Bitkisel atık yağlardan biyodizel üretiminin yapıldığı bir tepkimeli damıtma kolonunun aspen HYSYS ile dinamik benzetimi
Dynamic simulation of a reactive distillation column for biodiesel production from vegetable waste oils with aspen HYSYS
Yazar: CANAN SOMUNCU
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN KARACAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışma tepkimeli damıtma kolonunda atık yemeklik yağdan biyodizel üretiminin dinamik benzetimi üzerine yapılmıştır. Çalışma teorik incelemeleri ve bununla beraber benzetim çalışmalarını kapsamaktadır. Biyodizel üretimi için bitkisel atık yağ ve metanol kullanılarak Aspen HYSYS programı ile dinamik benzetim çalışmaları yapılmıştır. Prosesin iletim fonksiyonları elde edildikten sonra geri beslemeli kontrol sisteminin ayar parametreleri Ziegler Nichols yöntemi ile bulunmuştur.  Sistemin kontrolü için geri beslemeli kontrol algoritması kullanılmıştır. Tepkimeli damıtma kolonunun alt ürününden elde edilecek olan biyodizel mol kesri kontrol edilmiştir. Bunun için ayarlanabilir parametre olarak ise kazana verilen ısı miktarı ve geri akma hızı seçilmiştir. Sistemin kontrolü için geri beslemeli PID kontrol algoritması kullanılmıştır. Kazanı ve geri akma hızını kontrol eden vanaların açıklığına farklı pozitif ve negatif etkiler verilerek alt akım biyodizel mol kesrinin değişimi gözlenmiştir. Kazan ısısı vana açıklığı kontrol edilirken ilk olarak vana açıklığı %15 seçilmiş sonra pozitif etki verilerek bu açıklık %35'e çıkarılmış, ikinci PID kontrol çalışmasında ise vana açıklığı %100 olarak belirlenmiş sonra negatif etki verilerek bu değer %60'a düşürülmüştür. Son olarak kazan ısısı vana açıklığı %100 seçilmiş sonra negatif basamak etkisi verilerek %85'e düşürülmüştür. Bu etkiler sonucunda M-Oleat (Biyodizel) mol kesri sırasıyla 0,5872, 0,5009 ve 0,4514 olarak kaydedilmiştir. Geri akma hızı kontrol edilirken ilk olarak sistemde geri akma hızı OP değeri olarak %100 seçilmiş ve sonra %50'ye düşürülerek sisteme negatif etki verilmiştir, ikinci PID kontrol çalışmasında ise geri akış hızı %0 olarak belirlenmiş ve bir süre sonra potizif basamak etkisi verilerek %25'e çıkarılmıştır. Bu etkiler sonucunda M-Oleat mol kesri sırasıyla 0,6824 ve 0,4732 olarak kaydedilmiştir.

Abstract:
This study was conducted on dynamic simulation of biodiesel production from waste cooking oil in reactive distillation column. The study includes theoretical studies and simulation studies. Dynamic simulation studies were carried out with Aspen HYSYS program using vegetable waste oil and methanol for biodiesel production. After obtaining the transfer functions of the process, the control parameters of the feedback control system were found with the Ziegler Nichols method. Feedback control algorithm is used for the control of the system. The biodiesel mole fraction to be obtained from the bottom product of the reactive distillation column was controlled. For this, the amount of heat supplied to the boiler and reflux flow rate were selected as adjustable parameters. The feedback control algorithm is used for the control of the system. The change of biodiesel mole fraction at the bottom was observed by giving different positive and negative effects to the opening of the valve controlling the boiler and reflux flow rate. While controlling the boiler temperature valve opening, firstly the valve opening was selected by 15%, then this opening was increased to 35% by giving a positive effect, and in the second PID control study, the valve opening was determined to be 100%, then this value was reduced to 60% by giving a negative effect. Finally, the boiler temperature valve opening was selected as 100% and then reduced to 85% by giving a negative step effect. As a result of these effects, the mole fraction of M-Oleat (Biodiesel) was recorded as 0,5872, 0,5009 and 0,4514, respectively. While controlling the reflux flow rate, firstly, the reflux flow rate in the system was chosen as 100% and then reduced to 50% with a negative effect. In the second PID control study, the reflux rate was determined as 0%, and after a while it was increased to 25% by giving a positive effect. As a result of these effects, the mole fraction of M-Oleate was recorded as 0,6824 and 0,4732, respectively.