Tepkimeli bir damıtma kolonunun doğrusal olmayan genelleştirilmiş öngörmeli kontrolü
Nonlinear generalized predictive control of a reactive distillation column
Yazar: İSMAİL BAYRAM
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN KARACAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Damıtma = Distillation

Özet:
Bu çalışma, tepkimeli damıtma kolonunda etanol ve asetik asidin reaksiyonu sonucunda oluşan etil asetat üretimi üzerinedir. Deneysel çalışmalar 4L kazan hacmi ve 1.5m'lik dolgu boyu olan laboratuar ölçekli tepkimeli dolgulu damıtma kolonunda yapılmıştır. Kazandaki çözeltiyi ısıtmak amacıyla 0.7 kW gücündeki bir ısıtıcı manto kazana monte edilmiştir. Isıtıcı manto kontrol ünitesinde yer alan bir triyak ile bilgisayara bağlanmıştır. Böylece on-line olarak ısıtma gücü istenilen değere ayarlanabilmektedir. Geri döngü oranını ayarlayabilmek için bilgisayara on-line olarak bağlı bir kontrol modülü kullanılmıştır. Sistemin sıcaklıkları kazan, kolonun sıyırma, tepkime ve üst ürün alma kısmı olmak üzere 4 adet ısıl çift ile bilgisayardan on-line olarak okunmuştur. Kolonun üst ürün sıcaklığını kontrol etmek için ayarlanabilir değişken olarak geri akma oranı seçilmiştir. Sistemin işletme parametrelerinin belirlenmesi amacıyla benzetim çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla MATLAB ortamında sistemin matematiksel modeli çözülmüştür. Ürün sıcaklık ve bileşimlerinin zamanla değişimleri elde edilmiştir. Sistemin kesikli zamanda doğrusal olamayan NARIMAX modeli geliştirilerek, ?System Identification Toolbox? kullanılarak model katsayıları bulunmuştur. Bu model genelleştirilmiş öngörmeli kontrol algoritmasında kullanılmıştır. Bu kontrol algoritması ile tepkimeli dolgulu damıtma kolonunun üst ürün sıcaklığı kontrol edilmiştir.

Abstract:
This study is about ethyl acetate production which is formed by a reaction of ethanol and acetic acid in a reactive distillation column. Experimental studies are carried out in a 4L laboratory scale reactive packed distillation column with 1.5 m column height. A heating mantle with a power of 0.7 kW is mounted to the boiler to heat the solution. The heating mantle is connected to the computer using a triac in the control unit. Thus heating power can be adjusted to the desired value on-line. A control module connected on-line to the computer is used to manipulate the reflux ratio. The temperature values of the system are read on-line from the computer with 4 thermocouple located in the reboiler and stripping, reaction and distillate of the column. Reflux ratio is chosen as the manipulated variable to control the distillate temperature of the column. Simulation studies are performed to determine the operation parameters of the system. For this purpose mathematical model of the system is solved in MATLAB. The change in temperature and composition of the product with time is obtained. Improving the nonlinear NARIMAX model of the system in batch time, model parameters are obtained by System Identification Toolbox. This model is used in generalized predictive control algorithm. With this control algorithm distillate temperature of the reactive packed distillation column is controlled.