Dinamikus szimulátorok fejlesztése OTS rendszerek létrehozása céljából Szerző: Puskás János, vegyészmérnöki MSc. I. évfolyam Témavezető: Dr. Egedy Attila, tudományos munkatárs Munka
helyszíne:
PE-MK,
Vegyészmérnöki
és
Folyamatmérnöki
Intézet,
Folyamatmérnöki Intézeti Tanszék A folyamat szimulátorokat egyre nagyobb mértékben alkalmazzák a vegyiparban, valamint
számos
más
iparágakban.
Ezeknek
a
modell-bázisú
számítógépes
programoknak az elterjedése sokoldalú felhasználásuknak köszönhető; alkalmazhatóak egy technológia tervezése, analízise, optimalizálása, valamint fejlesztése. A vegyipari technológiák
irányítása
bonyolult
feladat,
melynek
elsajátításához
segítséget
nyújthatnak ezek a folyamat szimulátorok. Az operátor tréning szimulátorok (OTS) olyan szoftverek, melyek segítségével az operátorokat szimulációk során lehet betanítani, illetve felkészíteni a technológia irányítására, valamint a felmerülő problémák kezelésére. Ezen programok vezérlőfelülete hasonló az üzemben használttal, de ez a folyamat szimulátorral van összekötve a technológia helyett. Így az operátorok kellő tapasztalatra tehetnek szert, hogy az üzem biztonságosan és hatékonyan üzemeltethető legyen. Szakmai
munkám
során
egy
izopropil-alkoholt
előállító
üzem
dinamikus
szimulátorának megalkotása a célom, mely alkalmas OTS rendszerként történő alkalmazásra. A 2-propanol egy petrolkémiai alapanyagból előállított, széleskörűen alkalmazott tisztító- és oldószer. Korábbi munkám során a Honeywell UniSim Design programjának segítségével felépítettem egy fiktív üzemet, annak stacionárius szimulátorának megalkotásával, optimalizáltam a berendezéseket, valamint meghatároztam az üzem beruházási és működési költségeit. Jelen munkám során célom a dinamikus szimulátor megalkotása a reaktor rendszeréig, valamint vizsgálatok végzése azon. Kulcsszavak: izopropil-alkohol, technológia tervezés, OTS, stacioner szimulátor, dinamikus szimulátor
The design of molecules with the desired properties and the visualization of the molecular similarity Made by: Gyula Dörgő, M.Sc. Chemical Engineering, 1th semester Supervisor: Dr. János Abonyi Faculty: Department of Process Engineering, Institute of Chemical and Process Engineering, Faculty of Engineering, University of Pannonia The search for compounds having desired physical and chemical properties is an essential, yet complex problem in chemical, petrochemical and pharmaceutical industry. During the formulation of this optimization based design problem two separated tasks must be taken into consideration: the automated generation of feasible molecular structures and the estimation of macroscopic properties based on the resulted structures. For this structural characteristic based property prediction task numerous methods are available. However, the inverse problem, the design of a chemical compound having a set of desired properties from a given set of fragments is not so well studied; the existing techniques were developed for specific molecules and applications (e.g. for the design of drugs, proteins, or polymers etc.). Since in general design problems molecular structures having several and sometimes conflicting properties should be optimized, we proposed a methodology based on the modification of the multiobjective Nondominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II). The originally huge chemical search space is conveniently described by the Joback estimation method. The efficiency of the algorithm was enhanced by soft and hard structural constraints, which expedite the search for feasible molecules. These constraints are related to the number of available groups (fragments), the octet rule and the validity of the branches in the molecule. These constraints are also used to introduce special genetic operators which improve the individuals of the populations to ensure the estimation of properties is based on only reliable structures. The applicability of the proposed method is tested in several benchmark problems and the similarity of the resulted structures is also examined as the optimal structures in the view of properties are often similar molecules. Keywords: design of molecules, genetic algorithm, multiobjective optimization
Átmeneti tárolók működésének vizsgálata véletlen szimulációval Szerző: Tarcsay Bálint, Vegyészmérnök B.Sc, II. évfolyam Témavezető: Dr. Mihálykóné dr. Orbán Éva, egyetemi docens Munkavégzés helyszíne: PE-MIK, Matematika Tanszék Jelenlegi világunk számos területén találkozhatunk átmeneti tárolót tartalmazó rendszerekkel. Ezen rendszerek különböző megjelenési formái közé tartozhatnak az áruházak és azok raktárkészletei, bankok és a pénzkészletük vagy vegyipari üzemek és azok tartályai a bennük tárolt anyaggal. Szakmai munkám során a vegyipari rendszerek szemszögéből kívánom megközelíteni az átmeneti tárolók vizsgálatát. A vegyipari műveletek során fontos a tárolók működésének megértése, hiszen az azokban tárolt anyag túlcsordulása vagy kifogyása komoly környezeti és anyagi károkat okozhat a cégeknek. Ilyen probléma, például környezetvédelmi rendszerek esetén, ha a hasznos bomlási folyamatok leállítását eredményezné az anyagmennyiség egy adott szint alá csökkenése, s az újraindulás hosszas biológia folyamat eredményeként jöhetne csak létre. Másrészről túlcsordulás esetén a tárolóban lévő anyag esetlegesen mérgező, környezetszennyező, illetve egyéb káros hatása problémákat okozhat a környezetben akár életeket is veszélyeztetve. Munkám során MATLAB programcsomag segítségével kívánok véletlen szimulációs modellt alkotni egy vegyipari műveleti egységben lezajló folyamatra, amelynek során véletlen, exponenciális eloszlású időpillanatokban zajló anyagbetöltések és anyagletöltések, valamint állandó intenzitású anyagfeldolgozás eredményeként alakul ki a tartályban levő anyag mennyisége. A modell használatával fel lehet vázolni egy idő-anyagmennyiség függvényt a tartályban lévő kezdeti anyagmennyiség, be- és letöltött anyagmennyiségek és időpontok eloszlásának ismeretében. Vizsgálom az anyagelfogyás valószínűségét, az elfogyás idejének a várható értékét, egy adott szint elérésének valószínűségét és várható idejét Monte-Carlo szimulációval. A vizsgálatok eredményeként adott megbízhatósághoz lehet méretezni az átmeneti tartályt, illetve a szükséges kezdő anyagmennyiséget lehet meghatározni. Kulcsszavak:
átmeneti
anyagmennyiség függvény
tárolók,
Monte-Carlo
szimuláció,
megbízhatóság,
idő-
Füstgázból való szén-dioxid kinyerésére alkalmas technológia szimulációja Szerző: Benkő Bence (vegyészmérnöki B.Sc, III. évfolyam) Témavezető: Dr. Varga Tamás, egyetemi adjunktus Munka helyszíne: PE-MK, Vegyészmérnöki és Folyamatmérnöki Intézet, Folyamatmérnöki Intézeti Tanszék A szén-dioxid kibocsátás még ma is jelentős költséget jelent a vegyipari vállalatoknak. Így amennyiben a tüzelőanyagként felhasznált földgázból, vagy az itt, égés során keletkezett füstgázból a szén-dioxid megfelelő tisztasággal és költségek mellett kinyerhető, a kapott szén-dioxid már széles körben felhasználható értékes komponensek pl. szintézisgáz előállítására. Olyan technológia stacioner szimulátorát készítettem el, amelyben kémiai reakcióval kísért abszorpcióval valósítják meg a szén-dioxid kinyerést egy ipari kazán füstgázából. A technológia két fő egységből áll, egy abszorberből és egy deszorberből, melyeknek a főbb méreteit és üzemeltetési paramétereit a munkám során optimalizáltam. Piperazint különböző koncentrációban tartalmazó oldószereket alkalmazva vizsgáltam a kémiai reakcióval kísért abszorpción alapuló technológia energiaigényét. Végül javaslatot tettem a vizsgált füstgázból való szén-dioxid kinyerés megvalósítására. Kulcsszavak: szén-dioxid kinyerés, piperazin, abszorpció, energiaigény, stacioner szimuláció, érzékenységvizsgálat
Applicability improvement of multi-objective evolutionary optimization Author: Tamás Torgyik, Chemical Engineering B.Sc. V. year Supervisor: dr. János Abonyi, professor Work place: UP-FE, Department of Process Engineering In engineering practice optimization problems frequently contain many objectives. The increment of the number of the objectives causes the decrement in the efficiency of problem solving. Reducing the number of the objectives is a possible means to simplify the problem. The aim of this study is to develop a methodology that supports the decision making in dimensionality reduction via evaluating the correlations between the objectives. Conflicts or correlations between the objectives can be revealed based scatterplot-like visualization of the solutions and combined with calculation of correlation matrices. The strongly correlating objectives can be merged to reduce the optimization problem. The effects of the decrement in the number of objectives to the similarity of the solutions are studied. Metrics obtained from literatures are used to compare the solutions and a new metric is introduced. The concept is presented through the optimization of batch beer fermentations where the temperature trajectory is optimized according to seven objectives. The results show that the proposed concept can improve the applicability of evolutionary optimization. Keywords: multi-objective optimization, dimensionality reduction, beer fermentation
Állandó mágneses szinkron motor végeselemes modellezése és szimulációja Szerzők: Polónyi István (Mechatronikai mérnöki alapszak, II. évfolyam) Tokai Attila (Mechatronikai mérnöki alapszak, II. évfolyam) Témavezető: Szalay István, PhD hallgató Munka helyszíne: PE-MK, Gépészmérnöki Intézet, Járműmechatronika Intézeti Tanszék A gyártásautomatizálástól kezdve a robotikán át a villamos autókig robosztus, nagy hatásfokú, változtatható sebességű villamos hajtásokra van szükség. A modern hajtásokban előszeretettel alkalmazzák az állandó mágneses szinkron motorokat. A gépek modellezésében és új gépek tervezésében új távlatokat nyit a végeselemes módszer alkalmazása. A modern elektromágneses végeselemes szimulációs szoftverek segítségével megtakaríthatóak a prototípusgyártás költségei és olyan gépjellemzők is meghatározhatóak, melyek mérése technikai akadályokba ütközik. A szakmai munkánk során megismerkedtünk a váltakozó áramú gépek hagyományos szabályozáselméletével és végeselemes modellezésével, az ANSYS Maxwell szimulátor szoftver használatával. A témához kapcsolódó szakirodalom áttekintése után célunk az ANSYS Maxwell használatának elsajátítása, a geometriai modellezés, az anyagmodellezés, valamint a stacioner és tranziens szimulációk futtatásának megismerése volt. Kutatási célunk az így megszerzett tudás segítségével létrehozni a 2004-es Toyota Prius állandó mágneses szinkron motorjának véges elemes modelljét Maxwellben.
Magnetostatikus és tranziens
szimulációk futtatása és az eredmények megfelelő kiértékelésével sikerült a motor főbb paramétereinek rotor-pozíciófüggését meghatározni. Kulcsszavak: elektromágneses végeselemes szimuláció, állandó mágneses szinkron motor
