Relatif Uçuculuğun Üç Bileşenli Reaktif Distilasyon Kolonlarının Sıcaklığa Dayalı Dolaylı Kontrolüne Etkisi

Abstract

Bu Çalışmada, iki reaktan-bir ürün içeren reaksiyon sistemleri için bileşenler arasındaki bağıl uçuculuğun yatışkın hal tasarım ve kontrolüne etkileri incelenmemiştir. İlk olarak, birbirleri arasındaki bağıl uçuculukların sıcaklıktan bağımsız sabit iki olduğu kabul edilen kimyasallar için yatışkın hal kolonu tasarımı yapılmıştır. Bu kolon, optimizasyon değişkenleri olan sıyırma rafı sayısı, reaktif raf sayısı ve operasyon basıncı kullanılarak optimize edilmiştir. Optimizasyonu yapılan kolon, toplam yıllık maliyet açısından minimum değere sahiptir ve temel tasarım olarak ele alınmıştır. Daha sonra, temel tasarıma farklı bağıl uçuculuğa sahip kimyasalların beslenmesi sonucu oluşacak etkiler incelenmiştir. Sonraki aşamada, bağıl uçuculukları sıcaklığa bağlı, sıcaklık artışıyla uçuculuları birbirine yaklaşan bu kimyasallar için optimum yatışkın hal kolon tasarımları elde edilmiştir. İkinci aşamada, yatışkın hal tasarımları yapılan kolonlar için üç farklı sıcaklığa dayalı dolaylı kontrol yapısı tasarlanmıştır. Tasarlanan kontrol yapılarındaki ayarlanan değişkenlerin kolon içerisindeki değişimlerine en hassas rafı seçmek amacıyla hassaslık analizi ve tekil değer ayrışması (SVD) yöntemi kullanılmıştır. Yapılan analizler sonucu her bir yatışkın hal tasarımı için kontrol edilecek raflar bulunmuştur. Daha sonra hassas raflardaki sıcaklığı kontrol edecek sıcaklık kontrol çevrimleri, otomatik ayar yöntemi (ATV) kullanılarak ayarlanmıştır. Prosesler farklı bozan etkenlere maruz bırakılarak, tasarlanan sıcaklığa dayalı dolaylı kontrol yapıların etkinlikleri incelenmiştir. Tasarlanan kontrol yapılarından sadece birinin her üç farklı bağıl uçuculuk durumu için de bozan etkenlere karşı etkili olduğu görülmüştür. Diğer yandan, kimyasalların bağıl uçuculuklarının, üç bileşenli Reaktif Distilasyon kolonlarının sıcaklığa bağlı dolaylı kontrolü üzerine etsinin olmadığı görülmüştür.

In this study, the effect of relative volatility of components to steady state designs and temperature based inferential control has been examined. First of all, a steady state column design was built for the chemicals which assumed having relative volatilities between the components constant at 2. This design has the minimum Total Annual Cost (TAC) and it was taken as a base case for the rest of the study. Afterwards, the impact of the feed of the chemicals having different relative volatilities, for the base case was examined. Next, optimum steady state designs have been obtained for the chemicals having temperature-dependent relative volatilities. In the second part of the study, temperature based inferential control structure with three different control scheme was designed for the steady state columns. Firstly, Singular Value Decomposition (SVD) method and sensitivity analysis were used to choose the most sensitive tray in column for the change of manipulated variable in designed control structures. After that, temperature loops were manipulated which will be controlling the sensitive trays, by the Relay Feedback Test (ATV) method. The performance of temperature based inferential control structures has been examined in the face of different disturbances. It is observed that only one control structure (CS3) effectively controls the systems for different relative volatility cases. On the other hand, no significant effect of the relative volatilities has been observed on the temperature based inferential control of the ternary RD columns.