Modeling and control studies for a reactive batch distillation column
Bir tepkimeli kesikli damıtma kolonunda modelleme ve denetim çalışmaları
- Tez No: 199340
- Danışmanlar: PROF. CANAN ÖZGEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- 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
- 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: Belirtilmemiş.
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
- 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
2008
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. ERDEM ALACA
- Karma sistemlerin tümleyen değişkenli modelleri
Complementarity modeling of hybrid system
SELİM TÜRKYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KÜLMİZ ÇEVİK
- Elektrik enerji sistemlerinde güvenilirlik değerlendirmesi için kısıtlılık seçimi
Contingency selection for the reliability evaluation in the electric power systems
RAMAZAN ÇAĞLAR
Doktora
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. AYDOĞAN ÖZDEMİR
- Nutrient dynamics in coastal lagoons: Dalyan lagoon case study
Kıyı lagünlerinde nütrient dinamiği: Dalyan lagünü örneği
MELİKE GÜREL
- Kömürlerin kendiliğnden yanmasının teorik ve deneysel incelenmesi
Theoretical and experimental investigations of spontonequs combustion of coals
FEHMİ AKGÜN