Control and simulation studies for a multicomponent batch packed distillation column
Çok bileşenli kesikli bir dolgulu damıtma kolonunda kontrol ve benzetim çalışmaları
- Tez No: 201917
- Danışmanlar: PROF. DR. CANAN ÖZGEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Çok Bilesenli Kesikli Damıtma Sistemi, Dolgulu Kolonların Dinamik Modellemesi, Optimal sletme, Multicomponent Batch Distillation System, Dynamic Modeling of Packed Columns, Optimal Operation
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 170
Özet
Son yıllarda, kimya ve petrol endüstrilerinde, özel kimyasalları ayırmak için sürekli damıtmaya oranla, isletmede gösterdigi esneklik ve elde edilen yüksek ürün saflıgı nedenleri ile kesikli damıtma tercih edilmektedir. Özellikle, endüstride, dolgulu damıtma kolonları yeni gelistirilmis dolgu maddeleri ile az sıvı tutma, korozif maddelere karsı dayanıklılık ve yüksek ayrıstırmadaki etkin olma özellikleri ile tablalı kolonlardan daha fazla kullanılmaktadırlar. Ayrıca, birçok endüstriyel uygulamada, etkili kontrol sistemleri tasarlamak, personel egitimi ve arıza tanımlamaları için matematiksel damıtma modelleri yogun olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, bu çalısmanın en önemli amacı, düsük basınçlarda isletilen karısımları ayırmak için, rasgele yerlestirilmis dolgu maddeli çok bilesenli kesikli-dolgulu damıtma kolonu için matematiksel bir model gelistirmektir. Ayrıca, bu çok bilesenli kesikli damıtma kolonunda, belirli bir zamanda, damıtılan ürün miktarını maksimize etmek üzere optimum geri akıs profilinin belirlenmesi amaçlanmıstır. Kolon için MATLAB ve FORTRAN programlama dillerini kullanarak, basınç düsmesi ve fiziksel özelliklerin degisimi dikkate alınarak, kolon degiskenlerinin dinamik degisimini belirlemek üzere, bir benzetim algoritması hazırlanmıstır. Dolgulu kolonda benzetim algoritmasının çalıstırılmasında seçilen dolgulu yatak adım yüksekligi, Az'nin benzetimin dogruluk derecesine etkisi incelenmis ve optimal yükseklik 1.5 m dolgulu yatak yüksekligi için 3.75 cm olarak bulunmustur. Benzetim kodu literatürden alınan bazı çalısmalarla, teorik olarak, karsılastırılmıs ve belirli bir geri akıs oranında, damıtma derisimlerinin davranısı önceki çalısmalardaki ile aynı bulunmustur. Benzetim kodu ayrıca farklı geri akıs oranları, yogunlastırıcıda tutulan farklı sıvı miktarları ve kazana beslenen farklı ısılar için çalıstırılmıs ve literatürdeki benzer çalısmalarla karsılastırılarak, geçerliligi saptanmıstır. Ayrıca, benzetim algoritmasının dogru sonuçlar verdigini belirlemek için laboratuar ölçülerinde dolgulu bir damıtma kolonu kullanılarak, etanol ve su karısımını ayrıstırmak için deneyler yapılmıstır. Deney sonuçlarının benzetim kod sonuçları ile iyi bir uyum içinde oldugu görülmüstür. Dinamik modelin dogrulanmasından sonra, ürün miktarını arttırmak için, optimum isletme politikası, kapasite faktör yaklasımı kullanılarak sayısal olarak arastırılmıstır. Geri dönüsümün kapasite faktör üzerine olan etkisini incelemek için, kolon, atık tanklarında biriken miktarlar geri döndürülerek ve döndürülmeyerek çalıstırılmıstır. Atık tanklarında biriken miktarların geri döndürülerek damıtılmasının ayırma etkisini %28 arttırdıgı görülmüstür.
Özet (Çeviri)
During the last decades, batch distillation is preferably used with an increasing demand over continuous one, to separate fine chemicals in chemical and petroleum industries, due to its advantages like, flexibility and high product purity. Consequently, packed distillation columns, with newly generated packing materials, are advantageous compared to plate columns because of their smaller holdups, resistivity to corrosive materials and their higher separation efficiencies. Also, in many industrial applications, mathematical models of distillation systems are frequently used in order to design effective control systems, to train operating personnel and to handle fault diagnostics. Thus, the main objective of this study is to develop a mathematical model for a multicomponent batch distillation column, which is used to separate mixtures at low operating pressures, packed with random packing materials. In multicomponent batch packed distillation, operation with optimum reflux ratio profile is important for efficiency to maximize the amount of the distillate with a specified concentration, for a given time. Therefore, it is also aimed to find the optimum reflux ratio profile for the multicomponent batch packed distillation column. A simulation algorithm is written with the aid of MATLAB and FORTRAN programming languages by taking into account pressure drop and variation of physical properties. The selected incremental bed height, 7z, to be used in the simulation program has an effect on the accuracy of the results. This is analyzed and the optimal incremental height is found to be 3.5 cm for a 1.5m bed height. The change in distillate compositions with a given constant reflux ratio is found to be similar with those of previous studies. The simulation code is also used to obtain responses in distillate compositions for different reflux ratios, condenser holdups and reboiler duties and compared with similar studies found from literature and found to be adequate. Finally, experiments are conducted to verify simulation algorithm by using a lab-scale packed distillation column for the separation of a polar mixture of ethanol and water. It is observed that, there is a good agreement between the experimental and simulation results. After the verification of dynamic model, optimum operation policy to maximize product amount is investigated numerically by using capacity factor approach. The column is operated with and without recycling of the holdups of the slop cut tanks, in order to examine the effect of recycling on capacity factor, CAP. It is observed that, recycling of the molar holdups of the slop cut tanks is resulted in a 28% increase in the separation efficiency.
Benzer Tezler
- Multicomponent batch distillation column simulation and state observer design
Çok değişkenli kesikli damıtma kolonu benzetimi ve durum gözlemleyici tasarımı
UĞUR YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANAN ÖZGEN
- Eymir-Mogan gölleri arasında yeraltı suyu akım ve kütle taşınım modeli
Groundwater flow and solute transport model between Eymir and Mogan lakes (Ankara)
ERKAN DİŞLİ
Doktora
Türkçe
2007
Jeoloji MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiJeoloji (Hidrejeoloji) Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. LEVENT TEZCAN
- Fermentasyon endüstrisi atıksularında Kalıcı Koi' nin belirlenmesi
Determination of the inertsoluble cod for the fermentation industry effluents
GÜLSÜM YILMAZ
- Adaptive-predictive control and simulation studies on a distillation column
Distilasyon kolonunda tahminli-ayarlamalı kontrol ve simulasyon çalışmaları
FARİBA KARBASİ
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGİN KISAKÜREK
- Esnek üretim sistemleri için bir etkin üretim denetleme modeli
An Effective supervisory control model for flexible manufacturing systems
BAHAR KORKUSUZ
Doktora
Türkçe
1989
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÖNÜL YENERSOY