The simulation and optimization of multi-effect evaporation systems using metaheuristic hybrid algorithms

A computer program, capable of carrying out the mathematical modelling, simulation and optimization of multi-effect evaporation systems is developed in the scope of this thesis. C# programming language is used in the development of the computer program. A Levenberg-Marquardt based algorithm and the necessary modules to calculate various physical properties of the streams among the effects depending on the conditions that change at each iteration of the algorithm such as temperature and concentration is developed for the simulation. For optimization, a Particle Swarm Optimization (PSO) based algorithm is developed and hybridized with the developed Levenberg-Marquardt based algorithm. A computer program interface is developed in .NET plaform for the user to give inputs such as feed and/or product stream flowrate and concentration. This interface allows the user to give the optional number of effects and the operating pressure values. Concentrating the sodium hydroxide content in the wastewater of the mercerization process is selected as the sample case for simulation and optimization under different parameters and specifications and the results are compared.

Bu tezde, çok tesirli evaporasyon sistemlerinin simülasyonu ve optimizasyonunu gerçekleştirebilecek bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Geliştirilen programda C# programlama dili kullanılmıştır. Simülasyonda, matematik modelin çözümünde kullanılmak üzere Levenberg Marquardt tabanlı bir yöntem ve bu yöntemin gerçekleştirdiği her iterasyonda, tesirler arasındaki akımların değişen sıcaklık ve konsantrasyon değerlerine bağlı olarak entalpi, ısıl iletkenlik ve ısı kapasitesi gibi fiziksel özelliklerin değerlerini hesaplayabilecek bir modül geliştirilmiştir. Optimizasyonda ise Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) tabanlı bir yöntem geliştirilmiş ve bu yöntem simulasyon için geliştirilen Levenberg Marquardt tabanlı yöntemle hibritlenerek kullanılmıştır. Programın arayüzü, evaporasyon sisteminin giriş ve çıkış akım değerlerinin yanında tesir sayısı ve tesirlerin çalışma basınçları gibi değerler de opsiyonel olarak kullanıcı tarafından girilecek şekilde tasarlanmıştır. Örnek proses olarak merserize atık suyunda bulunan sodyum hidroksitin konsantre edilmesi işleminin farklı parametre ve işletme koşullarında simulasyonu ve optimizasyonu yapılmış ve sonuçlar kaşılaştırılmıştır.