Determination of Optimum Purification Conditions of Laboratory Scale Packed Distillaion Column By Using Response Surface Method

Abstract

The objectives of this study were to evaluate statistically the effects of input variables of the laboratory scale packed distillation on the mole fraction of the top product. Binary methanol-water mixture was distilled in the column. A statistical experimental design based on 2³ full factorial central composite design method of The Response Surface Methodology (RSM) was planned. Reflux ratio (X₁), reboiler heat duty (X₂) and feed mole fraction (X₃) were selected as input variables. The parameters were designed at five levels (-2, -1, 0, 1 and 2). To determine the significance of the effect of the parameters, the analysis of variance (ANOVA) was investigated with 95% confidence limits. It was shown that reflux ratio and reboiler heat duty were the variables of highest significance for the top product mole fraction of the laboratory packed distillation column. The optimum operating conditions of the system were found as follows: reflux ratio, 4; reboiler heat duty, 1kW and feed mole fraction, 0.14. Under these conditions, the experimental mole fraction of the top product was close to the predicted value calculated from the polynomial response surface model equation.

Bu çalışmanın amacı, laboratuar ölçekli bir dolgulu damıtma kolonunun giriş değişkenlerinin üst ürün mol kesrine olan etkisini istatistiksel olarak belirlemektir. Kolonda metanol-su ikili karışımı damıtılmıştır. Cevap Yüzey Metodu (RSM)’nin 2³ tam faktöriyel merkezi karışık tasarım yöntemine dayalı bir istatistiksel deney tasarımı planlanmıştır. Giriş değişkenleri olarak geri akma oranı (X₁), kazan ısı yükü (X₂) ve besleme mol kesri (X₃) seçilmiştir. Parametreler beş seviyede (-2, -1, 0, 1 ve 2) tasarlanmıştır. Parametrelerin etkilerinin önemini belirlemek için %95 güven aralığında varyans analizi (ANOVA) uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlardan laboratuar ölçekli dolgulu damıtma kolonunun üst ürün mol kesri için en önemli giriş parametrelerin geri akma oranı ve kazan ısı yükü olduğu gösterilmiştir. Sistemin optimum koşulları geri akma oranı = 4; kazan ısı yükü = 1 kW ve besleme mol kesri = 0.14 olarak bulunmuştur. Bu koşullarda deneysel olarak elde edilen üst ürün mol kesri değeri cevap yüzey model eşitliğinden hesaplanan tahmini değere oldukça yakın olduğu görülmüştür.