Modelling, simulation and analysis of industrial crystallization processes

Kristalizasyon, kristal yapısına sahip çok sayıdaki maddenin satışa sunulmasından dolayı endüstride yaygın olarak kullanılan önemli bir işlemdir. Endüstride çok çeşitli tasarım ve işletme özelliklerine sahip kristalizatörler kullanılmaktadır. Uygun kristalizatörün seçimi ve kullanımı, proseste önemli bir rol oynamaktadır. Literatürde bu konudaki boşluğu doldurmak ve endüstriye yol gösterici olmak için, geniş bir tarama yapılmış, tüm kristalizatörlerin tasarım ve işletme özellikleri incelenmiş, parametreler çıkarılıp, etken parametreler göz önüne alınarak, proses gereksinimlerine göre, uygun kristalizatörün seçimi için bir tablo hazırlanmıştır. Bu tablonun, kristalizatörlere yabancı olan ve yoğun bilgi birikimi karşısında zor durumda kalınabilecek prosesler için uygun kristalizatör seçiminde yol gösterici olması hedeflenmektedir. Kristalizasyon işleminin doğası hem termodinamik hem de kinetik faktörlerce yönlendirildiğinden oldukça değişken olup kontrol edilmesi zordur. Bu çalışmada Mefenamik Asit’in kristalizasyonu ve kristalizasyon kinetikleri incelenmiştir. Kristalizasyon kinetik parametrelerinin tayini için Nüfus Denkliği Modeli kullanılmış ve çekirdeklenme ve büyümeyi ifade eden b, kb, g ve kg kinetik parametreleri tahmin edilmiştir. Mefenamik Asit’in kristalizasyon modeli MATLAB 7.0 paketi kullanılarak Momentler ve Çizgisel Nümerik Yöntemlerle çözülmüştür. Daha önceki çalışmada, Gökbel (2006), deneysel olarak elde edilen Mefenamik Asit’in aşırı doygunluk giderme eğrisi, çözelti derişimi model sonuçlarını doğrulamak için kullanılmıştır. Kinetik model, deneysel veriler ile benzeşim model sonuçları arasındaki hatanın minimizasyonu şeklinde optimize edilmektedir. Hem aşılanmış hem de aşılanmamış durumda, kırılma ve topaklanmanın ihmal edildiği ve değerlendirildiği durumlarda, Mefenamik Asit kristalizasyonu için elde edilen kinetik model, nümerik analiz yöntemleri ile adi diferansiyel denklem takımına indirgenmekte ve indirgenen model MATLAB paketinde yer alan çeşitli ODE çözüm algoritmaları ile çözülmektedir. Bu algoritmalar arasından stiff bir yaklaşım olan ode23s (Rosenbrock) seçilmiştir. Deneysel ve model derişim değerleri arasındaki hatayı minimize eden, optimum parametrelerin tayini FMINSEARCH (Nelder-Mead Yöntemi) optimizasyonu ile yapılmıştır. Mefenamik Asit’in tayin edilen kinetik hızları kullanılarak, istenilen kalitede kristal elde edilmesinde kullanılacak kristalizasyon biriminin tasarımı gerçekleştirilebilir ve kristalizasyon işlemi kontrol edilebilir