Dinamik benzetimi yapılan bir reaktif distilasyon kolonunun cevap yüzey yöntemi ile optimum işletme koşullarının belirlenmesi
Determination of optimum operating conditions with a dynamic simulation of a reactive distillation column by response surface method
Yazar: DİLAN ERSİNGÜN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ADNAN ALDEMİR
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, dinamik benzetimi yapılan bir reaktif distilasyon (RD) kolonunda işletme koşullarının optimizasyonu yapıldı. Tasarımı yapılan raflı RD kolonunda işletim parametrelerinin etanol ile asetik asit arasındaki reaksiyonu sonucu etil asetat üretim hızına etkileri değerlendirildi. RD kolonunun optimum işletme koşullarının belirlenmesi için cevap yüzey yöntemi (CYY) uygulandı. CYY'de kullanılan deney tasarımı Design Expert 7.0.0 programının deneme versiyonu ile oluşturuldu. Placket-Burman (PB) tasarım yöntemi kullanılarak RD kolonunu etkileyen en önemli parametreler asetik asit besleme hızı (kmol/h), etanol besleme hızı (kmol/h), geri döngü ve sıcaklık olarak belirlendi. Daha sonra RD kolonunun optimum işletme koşullarının belirlenmesi için Merkezi Kompozit Tasarımı (MKT) uygulandı. Cevap ve bağımsız değişkenler arasındaki etkileşimi ve elde edilen verileri incelemek üzere ANOVA analizi kullanıldı. Etil asetat üretim hızının bağımsız değişkenlere göre ikinci dereceden regresyon modeli, Design Expert 7.0.0 programı kullanılarak geliştirildi. MKT'de oluşturulan üç boyutlu (3D) grafikler yorumlandı. En yüksek etil asetat üretim hızı elde etmek için optimum RD işletme koşulları sırasıyla asetik asit besleme hızı 149.86 kmol/h, etanol besleme hızı 99.99 kmol/h, geri döngü oranı 2.50 ve besleme sıcaklığı 70°C optimum değerler olarak belirlendi. Bu çalışma, CYY' nin RD kolonundaki işletim parametrelerinin optimizasyonu için uygun bir yöntem olabileceğini göstermektedir. 

Anahtar kelimeler: ANOVA, Cevap yüzey yöntemi, Dinamik benzetim, Optimizasyon, Reaktif distilasyon

Abstract:
In the scope of this thesis, the optimization of operating conditions was performed in a dynamic simulated reactive distillation (RD) column. The effect of the operating parameters on the production rate of ethyl acetate was determined by the reaction between ethanol and acetic acid. Response Surface Methodology (RSM) was applied to determine the optimum operating conditions of the RD column. The simulation design used in RSM was created with the trial version of Design Expert 7.0.0. program. Acetic acid feed rate (kmol/h), ethanol feed rate (kmol/h), reflux ratio and temperature were determined as the most important parameters effect on the RD column using Placket-Burman (PB) design. Central Composite Design (CCD) was applied to determine the optimum operating conditions of the RD column. Analysis of variance (ANOVA) was used to examine the interaction between the response and independent variables and the obtained data. The second order regression model of the production of ethyl acetate according to independent variables was developed using the Design Expert 7.0.0 program. Three-dimensional (3D) graphs which created with CCD were interpreted. In order to the highest ethyl acetate production rate, acetic acid feed rate, ethanol feed rate, reflux ratio and temperature were determined 149.86 kmol/h, 99.99 kmol/h, 2.50 and 70°C, respectively. This study shows that the RSM can be a suitable method for optimization of operating parameters in the RD column.

Keywords: ANOVA, Dynamic simulation, Optimization, Reactive distillation, Response surface methodology