30] D. Tebaldi and R. Zanasi, “The Construction of Asymptotic Bode Plots: A New Direct Method,” 2025, [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/2503.21667

[31] A. K. Al-Dulaimi and Y. S. Al-Sabbar, Fundamentals of process control in Chemical Engineering, First Edit, unpublished manuscript, 2021.

التنزيلات

منشور

09/01/2026

كيفية الاقتباس

[1]
L. . S. Mahmood و K. M. Mousa Al-zobai, "نمذجة عمود تقطير متعدد المتغيرات (4×4) باستخدام التعرف على الأنظمة المعتمد على دالة النبضة", alkej, م 22, عدد 3, ص 111–123, 2026, doi: 10.22153/kej.2026.02.004.