Operator Training Simulator Using Plantwide Control for Biodiesel Production from Waste Cooking Oil

Shikchand Patle, Dipesh (2015) Operator Training Simulator Using Plantwide Control for Biodiesel Production from Waste Cooking Oil. ["eprint_fieldopt_thesis_type_phd" not defined] thesis, Universiti Sains Malaysia.

[img]
Preview
PDF - Submitted Version
Download (6MB) | Preview

Abstract

Kajian ini bertujuan untuk membangunkan simulator latihan operator (OTS) untuk mangkin homogen bagi proses dua langkah biodiesel yang kompleks. Latihan sambil bekerja selalunya memerlukan kos yang tinggi, berisiko dan tidak lengkap kerana beberapa situasi kecemasan mungkin tidak berlaku semasa sesi latihan. Biodiesel dilihat sebagai sumber bahan api alternative, Disebabkan ketersediaan yang terhad sumber tenaga yang tidak boleh diperbaharui dan juga kebimbangan terhadap alam sekitar. Walau bagaimanapun, kos pengeluaran yang tinggi bagi biodiesel menghadkan pengeluaran dan penggunaannya. Salah satu pilihan yang terbaik adalah dengan menggunakan sisa minyak masak (WCO) sebagai sumber bahan mentah bagi pengeluaran biodiesel yang kos efektif dan juga penggunaan WCO yang berkesan. Dalam kajian ini, sisa minyak sawit masak dianggap dengan 6% asid lemak bebas (FFA) sebagai bekalan simpanan. Dua proses pengeluaran biodiesel (kedua-duanya melibatkan pengesteran asid dan transesterifikasi alkali) telah dibandingkan untuk analisis ekonomi dan alam sekitar. Pertama, proses ini dalam simulator Aspen Plus. Selepas itu, kedua-dua proses dioptimumkan dengan mengambil kira keuntungan, tenaga haba dan bahan buangan organik sebagai objektif, dan menggunakan program berasaskan Excel pengoptimuman multi-objektif (EMOO) untuk pengisihan algoritma genetic elitis tidak dikuasai (NSGA-II). Proses 1 mempunyai tiga reaktor transesterifikasi yang menghasilkan sisa organik jauh lebih rendah (32%), memerlukan duti haba yang lebih rendah (39%) dan sedikit keuntungan (1.6%) berbanding Proses 2 yang hanya mempunyai satu reaktor transesterifikasi dan juga urutan pemisahan yang berbeza. Sistem kawalan loji lebar (PWC) yang berkesan adalah penting untuk operasi loji biodiesel yang selamat, lancar dan ekonomi. Oleh itu, sistem PWC yang sesuai telah dibangunkan untuk proses biodiesel yang menggunakan simulasi rangka kerja bersepadu dan heuristik (IFSH). Merit utama metodologi IFSH adalah keberkesanan penggunaan proses simulator yang baik dan heuristik dalam membangunkan sistem PWC dan kesederhanaan applikasinya. Akhir sekali, pelaksanaan sistem kawalan yang dibangunkan dinilai dari segi masa penetapan, sisihan daripada sasaran pengeluaran (DPT), dan jumlah variasi keseluruhan (TV) dalam pembolehubah yang dimanipulasi. Penilaian-penilaian prestasi dan keputusan simulasi dinamik menunjukkan bahawa sistem PWC yang dihasilkan adalah stabil, berkesan, dan teguh terhadap beberapa gangguan. Akhir sekali, OTS telah dibangunkan untuk penghasilan biodiesel daripada WCO. Oleh itu, latihan menggunakan OTS adalah penting. OTS telah dibangunkan untuk pengeluaran biodiesel dan telah diapplikasikan dengan beberapa keadaan proses yang tidak normal. Keadaan proses ini boleh dimuatkan dan digunakan pada bila-bila masa untuk melatih operator baru dan sedia ada. Kajian ini adalah yang pertama dibangunkan menggunakan struktur lengkap PWC dan OTS untuk mangkin yang homogeneous bagi dua langkah pengeluaran biodiesel daripada WCO. ________________________________________________________________________________________________________________________ This study aims at developing an operator training simulator (OTS) for the complex homogeneously catalyzed two-step biodiesel process. On-job training is often costly, risky and incomplete as some emergency situations may not arise during the training session. Therefore, training using an OTS is crucial. Pertaining to the limited availability of non-renewable energy sources and the environmental concerns, biodiesel is considered as a potential alternative fuel. However, the high production cost of biodiesel limits its manufacture and utilization. One attractive option is to use waste cooking oil (WCO) as the feedstock that enables cost effective biodiesel production and also facilitates effective WCO utilization. This study considers waste cooking palm oil with 6% free fatty acids (FFA) as feedstock. Two biodiesel production processes (both involving acid esterification and alkali transesterification) are compared for economic and environmental objectives. Firstly, these processes are simulated realistically in Aspen Plus simulator. Subsequently, both the processes are optimized considering profit, heat duty and organic waste as objectives, and using an Excel-based multi-objective optimization (EMOO) program for the elitist non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). Process 1 having three transesterification reactors produces significantly lower organic waste (by 32%), requires lower heat duty (by 39%) and slightly more profitable (by 1.6%) compared to Process 2 having a single transesterification reactor and also a different separation sequence. An effective plantwide control (PWC) system is crucial for the safe, smooth, and economical operation of a biodiesel plant. Hence, a suitable PWC system is developed for the biodiesel process using the integrated framework of simulation and heuristics (IFSH). The main merits of the IFSH methodology are effective use of rigorous process simulators and heuristics in developing a PWC system and simplicity of application. Later, the performance of the developed control system is assessed in terms of settling time, deviation from the production target (DPT), and overall total variation (TV) in manipulated variables. These performance assessments and the results of dynamic simulations showed that the developed PWC system is stable, effective, and robust in the presence of several disturbances. Finally, an OTS has been developed for the biodiesel production from WCO. The developed OTS for biodiesel production process has been investigated for several abnormal process conditions. These process scenarios can be loaded and utilized at any point in time to train the new and existing operators. This is the first study to develop a complete PWC structure and OTS for a homogeneously catalyzed two-step biodiesel production from WCO.

Item Type: Thesis (["eprint_fieldopt_thesis_type_phd" not defined])
Additional Information: full text is available at http://irplus.eng.usm.my:8080/ir_plus/institutionalPublicationPublicView.action?institutionalItemId=2032
Subjects: T Technology
T Technology > TP Chemical Technology > TP1-1185 Chemical technology
Divisions: Kampus Kejuruteraan (Engineering Campus) > Pusat Pengajian Kejuruteraan Kimia (School of Chemical Engineering) > Thesis
Depositing User: Mr Mohd Jasnizam Mohd Salleh
Date Deposited: 07 Jun 2018 09:51
Last Modified: 07 Jun 2018 09:51
URI: http://eprints.usm.my/id/eprint/40725

Actions (login required)

View Item View Item
Share