Hallo,
Jeg er kommet tilbake fra en ukes tur til Japan.
Jeg var tre dager ved Kyoto University (prof. Iori Hashimoto; anbefales sterkt
som vert) og to dager ved Mitsubishi Chemicals (F-senter i Mizushima). Her
kommer en kort rapport for de som måtte være interessert.
Først en viktig påminnelse: Husk å ta med en stor bunke med pene visittkort
når du reiser til Japan - spesielt til bedriftsbesøk. Jeg var forsåvidt
klar over det på forhånd, men jeg presterte likevel å glemme dem, slik at
de eneste jeg hadde med meg var nøn halvskitne visittkort som lå på bunnen
av kofferten min. De var lite presentable, og dessuten gikk jeg kan raskt tom.
For en japaner er nemlig overrekkelsen av visittkortet en stor sak, så det er
litt pinlig å stå der enten uten nø kort eller med et kort med mange skitne
flekker på.
En annen ting: Jeg var på "italiensk" og "fransk" restaurant i Kyoto og
spiste middag. Så nå forstår jeg hva en kineser/japaner kan oppleve hvis
han/hun spiser kinesisk/japansk mat i et vestlig land. Dvs. det virker kanskje
kinesisk for oss, men det kan virker kanskje mer vestlig for en fra østen
(selv om selvsagt kan smake godt).
-------------------------------------------
Besøk ved Kyoto University (8-10 sep 98)
-------------------------------------------
Department of Chemical Engineering ved Kyoto er organisert etter tysk modell
med 8 grupper (Kozas; hver med 1 stk. full professor).
1. Prosess-systemteknikk (Iori Hashimoto)
2. Transportprosesser
3. Overflatekjemi
4. Reaksjonsteknikk (en annen Hashimoto som bl.a. driver med storskala
reaksjon og separasjon med kromatografi)
5. Separasjonteknikk
6. Partikkelteknikk
7. Materialteknikk
8. Miljøteknikk
De tar opp ca. 50 studenter pr. år. Det tar 4 år å ta B.Sc. grad og de
beste 2/3 går videre til Master som tar 2 år til. Hver av de 8 "gruppene"
kan ta opp max 4 og min. 3 nye Master studenter pr. år - så det er ikke så
veldig stor fleksibilitet.... Hashimotos gruppe pleier vanligvis å få de
beste studentene. Men det er relativt få som går videre til Ph.D. - nø som
er relatert til at det i alle fall på papiret ikke er tillatt å betale lønn
til doktorgradsstudenter.
Formålet med mitt besøk var primært å snakke med folk i Iori Hashimotos
gruppe som for tiden består av:
+ Iori Hashimoto (Professor; er 59 år og må gå av om 3 år)
+ Shinji Hasebe (Associate Professor; klar til å ta over)
+ 3 stk. lecturer: M. Kano, M. Noda og K. Sotowa (de to første er i ferd med
å avlutte sine Ph.D. i Kyoto mens den tredje har tatt Ph.D. hos McGreavy i
Leeds; disse tre var åpenbart folk Hashimoto ønsker å satse på)
+ ca. 3-4 øvrige Ph.D. studenter (derav Rasmus Nystrøm fra Wallers gruppe
ved bo Akademi og Sabine Giessler som opprinnelig hadde
Gorak ved Dortmund/Essen som veileder.
+ 8 Master-studenter
Gruppen har en meget bra finansiell posisjon for tiden siden de har et stort
prosjekt der de mottar ca. 7 mill. kr. pr. år over 5 år. Prosjektet har en
ganske generell tittel - det var nø i retningen av New applications of
process systems engineering. Som sagt kan de ikke bruke penger til å lønne
doktorgradsstudenter så det er sannsynligvis grunnen til at de bruker desto
mer penger til utstyr - bl.a. til en ny flott kolonne (men etter min mening
for stor) til multivessel batch destillasjon.
Første ettermiddagen holdt jeg foredrag om plantwide og self-optimzing
control. Her fikk jeg lov til å utfolde meg med et 2-timers foredrag pluss 30
min spørsmål (stort sett samme transparenter som jeg bruke 20 min på i
Stockholm).
Ellers fikk jeg god anledning til å snakke med folkene. Litt fra
diskusjonene:
- Hasebe viste meg et Japansk paper fra 1998 og en japansk annonse fra
Sumitomo Engineering om praktisk implementasjon av Petlyuk destillsjon. For
diskusjoner om destillasjon med Hasebe og Noda viser jeg forøvrig til
Appendix på slutten av denne rapporten.
- Manabu Kano hadde arbeidet mye med PLS-anvendelser og hadde bl.a. studert
Thor Mejdells arbeider nøye (nø også folkene på Mitsubishi hadde gjort).
- Masahiro Ohnshima (ex.Ph.D. fra Hashimoto) hadr nå fått stilling i en
annen gruppe ved Kyoto University (atbeidet med polymerisering), men han hadde
nært kontakt med Hasebes gruppe. Han viste meg sin apparatur for
eksttrudering.
- Ken Sotowa arbeider med krystallisasjons modellering og regulering, og de
har bygget en apparatur for å studere strømningsforholdene. Krystallisasjon
viser interessante svingninger som vel ganske enkelt burde kunne stabiseres
med tilbakekobling.
- Sabrine Giessler var en interessant jente. Hun hadde bl.a. på egen hånd
ordnet seg en tur til Moskva der hun fikk til et samarbeid med Serafimov
(kanskje den mest anerkjente av de russiske destillasjonsguruene, men han
snakker ikke nø særlig annet enn russisk) som resulterer i to papers om
reaktiv destillasjon som kommer ut i disse dager. Nå holdt hun på med å
lage detaljerte modeller av reaktive destillasjonskolonner i programmet Abacus
(som er Paul Bartons (MIT) versjon av gproms), men det virket som hun hadde
kjørt seg litt fast, dvs. hun arbeidet med å lage en meget generell
simuleringsmodell, men hadde ikke nøn klar ide om hva den skulle brukes til.
-----------------------------------------------
Besøk ved Mitsibushi Chemicals (10-11 sep 98)
-----------------------------------------------
Mitsubishi har over 2000 ansatte i forskning. Jeg besøkte avdelingen for
teknologutvikling (Development and engineering research center) som har ca.
300 ansatte og ligger ved Mizushima Plant (nær Okayama). Sannsynligvis pga.
nær kontakt med Hashimoto har de her hatt besøk av mange kjendiser innen
PSE-verden, inkl. Morari (2 besøk), Stephanopolous, Sargent, Seborg, etc.
Også her fikk jeg tildelt 2.5 timer til det samme foredraget. Til og med F-F
F-senterets direktør (Hiroyuki Kobayashi) var tilstede, og han hadde ifølge
seg selv lite greie på prosessregulering, så jeg prøvde å holde meg mest
til eksempler. Det gikk stort sett bra - tilhørerne (ca. 20 stk.) virket i
alle fall meget interesserte (kanskje bortsett fra min vert - lederen av
prosessreguleringsgruppen Mr. Haruo Takada - som virket nø trett for å si
det litt pent muligens fordi han ikke var så god i engelsk - men han priste i
alle fall foredraget i den etterfølgende middagen).
Forskningssenteret har forøvrig en meget aktiv prosessreguleringsgruppe med
ca. 15 medlemmer og de holdt et høyt nivå.
Jeg fikk også en rask omvisning i to prosessanlegg.
1) Etylenfabrikken er fra 1970 og er basert på en naftaføde på ca. 450 000
tonn pr. år. De har et meget avansert reguleringssystem med 26 DMC
applikasjoner samt en real-time optimalisering (DMO) for hele anlegget. DMO
applikasjonen har som basis en Aspen-modell med 220 000 variable/ligninger og
med 70 uavhengige variable (beregnede optimale setpunkter). Modellen kjøres
på ny med ca. 3 timers mellomrom - litt avhengig om anlegget er nønlunde i
steady-state. De hevdet å tjene inn mer enn 2 mill. dollar pr. år på den
avanserte reguleringen (DMC og DMO).
2) De har nylig bygget et felles kontrollrom (operations center) for en VCM-
og PVC-fabrikk. Riktignok produserer VCM-fabrikken føden til PVC-fabrikken,
men den første fabrikken er kontinuerlig, mens den siste er satsvis (2
reaktorer) så det er kanskje ikke helt naturlig å la samme folk operere
begge. Men de hevdet å ha spart en del operatører. I disse anleggene hadde
de fikset opp de konvensjonelle PID-regulatorene (dvs. retunet dem og fått
dem over fra manuell til auto), og lagt oppå en del kaskader og
foroverkoblinger. Altså ingen avansert MPC eller RTO her. For PVC-reaktorene
brukte de også enkle regulatorer med Shinskey-metode for
temperaturregulering.
+- De hadde satset mye de siste årene på å gå igjennom alle PID
regulatorer i anleggene og tune dem opp - stort sett ut fra åpen sløyfe
sprangresponser kombinert med IMC-tuning. Her mente de det var mye å hente.
+- Ellers så merket jeg meg at de kjører anleggene med kun 4 skift, som er
en stor forskjell fra Norge der vi trenger 6. Etylenfabrikken hadde forresten
8 personer på hvert skift.
+- De hadde også innført en meget stor RTO (real-time optimization) -
applikasjon på dampfabrikken sin.
+- Deres siste applikasjon innen optimalisering var en enorm scheduling
optimalisering for hele fabrikk-komplekset i Mizushima (mange prosessanlegg
med over 2000 ansatte) med mer enn 1 million variable derav 20 000
heltallsvariable. Modellen kjøres med parametre for hver dag for hvert anlegg
for en måned inn i fremtiden. Interessant nok ble det nevnt at et av probleme
var å bestemme hvilke variable man egentlig skal sende ned til fabrikkene som
settpunkter (dvs. de hadde sett behovet for å finne den beste "selv
optimaliserende" strukturen!).
Dagen etter var det tekniske presentsjoner av en del av medlemmene i
prosessreguleringsgruppen der jeg fikk komme med kommentarer. Denne dagen var
også den forrige lederen av F-senteret tilstede (Dr. Toskiaki Itoh; gikk over
i en annen stilling for 3 år siden) - han hadde en del erfaring fra
prosessregulering.
Følgende 6 presentsjoner ble gitt:
1. H. Takada: Overview of group activities (de har utviklet sin egen MPC
teknologi som de vil bruke på polypropylen og BTX fabrikkene; innen
prosessregulering tar de ærlig ut ca. 5 patenter - mest for å beskytte seg
fra komkurrenter).
2. Fujii: Recycle process operability study and control design (dette var et
meget interessant eksempel for valg av regulerte utganger og valg av
parringer; de hadde laget en Simulink-modell som det ville vært fint om vi
kunne ha fått).
3. S. Laksh (fullt navn Samavedham Lakshminarayanan; har nylig tatt Ph.D. hos
Sirish Shah i Canada): System identification - open loop and closed loop (de
bruker subspace metode med utgangspunkt i publikasjoner av Larrymore; bruker
data fra lukket sløyfe; ellers hadde de begynt å se på såkalt "recycle
compensator" som jeg er nø skeptisk til behovet av)
4. K. Akamatsu (også ex. Shah): Modeling and control of a tubular reactor: A
PCA-based approach (dette var en 2000m lang reaktor for produksjon av alfa
olefiner som ble kjørt 35 dager før de stoppe for å fjerne koks; de prøvde
æ finne optimal trajektor for de 4 viktigste latente variable).
5. Onodera: Software sensor using NN for ethylene fractionator
(brukte software fra Pavillion)
6. K. Muteki: Plant health monitor (plant upset detection system using NN)
(utgangspunktet var bl.a. at 43% av alarmene skyldes at sensorer faller ut).
Som dere ser er det vel mye myke metider som PCA og NN.... men de hadde alle
fall stort sett et realistisk forhold til at det dreier seg om regresjon ikke
nø slags "healing" som løser alle problemer.
Under følger litt mer om destillasjon for de mer spesielt interesserte.
-Hilsen Sigurd Skogestad
--------------------------------------------
Appendix. Multivessel batch destillasjon
--------------------------------------------
Jeg hadde mye diskusjon med Hasebe og Kano om multivessel batch destillasjon.
De viste meg apparaturen sin. De insisterte fremdeles på å bruke
nivåregulering kombinert med å endre settpunktet til denne basert på å
måle sammensetningen i tankene (istedet for vår mye enklere indirekte
nivåregulering basert på temperaturregulering). Det virket som om
mesteparten av innsatsen gikk med til mer sekundære ting; som å bruke NIR
sammen med PLS-estimering til å bestemme on-line sammensetning.
Men de hadde en en del interessante teoretiske resultater (simuleringer) bl.a.
sammenlinginger av multivessel med kontinuerlig for uendelig antall trinn, som
viser at multivessel er bedre når det er mer enn ca. 5 komponenter (men uten
nøn form for energiintegrasjon i det kontinuerlige tilfellet så det blir vel
nø urealistisk.
Vi diskuterte også litt rundt om det virkelig er slik at kontinuerlig alltid
bruker mindre energi enn satvis destillasjon for det konvensjonelle tilfellet
med 2 vessel (dvs. en vanlig batch-kolonne med stort kondensator holdup).
Vi var begge eneige om at så neppe alltid var tilfellet og presenterte hvert
vårt moteksempel.
1. Hasebe hadde optimalisert 2-vessel (dvs. med varierende refluks) og funnet
at det i enkelte tilfeller med få trinn var bedre enn kontinuerlig
destillasjon. Når jeg tenker meg om har vi observert lignende effekter selv -
dvs. vi vet at man for en kontinuerlig trenger man ca. 2*Nmin trinn for å få
ned energiforbruket, mens vi har observert at det i en batch-kolonne holder
med like i overkant av Nmin trinn.
2. Jeg viste mine beregninger for uendelig antall trinn som viser at
batchdestillasjon med konstant destillatsammensetning kan bruke mindre energi
enn kontinuerlig når renheten av produktene er meget lav.
Hasebe hadde forøvrig gjort lignende beregninger som meg for uendelig antall
trinn for tilfellet med lukket med konstant holdup, men hadde ikke sett på
konstant sammensetning.
Hasebe viste meg også en Master-avhandling av Kimura fra 1997. Det var en
meget interessant avhandling der han hadde sett på hvilke sekvenser av batch
destillasjon som skulle brukes ved separareing av azeotropiske blandinger. De
lagt vekt på feasibility studier. De hadde bl.a. funnet at man kan krysse
azeotrop-Boundary dersom man har kolonne med middle vessel. Dette er nø
Katrine får se nærmere på.