Bir polimerizasyon reaktörünün optimal sıcaklık profiline, genelleştirilmiş minimum varyans (GMV) kontrolün uygulanması
Application of generalized minimum varians (GMV) control to optimal temperature policy of a polimerization reactor
Yazar: ALİ RIZA KARAGÖZ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ALPBAZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1998
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Polimerleşme = Polymerization ; Reaktörler = Reactors ; Stiren = Styrene

Özet:
ÖZET Doktora Tezi BİR POLİMERİZASYON REAKTÖRÜNÜN OPTIMAL SICAKLIK PROFİLİNE GENELLEŞTİRİLMİŞ MİNİMUM VARYANS (GMV) KONTROLÜNÜN UYGULANMASI A. Rıza KARAGÖZ Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Mustafa ALPBAZ 1997, Sayfa: 108 Jüri : Pof. Dr. Mustafa ALPBAZ Doç. Dr. Mehmet SAÇAK Doç. Dr. Sebahat ERDOĞAN Yapılan çalışmada, soğutma ceketli kesikli bir polimer reaktöründe, stirenin serbest radikalik polimerizasyon dinamiği, optimizasyonu ve on-line sıcaklık kontrolü teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Önceden belirlenen veya istenilen monomer dönüşümüne, zincir uzunluğu sayışma ve ortalama molekül ağırlığına en kısa sürede ve minimum başlatıcıyla ulaşabilmek amacıyla sabit ve değişken sıcaklıklarda reaksiyon sıcaklığını belirlemek için optimizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Polimerizasyon, sıcaklık dikkate alınmaksızın diğer işletim koşullarında yapıldığında yani sıcaklık kontrol edilmediğinde, elde edilen dönüşüm, viskozite ve molekül ağırlık dağılımının optimum değerlerden oldukça saptığı görülmüştür. Bu amaçla polimerizasyon reaktörlerinin sıcaklık kontrolü önem kazanmış, ileri kontrol yöntemlerinden biri olan kendinden ayarlamalı Genelleştirilmiş Minimum Varyans kontrol algoritması ile gerçekleştirilmiştir. GMV kontrol sisteminde ki parametrelerin optimum değerleri belirlenmiş, ayar parametreleri k=l ve fc=0.95 olarak seçilmiştir. Model parametreleri, prosese PRBS sinyalleri verilip girdi-çıktı değerleri ölçülerek Bierman algoritması ile en uygun değerler elde edilmiştir. Burada sisteme verilen ısı ayarlanabilen değişken, reaktör içi sıcaklığı ise kontrol edilen değişken olarak seçilmiştir. Deneyler, dinamik ve kontrol çalışmaları için deneysel ve teorik olmak üzere iki kısımda gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda on-line bilgisayar kontrol sistemi kullanılmış, aynı zamanda sıcaklıklar, viskozite değişimi ve ısıtıcıya gönderilen BYT değerleri on-line gözlenmiştir. Reaktörden belli zaman aralıklarında alınan numunelerin % dönüşüm ve molekül ağırlıkları bulunarak, önceden bilinen optimum koşullar ile karşılaştırılmaları yapılarak, teorik sonuçlarla uygunluğu araştırılmıştır. Anahtar kelimeler: Stiren polimerizasyonu, kesikli reaktör dinamiği, optimizasyon, genelleştirilmiş minimum varyans (GMV) kontrol

Abstract:
ABSTRACT Ph.D. Thesis APPLICATION OF GENERALIZED MINIMUM VARYANS (GMV) CONTROL TO OPTIMAL TEMPERATURE POLICY OF A POLYMERIZATION REACTOR A. Rıza KARAGÖZ Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemical Engineering Supervisor : Prof. Dr. Mustafa ALPBAZ 1997, Page: 108 Jury : Prof. Dr. Mustafa ALPBAZ Assoc. Prof. Dr. Mehmet SAÇAK Assoc Prof. Dr. Sebahat ERDO?AN In this study, the dynamic, optimization and on-line temperature control of the free radical polymerization of styrene in a cooling jacketed batch polymerization reactor were investigated theoretically and experimentally. The optimization techniques were used to find the constant and variable temperature values for obtaining previously determined monomer conversion, chain length number, average molecular weight in the shortest time with the minimum amount of initial initiator. If the polymerization are done without temperature control, conversion obtained, viscosity and range of molecular weight deviate from optimal values. For this reason temperature control is very important in polymerization reactor and self-tuning Generalized Minimum Variance control which is one of the advanced control techniques was applied to the system. The optimum parameters of the GMV control algorithm are determined, tuning parameters k and X have been chosen 1 and 0.95 respectively. The best values of model parameters are obtained by utilizing Bierman algorithm with PRBS signal which is used to disturb the system. Where, the heat duty given to the system and the reactor inlet temperature are chosen as manipulated variable and controled variable respectively. Dynamic and control works were done both experimentally and theoretically. On-line computer control system was used in the experimental studies. The changes of temperature, viscosity and BYT values send to the heater were observed on-line simultaneously. The samples were taken from reactor in certain periods and % conversion and molecular weight were determined and then these values were compared with their optimum values and also with their values obtained theoretically. Keywords: Polymerization of styrene, dynamic of the batch reactor, optimization, generalized minimum variance (GMV) control