Absorpsiyon Kolonu Etrafında Enerji Denkliği (12)
(9)
(8)
(11)
8.akım için(tümü gaz)[c] T=260°C,Tk=533 K,Tref=298 K,Tort=533+298/2=415,5 K CpN2=31,150- 1,357.10-2.415,5+26,796.10-5.415,52 -1,168.10-8.415,53=70,935 J/molK CpO2=28,106- 3,68.10-6.415,5+17,459.10-6.415,52-4,065.10-8.415,53=27,771 J/molK CpH2O=32,243+19,238.10-4.415,5 - 2,184.10-6.415,52 – 3,596.10-9.415,53=32,407 J/molK CpCO2=19,795+73,436.10-2.415,5 - 5,602.10-5.415,52+17,153.10-9.415,53=41,867 J/molK CpBz=33,917+47,436.10-2.415,5 - 3,017.10-4.415,52+71,301.10-9.415,53=116,209 J/molK Cpkinon=0,6487.10-5+2,1227.10-5.415,5+1,349.10-3.415,52+1,514.10-9.415,53=131,894 J/molK CpMAN=-13,75+34,847.10-2.415,5 – 2,184.10-4.415,52 + 48,399.10-9.415,53=96,807 J/molK 9.Akım için(sıvı)[b] T=200°C TkK,Tort=473+298/2=385,5 K CpDBF=4,6179 – 6,1604.10-3.385,5+2,2101.10-5.385,52=6,321 J/molK 11.Akım için T=194 °C Tk=467 K,Tort=382,5 K CpMAN(s)=9,3670 +1,8890.10-2.382,5=16,592 J/molK[b] CpDBF=4,6179 – 6,1604.10-3.382,5+2,2101.10-5.382,52=5,495 J/molK Cpkinon(s)=8,76 +3,678.10-2.382,5=22,828 J/molK[b] CpMA=8,900 + 3,4670.10-2.382,5=22,161 J/molK 12.Akım için T=84 °C Tk=357 K,Tort=327,5 K CpN2=31,150- 1,357.10-2.327,5+26,796.10-5.327,52 -1,168.10-8.327,53=55,036 J/molK CpO2=28,106- 3,68.10-6.327,5+17,459.10-6.327,52-4,065.10-8.327,53=28,549 J/molK CpH2O=32,243+19,238.10-4.327,5 - 2,184.10-6.327,52 – 3,596.10-9.327,53=32,512 J/molK CpCO2=19,795+73,436.10-2.327,5 - 5,602.10-5.327,52+17,153.10-9.327,53=38,439 J/molK CpBz=33,917+47,436.10-2.327,5 - 3,017.10-4.327,52+71,301.10-9.327,53=91,581 J/molK
CpDBF=4,6179 – 6,1604.10-3.327,5+2,2101.10-5.327,52=4,971 J/molK Giren enerji=8.+9.+Çözünme entalpisi(MAN’ın H2O içinde Çözünmesi) 8.=N2+O2+H2O+Bz+Kinon+MAN 8.=36967kg*(1000mol/28,013 kg)*70,935 j/molK(533-298)+7619 kg*(1000 mol/31,999kg)*27,771*8533-298)+905 kg*(1000 mol/18,015kg)*32,407*(533-298)+8,3 kg*(1000 mol/78,112)*116,209*(533-298)+ 43,5 kg*(1000 mol/108,095 kg)*131,894*(533298)+244 kg*(1000 mol/98,058 kg)*96,807*(533-298) 8.=3949704,99 J 9.=26,4 kg*(1000 mol/278,350 kg)*6,321*(473-298)=91,744 J Çözünme Entalpisi=ΔHçözünme=4,41 cal/mol*(1 kcal/1000 cal)*(4,186 kj/1 kcal)=18,460 J/mol C4H2O3 + H2O MAN
C4H4O4(aq)+4,41 cal/mol[d] Maleik Asit(MA)
[ MAN:MA=1:1]
ΔHçözünme=18,460 j/mol*(2444 kg MAN*1 kmol MAN/98,058 kgMAN*1000 mol/1 kmol) ΔHçözünme=460097,49 J TOPLAM GİREN ENERJİ=4409894,23 J
Çıkan Enerji=11.+ 12. 11.=MAN+Kinon+MA 11.=2419,4 kg*(1kmol/98,058)*16,592 j/molK*(467-298)+43,5*(1 kmol/108,095)*22,828*(467-298)+33,6*(1 kmol/116,073)*22,161*(467-298) 11.=71821,365 J 12.=H2O+CO2+N2+Bz+O2+DBF(s) 12.=896kg*(1 kmol/18,015 kg)*32,512*(357-298)+2195 kg*(1 kmol/44,010)*28,549*(357298)+36967 kg*(1 kmol/28,013 kg)*55,036*(357-298)+8,3 kg*(1 kmol/78,112)*91,581*(357298)+7619 kg*(1 kmol/31,999)*27,771*(357-298)+26,4*(1 kmol/278,350)*4,971*(357-298) 12.=4866097,121 J TOPLAM ÇIKAN ENERJİ=4937918,486 J
Absorpsiyon Kolonu Tasarımı(T-101)
V2,y2 (12)
V1,y1 (8)
(9) L2,x2
(11) L1,x1
Absorpsiyon kolonuna beslenen gaz karışımı ; V1 , Y1
T
Y1=(24,92+50,24+4,31)/( 131,967+238,10+0,12+49,88+4,31+50,24+24,92) =0,1592 Kolona yukarıdan beslenen sıvı çözücü ; L2, X2
X2 = 0 saf çözücü (içinde çözünen bileşen içermiyor)
Çözücü ile absorplanan kısım yani kolonun altından çıkan sıvı karışımı ; L1, X1
Absorplanmayan karışım inert bileşenler; Y2, V2 Y2= 0 olmalıdır. Çünkü yukarıdan beslenen DBF’nin tamamının kinon,MAN ve Maleik asidi absorplayarak kolonu terk etmesi gerekmektedir.
V’ = inert gazın debisi L’ = çözünen içermeyen (inert) sıvı debisi Gaz girişi debisi = (131,964 + 238,10 + 0,12 + 49,88 +4,31 +24,92 +50,24) = 499,21 kmol/st[V1] Çözücü giriş debisi =474,137 kmol/st[L2]
Soğurulan (Kinon +MAN +MA)
= L(X1-X2) =0,051
Soğurulan (Kinon +MAN +MA)
= 474,137(0,051-0) = 24,18 kmol/st
Kolonu terk eden sıvı çözeltisinin sıvı çözeltisinin debisi L’ =(DBF+MAN+MA+Kinon)*(1-x2)= 474,137+ 24,67 + 0,29+ 0,4 = 499,497 kmol/st Tablo 4.2’de gelişigüzel doldurulmuş dolgu maddelerine ait parametrelerin olduğu bilgiler doğrultusunda dolgu maddesi olarak 32x1,6 mm metal rashing halkaları seçilmiş ve bu dolgu malzemesine ait gerekli bilgiler tablodan okunarak tasarım hesaplamalarımızı devam ettik.[1] Kolon çapını , gaz ve sıvı debilerinin en yüksek değerlerde oldukları kolonun dip koşullarında hesaplamak gerekmektedir.[1] Kolonun dibinde gazın ortalama molekül ağırlığı ;
Yoğunluğu P.V= nRT denklemi yardımıyla bulacak olursak ; Giriş koşulları 260 0C , 215kpa=2,15 bar
[8.akım koşulları için] Kolon dibinden alınan kinon+MAN+MA +DBF çözeltisinin 260 0C sıcaklıkta yoğunluk ve vizkozitesi için aynı sıcaklıktaki DBF’nin değerleri alınabilir. =0,0405
Her 1metre dolgu yüksekliği başına 200 N/m2 ‘ lik basınç düşüşü olduğu varsayımı yapılırsa Şekil 4.14’den [a]
Tablo 4.2’den 1,6x25 mm metal rashing halkaları için alınan değerler[1] Cf =137 ap =186 m2/ m3
Maort=G’ için=N2+O2+Bz+CO2
Maort=(131,967x28,013+238,10x31,999+0,12x78,112+49,88x44,01)/419,74 Maort=32,21 kg/kmol G’=0,673 kg/m2s*1 kmol/32,21 kg=(0,0209 kmol/m2xs)x (3600 s/1 st)=75,22 kmol/m2xst =499,21 /75,22 =6,64 m2
Buna göre gerekli kesit alan ;
Gerekli kolon çapı ise
D=2,91 m
Literatür araştırması sonucu Turton kitabında L/ D =2,4 olduğu görülmüştür. Bu doğrultuda L değeri ; L/ 2,91 = 2,4 L= 6,77 m olarak hesaplanmıştır. Şekil 4.14’ün taşma eğrisinden[1] = 0,0405 için okunan değer
. 0,673 kg /m2s =1,72 kg /m2s Taşma %=
x 100 = %39,2
Bu da emniyetli çalışma şartlarının varlığını göstermektedir.
Absorpsiyon kolonu için şartname
Tablo 5.1. Absorpsiyon kolonu için şartname
Tanımlama Adı: Absorpsiyon kolonu Kod No: T-101 Adet: 1 Görevi: Yanma ürünü olarak oluşan gazların ayrılmasını sağlamak. İşlem: Sürekli, kolon ünitesi yarı-otomatik ve tam otomatik olmalıdır. Basıncı= 215 kPa Taşma %=39,2 Boyutları: Boy:6,77 m Çap: 2,91 m Kontroller: Cihazın buhar jeneratörü otomatik olmalı, seviye kontrol sistemi, aşırı sıcaklık kontrol sistemi bulunmalıdır. Buhar basıncının aşırı yükselmesi durumunda buhar jenaratörü otomatik olarak kapanmalıdır. Cihaz hata durumunda sesli mesajlar ile kullanıcıyı uyarmalıdır Üründe olması gerekenler: Ünite üzerinde uyarı levhaları olmalı.Üniteye ait tüm ekipmanlar garanti kapsamında olmalıdır
Kaynaklar: a.Kütle Aktarımı veKütle Aktarımı İşlemleri.pdf,Prof.Dr.Erden Alpay,Prof.Dr.Mustafa Demircioğlu,Ege Üniversitesi Yayınları b.Handbook ofThermodynamic Properties of Organic Components c.Sinnot d.Perry’s ChemicalHanbook 8.nd Edition e.MEB Kimya Teonolojisi/AbsorpsiyonKolonuHazırlama
