Çok bileşenli bir karışımın damıtıldığı laboratuar-ölçekli dolgulu damıtma kolononun kısıtlanmış model öngörmeli kontrolü
Constrained model predictive control of a laboratory-scale packed distillation column with a multicomponent mixture
Yazar: SANİYE AY
Danışman: DOÇ.DR. SÜLEYMAN KARACAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
ÖZETYüksek Lisans TeziÇOK BİLEŞENLİ BİR KARIŞIMIN DAMITILDIĞI LABORATUVAR-ÖLÇEKLİDOLGULU DAMITMA KOLONUNUN KISITLANMIŞ MODEL ÖNGÖRMELİKONTROLÜSaniye AYAnkara ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüKimya Mühendisliği Anabilim DalıDanışman: Doç. Dr. Süleyman KARACANSürekli çalışan laboratuvar ölçekli bir dolgulu damıtma kolonunda çok bileşenli alkolkarışımının ayırımı yapılmıştır. Yapılan çalışma prosesin dinamik davranışı ve üst ürünsıcaklığının teorik ve deneysel kontrolü üzerinedir. Üst ürün sıcaklığının kontrolü içinkısıtlamalı model öngörmeli kontrol (CMPC) ve PID uygulanmıştır. Besleme çözeltisiolarak etil alkol üretim tesisinden elde edilen metanol- etanol- n-butanol-isoamil alkol-anisol ( metil-fenil eter) beşli karışımı kullanılmıştır. Kontrol tasarımı yapmak amacı ileprosesin giriş değişkeni olarak geri akma oranı ve çıkış değişkeni olarak ise üst ürünsıcaklığı seçilmiştir. Geri akma oranına basamak etkileri verilerek üst ürün sıcaklığınınzamanla değişimi elde edilmiştir. Bu verilerden yararlanılarak istatistiksel regrasyonyöntemi ile prosesin birinci mertebeden ölü zamanlı iletim fonksiyonu bulunmuştur. Builetim fonksiyonu kullanılarak MATLAB ortamında basamak yanıtım modeli eldeedilmiştir. Kısıtlamalı model öngörmeli kontrol tasarımında basamak yanıtım modelikullanılmıştır. Prosesin üst ürün sıcaklığının CMPC kontrolü için MPC Toolbox'ındanyararlanılmıştır. Ayrıca PID kontrolü de MATLAB Simulink ortamında oluşturulanblok diyagramı ile yapılmıştır. Deneysel kontrol çalışmaları, 2 L kazan hacmi ve 1 mlik dolgu boyu olan laboratuvar ölçekli bir kolonda üst ürün sıcaklığının kontrolü içingerçekleştirilmiştir. Bu amaçla kolonun giriş değişkenlerine çeşitli kademe etkileri vekontrol edilen değişkenin set noktasına pulse etkileri verilerek kontrol sonuçları eldeedilmiştir. Deneysel CMPC performansının geleneksel PID'ye göre daha iyi sonuçverdiği görülmüştür. Ayrıca kolonda değişkenlerin birbiri ile etkileşimlerini görmek içinsistemin RGA analizi iki girdi - iki çıktı değişkeni için yapılmıştır.2006, 81 sayfaAnahtar Kelimeler: Laboratuvar ölçekli dolgulu damıtma kolonu, Model öngörmelikontrol, RGA analizii

Abstract:
ABSTRACTMaster ThesisCONSTRAINED MODEL PREDICTIVE CONTROL OF A LABORATORY -SCALE PACKED DISTILLATION COLUMN WITH A MULTICOMPONENTMIXTURESaniye AYAnkara UniversityGraduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of Chemical EngineeringSupervisor: Assoc.Prof. Dr. Süleyman KARACANSeparation of multi-component alcohol mixture was conducted in a continuously fedlaboratory scaled distillation column. This study mainly based on the dynamicbehaviour and, theoretical and experimental control of top product temperature.Constrained Model Predictive Control (CMPC) and PID were applied to control of thetop product temperature. Mixture including five components, namely methanol-ethanol-n-buthanol-isoamine alcohol-anisole or in other words methyl-phenyl-ether, wasobtained from ethyl alcohol production plant and was used as feed mixture. Reflux ratioand top product temperature were selected as input and output variables, respectively,for controlling design. A step changes in reflux ratio were applied and the variation oftop product temperature with time was obtained. The transfer function of the first orderprocess with dead time was determined by using obtained data of the top producttemperature. Thus, step response model was obtained from Matlab and this model wasused for design of constrained model predictive control. The MPC Toolbox was takento control of the top product temperature of the system. In addition, PID control wasrealised with the block diagram created in the Matlab Simulink environment..Experimental control studies were performed on a 1 m packing height and 2 L tankvolume laboratory scale column to control of top product temperature. For this purposecontrol results were taken for different step disturbance of the input variables of thesystem and for the pulse effects of the set point of the controlling variable. It wasobserved that the experimental CMPC produced better performance than PID.Furthermore, RGA analysis was conducted for two input- two output variable in orderto get idea on the interaction of column variables with each other.2006, 81 pagesKey Words: Laboratory scale packed distillation column, Model Predictive Control,RGA analysisii