Etanol üretilen kesikli bir biyoreaktörde modele dayalı optimum sıcaklık kontrolü

Abstract

w., ÖZET Kesikli bir biyoreaktörde gerçekleşen etanol fermentasyonunda optimum sıcaklık kontrolü yapılması amaçlandı. Bu amaç doğrultusunda, ekzotermik reaksiyon sonucu açığa çıkan ısının alınması için biyoreaktöre ceket eklenmesine ve sıcaklık artışının bu ceketteki soğutma suyunun debisi ayarlanarak etanol için optimum üreme sıcaklığı olan 12 °C'de sabit kalmasına çalışıldı. Literatürden alman matematiksel modeller kullanılarak, modele dayalı kontrol sistemlerinden biri olan IMC ile PID kontrol edicili klasik geri beslemeli kontrol sisteminin sıcaklık kontrolü için performansları gözlemlendi. Prosese verilen basamak etkisine karşı alınan tepki grafiği diğer bir değişle proses tepki eğrisi elde edilmiştir. Proses, birinci dereceden ölü zamanlı proses (FOPTD) olarak kabul edilmiş ve sistem parametreleri buna göre hesaplanmıştır. Sistem parametreleri, PID ve IMC kontrol edici parametrelerinin bulunmasında kullanılmıştır. Kapalı çevrim kontrol sistemlerinde, biyoreaktör içi sıcaklığı kontrolü yapılmış ve elde edilen veriler sonucunda her iki kontrol sistemininde etanol fermentasyonu sıcaklık kontrolü için uygun olduğu fakat IMC kontrol sisteminin hassasiyeti nedeniyle PID kontrol sistemine göre daha iyi performans gösterdiği saptanmıştır.

SUMMARY The optimum temperature control for ethanol fermentation in a batch bioreactor was aimed. In this regard, it was studied that the jacket was mounted to reactor to remove the heat generated by the exothermic reaction and by adjusting the flow rate of cooling water in this jacket, the increase in temperature has been tried to maintain at 12 °C which is the optimum temperature for the ethanol production. By utilizing the mathematical models adapted from the literature, the performance of two systems, classical feedback control system with PID controller and IMC which is one of the model-based control systems for temperature control have been observed. The response graph is obtained for the step change given to the process in other words process reaction curve is obtained. Process was assumed as a first order process with time delay (FOPTD) and system parameters have been calculated according to this assumption. These system parameters have been used to estimate the PID and IMC controller parameters. The temperature control in bioreactor by setting up closed-loop control systems has been performed and based on these data, it has been concluded that both control systems are suitable for temperature control in ethanol fermentation, but IMC system has showed better performance than PID control system due to its accuracy.