Dynamic control of alternative bioethanol purification processes

Biyoetanol, biyokütleden biyokimyasal bir reaksiyonla genel olarak elde edilen alternatif bir yakıttır. Biyoetanol; temizleme, ekstraksiyon, işleme, sakarifikasyon, fermantasyon, damıtma ve dehidrasyon adımları ile üretilir. Etanol hammadde, katkı maddeleri ve çözücü olarak da kullanılabilir. Bu nedenle, biyokütleden elde edilen etanol geleceğin yakıtı olarak kabul edilmektedir. Avantajlarından en önemlisi çevre açısından yararlı olan, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilmesidir, bunun nedeni; benzinden daha düşük sera gazı emisyonlarını açığa çıkarmasıdır. Etanol aynı zamanda yüksek oktan sayısına, geniş yanıcılık sınırlarına ve benzinden daha yüksek buharlaşma ısıları vardır. Buna ek olarak, benzin katkı maddesi olarak kullanılabilir ve hatta doğrudan kullanılabilir. Tez iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, seçilen üç biyoetanol ayırma prosesi Aspen Plus'ta simüle edilmiştir. Proseslerin ilki ön yoğunlaştıncı kolon, ekstraktif kolon, solvent geri kazanım kolonu ve yoğunlaştırıcı kolonu içeren dört kolonlu bir prosestir. Birinci kolonda, fermentasyon suyundan % 85 etanol ve % 15 su içeren karışım elde edilirken, saf etanol üretmek için etilen glikol ikinci kolona gönderilir. İkinci kolonun distilatından susuz etanol elde edilirken, kolonun dip akımı çözücü geri kazanımı için bir sonraki kolona gönderilir. Solventin küçük bir miktarının, bu geri dönüşüm sırasında kaybını önlemek için telafi olarak makeup eklenir. Solvent geri kazanım kolonundan su ve azetropik karışım elde edilir. Buradaki azeotropik karışım ilk kolona geri gönderilir. Ikinci proses (CLR), üç kolondan oluşmaktadır: ön yoğunlaştıncı kolon, ekstraktif kolon, solvent geri kazanım kolonu. Dört kolonlu sistemden farkı bir kolon indirgenmesi bunu takiben üçüncü kolonun distilatının birinci kolona gönderilmesidir. Son proses SSVR denilen iki kolonlu prosestir. Burada ön derişiklendirme kolonu aynı çalışırken ekstraktif kolon buhar yan akımına sahiptir ve bu akımla birinci kolna dönüş yapar. Ektraktif kolonun distilatı saf etanol içerirken; dip akım solvent içerir ve sisteme geri beslenir. Aspen Dynamics'e gönderilmeden önce gerekli kolon boyutlandırılmaları yapılarak yapılar Aspen Dynamics'e gönderilir. Yeterli literatür araştırması sonucunda proseslere kontrol yapıları kurulmuştur. Yapılara ± %20 besleme akış ve %0.4 ve %0.6 mol besleme kompoziyonu distürbansı uygulanmaktadır ve veriler 10 saat boyunca toplanmaktadır. Elde edilen veriler sonucu MATLAB'te grafikler oluşturularak incelenmiştir. Sistemlerin distürbanslara karşı verdiği cevaplar çok düşük değişimlere sahiptir ve kısa zamanda yatışkın hale ulaşmıştır. Sonuç olarak her üç yapının da dinamik davranışlarının iyi olduğu gözlemlenmiştir.