Process synthesis studies in baten distillation column design and operation
Kesikli damıtma kolonlarının tasarımı ve işletimi için proses sentezi
- Tez No: 68325
- Danışmanlar: PROF. DR. TÜRKER GÜRKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kesikli Damıtma, Tasarım, İşletme, Optimizasyon, Aspen-Plus vııı
- Yıl: 1997
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 160
Özet
ÖZ Alkaya, Dilek Doktora, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Türker Gürkan Ortak Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Canan Özgen Ocak 1997, 138 sayfa Çoğunlukla, yüksek değerli, özel kimyasal ve biokimyasal maddelerin saflaştırılmasında kullanılan kesikli damıtma kolonlarında yapılan çalışmalar, genelde ya Kısaltılmış Çözüm Yöntemi veya Detaylı Yöntem ile kolon tasarımının yapılmasını veya belirli bir besi için hazırda bulunan bir kolonda operasyon stratejisinin belirlenmesini içermektedir. Bu çalışmada, değişik debi ve derişimde kolona giren çok bileşenli besilerin kesikli damıtma kolonu kullanılarak belirli bir verimle ayrıştırılmasını sağlayacak tek bir kolon tasarımını gerçekleştirilmesi için, optimizasyon içeren genel bir simulasyon ve tasarım stratejisi geliştirilmiştir. Kolon boyutlarının belirlemeye eşdeğer olan kolon tasarımı ile operasyon stratejisi birlikte ele alınmıştır. Bu şekilde vıoptimal geri döngü oranlan, buhar debileri ve her bir besi için yıl boyunca ayrılacak zaman tasarım parametreleri ile birlikte bulunmuştur. ASPEN PLUS Yatışkın Durum Paketi ve Galindez ve Fredenslund (1988) metodu kullanılarak dinamik bir model elde edilmiştir. Elde edilen modelin geçerliliği, literatürde bulunan iki çalışmanın sonuçlan ile modelden elde edilen sonuçların karşılaştırılması ile kanıtlanmıştır. Elde edilen dinamik model, dört değişik besi derişiminde benzen-klorobenzen-diklorobenzen ve siklohekzan-toluen- n-heptan dan oluşan iki ayrı besinin destilasyon ile ayrılması çalışmasında kullanılmıştır. Kolonun yüksekliği (N), kolon çapı ve küresel kazan çapı (Dcol ve Dstill), buhar debisi (VN), geri döngü oranı (RR) parametreler olarak seçilmiştir. Değişik besi yükleri ve derişimleri için değişik zaman ayırma tahminleri ile bu parametrelerin optimum değerleri aranmıştır. Bağımsız değişkenler olarak besi yükü ve derişimi; VN, RR ve kazan kapasitesi alınmıştır. Model geliştirilmesi aşamasında, değişik miktar ve derişimdeki besilerin kesikli damıtma kolonu kullanılarak, değişik ürün tanklarında toplanması aşamaları için minimum tepsi sayısı ve minimum geri döngü oranının, belirli bir geri kazanım için elde edilmesinde, geliştirilen Kısaltılmış Çözüm yöntemi kullanılmıştır. Uygulanan metodda, her bir besi ve ürün toplama aşamalarında hesaplanan minimum tepsi sayılarının maksimumu, minimum tepsi sayısı olarak seçilmiş ve bu değer belirli bir geri kazanım için mimimum geri döngü oranının belirlenmesini sağlamıştır. Tasarım ve operasyon değişkenlerinin etkilerinin ve optimumlarının bulunması sırasında, ASPEN PLUS Yatışkın Durum Simulasyon Paketi ve iterasyon yöntemleri kullanılmıştır. Logsdon et al. (1990) ve Mujtaba ve Macchietto (1994) tarafından tanımlanan amaç fonksiyonları üzerinde değişiklikler yapılarak, kazan kapasitesi, besi miktarları ve derişimlerinin etkileri ile birlikte, yıl içinde bütün besilerin saflaştırılmasının sağlanması için ayrılacak zamanlar belirlenmiştir. vııMaksimum kazanç eldesi, optimizasyon kriteri olarak alınmıştır. Besilerin ayrılması için yapılan zaman tahminlerinde, besilerin toplam miktarları ve uçuculuk oranlarına dayanılmasının daha doğru olduğu sonucuna varılmıştır. Bu çalışmada sonuç olarak, hem kolon boyutlarının bulunmasında, hem de operasyon stratejisinin belirlenmesinde, en çok etkili olan kısıtlayıcının yıl içindeki toplam işletme zamanının olduğu bulunmuştur. Yıl içindeki toplam işletme zamanının çok olduğu durumlarda, VN minimum noktaya gitmektedir. Ancak, toplam işletme zamanı düştükçe, VN alt ve üst sınırlar arasında bir yerde optimum noktaya ulaşmaktadır. VN kolonun çapının belirlenmesinde kullanıldığı için, kolonun boyutlarını da etkilemektedir. Sabit operasyona alma ve operasyonu bitirme zaman değerlerinde, çalışılan kazan boyutları arasında, küçük kapasiteli kazanlar ile daha kazançlı bir sonuç elde edileceği bulunmuştur. Ancak, bu durum, farklı beslemeler ile ve değişik maliyet katsayıları kullanıldığında farklı bir şekilde sonuçlanabilir. Sonuç olarak, çalışmada geliştirilen algoritmanın değişik besi ve derişimdeki beslemeler için kesikli kolonun tasarımında ve operasyon stratejisinin belirlenmesinde başarılı bir şekilde kullanılabileceği bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT PROCESS SYNTHESIS STUDIES IN BATCH DISTILLATION COLUMN DESIGN AND OPERATION Alkaya, Dilek Ph.D., Department of Chemical Engineering Supervisor : Prof. Dr. Türker Gürkan Co-Supervisor: Prof. Dr. Canan Özgen January 1997, 138 pages Studies on batch distillation columns which are frequently used to separate high- technology/high value-added chemicals and biochemicals are concentrated mainly on short-cut or rigorous design methodologies or on the determination of the operation strategies for an existing column with a specified feeed. In this study, a general simulation-design methodology via optimization is developed for batch distillation columns that are to be used for the separation of multicomponent feeds of variable amounts and variable compositions. Design of the column which is equivalent to determining the column dimensions is considered simultaneously with the establishment of the operation strategy with which the optimum reflux ratio, RR policy, vapor boil-up rate, VN and the time allocations for the separation of each of the feed mixtures throughout the year is determined. IllAn unsteady-state simulator is developed utilizing ASPEN PLUS Steady State Simulator using the Galindez and Fredenslund (1988) approach. The validity of the developed model is confirmed by comparison of its results with the results of two case studies found in the literature. The developed model is used for a case where two kinds of mixtures one containing benzen-chlorobenzene-dichlorobenzene and the other cyclohexane-toluene-n-heptane with different initial feed compositions and quantities are treated. Parameters considered are the height of the column (N), the diameter of the column and the spherical still pot (Dcoi and Dstiu), Vapor Rate, (VN), Reflux Ratio (RR). The optimum values of these are saught for various feed loads and compositions and various initial time allocations. The variables treated as the independent variables are feed loads and compositions, vapor boil-up rate, reflux ratio and the still pot size. During the model development, a shortcut methodology is adopted for the calculation of the minimum number of stages, Nmin, and minimum reflux ratio, RRnun, for a given recovery for different slop cuts with different feed loads and concentrations. With the adopted methodology, maximum of the minimum number of stages is chosen as Nmjn which also fixes RRmin for a given recovery. Optimization routes of ASPEN PLUS Steady State Simulation Package and iterative search methods are utilized to obtain effects and optimum values of the design and operation parameters. The objective function definitions of Logsdon et al. (1990) and Mujtaba and Macchietto (1994) are modified to include the effect of the still pot size, feed loads and compositions and the time allocations for the treatment of feeds throughout the year. The optimization criteria is the maximization of the profit function. Estimation of time allocations for each feed separation is found to be more appropriate when based on the amount of each feed and its average relative volatility. It is found as a result of this study that, both the dimensions of the column and the operation strategy is most affected by the constraints for the total available IVprocessing time during the year. When the total available processing time is relatively large VN tends towards its minimum value and the reflux ratio to its maximum. However, when the total available processing time is relatively smaller then the optimum value of VN is in between its lower and upper bounds. VN also affects column dimensions as it is used to determine Dcoi. With the constant value for the start-up and shut-down periods, the minimum value of the pot is found to be more profitable in the range of pot sizes studied in the present work. However, this may be subject to change with different values of the cost coefficients corresponding to different cases. As a conclusion, the algorithm developed in the present work is found to be successful in designing a batch column and establishing its operational policy for treating feeds with variable loads and compositions. Key Words : Batch Distillation, Design, Operation, Optimization, Aspen-Plus
Benzer Tezler
- Akridin esaslı bazı yeni bileşiklerin sentezi ve boya duyarlı güneş hücrelerinde uygulamaları
Synthesis of some new acridine-based compounds and applications in dye-sensitive solar cell
NAGİHAN ÖZTÜRK
- Gliserin tersiyer eterlerinin sentezi ve reaksiyon kinetiğinin incelenmesi
Synthesis of glycerol tertiary ethers and investigation of reaction kinetics
NALAN ÖZBAY
Doktora
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURAY OKTAR
PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU
- Benzodioksinonlar üzerinden çözücüsüz ortamda salisilat türevlerinin sentezi
Solvent free synthesis of salicylate derivatives via benzodioxinones
SEMRA ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE NACİYE TALINLI
- Ziya Gökalp ve Erol Güngör çizgisinde Türk sosyolojisi
Turkish sociology in line with Ziya Gökalp and Erol Güngör
SAADET BERNA OCAKCIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
SosyolojiMarmara ÜniversitesiSosyoloji ve Antropoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ ARSLANTÜRK
- İstanbul su topolojisi: Kent ve su ilişkisinde makro, mikro ve yönetimsel ölçekler arası topolojik okuma yöntemi önerisi
Istanbul water topology: A topological reading method proposal at macro, micro, and managerial interscales of urban and water relationship
GİZEM ALUÇLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Peyzaj Mimarlığıİstanbul Teknik ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELTEM ERDEM KAYA