Geri Dön

Modeling and control studies for a reactive batch distillation column

Bir tepkimeli kesikli damıtma kolonunda modelleme ve denetim çalışmaları

PDF İndir

  1. Tez No: 199340
  2. Yazar: ALMILA BAHAR
  3. Danışmanlar: PROF. CANAN ÖZGEN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Tepkimeli Damıtma, Kesikli Kolon, Matematiksel Modelleme, Durum Tahmini, Yapay Sinir Ağları, Optimizasyon, Reactive Distillation, Batch Column, Mathematical Modeling, StateEstimation, Artificial Neural Networks, Optimization
  7. Yıl: 2007
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 181

Özet

Etanolün asetik asit ile etil asetat üretimi esterleşme reaksiyonu için bir reaktifdamıtma sisteminde modelleme ve algısal denetim çalışmaları yapılmıştır. Kesiklibir damıtma kolonunda daha önce yapılmış bir çalışmaya dayanan dinamik birmodel geliştirilmiştir. Kolon, denetim çalışmaları için, polar maddelerinderişimlerini tahmin etmede Kalman Filtre yerine Sinir Ağları Tahmin Edicisikullanan tepkimeli bir sistem için değiştirilmiştir.Kolonun geliştirilen dinamik modelinin sonuçlarının doğruluğu, benzer birçalışmanın sonuçları ile teorik olarak kanıtlanmıştır. Ayrıca, modeli deneyselolarak test etmek için, laboratuar ölçekli bir kolon (40 cm yükseklikte, 5 cm iççapında, 8 tepsili) kullanılmıştır ve deneysel verilerin model ile uyuşmadığıgörülmüştür. Bu yüzden, model, farklı hız ifadeleri ve farklı durum denklemleri(Peng Robinson (PR) / Peng Robinson - Stryjek-Vera (PRSV)), karışma kuralları(van der Waals / Huron Vidal (HV) / Huron Vidal Orijinal (HVO) / HVO'nun OrbeySandler Modifikasyonu (HVOS)) ve aktivite modelleri (NRTL / Wilson / UNIQUAC)kullanan fi-fi, durum denklemleri-Gibbs serbest enerji (EOS-Gex), gama-fi gibifarklı termodinamik modeller araştırılmıştır. PR durum denklemi, van der Waalskarışma kuralı ve NRTL aktivite modeli kullanan gama-fi metodu, en iyi ilişkiolarak seçilmiştir. Termodinamik modellerin; durum denklemi, karışma kurallarıve aktivite modellerinin hepsinin modelleme çalışmalarında çok kritik etkilerininolduğu bulunmuştur.Damıtma kolonunun optimum geri akış oranı profilinde çalışmasını sağlamak için,kapasite faktörünün maksimum olarak seçildiği amaç fonksiyonunu kullanan,doğrusal olmayan bir optimizasyon problemi çözülmüştür.Denetim çalışmalarında, damıtma sistemini optimum geri akış oranı profile ileçalıştırmak için, sistemin ürün derişimlerini sıcaklık ölçümlerinden tahmin edenYapay Sinir Ağı (YSA) Tahmin Edicisi kullanan bir denetim sistemi tasarlanmıştır.YSA, iki katmanlı bir Elman ağıdır. Tasarlanan tahmin edicinin performansı, önceaçık devrede ve sonra geri beslemeli algısal denetim algoritmasında kapalıdevrede test edilmiştir. Ürün derişimlerinin denetiminin, optimum geri akış oranıprofili ile YSA tahmin edicisi kullanılarak (gerektiğinde hata düzeltmesi ile)yapılabildiği bulunmuştur.

Özet (Çeviri)

Modeling and inferential control studies are carried out on a reactive batchdistillation system for the esterification reaction of ethanol with acetic acid toproduce ethyl acetate. A dynamic model is developed based on a previous studydone on a batch distillation column. The column is modified for a reactive systemwhere Artificial Neural Network Estimator is used instead of Extended KalmanFilter for the estimation of compositions of polar compounds for control purposes.The results of the developed dynamic model of the column is verified theoreticallywith the results of a similar study. Also, in order to check the modelexperimentally, a lab scale column (40 cm height, 5 cm inner diameter with 8trays) is used and it is found that experimental data is not in good agreementwith the models?. Therefore, the model developed is improved by using differentrate expressions and thermodynamic models (fi-fi, combination of equations ofstate (EOS) and excess Gibbs free energy (EOS-Gex), gama-fi) with differentequations of states (Peng Robinson (PR) / Peng Robinson - Stryjek-Vera (PRSV)),mixing rules (van der Waals / Huron Vidal (HV) / Huron Vidal Original (HVO) /Orbey Sandler Modification of HVO (HVOS)) and activity coefficient models (NRTL/ Wilson / UNIQUAC). The gama-fi method with PR-EOS together with van derWaals mixing rule and NRTL activity coefficient model is selected as the bestrelationships which fits the experimental data. The thermodynamic models; EOS,mixing rules and activity coefficient models, all are found to have very crucialroles in modeling studies.A nonlinear optimization problem is also carried out to find the optimal operationof the distillation column for an optimal reflux ratio profile where themaximization of the capacity factor is selected as the objective function.In control studies, to operate the distillation system with the optimal reflux ratioprofile, a control system is designed with an Artificial Neural Network (ANN)Estimator which is used to predict the product composition values of the systemfrom temperature measurements. The network used is an Elman network withtwo hidden layers. The performance of the designed network is tested first inopen-loop and then in closed-loop in a feedback inferential control algorithm. It isfound that, the control of the product compositions with the help of an ANNestimator with error refinement can be done considering optimal reflux ratioprofile.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    259076

    Metil asetat üretiminin yapıldığı kesikli tepkimeli bir dolgulu damıtma kolonunun kontrolü

    Control of a packed bed reactive distillation column methyl acetat produced in

    ONUR AKMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Kimya MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SÜLEYMAN KARACAN

  2. Tez No

    886341

    Etil levulinat üretim sürecinin iki reaktif distilasyon kolonu kullanarak enerji verimli tasarımı ve kontrolü

    Energy efficient design and control of ethyl levulinate production process using two reactive distillation columns

    ASLIHAN ANTEP

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DEVRİM BARIŞ KAYMAK

  3. Tez No

    216327

    Scale dependency of heat transfer modes, fabrication of si nanowires and their integration with MEMS

    Isı aktarım şekillerinin ölçek ile bağlantısı, si nanotel imalatı ve nanotellerin MEMS ile birleştirimi

    ÖZGÜR ÖZSUN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Makine MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. ERDEM ALACA

  4. Tez No

    306973

    Sulu çözeltiden anyonik tekstil boyarmaddelerin, fosfatın ve nitratın bor endüstri atığı kullanarak kesikli ve sürekli sistemlerde adsorpsiyonu

    Adsorption of anionic textile dyes, phosphate and nitrate from aqueous solution by using boron industry waste in batch and continuous systems

    NECİP ATAR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    KimyaDumlupınar Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ASIM OLGUN

  5. Tez No

    655326

    Çok oksitli metal içerikli polimer malzemelerin hazırlanması ve karakterize edilmesi

    Preparation and characterization of multi-oxide metal contained polymer materials

    ALİ KEMAL TOPALOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Çevre MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YILMAZ YILDIRIM

Geri Dön