Aspen HYSYS paket programına değerlerin tanıtılması

Aspen HYSYS V9 kullanılarak yapılan çalıĢmalarda ilk olarak sistemin yatıĢkın koĢul benzetimi yapılmıĢtır. Benzetim çalıĢmaları için oluĢturulan proses akım diyagramı ġekil 4.1‟de görülmektedir.

ġekil 4.1 YatıĢkın koĢul proses akım diyagramı

Aspen HYSYS paket programına iĢletme koĢulları tanıtılmıĢtır. Öncelikler benzetimde yer alan bileĢenler seçilmiĢ (ġekil 4.2) ve daha sonrasında akıĢkan paketi (ġekil 4.3) NRTL olarak seçilmiĢtir. NRTL akıĢkan paketi denklikleri EK-1‟de verilmiĢtir.

ġekil 4.2 Benzetimde kullanılacak bileĢenlerin seçilmesi

30

ġekil 4.3 AkıĢkan paketinin seçilmesi

BileĢenler ve akıĢkan paketinin tanıtılmasından sonra benzetim programına reaksiyon tanıtılmıĢtır. GerçekleĢecek olan reaksiyon kinetik reaksiyondur. EĢitlik 4.8‟de verilen Arrhenius EĢitliği için kinetik veriler Ea=7900 kj/kmol ve A0=1,788*10¹² h^-1olarak sisteme tanıtılmıĢtır. Yapılan iĢlemler ġekil 4.4‟te verilmiĢtir.

(4.8)

ġekil 4.4 Reaksiyon bilgilerinin tanıtılması

31

Reaksiyon bilgileri benzetime tanıtıldıktan sonra akıĢkan paketine “Add to FP” ile tanıtılır (ġekil 4.5) ve sonrasında benzetim ortamına geçiĢ yapılır.

ġekil 4.5 Reaksiyonun akıĢkan paketine tanıtılması

Yapılan iĢlemlerden sonra proses akıĢ diyagramı çizilir ve bileĢen akımlarının bilgileri tanıtılır. Metanol (ġekil 4.6, ġekil 4.7) ve Triolein (ġekil 4.8, ġekil 4.9) için akım bilgilerinin tanıtılması aĢağıda sıralanmıĢtır.

32

ġekil 4.6 Metanol giriĢ akımı özellikleri

ġekil 4.7 Metanol giriĢ akımı bileĢen kesirleri

33

ġekil 4.8 Triolein giriĢ akımı özellikleri

ġekil 4.9 Triolein giriĢ akımı bileĢen kesirleri

34

GiriĢ akımlarının özellikleri ve bileĢen kesirleri sisteme tanıtıldıktan sonra kolon özellikleri tanıtılmıĢtır. Kolon kademe sayısı, bileĢenlerin giriĢ kademeleri (ġekil 4.10), damıtma kolonu sayısal çözüm metodu (ġekil 4.11) bilgileri girildikten sonra kolonda gerçekleĢecek olan reaksiyon aktif hale getirilerek reaksiyonun gerçekleĢtiği kademeler (ġekil 4.12) belirtilmiĢtir. Yapılan iĢlemler aĢağıda sıralanmıĢtır.

ġekil 4.10 Kolon kademe sayısı ve besleme kademelerinin belirlenmesi

ġekil 4.11 Tepkimeli damıtma kolonu sayısal metodunun seçilmesi

35

ġekil 4.12 Kolona reaksiyon setinin tanıtılması ve reaksiyonun gerçekleĢtiği kademelerin belirlenmesi

Daha sonra “Internals” sekmesinden kolon iç tasarımı yapılmıĢtır (ġekil 4.13). ASPEN HYSYS paket programında katalizör olarak CaO tanımlı olmadığı için reaksiyon bölgesinde “FLEXIPAC METAL 250X” ve sıyırma bölgesinde “MELLAPAC STANDARD 250X” kullanılmıĢtır (Çağatay ve Karacan, 2018).

36

ġekil 4.13 Kolon iç tasarımının yapılması

Yapılan bu iĢlemlerin ardından kolon spesifikasyonları belirlenir (ġekil 4.14) ve serbestlik derecesi (degrees of freedom) “0” olduktan sonra kolon “run” butonu ile çalıĢtırılır.

ġekil 4.14 Tepkimeli damıtma kolonu yatıĢkın koĢul benzetimine ait spesifikasyonlar

37 5. ARAġTIRMA BULGULARI

5.1 Aspen HYSYS ile Yapılan ÇalıĢmalar

5.1.1 YatıĢkın durum sonuçları

Tepkimeli damıtma kolonunda yapılan benzetim çalıĢmasına ait yatıĢkın koĢul sonuçları Çizelge 5.1 ve Çizelge 5.2‟de verilmiĢtir.

Çizelge 5.1 YatıĢkın durum için alt ve üst akım özellikleri

Özellik Üst Akım Alt Akım

Sıcaklık (⁰ C) 64,48 92,30

Basınç (kPa) 101,3 101,3

Molar AkıĢ Hızı (kmol/h) 5,434*10^-4 5,07*10^-3

Kütle AkıĢ Hızı (kg/h) 1,741*10^-2 0,8448

Molar Entalpi (kJ/kmol) -2,348*10⁵ -5,61*10⁵

Molar Entropi

(kJ/kmol⁰ C) 75,74 251,5

Isı AkıĢı (kJ/h) -127,6 -2610

Çizelge 5.2 YatıĢkın duruma ait üst ve alt ürün özellikleri

BileĢen Molar AkıĢ Hızı (kmol/h) Mol Kesri

Kolona ait yatıĢkın durumda kademelere karĢı sıcaklık ve mol kesri grafikleri sırasıyla ġekil 5.1 ve ġekil 5.2‟de verilmiĢtir.

38

ġekil 5.1 YatıĢkın koĢulda sıcaklık-kademe grafiği

ġekil 5.2 YatıĢkın koĢulda bileĢen mol kesri-kademe grafiği

39 5.1.2 Optimizasyon çalıĢmaları

Proses giriĢ değiĢkenlerinin (besleme akıĢ hızı, geri akma oranı ve kazan ısısı) optimum değerlerinin belirlenmesi amacıyla benzetim çalıĢmaları gerçekleĢtirilmiĢtir. Besleme akımlarından metanol için 6*10^-4 – 4,8*10^-3kmol/h, triolein için ise 1*10^-4 – 8*10^-4 kmol/h aralığında değerler verilerek M-Oleat (Biyodizel) mol kesri incelenmiĢtir.

Besleme akıĢ hızı değiĢimine karĢılık biyodizel mol kesri ġekil 5.3‟te verilmiĢtir.

Metanol akıĢ hızının 6*10^-4 ve triolein akıĢ hızının 1*10^-4 olduğu koĢulda biyodizel mol kesri 0,7019 olarak bulunmuĢtur.

ġekil 5.3 Besleme akıĢ hızlarının değiĢimi ile biyodizel mol kesri değiĢimi

Geri akma oranına 3 ile 10 arasında değerler verilerek biyodizel mol kesrindeki değiĢimler incelenmiĢtir. Geri akma oranı değiĢimine karĢılık biyodizel mol kesrine ait grafik ġekil 5.4‟te verilmiĢtir. Geri akma oranının 1 olduğu durumda biyodizel mol kesri 0,6003 olarak bulunmuĢtur.

40

ġekil 5.4 Geri akma oranındaki değiĢimin biyodizel mol kesrine olan etkisi

Kazana verilen ısı için yapılan optimizasyon çalıĢmaları sırasında kazan ısısına 0,015 kW ile 0,035 kW arasında değerler verilmiĢ ve biyodizel mol kesrine etkisi incelenmiĢtir. Bu denemelere ait grafik ġekil 5.5‟te verilmiĢtir. Kazana verilen ısının 0,035 kW olduğu koĢulda biyodizel mol kesri 0,5111 olarak bulunmuĢtur.

ġekil 5.5 Kazana verilen ısı ile biyodizel mol kesrinin değiĢimi

Elde edilen optimum koĢullar ile gerçekleĢtirilen çalıĢma sonucunda elde edilen kademelere karĢı sıcaklık ve mol kesri grafikleri sırasıyla ġekil 5.6 ve ġekil 5.7‟de verilmiĢtir.

41

ġekil 5.6 Optimum koĢullarda bileĢen mol kesri-kademe grafiği

ġekil 5.7 Optimum koĢullarda sıcaklık-kademe grafiği

42 5.1.3 Dinamik benzetim çalıĢmaları

YatıĢkın koĢul benzetimi yapıldıktan sonra Aspen HYSYS paket programında dinamik benzetim için çalıĢmalar gerçekleĢtirilmiĢtir. Bunun için öncelikle “dynamics” sekmesi üzerinden “dynamic asisstant” seçilir, sistemde çıkıĢ akımlarına vanalar ve kontrolü yapılacak olan kazan çevresine PID kontrolörü eklenir. “Dynamic Mode” seçilerek sistem dinamik duruma getirilir. Dinamik benzetim için düzenlenen proses akıĢ diyagramı ġekil 5.8‟de verilmiĢtir.

ġekil 5.8 Dinamik benzetim için düzenlenen proses akıĢ diyagramı

Yapılan düzenlemelerden sonra PID kontrolörünün bağlantı akımları belirlenerek (ġekil 5.9) iĢletim parametreleri sisteme tanıtılır (ġekil 5.10) ve vana parametreleri girilir (ġekil 5.11).

43

ġekil 5.9 PID kontrolörün bağlantılarının yapılması

ġekil 5.10 PID kontrolörü ayarlamalarının yapılması

44

ġekil 5.11 Kontrol vanası parametrelerinin tanıtılması

Yapılan bu iĢlemlerin ardından “Dynamics” sekmesinden “Integrator”a girilir ve kolonun çalıĢması için süre girilir. Verilen süre içerisinde “OP” değeri ilk olarak %100 açıklık olarak girilmiĢ ve kontrol vanasının bu durum için tepkisi gözlenmiĢtir. Daha sonra 130. saniyede “OP” değeri %85‟e düĢürülerek sistem cevabı gözlenmiĢtir. Tüm bu etkilere karĢı prosesin verdiği cevaplar izlenmiĢ ve kaydedilmiĢtir. Verilen etkiler sonucunda prosese ait biyodizel mol kesri grafiği ġekil 5.12‟de verilmiĢtir.

ġekil 5.12 Kazan ısısına etki verildiğinde biyodizel mol kesri değiĢimi

45 5.1.4 PID Parametrelerinin hesaplanması

 Kazan Isısı ÇalıĢmaları

PID parametrelerinin hesaplanması için öncelikle ġekil 5.13‟te verilen grafikte görüldüğü üzere reaksiyon eğrisi oluĢturulmuĢtur. Bu reaksiyon eğrisi kullanılarak prosesin birinci mertebe ölü zamanlı iletim fonksiyonu oluĢturulacaktır. ġekil 5.13‟te verilen grafikten de görüleceği gibi prosese verilen etki sonrası gerçekleĢen salınıma en yüksek nokta ile en düĢük noktalardan yatay doğrular çekilir. Bu doğrulardan eğime teğet olarak doğrular çizilir ve kesiĢimleri okunarak ölü zaman denklem değeri hesabı için gerekli veriler elde edilir. Elde edilen teğet eğiminden K değeri (EĢitlik 5.1), teğet çizgisinin değdiği ilk zaman noktasından θ değeri, son zaman noktası ile ilk zaman noktası arasındaki farktan ise değeri bulunmaktadır.

ġekil 5.13 Reaksiyon eğrisinin eğiminin gösterimi

⁄ (5.1)

46

(5.2)

(5.3)

(5.5)

Bu değerler kullanılarak iletim fonksiyonu elde edilir. Elde edilen iletim fonksiyonu ölü zamanlı bir fonksiyondur ve EĢitlik 5.7‟de verilmiĢtir. Ziegler-Nichols ayarlama yöntemine göre PID parametrelerinin elde edilebilmesi için 1. Mertebeden Pade YaklaĢımı‟na göre iletim fonksiyonu yeniden düzenlenmiĢtir.

(5.6)

MATLAB ortamında EĢitlik 5.8‟de verilen bu iletim fonksiyonu kullanılarak kontrol edicinin kazancı (Ku) ve salınım periyodu (Pu) aĢağıdaki eĢitliklerde görüldüğü gibi

Çizelge 5.3‟te alt akıma ait PID kontrol parametreleri verilmiĢtir.

47

Çizelge 5.3 Ziegler-Nichols ayarlama yöntemi ile elde edilen kazan ısısı vana açıklığı PID parametreleri

Ġletim Fonksiyonu PID Parametreleri

Kc τI (dk) τD (dk)

3,014 1,525 0,38

Elde edilen PID parametreleri sistemde tekrar yerine koyulmuĢ ve PID kontrol çalıĢmaları gerçekleĢtirilmiĢtir. Sisteme çeĢitli kazan ısısı vana açıklığı değerleri girilerek biyodizel mol kesri değiĢimleri izlenmiĢtir.

Yapılan çalıĢmalarda kazan ısısı vana açıklığı “OP” değeri ilk olarak %15 seçilmiĢtir ve daha sonra sisteme pozitif etki verilerek “OP” değeri %35‟e çıkarılmıĢtır. Verilen bu etkilere karĢı prosesin verdiği cevaplar izlenmiĢ ve kaydedilmiĢtir. Verilen basamak etkisi (OP) sonucunda prosese ait biyodizel mol kesri grafiği ġekil 5.14‟te verilmiĢtir.

Çizelge 5.4‟te ise alt akım bileĢen mol kesirleri görülmektedir.

ġekil 5.14 PID kontrol sistemi ile kazan ısısı vana açıklığına verilen pozitif etki-biyodizel mol kesrinin kontrolü

48

Çizelge 5.4 %15‟ten %35‟e pozitif etki verilmesi sonucunda alt akım mol kesri değerleri

BileĢen Mol Kesri

Triolein 0,0345

Metanol 0,1095

M-Oleat 0,5872

Gliserol 0,2688

Bir diğer kontrol çalıĢması sırasında kazan ısısı vana açıklığı öncelikle %100 seçilmiĢ ve negatif etki verilerek “OP” değeri %60‟a düĢürülmüĢ ve sistemin tepkisi gözlenmiĢtir. Verilen bu etkilere karĢı prosesin verdiği cevaplar izlenmiĢ ve kaydedilmiĢtir. Verilen basamak etkisi (OP) sonucunda prosese ait biyodizel mol kesri grafiği ġekil 5.15‟te verilmiĢtir. Çizelge 5.5‟te ise alt akım bileĢen mol kesirleri görülmektedir.

ġekil 5.15 PID kontrol sistemi ile kazan ısısı vana açıklığına verilen negatif etki-biyodizel mol kesrinin kontrolü

49

Çizelge 5.5 %100‟den %60‟a negatif etki verilmesi sonucunda alt akım mol kesri değerleri

BileĢen Mol Kesri

Triolein 0,032

Metanol 0,2232

M-Oleat 0,5009

Gliserol 0,2439

Bir diğer çalıĢmada kazan ısısı vana açıklığı “OP” değeri ilk olarak %100 seçilmiĢtir ve daha sonra sisteme negatif etki verilerek “OP” değeri %85‟e düĢürülmüĢtür. Verilen bu etkilere karĢı prosesin verdiği cevaplar izlenmiĢ ve kaydedilmiĢtir. Verilen basamak etkisi (OP) sonucunda prosese ait biyodizel mol kesri grafiği ġekil 5.16‟da verilmiĢtir.

Çizelge 5.6‟da ise alt akım bileĢen mol kesirleri görülmektedir.

ġekil 5.16 PID kontrol sistemi ile kazan ısısı vana açıklığına verilen negatif etki-biyodizel mol kesrinin kontrolü

50 Mutlak Değerinin Toplamı (IAE)” hesaplanarak kontrol edicinin performans değerleri elde edilmiĢtir. Yukarıda verilen üç durum için elde edilen değerler Çizelge 5.7‟de verilmiĢtir.

Çizelge 5.7 Kazan Isısı Vana Açıklığı PID Kontrol Edici Performans Değerleri

Durum ISE IAE

%15‟ten %35‟e Etki 7,92 60,21

%100‟den %60‟a Etki 0,87 12,77

%100‟den %85‟e Etki 12,32 0,51

 Geri Akma Oranı ÇalıĢmaları

PID parametrelerinin hesaplanması için öncelikle ġekil 5.17‟de verilen grafikte görüldüğü üzere reaksiyon eğrisi oluĢturulmuĢtur. Bu reaksiyon eğrisi kullanılarak prosesin birinci mertebe ölü zamanlı iletim fonksiyonu oluĢturulacaktır. ġekil 5.17‟de verilen grafikten de görüleceği gibi prosese verilen etki sonrası gerçekleĢen salınıma en yüksek nokta ile en düĢük noktalardan yatay doğrular çekilir. Bu doğrulardan eğime teğet olarak doğrular çizilir ve kesiĢimleri okunarak ölü zaman denklem değeri hesabı için gerekli veriler elde edilir. Elde edilen teğet eğiminden K değeri (EĢitlik 5.1), teğet çizgisinin değdiği ilk zaman noktasından θ değeri, son zaman noktası ile ilk zaman noktası arasındaki farktan ise değeri bulunmaktadır.

51

ġekil 5.17 Reaksiyon eğrisinin çizilmesi

⁄ (5.14)

(5.15)

(5.16)

(5.17)

Bu değerler kullanılarak iletim fonksiyonu elde edilir. Elde edilen iletim fonksiyonu ölü zamanlı bir fonksiyondur ve EĢitlik 5.18‟de verilmiĢtir. Ziegler-Nichols ayarlama yöntemine göre PID parametrelerinin elde edilebilmesi için 1. Mertebeden Pade YaklaĢımı‟na göre iletim fonksiyonu yeniden düzenlenmiĢtir.

(5.18)

“1. Mertebeden Pade YaklaĢımı” ile düzenlenen yeni iletim fonksiyonu EĢitlik 5.19‟da verilmiĢtir.

(5.19)

52

MATLAB ortamında EĢitlik 5.19‟de verilen bu iletim fonksiyonu kullanılarak kontrol edicinin kazancı (Ku) ve salınım periyodu (Pu) aĢağıdaki eĢitliklerde görüldüğü gibi

Çizelge 5.8‟de alt akıma ait PID kontrol parametreleri verilmiĢtir.

Çizelge 5.8 Ziegler-Nichols ayarlama yöntemi ile elde edilen geri akma hızı PID çalıĢmaları gerçekleĢtirilmiĢtir. Sisteme çeĢitli geri akma hızı değerleri girilerek biyodizel mol kesri değiĢimleri izlenmiĢtir.

Yapılan çalıĢmalarda geri akma hızı “OP” değeri ilk olarak %100 seçilmiĢtir ve daha sonra sisteme negatif etki verilerek “OP” değeri %50‟ye düĢürülmüĢtür. Verilen bu etkilere karĢı prosesin verdiği cevaplar izlenmiĢ ve kaydedilmiĢtir. Verilen basamak etkisi (OP) sonucunda prosese ait biyodizel mol kesri grafiği ġekil 5.18‟de verilmiĢtir.

Çizelge 5.9‟da ise alt akım bileĢen mol kesirleri görülmektedir.

53

ġekil 5.18 PID kontrol sistemi ile geri akma hızına verilen negatif etki-biyodizel mol kesrinin kontrolü

Çizelge 5.9 %100'den %50'ye negatif etki verilmesi sonucunda alt akım mol kesri değerleri

BileĢen Mol Kesri

Triolein 0,0481

Metanol 0,0036

M-Oleat 0,6824

Gliserol 0,2659

Bir diğer kontrol çalıĢması sırasında geri akma hızı öncelikle %0 seçilmiĢ ve pozitif etki verilerek “OP” değeri %25‟e çıkarılmıĢ ve sistemin tepkisi gözlenmiĢtir. Verilen bu etkilere karĢı prosesin verdiği cevaplar izlenmiĢ ve kaydedilmiĢtir. Verilen basamak etkisi (OP) sonucunda prosese ait biyodizel mol kesri grafiği ġekil 5.19‟da verilmiĢtir.

Çizelge 5.10‟da ise alt akım bileĢen mol kesirleri görülmektedir.

54

ġekil 5.19 PID kontrol sistemi ile geri akma hızına verilen pozitif etki-biyodizel mol kesrinin kontrolü

Çizelge 5.10 %0'dan %25'e pozitif etki verilmesi sonucunda alt akım mol kesri değerleri

BileĢen Mol Kesri

Triolein 0

Metanol 0,3691

M-Oleat 0,4732

Gliserol 0,1577

Yapılan bu kontrol çalıĢmalarının “Hatanın Kareleri Toplamı (ISE)” ve “Hatanın Mutlak Değerinin Toplamı (IAE)” hesaplanarak kontrol edicinin performans değerleri elde edilmiĢtir. Yukarıda verilen üç durum için elde edilen değerler Çizelge 5.11‟de verilmiĢtir

Çizelge 5.11 Geri akma hızı PID Kontrol Edici Performans Değerleri

Durum ISE IAE

%100‟den %50‟ye Etki 2,23 10,78

%0‟dan %25‟e Etki 0,134 1,213

55 6. SONUÇLAR VE YORUM

“Bitkisel Atık Yağlardan Biyodizel Üretiminin Yapıldığı Bir Tepkimeli Damıtma Kolonunun Aspen HYSYS ile Dinamik Benzetimi” konusunda yapılan tez çalıĢması sırasında, tepkimeli damıtma kolonunda biyodizel üretiminin benzetim çalıĢmaları Aspen HYSYS benzetim programı ile yapılmıĢtır. Teorik olarak yapılan bu çalıĢmada sistemin öncelikle yatıĢkın durum benzetimi yapılmıĢ ve daha sonra da dinamik benzetimi yapılarak proses iletim fonksiyonu oluĢturulmuĢ ve sistem kontrol parametreleri belirlenmiĢtir. Kontrol edici olarak PID kontrol edici kullanılarak geri beslemeli kontrol gerçekleĢtirilmiĢtir.

YatıĢkın durum çalıĢmaları gerçekleĢtirilirken sistem iĢletim parametreleri Aspen HYSYS paket programına girilmiĢ ve tepkimeli damıtma kolonunun tasarımı gerçekleĢtirilmiĢtir. Yapılan yatıĢkın koĢul çalıĢmaları sonrasında alt üründe biyodizel (M-Oleat) mol kesri 0,4762 olarak elde edilmiĢtir.

YatıĢkın durum çalıĢmaları ardından sistemin optimum koĢullarının belirlenmesi amacıyla çalıĢmalar gerçekleĢtirilmiĢtir. Besleme akıĢ hızları, kazan ısısı ve geri akma oranına verilen değerler ile biyodizel mol kesri değiĢimi gözlenmiĢtir. Bu çalıĢmalar sonucu elde edilen optimum koĢullar ile sistem çalıĢtırıldığında ise alt üründen alınan biyodizelin mol kesri 0,9998 olarak bulunmuĢtur.

Aspen HYSYS paket programı ile dinamik benzetim yapılırken yatıĢkın durumda kullanılan ilk iĢletim parametreleri ile devam edilmiĢtir. Dinamik durum benzetim çalıĢmaları sırasında ilk aĢamada ayar değiĢkeni olarak kazana verilen ısı seçilmiĢtir.

Kazan ısısı vana açıklığı ilk durumda %100 seçilmiĢtir ve sisteme 100. dakikada negatif basamak etkisi verilerek kazan ısısı vana açıklığı değeri %85‟e düĢürülmüĢtür. Verilen bu etkiye karĢı sistemin verdiği yanıt gözlenmiĢtir. Elde edilen veriler Excel ortamında grafiğe geçirilmiĢtir. Bu grafikte teğetler yardımı ile sistemin kazancı, zaman sabiti ve ölü zaman değerleri hesaplanmıĢtır. Hesaplanan değerler ile prosesin iletim fonksiyonuna ulaĢılmıĢtır. Prosesin iletim fonksiyonu birinci mertebeden ölü zamanlı bir fonksiyon olduğu için “Pade YaklaĢımı” ile iletim fonksiyonu düzenlenmiĢ ve

56

MATLAB ortamında kontrol edicinin kazancı (Ku) ve salınım periyodu (Pu) bulunmuĢtur. Bulunan bu değerler ile birlikte geri beslemeli PID kontrol sistemi parametreleri Ziegler Nichols yöntemi ile hesaplanmıĢtır. Hesaplamalar sonucunda Kc, τI ve τD sırasıyla 3,014, 1,525 ve 0,38 olarak bulunmuĢtur.

Kontrol çalıĢmaları sırasında dinamik çalıĢma sonucunda elde edilen PID kontrol parametreleri sisteme tanımlanmıĢ ve çalıĢmalar gerçekleĢtirilmiĢtir. Kazan ısısına pozitif ve negatif etkiler verilerek sistem yanıtları izlenmiĢ ve yorumlanmıĢtır. Ġlk olarak sistemde kazan açıklığı olarak %15 seçilmiĢ ve bir süre sonra bu açıklık %35‟e çıkarılarak sisteme pozitif etki verilmiĢtir. Bu etki sonucunda M-Oleat (Biyodizel) mol kesri 0,5872 olarak kaydedilmiĢtir. Ġkinci PID kontrol çalıĢmasında ise kazan ısısı vana açıklığı %100 olarak belirlenmiĢ ve bir süre sonra negatif basamak etkisi verilerek bu değer %60‟a düĢürülmüĢtür. Bu etki sonucunda ise M-Oleat mol kesri 0,5009 olarak kaydedilmiĢtir. Son olarak ise sistemde kazan ısısı vana açıklığı yine %100 seçilmiĢtir ve bir süre sonra negatif basamak etkisi verilerek %85‟e düĢürülmüĢtür. Bu etki sonucunda ise M-Oleat mol kesri 0,4514 olarak bulunmuĢtur.

Bir diğer kontrol çalıĢmasında ise ayar değiĢkeni olarak geri akma hızı seçilmiĢ ve yukarıda anlatılan iĢlemler bu aĢamada da gerçekleĢtirilmiĢtir. Öncelikle geri akma hızı OP değeri %100 olarak belirlenmiĢ ve daha sonra %50‟ye düĢürülerek sistemin verdiği yanıt gözlenmiĢtir. Buna göre reaksiyon eğrisi çizilmiĢ teğetler yardımı ile sistemin kazancı, zaman sabiti ve ölü zaman değerleri hesaplanmıĢtır. Hesaplanan değerler ile prosesin iletim fonksiyonuna ulaĢılmıĢtır. Prosesin iletim fonksiyonu birinci mertebeden ölü zamanlı bir fonksiyon olduğu için “Pade YaklaĢımı” ile iletim fonksiyonu düzenlenmiĢ ve MATLAB ortamında kontrol edicinin kazancı (Ku) ve salınım periyodu (Pu) bulunmuĢtur. Bulunan bu değerler ile birlikte geri beslemeli PID kontrol sistemi parametreleri Ziegler Nichols yöntemi ile hesaplanmıĢtır. Hesaplamalar sonucunda Kc, τI ve τD sırasıyla 1,322, 1,727 ve 0,432 olarak bulunmuĢtur.

Kontrol çalıĢmaları sırasında dinamik çalıĢma sonucunda elde edilen PID kontrol parametreleri sisteme tanımlanmıĢ ve çalıĢmalar gerçekleĢtirilmiĢtir. Geri akma hızına pozitif ve negatif etkiler verilerek sistem yanıtları izlenmiĢ ve yorumlanmıĢtır. Ġlk olarak sistemde geri akma hızı OP değeri olarak %100 seçilmiĢ ve bir süre sonra bu %50‟ye

57

düĢürülülerek sisteme negatif etki verilmiĢtir. Bu etki sonucunda M-Oleat (Biyodizel) mol kesri 0,6824 olarak kaydedilmiĢtir. Ġkinci PID kontrol çalıĢmasında ise geri akıĢ hızı %0 olarak belirlenmiĢ ve bir süre sonra potizif basamak etkisi verilerek bu değer

%25‟e çıkarılmıĢtır. Bu etki sonucunda ise M-Oleat mol kesri 0,4732 olarak bulunmuĢtur.

Kazan ısısı vana açıklığının yükselmesi ile birlikte sistemdeki kazan ısısı artmaktadır ve bunun sonucunda da M-Oleat mol kesrinin azaldığı görülmektedir. GerçekleĢen tepkime kinetik ve ekzotermik bir tepkimedir. Bu sebeple kazan ısısında artıĢ olması ile birlikte tepkimenin girenler yönüne kaymasına sebep olacaktır. Bunun sonucunda da giren bileĢenlerin ürünlere dönüĢümü azalmıĢ ve M-Oleat ürün mol kesri düĢmüĢtür.

Geri akma hızı OP değerinin %100‟den %50‟ye negatif etki verildiği durumda biyodizel mol kesri set noktasından uzaklaĢmıĢtır ancak OP değerine %0‟dan %25‟e pozitif etki verildiği durumda ise sistemin set noktasını yakaladığı görülmüĢtür. DüĢük geri akıĢ hızlarında sistemin daha kararlı çalıĢtığı görülmüĢtür.

PID “oransal-integral-türevsel denetleyici” kontrol yöntemi, endüstriyel sistemlerde yaygın kullanılan geri beslemeli kontrol yöntemidir. Bir PID kontrol edici sürekli olarak hata değerini, yani amaçlanan sistem ile mevcut sistem arasındaki farkı, hesaplamaktadır. Kontrol edici proses kontrol girdisini ayarlayarak hatayı en aza indirmeye çalıĢmaktadır. Sistemde gerçekleĢtirilen PID kontrol çalıĢmalarına ait veriler ile ISE ve IAE değerleri hesaplanmıĢ ve elde edilen sonuçların tatmin edici düzeyde olduğu görülmüĢtür. PID kontrol edici ile daha yüksek biyodizel mol kesirleri elde edilebilmiĢ ve kontrol sonuçlarının baĢarılı olduğu görülmüĢtür. Tepkimeli damıtma kolonunda biyodizel üretiminin kontrolünde PID kontrolün uygun olduğu sonucuna varılmıĢtır.

Gelecekte yapılabilecek çalıĢmalar aĢağıda sıralanmıĢtır.

1) Sistemin optimizasyonu sonucunda elde edilen optimum iĢletme koĢulları için de geri beslemeli kontrol çalıĢması gerçekleĢtirilebilir.

58

2) PID kontrol dıĢında MPC ve GPC gibi kontrol türleri de uygulanabilir ve kontrol edicilerin sonuçları karĢılaĢtırılabilir.

3) Aspen HYSYS dıĢında CHEMCAD gibi diğer paket programlarla da çalıĢmalar yapılarak iki farklı paket programın verdiği sonuçlar değerlendirilebilir.

4) Teorik olan bu çalıĢma deneysel olarak da gerçekleĢtirilerek teorik ve deneysel sonuçlar karĢılaĢtırılabilir.

59 KAYNAKLAR

Aboelazayem, O., Gadalla, M., Saha, B., 2017. Biodiesel production from waste cooking oil via supercritical methanol: Optimisation and reactor simulation,

Aboelazayem, O., Gadalla, M., Saha, B., 2017. Biodiesel production from waste cooking oil via supercritical methanol: Optimisation and reactor simulation,

Belgede ANKARA ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ (sayfa 41-0)