Proračun optimalnog temperaturnog profila hlađenja šaržnog kristalizatora

Autor: Sacher, Josip, Sejdić, Marko, Gavran, Matea, Bolf, Nenad, Ujević Andrijić, Željka
Jazyk: chorvatština
Rok vydání: 2023
Předmět:
Zdroj: Kemija u industriji : Časopis kemičara i kemijskih inženjera Hrvatske
Volume 72
Issue 7-8
ISSN: 1334-9090
0022-9830
Popis: Cilj rada bio je izraditi računalni program koji služi za proračun optimalnog temperaturnog profila hlađenja šaržnog kristalizatora. Kao modelni sustav za istraživanje procesa uzet je kalijev nitrat otopljen u vodi. Za izradu matematičkog modela procesa primijenjene su populacijske bilance, odnosno njihova momentna transformacija. Za dobivanje optimalnog temperaturnog profila primijenjena je diskretizacija temperaturnog profila uz globalni algoritam optimizacije. Za provođenje optimizacije primijenjen je genetički algoritam, dok je sustav običnih diferencijalnih jednadžbi rješavan metodom Runge-Kutta 4,5. Funkcija cilja bila je minimiziranje omjera trećeg momenta sekundarnom nukleacijom nastalih kristala i trećeg momenta kristala cjepiva na kraju procesa. U radu je najprije ispitan utjecaj uvjeta zaustavljanja genetičkog algoritma na vrijeme proračuna i vrijednost funkcije. Nakon što je određen optimalni uvjet zaustavljanja, ispitan je utjecaj broja točaka diskretizacije temperaturnog profila na iznos funkcije cilja i potrebno vrijeme proračuna. Ustanovljeno je da je optimalni uvjet za zaustavljanje proračuna kad petnaest članova generacije imaju funkcije cilja koje se ne razlikuju više od tolerancije. Ustanovljeno je da se optimalno rješenje dobiva podjelom temperaturnog profila na osam dijelova. Da bi se ispitala ponovljivost proračuna za optimalne uvjete, proračun je ponavljan devet puta. Optimalni temperaturni profil uspoređen je s linearnim hlađenjem istog trajanja. Rezultati simulacijskih eksperimenata ukazuju na znatno poboljšanje procesa primjenom optimalnog temperaturnog profila naspram linearnog.
The aim of this work was to create a computer program that can be used to calculate the optimal cooling temperature profile of the batch crystalliser. Potassium nitrate dissolved in water was used as a model system for process research. To create a mathematical model of the process, population balances were used, i.e., their moment transformation. To obtain the optimal temperature profile, a discretisation of the temperature profile was performed using a global optimisation algorithm. A genetic algorithm was used for the optimisation, while a system of ordinary differential equations was solved using the Runge-Kutta 4,5 method. The objective function was to minimise the ratio between the third moment of crystals produced by secondary nucleation, and the third moment of seed crystals at the end of the process. Firstly, the influence of the stopping conditions of the genetic algorithm on the computation time and the value of the objective function was tested. After the optimal stopping condition was determined, the influence of the number of discretisation points of the temperature profile on the value of the objective function and the required computation time was investigated. It was found that the optimal stopping condition was when fifteen members of a generation had objective function values that did not differ by more than the tolerance. It is shown that the optimal solution was achieved by dividing the temperature profile into eight parts. To check the repeatability of the calculation for optimal conditions, the calculation was repeated nine times. The optimal temperature profile was compared to a linear cooling of the same duration to determine the benefits of optimisation. The results of the simulation experiments indicate a significant improvement in the process when using the optimal temperature profile compared to the linear profile.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: