TARTIŞMA VE SONUÇ

Birinci basamak artı ölü zaman (FOPDT) yaklaşık modelleri türetilerek, bu iletim işlevlerine yaslanan Cohen-Coon ya da IMC ayarlı PID ve PI denetleçler benzetim yolu ile sınanmıştır. Bu arada, fark eğrisine dayalı yaklaşık modellerde kazancın görece düşüklüğünün doğal olarak denetleç kazancını arttırdığı açıktır.

Anlatılan fark eğrisinin tırmanma bölgesinde birinci basamak tepkiyi andırması, sıcaklık denetiminde basit bir oransal denetlecin işi göreceğini düşündürmüş; K

FB

=14 ile yapılan denemeler bunu bir kez daha doğrulamıştır.

Dinamik matrisli denetim çalışmaları ise; modelin U113-U103 fark eğrisine dayalıdır.

OL2 deneyindeki tırmanma bölgesi yaklaşık otuzuncu dakikada bittiğinden örnek arası TS=150s, model ufku ise NT=12 alınmıştır. Ayarlar sınırlanmadığında (F2=0), sıcaklıktaki sapma 4 K altında tutulabilmiş; sınır koymaya kalkışıldığında, F2=10 değerinin denetimi etkisizleştirip sapmayı arttırdığı gözlenmiştir.

Denetimin amacı, izotermal işletimdir. Bu çalışma; dinamik matrisli ya da geribeslemeli bir denetleçle izotermal kesikli polimerleşmenin kolayca gerçekleştirilebileceğini, ancak sıcaklık 90°C dolayında tutulduğunda monomer dönüşümünün düşük olacağını göstermiştir.

Ünal modeli ve Karagöz’ün yapmış olduğu deneysel çalışma molekül ağırlığı dağılımına eğilmemiştir. Tutarlı ürün niteliği ve kısa işletim süresi polimerleşmede önemlidir. Çalışma tepkime sıcaklığı denetimi ve başlatıcı derişimi üzerinde yoğunlaşmıştır.

Özetle;

1) Eski modeli Matlab’a uyarlayıp önceki tüm yanıtımları doğrulamakla başlayan şimdiki çalışma, bir üst yazılım olan Simulink ortamına geçip bir kez daha doğrulama yaptıktan sonra bir de S-işlevi kutusu kullanmayı başarmıştır.

2) Sıcaklık başlangıçtaki 363.15 K değerinde başarı ile tutulabilmiştir. Örneksel denetleçler sıcaklık denetiminde başarılı çıkmıştır. Ancak bunun bedeli, monomer dönüşümünün açıkçevrim yanıtımındakinin altına düşmesi olmuştur.

3) Kullanılan modelin tutarlı ve sonuçlarının deneysel sonuçlara çok yakın olmasına

karşın eksiği molekül ağırlığı dağılımını içermemesidir.

4) Benzetim modeli ve yazılım dizgesi, genişlemeye, ileri DMC yöntemlerini ve birden çok S-işlevi kullanımını denemeye açıktır.

Benzetim modeline molekül ağırlığı ile ilgili denklemler eklenerek sürecin, çok girdi- çok çıktı (MIMO) denetimine dönük olarak geliştirilmesi ve ileri DMC yöntemlerinin ve birden çok S-işlevi kullanımının denenmesi ilerisi için önerilebilir.

 

                                       

   

KAYNAKLAR

Alvarez, J., Suarez, R., and Sanchez, A. 1990. Nonlinear decoupling control of free- radical polymerization continuous stirred tank reactors. Chemical

Engineering Science, 45(11), 3341–3357

Arzamendi, G., and Asua, J. M. 1989. Monomer addition policies for copolymer composition control in semicontinuous emulsion polymerization. Journal of Applied Polymer Science, 38, 2019–2036.

Bequette, B.W. 1981. Nonlinear Control of Chemical Process: A Review. Ind. Eng.

Chem. Res. 30, 1391-1413.

Brooks, B.W. 1981. Dynamic Behaviour of a Continuous-Flow Polymerization Reactor.

Chem Eng. Sci. 36, 589-593.

Chen, S., and Jeng, W.F. 1978. Minimum end time policies for batchwise radical chain polymerization. Chemical Engineering Science, 33, 735–743

Chen, S.A., and Huang, N.W. 1981. Minimum end time policies for batchwise radical chain polymerization-III. The initiator addition policies. Chemical Engineering Science, 36, 1295–1305.

Chylla,R.W.,and Haase, D. R. 1993. Temperature control of semibatch polymerization reactors. Computers and Chemical Engineering, 17(3), 257–264.

Curteanu, S. 2003. Modelling and Simulation of Methyl Methacrylate Free Radical polymerisation with Intermadiate Addition of Initiator and Step Change of temperature. Material Plastice. 40, 102-103.

Defaye, G.N., Reigner, N., Chabanon, J., Caralp, L., and Vidal, C.1993. Adaptive- predictive temperature control of semibatch reactors.Chemical Engineering Science, 48(19), 3373–3382.

Dimitratos, J., Georgakis, C., El-Aasser, M. S., and Klein, A. 1991. An experimental study of adaptive Kalman 7ltering in emulsion copolymerization. Chemical Engineering Science, 46 (12), 3203–3218.

Debling, J. A., Han, G. C., Kuijpers, F., BerBurg, J., and Ray, W. H. 1994. Dynamic modeling of product grade transitions for olefin polymerization processes.

A.I.Ch.E. Journal, 40(3), 506–520

.

Dittmar, R., Ogonowski, Z., and Damert, K. 1991. Predictive control of a nonlinear open-loop unstable polymerization reactor. Chemical Engineering Science, 46(10), 2679–2689.

Eaton,J.W.and Rawlings, J.B. 1992. Model Predictive Control of Chemical Processes. Chem. Eng. Sci. 47(4): 705-720.

Eliçabe, G. E., Ozdeger, E., and Georgakis, C. 1995. On-line estimation of reaction rates in semicontinuous reactors. Industrial Engineering and Chemical Research, 34, 1219–1227.

Ellis, M. F., Taylor, T. W., and Jensen, K. 1994. On-line molecular weight distribution

estimation and control in batch polymerization. A.I.Ch.E. Journal, 40(3),

445–462.

Farber, J. N., and Laurence, R. L. 1986. Optimization of continuous polymerization reactors: Start-up and change of specification. Macromolecular Chemistry, 2, 193–207.

Gattu, G. and Zafiriou, E. 1992. Nonlinear Quadratic Dynamic Matrix Control with State Estimation. Ind. Eng. Chem. Res. 31, 1096-1104.

Georgiou, A., Georgakis, C. and Luyben, W.L. 1988. Nonlinear Dynamic Matrix Control for High-Purity Distillation Columns. AIChe J.34(8):1287.

Gentric, C., Pla, F., and Corriou, J. P. 1997. Nonlinear geometric control of a batch emulsion polymerization reactor. In Proceedings of the first European Congress on Chemical Engineering (pp. 123–126), Florence, Italy.

Gobin, F., Zullo, L. C., and Clavet, J. P. (1994). Model predictive control of an open-loop unstable train of polymerization reactors. Computers and Chemical Engineering, 18, S525–S528.

Houston, W. E., and Schork, F. J. 1987. Adaptive predictive control of a semibatch polymerization reactor. Polymer Process Engineering, 5(2), 119–144.

Inglis, M. P., Cluett, W. R., and Penlidis, A. 1991. Long range predictive control of a polymerization reactor. Canadian Journal of Chemical Engineering, 69, 120–

129.

Karaduman, A. 1992. Kesikli Stiren Polimerizasyon Reaktörünün Model Öngörmeli Sıcaklık Kontrolü. Y.L. Tezi. , A.Ü. Fen Bil. Ens. Ankara.

Karagöz, A.R. 1991. Stirenin Polimerizasyonunun Oluştuğu Kesikli Bir Reaktörün Çevrimiçi Bilgisayar ile PID Kontrolü. Y.L. Tezi. , A.Ü. Fen Bil. Ens. Ankara.

Kim, K.J., Liang, W. and Chaoi, K.Y. 1989. Bulk Free Radical Polymerization of Styrene with Unsymmetrical Bifunctional Initiators. Ind. Eng. Chem. Res. 28, 131-138

Kim, K. J., and Choi, K. Y. 1991. On-line estimation and control of a CSTR polymerization reactor. Journal of Process Control, 1, 96–110

.

Kiparissides, C., and Shah, S. L. 1983. Self-tuning and stable adaptive control of a batch polymerization reactor. Automatica, 19(3), 225–235.

Koçak, M.Ç. 2004. KM338 Dinamik Benzetime Giriş Ders Notları, Ankara Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü.

Koçak, M.Ç. 2009. Use of Simulink’s Non-Linear S-function to Simulate Feedback Temperature Conrol of a Heterogeneous Batch Reactor. Chemical Product and Process Modeling, Vol 4. http://www.bepress.com/cppm/vol4/iss4/15 Kravaris, C., and Soroush, M. 1990. Synthesis of multivariable nonlinear controllers by

input/output linearization. A.I.Ch.E. Journal, 36(2), 249–264.

Louie, B. M., and Soong, D. D. 1985a. Optimization batch polymerization processes, narrowing the MWD. i. Model simulation. Journal of Applied Polymer Science, 30, 3707–3749.

Louie, B. M., and Soong, D. D. 1985b. Optimization batch polymerization processes, narrowing the MWD. ii. Experimental study. Journal ofApplied Polymer Science, 30, 3825–3840.

Luyben, W.L. 1990. Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers.

McGraw-Hill International Edition. Second Ed., Singapore.

McAuley, K. B., and MacGregor, J. F. 1991. On-line inference of polymer properties in an industrial polyethylene reactor. A.I.Ch.E. Journal, 37(6), 825–835.

McAuley, K. B., and MacGregor, J. F. 1992. Optimal grade transitions in a gas phase

polethylene reactor. A.I.Ch.E. Journal, 38(10), 1564– 1576.

McAuley, K. B., and MacGregor, J. F. 1993. Nonlinear product property control in industrial gas-phase polyethylene reactors. A.I.Ch.E. Journal, 39(5), 855–

866.

Maschio, G., Bello, T., and Scali, C. 1994. Optimal operation strategies to control molecular weight distribution of polymer products. Chemical Engineering Science, 47(24), 5071–5086.

Moritz, H.U. 1989. Polymer reaction engineering (chapter Polymerization calorimetry:

A powerful tool for reactor control). 248–266. New York: VCH.

Mutha, R. K., Cluett, W. R., and Penlidis, A. 1997. A new multirate-measurement based estimator: Emulsion copolymerization batch reactor case study. Industrial Engineering and Chemical Research, 36(4), 1036–1047.

Neogi, D., and Schlags, C. E. 1997. Application of multivariate statistical techniques for monitoring emulsion batch processes. Proceedings of the 1997 American

Control Conference, pp. 1177–1181. Albuquerque, NM.

Ni, H., Debelak, K., and Hunkeler, D. 1997. Temperature control of highly exothermic batch polymerization reactors. Journal of Applied Polymer Science, 63, 761–

772.

Nomikos, P., and MacGregor, J. F. 1994. Monitoring batch processes using multiway principal component analysis. A.I.Ch.E. Journal, 40(8), 1361–1375.

Ogunnaike, B. A. 1994. On-line modeling and predictive control of an industrial terpolymerizationreactor. International Journal of Control, 59(3), 711–729.

Ohshima, M., Hashimoto, I., Ohno, H., Takeda, M., Yoneyama, T., and Gotoh, F. 1994.

Multirate multivariable model predictive control and its application to a polymerization reactor. International Journal of Control, 59(3), 731–742.

Padwardhan, A., Wright, G.T. and Edgar, T.F. 1992. Nonlinear Model-Predictive Control of Distributed-Parameter Systems. Chem. Eng. Sci. 47(4): 721-735.

Peterson, T., Hernandez, E., Arkun, Y., and Schork, F. J. 1992. A nonlinear DMC algorithm and its application to a semibatch polymerization reactor. Chemical Engineering Science, 47(4), 737–753.

Ponnuswamy, S. R., Shah, S. L., and Kiparissides, C. 1986.Computer optimal control of batch polymerization reactors. Industrial Engineering and Chemical Research, 26, 2229–2236.

Pişkin, E. 1987. Polimer Teknolojisine Giriş. Hacettepe Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü. Ankara.

Rani, K.Y. and Gangiah, K. 1991. Nonlinear Dynamic Matrix Control of an Open-Loop Unstable Process width Least-Squares Minimization for Constraints. Chem.

Eng. Sci. 46(5/6): 1520-1525.

Richards, J.R. , Congalidis, J.P. 2006. Measurement and Control of Polymerization Reactors. Computers & Chemical Engineering. 30, 1447-1463.

Ricker, N.L. 1980. Model Predictive Control with State Estimation. Ind. Eng. Chem.

Res. 29, 374-382.

Scali, C., Carib, R., Bello, T., and Maschio, G.1995. Optimal temperature control of the product quality in batch polymerization: Simulation and experimental results.

Journal of Applied Polymer Science, 55, 945–959.

Seborg, D.E. , Edgar, T.F. and Mellichamp, D.A.1989. Process Dynmics and

Control.Wiley Series in Chemical Engineering, New York.

Secchi, A., Lima, E. L., and Pinto, J. C. 1990. Constrained optimal batch polymerization reactor control. Polymer Engineering and Science, 30 (19), 1209–1219.

Semino, D., Manning, N., and Brambilla, A. 1995. Control of continuous solution polymerization through neural network models. DECHEMA Monographs, vol.

131, pp. 693–703.

Soroush, M., and Kravaris, C. 1992. Nonlinear control of a batch polymerization reactor: An experimental study. A.I.Ch.E. Journal, 38(9), 1429–1448.

Soroush, M., and Kravaris, C. 1993. Optimal design and operation of batch reactors: 2.

A case study. Industrial Engineering and Chemical Research, 32, 882–893.

Takamatsu, T. Shiaya, S. and Okada, Y. 1988. Molecular Weight Distribution Control in a Batch Polymerization Reactor. Ind. Eng. Chem. Res. 27, 93-99.

Thomas, I. M., and Kiparissides, C. 1984a. Computation of the near-optimal temperature and initiator policies for a batch polymerization reactor system.

Canadian Journal of Chemical Engineering, 62, 284–1291.

Thomas, I. M., and Kiparissides, C. 1984b. Sensitivity analysis of a batch polymerization reactor. Journal of Applied Polymer Science, 29, 2195–2204.

Wang, Z. L., Pla, F., and Corriou, J. P. 1995. Nonlinear adaptive control of batch styrene polymerization. Chemical Engineering Science, 50(13), 2081–2091.

Wu, G. Z. A., Denton, L. A., and Laurence, R. L. 1982. Batch polymerization of styrene. Optimal temperature histories. Polymer Engineering and Science, 22(1), 1–10.

Yabuki, Y., and MacGregor, J. F. 1997. Product quality control in semibatch reactors using midcourse correction policies. Industrial Engineering and Chemical Research, 36(4), 1268–1275.

Zhang, J., Morris, A. J., Martin, E. B., and Kiparissides, C. 1997.Estimation of impurity

and fouling in batch polymerization reactors using stacked neural networks. In

Proceedings of the American control conference, Albuquerque.

EKLER

EK 1 Yazılım

Belgede ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ KESİKLİ BİR POLİMERLEŞME TEPKİME KABININ SICAKLIK DENETİMİ Ateş ERŞAN KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 2010 Her hakkı saklıdır (sayfa 58-65)