T.C. CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
KMÜ – 4001 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ TASARIMI I ASETON ÜRETİM PROSESİ TASARIM ÖDEVİ
Hazırlayanlar Büşra GÜDÜL
2011116008
Merve KARABACAK
2011116034
Barış AVCI
2011116035
Özge KURT
2011116036
Büşra KARAÇANAK
2011116044
Tülay BAŞAR
2011116053
Tasarım Ödevi Danışmanı Doç. Dr. Ünsal AÇIKEL Sivas 2015
1
TEŞEKKÜR Bu
tasarım
ödevinin
hazırlanmasında
yardımlarını
esirgemeyen,
üniversitedeki eğitim hayatımız boyunca bizi bilgilendiren, yönlendiren ve her türlü yardımlarını esirgemeyen çok kıymetli hocamız Sayın Doç. Dr. Ünsal AÇIKEL’e özellikle teşekkür ederiz. Sivas, 2015 Büşra GÜDÜL Merve KARABACAK Barış AVCI Özge KURT Büşra KARAÇANAK Tülay BAŞAR
i
İÇİNDEKİLER TEŞEKKÜR.......................................................................................................i ŞEKİLLER DİZİNİ.........................................................................................iv TABLOLAR DİZNİ..........................................................................................v SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ.....................................................vi ÖZET……………………………………………………...………………….1 GİRİŞ………………………………………………………....………………2 ASETON VE TARİHÇESİ...............................................................................2 KETONLAR VE GENEL ÖZELLİKLERİ......................................................2 ASETON VE GENEL ÖZELLİKLERİ............................................................3 1. GENEL BİLGİLER......................................................................................5 1.1. KETONLAR........................................................................................5 1.1.1. Ketonların Fiziksel Özellikleri.....................................................7 1.1.2. Ketonların Kimyasal Özellikleri...................................................7 1.2. ASETON..............................................................................................8 1.2.1. Aseton Elde Ediliş Yöntemleri...................................................12 1.2.2. Dünya’da Aseton Üretimi ve Tüketimi......................................17 1.3.SANAYİ TESİSİNİN KURULMASI.................................................18 2. ASETON ÜRETİM PROSESİ HESAPLAMALARI.................................28 2.1.ASETONÜRETİMPROSESİ.............................................................28 2.2 KÜTLE DENKLİKLERİ...................................................................30 2.2.1. Kütle Denkliği Açıklamaları.......................................................30 2.2.2. Reaktör Etrafında Kütle Denkliği...............................................30 2.2.3. Flash Kolonunda Kütle Denkliği................................................31 2.2.4. Gaz Yıkama Kolonunda Kütle Denkliği.....................................34 2.2.5. Aseton Kolonunda Kütle Denkliği.............................................35 2.2.6. IPA Kolonunda Kütle Denkliği...................................................36 2.2.7. Besleme Tankında Kütle Denkliği..............................................36 2.3. ENERJİ DENKLİKLERİ..................................................................38 2.3.1. Enerji Denklikleri Açıklaması....................................................38 2.3.2. Besleme Tankında Enerji Denkliği.............................................39 ii
2.3.3. Buharlaştırıcı Etrafında Enerji Denkliği.....................................40 2.3.4. Ön Isıtıcıda Enerji Denkliği........................................................41 2.3.5. Reaktör Etrafında Enerji Denkliği..............................................42 2.3.6. Soğutucu Etrafında Enerji Denkliği...........................................44 2.3.7. Kondenserde Enerji Denkliği.....................................................45 2.3.8. Gaz Yıkama Kolonunda Enerji Denkliği....................................46 2.3.9. Aseton Kolonunda Enerji Denkliği............................................47 2.3.10. IPA Kolonunda Enerji Denkliği................................................49 2.4. MALİYET HESABI..........................................................................50 2.4.1. Besleme Tankı ve Depolama Tankı............................................50 2.4.2. Buharlaştırıcı..............................................................................51 2.4.3. Ön Isıtıcı.....................................................................................51 2.4.4. Karıştırıcı ve Reaktör..................................................................51 2.4.5. Soğutucu ve Kondenser..............................................................51 2.4.6. Aseton, IPA ve Gaz Yıkama Kolonu..........................................52 2.4.7. Üretim Gelirleri ve Giderlerinin Hesabı.....................................53 2.4.7.1. Enerji maliyeti.....................................................................53 2.4.7.2. Hammadde maliyeti.............................................................53 2.4.7.3. Personel giderleri.................................................................54 2.4.8. Kar ve Amortisman Hesabı.........................................................54 2.4.9. Başabaş Analizi...........................................................................55 SONUÇLAR VE TARTIŞMA........................................................................57 KAYNAKLAR................................................................................................58 ÖZGEÇMİŞ....................................................................................................59
iii
ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 1: Ketonların üç boyutlu yapısı................................................................6 Şekil 2: Ketonlarım açık yapısı.........................................................................6 Şekil 3: Asetonun üç boyutlu yapısı................................................................10 Şekil 4: Asetonun açık yapısı..........................................................................11 Şekil 5: Dünyada Aseton Tüketimi.................................................................18 Şekil 6: Asetonun üretim prosesi akım şeması...............................................28 Şekil 7: Fabrikanın Dış Tasarımı....................................................................29 Şekil 8:Toplam nakit akış diyagramı..............................................................55 Şekil 9:Fabrikanın Uydu Görüntüsü Gebze Organize Sanayi Sitesi...............56
iv
TABLOLAR DİZNİ Tablo 1: Asetonun Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri......................................11 Tablo 2:İzopropil alkol, aseton, H2 nin oluşum entalpileri (Hf) ve mol değerleri............................................................................................42 Tablo 3. Sabit sermaye maliyetini belirlemek için tip faktörleri....................52 Tablo 4. Bölümlerin Personel Sayıları ve Maliyet Değerleri.........................54
v
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ IPA: İzopropil alkol MA: molekül ağırlığı (kg/kmol) n:
mol (mol/h)
y:
gaz akımı kütle veya mol kesri
x:
sıvı akımı kütle veya mol kesri
PT:
toplam basınç(bar)
Pi*:
Bileşen buhar basıncı(bar)
Pv*:
Buhar basıncı(bar)
F:
besleme akımı debisi (kmol/h)
V:
buhar akımı debisi (kmol/h)
L:
sıvı akımı debisi (kmol/h)
T:
sıcaklık(C)
ΔHvap: Buharlaşma gizli ısısı (kj/kg) Tc:
kritik sıcaklık (C)
Pc:
Kritik basınç (bar)
Tb:
Normal kaynama noktası(C)
Q:
ısı (kj)
m:
Kütlesel akış hızı
vi
ÖZET Ketonlar, bir organik fonksiyonel grubun ve bu grubu içeren bileşiklerin genel adıdır. Aseton da (dimetil keton veya propanon), günlük hayatta bilinen bir keton bileşiğidir. Aseton, molekül ağırlığı 58,079 olan en basit ve önemli bir ketondur. Polaritesi yüksek olduğu için birçok organik yapıyı çözebilir. Bunun için aseton dünyada tüketimi yüksek olan bir kimyasaldır. Ayrıca aseton çeşitli yöntemlerle üretilebilmektedir. Bu ödevde de asetonun izopropil alkolden üretim prosesi yapılmıştır. Çalışmada haftada 750 ton aseton üretimi amaçlanmıştır ve bu doğrultuda kütle denklikleri ve enerji denklikleri kurulmuş ve gerekli hesaplamalar yapılmıştır. Kütle ve enerji denkliği hesaplamalarından sonra gerekli maliyet hesabı denklikleri ile prosesin maliyeti hesaplanmıştır. Sonuç olarakta bu prosesin bir Petrokimya tesisine ek bir proses olarak yapılmasının uygun olabileceği anlaşılmıştır.
1
GİRİŞ ASETON VE TARİHÇESİ Asetonu ilk bulan kişi İsrail devletinin ilk cumhurbaşkanı olan Chaim Weizmann Azriel’dir.Asetonu oje ve tırnak cilası çıkartıcı olarak piyasaya süren kişi ise 1920 yılında Michelle Menard olmuştur.Weizmann Fribourg Üniversitesinden kimyager olarak mezun olmuştur.Cenova ve Manchester Üniversitelerinde kimya okutmanlığı yaptı.İngiltere’deyken bakteriyel fermantasyon alanında kendisine ün getiren
çalışmalar
yaptı.Endüstriyel
fermantasyonun
babası
olarak
adlandırıldı.Aseton üretmeye yarayan Weizmann organizmasını buldu.Aseton üretimi haklarını bir şirkete devretti. KETONLAR VE GENEL ÖZELLİKLERİ ►Karbonil grubu bulundururlar. ►RCOR ile gösterirler. ►Cn H2n O genel formülleridir. ►Polar yapılıdırlar. ►Molekülleri arasında hidrojen bağı yoktur. ►Organik çözücüdürler. ►Fehling ve Tolens çözeltilerine etki etmezler. ►Nükleofilik katılma tepkimesi verirler. ►Polimerleşme
tepkimesi
vermezler.Sadece
aseton
kondenzasyon
tepkimesi verir. ►Molekül büyüdükçe sudaki çözünürlükleri azalır. ►Sadece yükseltgen özelliktedir. ►Aynı karbon sayılı aldehitler ile izomerdirler. ►Homolog sıra oluştururlar. ►Aynı karbon sayılı alkol ve karboksilli asitlere göre kaynama noktaları daha düşüktür. ►Karbonil grubuna iki tane alkil yada aril grubu bağlanmıştır.
2
Karbonil grubundaki oksijen atomu,karbon atomuna göre daha elektronegatif olduğundan Π ve sigma bağlarındaki ortak kullanılan elektronları daha kuvvetle çekerek karbonil grubunu polar hale getirir. ASETON VE GENEL ÖZELLİKLERİ Aseton, ketonlar sınıfının ilk üyesi, dimetil ketondur.Kapalı formülü C3H6O, kaynama noktası 56 C ‘dir.Su, etanol ve eterle her oranda birleşir. Keskin kokuludur. Odunun kuru kuruya damıtılmasından: kalsiyum asitatın ısıtılmasından; teknikte
izopropanolün
bakır
katalizörlerinden
250
C
‘
de
dehidrojenlenmesinden;etanol ve su buharının 250 C ‘ de gaz fazında Fe2O3 katalizörlüğünde karışımından elde edilir. Keskin kokuludur. Odunun kuru kuruya damıtılmasından:
kalsiyum
asetatın
ısıtılmasından;
teknikte
izopropanolün
bakırkatalizörlerinden 250 °C’de dehidrojenlenmesinden; etanol ve su buharının 250 °C’de gaz2O3 katalizörlüğünde karışımından elde edilir. Aseton ile sodyum nitrozil prussiatbazik ortamda karıştırılırsa kırmızı çökelme olur aseton saptanır. Önemli bir tepkimesi bazik ortamda elementel iyotla verdiği iyodoform oluşumudur.Sigaranın içinde bulunur. Aseton ve sodyum nitrozil prussiat bazik ortamda karıştırılırsa kırmızı çökelme olur, aseton saptanır. Önemli bir tepkimesi bazik ortamda elementel iyotla verdiği iyodoform oluşumudur. Sigaranın içinde bulunur. Yağlar, mumlar, reçineler, kauçuklar, plastikler, laklar, vernikler, lastik çimentoları için çözücü olarak kullanılır. Metil izobutil keton, mesitil oksit, asetikasit, diaseton alkol, kloroform, iyodoform, bromoform, patlayıcı maddeler, yapay elyaf, izopren elde edilmesinde; foroğraf filmlerinin hazırlanmasında, hayvansal ve bitkisel maddelerden çeşitli maddelerin ekstraksiyon yoluyla yarılmasında, parafinin saflaştırılmasında, dokuların sertleştirilmesinde ve suyunun alınmasında kullanılır. Hacminin 24 katı asetilen gazını çözdüğünden asetilen asetondaki çözeltisi biçiminde güvenli olarak saklanır. Uzun süre temas deride kuruluğa neden olur. Solunması başağrısı, huzursuzluk, solunum yolunun tahrişine neden olur. Fazla miktarda solunması bayıltır. Ciddi zehirlenme olayları enderdir. Her türlü plastikten, yapay elyaftan yapılmış giyeceklerden uzak tutulmalı; tutuşma
3
eğilimi nedeniyle ateşle yaklaşılmamalıdır. Normal olmayan bir metabolizma ürünü olarak diabetes mellitus (ketonuria) durumunda idrarda bulunur. ►Kozmetik sektöründe çözücü olarak kullanılır.(oje çıkarıcı) ►Boya sektöründe inceltici ve çözücü olarak kullanılır. ►Sanayide çoğu kimyasal maddenin üretim için kullanılır.Asetonun dünya üretiminin
neredeyse
yarısı
methylmetacrylate
üretiminde
öncü
olarak
kullanılır.Sanayide ikinci ana kullanımı bisfenol A üretiminde kullanımıdır ki bisfenol A ; polikarbonat,poliüretan ve epoksireçineler gibi çoğu polimerin ana bileşenidir. ►Temizlik malzemesi üretiminde kullanılır.Çok iyi bir cam temizleyicidir.
4
1. GENEL BİLGİLER 1.1. KETONLAR Ketonlar, bir organik fonksiyonel grubun ve bu grubu içeren bileşiklerin genel adıdır. Ketonlar kapalı olarak R1(CO)R2 şeklinde gösterilir. Hoş kokulu, küçük molekülleri suda çözünen, organik bileşikler için çözücü olan maddelerdir. Parfüm ve sabun üretiminde kullanılır. Merkezdeki karbon atomuna çift bağla bağlanmış bir oksijen (karbonil) ve aynı karbona bağlanmış iki karbon atomundan oluşur. Bu iki karbon atomu alifatik veya aromatik bir bileşiğe ait olabilir. Ketonlar yapılarındaki karbonil grubunda hidrojen(H) bulunmadığı için yükseltgenmezler. İndirgendiklerinde ise sekonder alkolleri oluşturur. NH 3, HCN, NaHSO3 ve H2O ile ketonlar katılma tepkimesi verir. Organik sentezlerde çeşitli ketonlar büyük bir yer tutarlar ve önemli bir bileşik sınıfıdır. Aseton (dimetil keton veya propanon), günlük hayatta bilinen bir keton bileşiğidir. Ketonlar genel olarak karbonil grubuna bağlı alkillere bağlı olarak adlandırılır. Bir kısmının da özel isimleri vardır. CH3-CO-CH3, dimetil keton şeklinde adlandırıldığı halde özel ismi aseton’dur. Cenevre adlandırma sistemine göre, ihtiva ettiği karbon sayısının Latincesinin sonuna “on”eki getirilerek adlandırılır. Ayrıca oksijenin bağlı olduğu karbonun kaçıncı olduğu rakamla gösterilir. Mesela CH3-CH2-CO-CH2-CH3 pentanon 3’tür. Aynı zamanda dietil keton olarak da adlandırılır. Ketonlar, karbon, hidrojen ve oksijen ihtiva ederler. Fakat ketonik karakter gösteren birçok kompleks bileşikler vardır ki, bunların yapısında substitüentler (hidrojenin yerine girmiş grup veya elementler) bulunur. Ketonlar, karbon, hidrojen ve oksijen ihtiva ederler. Fakat ketonik karakter gösteren birçok kompleks bileşikler vardır ki, bunların yapısında substitüentler (hidrojenin yerine girmiş grup veya elementler) bulunur. Hidrokarbon radikalı alifatik veya aromatik olabilir. Hatta karbonil grubunun karbonu bir halkada olan ketonlar da vardır. Hidrokarbon radikalı alifatik veya aromatik olabilir. Hatta karbonil grubunun karbonu bir halkada olan ketonlar da vardır. Bazı hallerde karbona bağlı olan hidrojen, karbonil grubunda bulunan oksijenin yanına göç eder ve -CO-CH2 grubu -C(OH)= CH- şeklini alır. 5
Ketonlar, sekonder (ikincil) alkollerin oksidasyonundan elde edilir. Bu oksidasyona dehidrogenasyon da denir ve asetik asit içinde kromtrioksid ile yapılır. Sekonder alkollerin fazla aseton ile birlikte ısıtılmasıyla karboksili asidin kalsiyum tuzunun destilasyonu ile elde edilir. Ayrıca her ketonun kendine has elde edilişi vardır.
Şekil 1: Ketonların üç boyutlu yapısı
Şekil 2: Ketonlarım açık yapısı
1.1.1. Ketonların Fiziksel Özellikleri 6
Ketonlarda oksijen atomuna bağlı hidrojen atomu olmadığından hidrojen bağı yapamazlar. Bu nedenle kendi aralarında moleküler assosiasyon yapamazlar. Bu özellikleri nedeniyle aynı karbon sayısına denk gelen alkollerden ve asitlerden kaynama noktaları düşüktür. Ancak, karbonil grubu bulundurması nedeniyle molekülde polarlaşma olduğundan aynı karbon sayısına denk gelen alkanlardan kaynama noktaları yüksektir. Ketonların karbon sayısı düşük olanlar suda oldukça fazla çözünürler. Yüksek karbonlu ketonlar ise organik çözücülerde çözünürler. Ketonların kaynama noktaları, molekülleri polar olduğu için, aynı molekül kütleli apolar organik bileşiklere göre daha yüksektir. Ancak ketonlar, alkol ve organik asit gibi, molekülleri arasında hidrojen bağı oluşturan bileşiklere göre daha düşük sıcaklıkta kaynarlar. Çünkü keton molekülleri arasında hidrojen bağı yoktur.
Aldehitlerde olduğu gibi keton moleküllerinde de hidrofil ve hidrofob gruplar vardır. Bu nedenle küçük moleküllü ketonlar suda çözündükleri hâlde büyük moleküllü olanlar çözünmezler. Ketonlar, aldehitlere oranla daha hoş kokuludurlar. Sıvı ketonlar çözücü olarak boyar maddelerin hazırlanmasında kullanılırlar. 1.1.2. Ketonların Kimyasal Özellikleri Ketonlarda karbonil grubunda hidrojen atomu bulunmadığından kolay kolay yükseltgenmezler. Aldehitlerle ketonları birbirinden ayıran en önemli özellik, aldehitler Tolens ve Fehling belirteçleriyle tepkimeye girerken, ketonlar bu belirteçlerle tepkime vermezler. Ketonlar karbonil grubu polar özellik gösterir pi bağının açılması ile katılma tepkimesi verir. Bu nedenle katılma tepkimelerinde “-” yüklü olan atom ya da
7
gruplar yükü pozitif olan karbon atomuna, “+” yüklü olanlar ise yükü negatif olan oksijen atomuna bağlanırlar. Ketonlara halojen “X” katılmaz. Ketonlar genel olarak karbonil grubuna bağlı alkillere bağlı olarak adlandırılır. Bir kısmının da özel isimleri vardır. CH3-CO-CH3, dimetil keton şeklinde adlandırıldığı halde özel ismi aseton’dur. Cenevre adlandırma sistemine göre, ihtiva ettiği karbon sayısının Latincesinin sonuna “on”eki getirilerek adlandırılır. Ayrıca oksijenin bağlı olduğu karbonun kaçıncı olduğu rakamla gösterilir. Mesela CH3-CH2-CO-CH2-CH3 pentanon 3’tür. Aynı zamanda dietil keton olarak da adlandırılır.Küçük moleküllü ketonlar çok akışkan sıvıdırlar ve karakteristik kokuya sahiptirler. Suda çözünürler. molekül büyüdükçe sudaki çözünürlük giderek azalır. Büyük moleküllü (karbon sayısı çok olan) ketonlar katıdır. Ketonlar indirgen değildir. (Karbonil grubu bulunduran alde hitler indirgendir). Buna göre ketonlar oksitlenemez. Hidrojen ile reaksiyona girerek sekonder alkolleri meydana getirirler. sodyum hidrojen sülfit (NaHSO3), amonyak, siyanür asidi ve Grignard bileşikleri (R-Mg-X) ketonlarla katılma reaksiyonu verirler. Aromatik ketonların en çok bilinenleri asetofenon (C6H5-C-CH3) ve benzofenon (C6H5-C-C6H5) Polimerleşemezler. Molekülleri polardır. Molekülleri arasında Van der Waals ve polar etkileşim bağları vardır. 1.2. ASETON Aseton, molekül ağırlığı 58,079 olan en basit ve önemli bir ketondur. Dimetil keton olarakta adlandırılır. Bir karbonil grubuna bağlı iki metil grubundan oluşan simetrik bir moleküldür. Kapalı formülü CH3COCH3 tür. Ayrıca aseton renksiz, keskin kokulu, yanıcı bir sıvıdır. Polaritesi yüksek olduğu için birçok organik yapıyı çözebilir. Ucuz bir madde olması ve yüksek çözücü niteliği nedeniyle kirlenen cam malzemeleri temizlemede birebirdir. Yoğunluğu sudan düşüktür: 0.79 g/cm3, ama su ile her oranda karışabilen bir organik sıvıdır. Bu da oldukça polar olmasından kaynaklanmaktadır. Zaten bu sayede iyi bir çözücü olmaktadır. Oldukça kolay alev alabilmektedir.
8
Oje temizleyicilerinin esas maddesidir. Elle döküldüğünde düşük kaynama noktasına sahip olduğu için çabucak, derideki nemi de alarak buharlaşır ve kurumuş bir deri bırakır. Ayrıca boya vernik imalat sektöründe, kozmetik sektöründe, kolonya üretimi gibi daha birçok maddenin üretiminde yer alan önemli bir kimyasaldır. Sigaranın içinde de bulunmaktadır. Kalsiyum asetatın kuru kuruya ısıtılmasıyla, endüstride kendisine karşılık alkol
olan
izopropanolün
bakır
katalizörlüğünde
250°C’de
katalitik
dehidrojenlenmesiyle; asetik asit buharının 300°C’de mangan (II) oksit üzerinden geçirilmesiyle iki molekül asetik asitten bir molekül su ve bir molekül karbondioksit ayrılması sonucu; etanol ve su buharının 450°C’ de de demir (III) oksit üzerinden geçirilmesiyle ve asetilenle sudan çinko oksit katalizörlüğünde elde edilir. Bunların yanında odunun kuru kuruya damıtılmasından yan ürün olarak, nişasta
ya
da
melasm
clostridium
acetobutylicum
bakterisi
tarafından
fermantasyonunda başlıca ürün olan n-butanol yanmda % 30 oranında ele geçer. Ketonların kendine özgü tüm reaksiyonlarını verir. İndirgenmesi durumunda kendisine karşılık olan izopropil alkol ele geçer. Baryum hidroksit gibi bazik maddelerin etkisiyle alkol türü bir dimeleşme sonucu renksiz bir sıvı olan ve 165°C’de kaynayan diaseton alkol verir. Bunun asit varlığında ısıtılmasıyla su ayrılarak doymamış bir keton olan mesitil oksit oluşur. Mesitü oksit 130°C’de kaynayan kendine özgü kokusu olan bir sıvıdır. Aseton derişik sülfat asidi üe ısıtıldığında üç molekülünden üç molekül su ayrılması sonucu mesitúen (1, 3, 5 – trimetil benzen) oluşur. Bazik ortamda elementel iyotla iyodoform oluşturur ve tepkime asetonun tanmmasmda kullanılır. Çözücü özelliklere sahip olduğundan çok kullanılır. Birçok yağı, reçineyi, selüloz nitrat ve selüloz asetatı çözer. Bu özelliğinden dolayı aseton, patlayıcı madde ve sentetik iplik fabrikasyonunda geniş ölçüde kullanılır. Çok sayıdaki önemli kimyasal reaksiyonu ile laboratuvarda ve sanayide birçok organik madde yapmak mümkündür. Fizyolojik olarak idrarda ve kanda mevcuttur. Özellikle şeker hastalarının idrarlarında çok miktarda bulunur ve bundan dolayı idrarın aseton kokması teşhiste çok yardımcı bir bulgudur. Genel olarak ketonlar, his duyusunu ve kan basıncını 9
azaltır. Aseton, etil alkolden (rakı, şarap ve birada bulunan) daha az zehirli olmasına rağmen sarhoşluk ve uyku meydana getirir. Fakat bu özelliğinin kuvveti eter ve kloroformunkinden daha azdır. Alkali (bazik) ortamda aseton; klor, brom ve iyotla muamele edilirse; kloroform, bromoform ve iyodoform elde edilir. Aseton, uyuşturucu sülfonal grubu ilaçların başlangıç maddesidir. Hem iyi bir çözücü hem de organik reaksiyonların bir başlangıç maddesi özelliklerine haiz olduğu için ticari maksatla geniş çapta elde edilir.
Şekil 3: Asetonun üç boyutlu yapısı
10
Şekil 4: Asetonun açık yapısı
Tablo 1: Asetonun Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri ÖZELLİKLER GÖRÜNTÜ RENK KOKU MOLEKÜL AĞIRLIĞI YOĞUNLUĞU KAYNAMA NOKTASI DONMA NOKTASI pH YANMA NOKTASI SUDAKİ ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ
SIVI RENKSİZ KESKİN KETON KOKULU 58,079 kg/kmol 0,79 g/cm3 56,2 °C -95 °C 5–6 < - 20 °C ÇÖZÜNÜR
1.2.1. Aseton Elde Ediliş Yöntemleri Elde edilişi 1. Kalsiyum asetatın kurukuruya ısıtılmasından elde edilir:
11
1 (CH3COO)2 fi Ca CH3-CO-CH3+CaCO3 2. Nişasta ihtiva eden tahılların bir çeşit bakteri (A, Fernbahc’in bulduğu) vasıtasıyla fermantasyonundan elde edilir. Bu fermantasyondan elde edilen karışımda altı kısım butil alkol, üç kısım aseton ve bir kısım da etil alkol mevcuttur. 3.
Saf
asetik Asit ısıtılmış
metalik
oksitler
(A12O3)
üzerinden
geçirilirse, aseton, su ve Karbondioksit verecek şekilde bozunur: 2 CH3COOH (MeO) fi CH3-CO-CH3+CO2+H2O dir. Aseton üretimi 3 temel teknoloji ile yapılmaktadır 1- Wacker Hoechst Propen sıvı halde asetona hava ile 110-120 oC'de ve 10-14 bar basınçta PdCl2 katalizörlü ortamda yükseltgenir (oksidasyon). Toplam ürünün %92'si aseton icerir 2-Izopropanol'den hidrojen uzaklaştırılması (dehydrogenation) İzopropanol',ün gas fasında 400-600 oC'de Ag veya Cu katalizörlü ortamda hava
veya
oksijen
ile
yükseltgenerek
hidrojen
giderilmesi
(oxidative
dehydrogenation) ile üretilir. Diğer katalizör seçenekleri 300-400 oC'de ZnO veya 500 oC'de Cu veya Cu-Zn. ZnO katalizör kullanıldığında toplam ürünün %90'ı aseton olarak ortaya cıkar. 3- Hock fenol prosesinde ikinci ürün Aseton ayrıca fermantasyon ve parafinlerin oksidasyonu proseslerinde yan ürün olarak da cıkar Bu proses de ise izopropil alkolden üretimi yapılmıştır.
Kalsiyum asetatın kuru kuruya ısıtılmasından elde edilir.
12
Nişasta veren tahılların bir çeşit bakteri vasıtasıyla fermantasyonundan elde edilir. Bu fermantasyondan elde edilen karışımda altı kısım butil alkol, üç kısım aseton ve bir kısım da etil alkol mevcuttur. Saf asetik asit ısıtılmış metalik oksitler (A12O3) üzerinden geçirilirse, aseton, su ve karbondioksit verecek şekilde bozunur.
İzopropil alkolden hidrojen çıkarmakla veya izopropil alkolü oksitlemekle aseton elde edilir.
Ayrıca odunun damıtma ürününde %0,5 oranında bulunur. Damıtılarak ayrılır. Propanon Propan Dimetil keton Ketopropane Propanon propanon Dimetil formaldehit Pyroacetic ruhu (arkaik) Bütanon İzopropanol ketonlar sınıfının ilk üyesi, dimetil ketondur. Kapalı formulü C3H6O, kaynama noktası 56 °C'dir.Su, etanol ve eterle her oranda birleşir. Keskin kokuludur. Odunun kuru kuruya damıtılmasından: kalsiyum asetatın ısıtılmasından; teknikte izopropanolün bakır katalizörlerinden 250 °C'de dehidrojenlenmesinden; 13
etanol ve su buharının 250 °C'de gaz fazında Fe2O3 katalizörlüğünde karışımından elde edilir. Aseton ile sodyum nitrozil prussiat bazik ortamda karıştırılırsa kırmızı çökelme olur, aseton saptanır. Önemli bir tepkimesi bazik ortamda elementel iyotla verdiği iyodoform oluşumudur.Sigaranın içinde bulunur. 1.Kozmetik sektöründe çözücü olarak kullanılır (oje çıkarıcı). 2.Boya sektöründe inceltici ve çözücü olarak kullanılır. 3.Sanayide çoğu kimyasal maddenin üretimi için kullanılır. Asetonun dünya üretiminin neredeyse yarısı methylmetacrylate üretiminde öncü olarak kullanılır. Sanayide ikinci ana kullanımı bisfenol A üretiminde kullanımıdır ki bisfenol A; polikarbonat, poliüretan ve epoksireçineler gibi çoğu polimerin ana bileşenidir. 4. Temizlik malzemesi üretiminde kullanılır. Çok iyi bir cam temizleyicidir. Aseton formülü (CH3) 2CO, renksiz, mobil, yanıcı sıvı, ketonların en basit örneği ile organik bir bileşiktir. Aseton su ile karışabilir ve tipik olarak laboratuarda temizlik amaçları için tercih edilen bir çözücü olarak, kendi başına önemli bir çözücü olarak hizmet vermektedir. Yaklaşık 6,7 milyon ton esas olarak organik kimya alanında yaygın bir yapı taşıdır bir çözücü ve metil metakrilat ve bisfenol A'nın üretimini olarak kullanım için, 2010 yılında dünya çapında üretilmiştir. Tanıdık ev aseton kullanan vardır tırnak cilası çıkarıcı, etkin madde olarak ve daha ince boya. Aseton normal metabolik süreçler yoluyla üretilen ve insan vücudunda bertaraf edilmektedir. Normalde kan ve idrarda. Diyabetli kişiler büyük miktarlarda üretmek. Üreme toksisite testleri doğurganlık sorunlarına neden düşük bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Hamile kadınlar, emziren annelerde ve çocuklarda yüksek enerji gereksinimleri nedeniyle, aseton yüksek seviyeleri var. Vücutta aseton artırmak Ketogenic diyet inatçı refrakter epilepsi hastası bebeklerde ve çocuklarda epileptik nöbetler azaltmak için kullanılır. Üretim 2010 yılında, aseton için dünya çapında üretim kapasitesi yılda 6,7 milyon ton olduğu tahmin edilmekteydi. Yılda 1,56 milyon ton ile ABD, en yüksek üretim kapasitesine sahip, [10] Tayvan ve Çin'de izledi. Aseton büyük üreticisi 2010 yılında Mitsui, Sunoco ve Shell tarafından da önemli bir kapasite (% 7-8) ile, 14
dünya kapasitesinin% 17 sahibi, INEOS Fenol. [9] Fenol INEOS aynı zamanda dünyanın en büyük üretim tesisi (420,000 sahibi Beveren (Belçika) ton / yıl). 2011 yazında aseton Spot fiyatı ABD'de 1100-1250 USD / ton oldu. Mevcut yöntem Aseton propilen doğrudan ya da dolaylı olarak elde edilir. Aseton, yaklaşık olarak% 83 bir sonucu olarak, kümen işlemi ile üretilen, aseton üretimi fenol üretim bağlıdır. Kümen sürecinde, benzen fenol ve aseton üretmek için hava ile oksitlenir kümen üretmek üzere propilen ile alkile edilir: Dünyanın en aseton yaklaşık üçte biri, bir çözücü olarak kullanılır ve bir çeyrek aseton siyanohidrin olarak tüketilir. metil metakrilat için bir öncü. Laboratuarda, örneğin aseton SN2 reaksiyonları gibi organik reaksiyonlar, bir dizi içinde, bir polar, aprotik çözücü olarak kullanılır. Aseton çözücünün kullanılması Jones oksidasyonu için kritik önem taşır. Su ((veri) azeotrop bakınız) ile bir azeotrop oluşturan değildir. Çünkü düşük maliyet ve volatilite laboratuvar cam durulama için ortak bir çözücüdür. Sözde bir kuruma ajan olarak yaygın olarak kullanılmasına rağmen, bu toplu göç ve seyreltme dışında etkili değildir. Kuru aseton / buz banyosu gibi düşük sıcaklıklarda reaksiyonları yürütmek için kullanılır; Aseton ° C'de donmadan -78 kuru buz ile soğutulabilir. Aseton ultraviyole ışık altında floresan, ve onun buhar akış deneylerde bir floresan tracer olarak kullanılabilir. Solvent kullanımı Aseton polistiren laboratuvar şişelerde kullanılan, polikarbonat ve polipropilen bazı türleri de dahil olmak üzere birçok plastik ve sentetik lifler için iyi bir çözücüdür. Bu, fiberglas reçine incelme fiberglas temizleme araçları ve sertleşmeden önce iki parçalı epoksiler ve superglue çözme için idealdir. Bazı boyalar ve cilalar bir uçucu bileşen olarak kullanılır. Bir ağır yağ çözücü olarak, boya öncesi metal hazırlanmasında yararlı olup, aynı zamanda polyester reçineleri, vinil yapıştırıcıları ve incelir. Bu lehim işlemi tamamlandıktan sonra lehim reçine çıkarmak için yüksek güvenilirlik lehimleme uygulamaları için de yararlıdır. Bu 15
kirli lehim kişiler nedeniyle meydana gelen Rusty cıvata etkisini önlemeye yardımcı olur. Aseton kilogram milyonlarca çözücü metil isobutil alkol ve metil izobutil keton üretiminde tüketilir. Bu ürünler diaseton alkol vermek için bir başlangıç aldol kondenzasyonu aracılığıyla ortaya çıkmaktadır. 2 (CH3) 2CO → (CH3) 2C (OH) CH2C (O) CH3 Aseton ilaç endüstrisi tarafından bir çözücü olarak ve metil alkol içinde bir nötrleştirici olarak kullanılır. Aseton, aynı zamanda, bazı ilaçlar, bir yardımcı madde olarak mevcut olur. Metil metakrilat sentezi Aseton, metil metakrilat sentezlemek için kullanılır. Bu, aseton siyanohidrin ile aseton ilk dönüşüm ile başlar: (CH3) 2CO + HCN → (CH3) 2C (OH) CN Bir sonraki adımda, nitril esterleştirilmiş doymamış amid, hidrolize edilir: (CH3) 2C (OH) CN + CH3OH → CH2 = (CH3) CCO2CH3 + NH3 Bisfenol A sentezi Aseton, üçüncü önemli kullanım alanı (yaklaşık% 20) A, polikarbonat, poliüretan, epoksi reçine gibi ve çok polimer bileşeni olan bir bisfenol A Bisfenol sentez edilir. Sentez fenol ile aseton yoğunlaşma içerir: (CH3) 2CO + 2 C6H5OH → (CH3) 2C (C6H4OH) 2 + H2O Tıbbi ve kozmetik uygulamaları Aseton genel tıbbi ve kozmetik uygulamaları çeşitli kullanılır ve ayrıca gıda katkı maddeleri ve gıda paketleme bir bileşen olarak listelenir. Aseton yaygın soyma kimyasal olarak kullanılır. Kimyasal soyma için günümüzde yaygın olarak kullanılan maddeleri, salisilik asit, glikolik asit, etanol içinde% 30 salisilik asit ve trikloroasetik asit (TCA) vardır. Chemexfoliation önce, 16
cilt temizlenmeli ve fazlalık yağ kaybına yağ olarak adlandırılan bir işlemle kaldırılır. Aseton, Septisol, ya da bu maddelerin bir kombinasyonu yaygın olarak bu işlem kullanılır. [Alıntı gerekli] Çevresel etkiler Aseton hatta su ve topraktan, hızla buharlaşır. Bir kez bir atmosferde, bir 22 günlük yarılanma ömrü ile UV ışık tarafından parçalanır. Aseton toprak, hayvanlar ya da bazen mikroorganizmalar tarafından tüketilen beri su yolu içinde yavaş yavaş yok eder, fakat su içinde yüksek çözünürlük nedeniyle önemli bir yeraltı bir kirleticidir. Balık için aseton LD50 8.3 g / L su (ya da yaklaşık% 0.8) 96 saatten fazla
olduğunu
ve
çevresel
yarı-ömür
10-1
yaklaşık
gündür.
Aseton
tüketen mikrobiyal etkinliği nedeniyle sucul sistemlerde oksijen tükenmesi önemli bir risk oluşturabilir.
1.2.2. Dünya’da Aseton Üretimi ve Tüketimi Aseton, ilk olarak XIX. yüzyılın ortalarında, organik bir tuz olan kalsiyum asetatın ısıtılmasıyla elde edilmiştir. Asetonun ilk kullanım alanlarından biri ise Birinci Dünya savaşında geniş ölçüde yararlanılan bir patlayıcı olan kordit yapımıdır. O dönemde, mayalama yoluyla aseton elde etme tekniğinden, çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Aseton üretiminde en önemli yere sahip olan firma İNEOS Fenol dür. Bu firmanın Amerika’da ve Avrupa’da bir şirketi bulunmaktadır. İNEOS Fenolün dışında Amerika’nın bir diğer önemli aseton üreticisi Sunoco firmasıdır. Sunoco’nunda Avrupa’da bir şirketi bulunmaktadır ve bu şirket aseton üretimini IPA dan yapmaktadır. Asetonun dünyada çok fazla tüketilen bir kimyasaldır. 2009 verilerine göre tüketim yaklaşık 5,1 milyon tondur. Fakat bir önceki yıla göre tüketiminde %5 oranında düşüş meydana gelmiştir. 2009 yılı ile 2014 yılları arasında aseton tüketiminde % 4,8 oranında artış beklenmektedir.
17
Aseton dünyada genel olarak çözücü, metil metakrilat üretimi, Bisfenol A üretimi ve diğer birçok uygulamada kullanılmaktadır. 2009 yılı verilerine göre asetonun tüketimi şekilde gösterildiği gibidir.
Şekil 5: Dünyada Aseton Tüketimi Aseton dünyada en çok Asya kıtasında tüketilmektedir. Buranın başında ise Çin gelir. Çin dünyada aseton tüketiminin %20’sini kapsamaktadır. Çin’i aseton tüketiminde Amerika takip etmektedir. Batı Avrupa’da da aseton büyük bir oranda tüketilmektedir. Asetonun bu kadar çok tüketilmesinde hiç şüphe yok ki önemli bir çözücü olması yer almaktadır.
1.3.Sanayi Tesisinin Kurulması Hammaddelerin veya yarı işlenmiş maddelerin kullanıma hazır hale getirilmesine sanayi denir. Sanayi ülkelerin gelişmesinde önemli bir aşamadır. Çünkü gelişmiş ülkeler zenginliklerinin önemli bir kısmını sanayileşme ile sağlamışlardır. Sanayi 18. yüzyılın İkinci yarısından önce İngiltere’de daha sonra Batı Avrupa ülkeleri ve ABD’de gelişmiştir. Sanayinin gelişmesiyle el emeğinin yerini seri üretim yapan makineler almış, kısa zamanda mal üretilmiştir. Üretilen bu malların pazarlanması yeni bir zenginleşme süreci başlatmıştır. Günümüzde sanayi, ülkelerin ekonomisini yönlendiren başlıca sektör haline gelmiştir. Sanayi
18
ülkelerinin doğal kaynaklarının değerlendirilmesi, çok sayıda insana iş imkanı sağlaması,
üretim
kapalı
mekanlarda
yapıldığı
için
iklim
şartlarından
etkilenmemesi, üretilen ürünlerin uzun ömürlü olması ve pazarlamaya yönelik olması nedeniyle önemli imkanlar sunmaktadır. Bir yerde sanayi tesislerinin kurulup gelişmesi çeşitli koşullara bağlıdır. Bunların başlıcaları şunlardır: 1.Sermaye Sanayi
tesislerinin
yapımı,
makine
ve
teçhizat
alımı,
işlenecek
hammaddenin alımı ve işçilere ücretlerin ödenmesi gibi bir çok alanda sermayeye ihtiyaç duyulmaktadır. Cumhuriyetin ilk yıllarında özel sektörün büyük sanayi tesislerini kuracak sermayesi olmadığı için bir çok tesis devlet tarafından kurulmuştur. Günümüzde ise özel sektör, sanayinin hemen her alanında önemli bir paya sahiptir. Ayrıca yabancı sermaye sahipleri de ülkemizde sanayinin bir çok alanına para yatırmışlardır. 2.Enerji Hammaddenin işlenmesi için gereklidir. Ülkemiz petrol, doğalgaz gibi bazı enerji kaynaklarını ithalat yoluyla sağladığından önemli miktarda döviz çıktısına neden olmakta, bu durum sanayileşme hızını azaltmaktadır. Linyit yataklarımız zengin olmakla birlikte kalori değeri düşük olduğundan daha çok termik santrallerde kullanılır. Sanayide kullandığımız en önemli kaynak elektrik enerjisidir. Ülkemiz hidroelektrik enerji potansiyeli yüksek bir ülkedir. Ancak şu an için bu kaynağın iyi bir şekilde değerlendirildiği söylenemez. Enerji tüketiminin fazla olması sanayinin gelişmiş olduğunun göstergesidir. 3.Hammadde Sanayinin temel kuruluş şartı olan hammadde bakımından, ülkemiz büyük avantajlara sahiptir. Hammaddeler veya onlardan işlenmiş maddelerin fazlası ihraç edilerek, yurdumuza döviz kazandırılmaktadır. Hammaddeleri tarımsal, hayvansal 19
ve madensel hammaddeler diye gruplandırılabilir. Hammadde kaynakları ile sanayi tesislerinin birbirine yakın olması verimlilik açısından önemlidir. Aşağıdaki bazı örnekler bunu göstermektedir. - Linyit yataklarının olduğu Yatağan, Soma ve Elbistan’da termik santral kurulması - Ormanlara bağlı olarak Batı Karadeniz’de kereste sanayinin gelişmesi - Ayçiçeğine bağlı olarak Marmara’da yağ sanayinin gelişmesi Ancak, herhangi bir ülkede, çeşitli sanayi kollarının kurulup gelişmesi, hammaddenin tamamının ülkede bulunmasını gerektirmez. Hammadde yetersiz olsa da madenlere dayanan sanayi dallarını mutlaka kurmak gerekir. Çünkü sanayi mallarının sağlayacağı kazanç, hammaddelere ödenen giderlere göre çok yüksektir. Bugün, sanayileşmiş ülkelerden çok azı (Avustralya, Kanada ve Rusya gibi) hammaddenin çoğunu kendi ülkelerinden sağlamaktadırlar. Örneğin, Japonya, Almanya, İngiltere, Hollanda, Belçika ve daha bir çok sanayileşmiş ülke ham madde ihtiyaçlarının büyük çoğunluğunu, başka ülkelerden karşılar. 4. Ulaşım ve Pazarlama Üretilen mallar, iç ve dış pazarlara düzenli bir biçimde sevkedilmesi gerekir. Sanayinin gelişmesinde en etkili ve en ekonomik ulaşım sistemleri denizyolu ve demiryoludur. Dolayısıyla bütün sanayileşmiş ülkelerde fabrikalar, daha çok demiryolları ile iç bölge pazarlarına bağlanmış olan, liman kentleri çevresinde toplanmıştır. Örneğin ABD’nin batı ve doğu kıyıları, Fransa’nın kuzey ve güney kıyıları, ingiltere’nin kıyı bölgeleri ve Belçika, Hollanda ve Almanya’nın kıyı bölgelerinde durum böyledir. Türkiye’de de İstanbul, izmit, Adana, İzmir, Bursa gibi şehirler buna örnek gösterilebilir. Bir sanayi kuruluşunun varlığını devam ettirebilmesi için ürettiği ürünleri pazarlayabileceği sürekli bir pazara ihtiyaç vardır. Pazarlamada ucuz ve kaliteli mal üretimi ile tanıtım çok önemli rol oynar.
20
5. İş Gücü ve Teknik Eleman Üretimi gerçekleştirecek insan unsuru iş gücünü ifade eder. Ülkemiz iş gücü ve teknik eleman bakımından şanslıdır. İş gücü fazlalığının bir sonucu ücret düşüklüğü, maliyetin azalması ve rekabet şansının artmasıdır. Bir ülkenin sanayileşmesiyle birlikte aşağıdaki değişmeler görülür; 1. Sanayi ürünleri ihracatı ve hammadde ithalatı artar. 2. Dış ticaret hacmi büyür. 3. Tarımda çalışan nüfus oranı azalır, sanayide çalışan nüfus oranı artar. Tarımda gelişme olması nedeniyle üretimde azalma olmaz. 4. Ortalama yaşam düzeyi yükselir. 5. işsiz insan sayısı azalır. 6. Nitelikli İş gücü önem kazanır. 7. Kişi başına düşen milli gelir artar. 8. Şehirleşme oranı artar. Ülke ekonomisinin en dinamik ve üretken kesimi sanayidir. İhracatımızın % 90′ı sanayi ürünlerinden gerçekleşir. Sanayileşme ile birlikte daha önce dışardan ithal edilen mallar kendi ülkemizde üretilmeye başlanmış ve birçok insana iş alanı açılmıştır. Ayrıca dış ülkelere ihraç edilen ürünlerle ekonomiye büyük katkılar sağlanmaktadır. Sanayileşmeyle ülkemizdeki zengin hammadde kaynakları değer kazanmıştır. Ülkemizde sanayi daha çok tarıma bağlı olarak gelişmiştir. Son yıllarda Türkiye sanayi ülkesi olma durumuna geçmiştir. Ülkemizdeki sanayi tesisleri dengesiz bir dağılım göstermektedir. Sanayi tesislerinin büyük çoğunluğu Marmara Bölgesi’nde toplanmıştır. Ülkemizde sanayi kolları içinde ilk sıraları dokuma, tekstil, makina ve gıda sektörü alır. Türkiye’deki Başlıca Sanayi Kolları Endüstri kollarının dağılışında hammaddeye, enerji kaynağına, pazarlara ve ana ulaşım yollarına yakınlık önemli rol oynar.
21
A. Besin Sanayisi Türkiye, bol miktarda ve çok çeşitli tarım ürünleri ürettiği için, besin sanayi de gelişmiş ve çeşitlenmiştir. Besin sanayisi Türkiye’de en yaygın sanayi kollarından biridir. Un ve Un Ürünleri Sanayisi Buğday, Türkiye’de üretimi yaygın temel besin maddesidir. Bu nedenle un ürünlerine dayalı sanayi kuruluşları çok fazladır ve yaygındır. Bununla birlikte, un, makarna, irmik, bisküvi gibi hammaddesi tahıla dayalı fabrikalar en çok İç Anadolu Bölgesi’nde ve büyük kentlerde yer almaktadır. Süt ve Süt Ürünleri Sanayisi Bu sanayi alanının başlıca ürünleri; Pastörize süt, süt tozu, peynir, tereyağı ve yoğurttur. Süt ürünleri işletmeleri süt üretiminin fazla olduğu ve mandıracılığın yaygın olduğu Trabzon, Edirne, Tekirdağ, Erzurum, Erzincan, Kars gibi hayvancılığın geliştiği yerlerde ve İstanbul, İzmir, Ankara, Adana, Bursa gibi büyük kentlerin çevresinde bulunmaktadır. Yağ Sanayisi Ayçiçeği, zeytin, mısır, susam, haşhaş, soya fasulyesi, fındık, keten-kenevir ve pamuktan bitkisel yağ elde edilir. En çok üretilen yağ ayçiçek yağı ve zeytinyağıdır. Zeytinyağı üretiminde Türkiye, Dünya’da ilk sıralarda gelir. Ege Bölgesi’nin kıyı kesimi zeytinyağı sanayisinin en yoğun olduğu alanlardır. Çanakkale, Balıkesir, İzmir ve Gaziantep zeytinyağı üretim merkezleridir. Ayçiçek yağının üretimi en fazla Marmara Bölgesi’nde özellikle Trakya’da yaygın olarak yapılmaktadır. Konserve Sanayisi Meyve suyu, konserve, salça fabrikaları daha çok Marmara, Ege ve Akdeniz bölgelerinde yoğunlaşmıştır. Türkiye’de sebze ve meyve konserveciliği ileri bir düzeye geldiği halde, konserve tüketimi beklendiği kadar artmamıştır. Bunun başlıca nedenleri; - Halkımızın meyve ve sebzeleri daha çok yaş olarak tüketmesi - Türkiye’de hemen her mevsimde taze sebze ve meyve bulunması
22
- Halkımızın önemli bir bölümünün konserve ihtiyacını kendi üretimleriyle (salça yapma, sebze kurutma vb.) karşılamasıdır. Şeker Sanayisi Şeker pancarından, küp veya toz şeker elde etmeye dayanan şeker sanayisi, Cumhuriyetin ilk yıllarından beri gelişme göstermiştir. İlk şeker fabrikası 1926′da Uşak’ta kurulmuştur. Şekerpancarı ekim alanları genelde fabrikalar çevresinde yoğunlaşmıştır. Türkiye’nin iklim koşulları şekerpancarı tarımına elverişli olduğu için şeker fabrikaları Türkiye’nin (kıyı kesimleri hariç) hemen her tarafına dağılmıştır. Ağrı, Kırklareli, Burdur, Muş, Afyon gibi yurdun dört bir tarafına yayılmış 30 civarında şeker fabrikası vardır. Çay Endüstrisi Türkiye çay işleme tesisleri, Doğu Karadeniz Bölümü’nün kıyı kesimlerinde yoğunlaşmıştır. Fabrikaların büyük çoğunluğu Rize Hindedir. Artvin, Trabzon ve Giresun illerinin kıyı kesimlerinde çay fabrikalarına rastlanır. Diğer tarımsal endüstri kuruluşlarına göre yayılış alanı en dar olanıdır. B. Tütün ve İspirtolu İçkiler Sanayisi Türkiye’de üretilen tütünün bir bölümü ihraç edilirken, bir bölümü de sigara fabrikalarında işlenmektedir. Samsun, Tokat, Adana, İzmir, Malatya ve İstanbul’da sigara fabrikaları vardır. Arpa, mısır, çavdar ve üzüm gibi bitkilerden ispirtolu(alkollü) içki imal eden küçük imalathanelerin yanısıra, İstanbul, İzmir, Ankara,
Yozgat
ve
Tekirdağ’da
rakı
ve
şarap
fabrikaları
vardır.
C. Dokuma, Deri ve Giyim Sanayisi Türkiye’de işyeri ve çalışan işçi sayısı bakımından dokuma, deri ve giyim sanayi ilk sırada yer almaktadır. Dokumacılık sanayisinin ülkemizde en gelişmiş kolu pamuklu dokumadır. İç pazar, ihtiyacını karşıladığı gibi ihracata da yönelmiştir. Pamuklu dokuma üreten büyük fabrikalar İstanbul, Adana, Antalya, Tarsus, İzmir, Nazilli, Aydın, Manisa, 23
Kayseri,
Karaman,
Konya
Ereğlisi, Malatya,
Erzincan ve Adıyaman’da
bulunmaktadır. Yünlü dokumacılık; Daha çok iç pazar için üretim yapmaktadır ve fazla gelişmemiştir. Bu alanda üretim yapan büyük fabrikalar İstanbul, Hereke, Bursa, İzmir, Uşak ve Kayseri’dedir. Örme işleri (trikotaj); Başta İstanbul olmak üzere büyük kentlerdeki atölyeler de yapılmaktadır. Kazak, çorap, iç çamaşırı başlıca trikotaj ürünleridir. İpek dokumacılığı; Gemlik, Bursa ve İstanbul’da toplanmıştır. Suni ipek kullanımının giderek yaygınlaşması üzerine ipek dokumacılığı gerilemektedir. Ancak son zamanlarda ipek halı ticareti ipek dokumacılığını biraz da olsa hareketlendirmiştir. Hazır giyim sanayisi (konfeksiyonculuk); Son yıllarda büyük gelişme göstermiştir. Başta İstanbul olmak üzere, Bursa, İzmir, Ankara ve Adana’da büyük fabrikalar vardır. Ülkemizde dokumacılığın önemli üretim, alanlarından biri de halıcılıktır. Gerek el yapımı, gerekse makina üretimi halılarımız çok ünlüdür. Kula, Uşak, Gördes, İsparta, Bünyan, Konya, Sivas, Hereke başlıca halı üretim merkezleridir. El halıları daha çok Avrupa ve A.B.D’ye, makina halıları ise Orta Doğu ülkelerine ihraç edilmektedir. Deri ürünleri sanayi; istanbul’da yoğunlaşmıştır. Deri sanayi tesisleri İstanbul, İzmir, Kayseri, Erzincan ve Erzurum’da toplanmıştır. D. Maden Sanayi Madenlerin yer altından çıkarılması ve onların mamul veya yarı mamul hale getirilmesi faaliyetleridir. Maden sanayisinde, ilk akla gelen demir-çelik fabrikalarıdır. Türkiye’de kurulan ilk demir-çelik tesisi Kırıkkale’de hizmete girmiştir. Bu tesis daha sonra Makina ve Kimya Endüstrisi Kurumu’na devredilmiştir. Kırıkkale’deki fabrikada silah, çelik, pirinç, elektrik makinaları ve barut üretilmektedir. Türkiye’de bu alanda kurulan ikinci önemli tesis Karabük Demir-Çelik Fabrikası’dır. Daha sonra Ereğli Demir-Çelik Fabrikası ile İskenderun Demir-Çelik 24
Fabrikası işletmeye açılmıştır. Batı Karadeniz Bölümü’ndeki Karabük ve Ereğli Demir-Çelik fabrikalarının yanında demir madeni çıkarılmadığı halde demirin işlenmesinde enerji kaynağı olarak kullanılan taşkömürünün burada olmasından dolayı fabrikalar bu bölüme kurulmuştur. Demir-çelik fabrikalarının dışında Seydişehir’deki alüminyum, Elazığ ve Antalya’daki ferro-krom, Ergani, Murgul ve Samsun’daki bakır tesisleri önemli maden sanayi tesislerimizdir. E. Makine Sanayi Savunma sanayine ait araçlar, elektrikli makineler, kara, demir, deniz ve hava yolu ulaşım araçları makine sanayinin başlıca kollarını oluşturur. Türkiye’de makine sanayinin en gelişmiş kolu otomotiv sanayidir. Bu sanayide traktör, kamyon, kamyonet, minibüs, |N otomobil gibi ulaşım araçlarının üretimi gerçekleştirilir. 1950′lerden sonra montajla başlayan otomotiv sanayisinde 1970′lerden sonra yerli üretim artmıştır. Otomotiv sanayisi Bursa, İstanbul, İzmit, Adapazarı, Adana, İzmir ve Gaziantep illerinde yoğunlaşmıştır. Ülkemizde demiryolu araçları üretimi Eskişehir, Adapazarı ve Ankara illerinde yapılmaktadır. Ülkemizde gelişme gösteren sanayi kollarından biri de gemi yapımıdır. Bu sektöre ait tersaneler İstanbul, İzmit ve İzmir’de yoğunlaşmıştır. F. Kimya Sanayi Üretim alanlarının çok çeşitli oluşu nedeniyle kimya sanayi ilaç, suni gübre ve petro-kimya sanayi gibi bölümlere ayrılarak incelenebilir. İlaç sanayi İstanbul, İzmir ve Ankara’da faaliyet göstermektedir. Suni gübre sanayi, Kütahya, İskenderun, İzmit, Elazığ, Gemlik, Samsun, Karabük, Bandırma, Mardin (Mazı dağı) ve Mersin’de gelişmiştir. Petrol rafinelerinin yakınlarında kurulan ve hammaddesi petrole dayalı ürünler imal eden petro-kimya endüstrisi kuruluşları da Batman, Mersin, İzmir, İzmit ve Kırıkkale çevresinde yoğunlaşmıştır. Batman Rafineri’sinin kurulmasında hammaddeye yakınlık etkili olurken diğerlerinin kuruluş yerlerinin belirlenmesinde ulaşım ve pazar şartları etkili olmuştur.
25
G. Orman Endüstrisi Odunun hammadde olduğu en önemli üretim alanı kağıt endüstrisidir. Türkiye’de kâğıt üretimi tüketimi karşılamadığı için kağıt ihtiyacının bir kısmını ithalat yoluyla karşılar. Sanayileşmiş ülkelerin çoğunda, hammadde kaynaklarının önemli bir bölümünü kullanılmış kâğıt oluşturmaktadır. Böylece, orman kaynakları korunduğu gibi, çevre kirlenmesine de daha az meydan verilmiş olmaktadır. Ülkemizde bir yıllık bitkilerden kâğıt üretilebilecek tesislerin kurulması ve kâğıt üretiminde kullanılmış kâğıt kullanım oranının arttırılması yolunda çalışmalar sürdürülmektedir. Batı Karadeniz Bölümü’nde Bolu, Kastamonu ve Sinop çevresinde orman sanayisi oldukça
gelişmiştir.
Bu
durum
hammaddeye
yakınlıkla
ilgilidir.
Başlıca kâğıt fabrikaları: - Giresun-Aksu - Zonguldak-Çaycuma - Muğla-Dalaman - Afyon-Çay - Kastamonu-Taşköprü - Silifke-Taşucu - Balıkesir’de bulunmaktadır. H. Çimento, Cam, Seramik Endüstrisi İnşaat sektörünün gelişmesi ile çimento endüstrisi hızlı bir gelişme göstererek tüm yurda dağılmıştır. Çimentonun ham maddesi her yerde bulunduğundan ve tüketimi fazla olduğundan fabrikaları ülkemizin her bölgesinde mevcuttur. Üretilen çimento ülke ihtiyacını karşıladıktan sonra bir kısmı da ihraç edilmektedir. Çimento ihracatı en çok Orta Doğu ve Afrika ülkelerine yapılmaktadır.
26
Çimentonun yanısıra tuğla ve kiremit üreten fabrikalar da kurulmuştur. Kaliteli tuğla ve kiremit üreten fabrikalar Samsun, Eskişehir, Adapazarı, İzmir, Manisa, İstanbul, Tekirdağ, Konya’da kurulmuştur. İnşaat sektörünün gelişmesi sonucu ortaya çıkan bir diğer endüstri kolu da seramik endüstrisldir. Çanakkale (Çan), Bilecik (Bozüyük), Kütahya, Tekirdağ, Bursa(İznik) seramik endüstrisinin yoğun olduğu yerlerdir. Cam sanayi tesisleri ise daha çok İstanbul, Gebze, Mersin, Kırklareli, Denizli’de toplanmıştır. Cam ürünlerinin bir kısmı ihraç edilir.
27
2. ASETON ÜRETİM PROSESİ HESAPLAMALARI 2.1.ASETONÜRETİMPROSESİ
Şekil 6: Asetonun üretim prosesi akım şeması
28
Şekil 7: Fabrikanın Dış Tasarımı
29
2.2 KÜTLE DENKLİKLERİ 2.2.1. Kütle Denkliği Açıklamaları Proseste başlangıçta su ve izopropil alkol içeren besleme akımı ile geri dönüş
akımı
(Reflux)
besleme
tankında
karıştırılır.
Sonra
bu
karışım
buharlaştırıcıda buharlaştırılır ve reaktörde izopropil alkolün dehidrojenasyonu sonucu aseton oluşur. Reaktörden çıkan gaz karışımı aseton, su, hidrojen ve izopropil alkolden oluşur. Çıkan bu akım soğutucuda soğutulur ve kondenserde yoğuşturularak flash ünitesine gönderilir. Flash ünitesinde üst ürün olarak alınan aseton, su, IPA ve hidrojen karışımı gaz yıkama ünitesine gönderilir ve hidrojenin karışımdan ayrılması sağlanır. Hidrojen gazı ayrılmış karışım flash ünitesinin alt ürünü (IPA, aseton, su) ile karıştırılır ve aseton kolonuna gönderilir. Aseton kolonunda %99 verimle üst ürün olarak aseton elde edilir. İzopropil alkol, su ve %0,1 aseton içeren alt akım IPA kolonuna gönderilir. IPA kolonundan elde edilen üst ürün besleme tankına geri gönderilirken alt akım atık olarak kabul edilip atılmaktadır. Kütle denkliği hesaplamalarına geri döngü akımı da gireceği için hesaplamalara reaktörden başlanır. Kullanılan reaktör tipi borulu akışlı reaktördür. Reaksiyonun tam anlamıyla gerçekleşmesi için reaktörde de bir miktar ısıtma gerçekleştirilmektedir. Hesaplamalar günde 16 saat çalışma ile haftada 500 ton aseton üretimi için yapılmıştır ve 1 haftada 6 iş günü çalışıldığı varsayılmıştır.
2.2.2. Reaktör Etrafında Kütle Denkliği Kullanılan reaktör ısıtmalı borulu akışlı bir reaktördür. Reaktör koşulları; Besleme akımı giriş sıcaklığı: 325 °C Besleme akımı çıkış sıcaklığı: 350 °C Basınç 1,8 bar da sabittir. Temel: 100 kmol/h izopropil alkol beslemesi ve izopropil alkolün yarısı kadar su beslemesidir.
30
Reaktörde he geçişte izopropil alkolün % 90’ı dönüşmektedir. naseton(5) = 100*0,9 = 90 kmol/h nH2(5) = 100*0,9 = 90 kmol/h nH2O(5) = nH2O(4) = 50 kmol/h nIPA(5) = 100*0,1 = 10 kmol/h nToplam(5) = naseton(5) + nH2(5) + nIPA(5) + nH2O(5) = 90 + 90 + 50 + 10 = 240 kmol/h yaseton(5) = 90/240 = 0,375
yH2(5) = 90/240 = 0,375
yH2O(5) = 50/240 = 0,208
yIPA(5) = 10/240 = 0,042
Reaktörden çıkan akım soğutma işlemine tabi tutulur ve soğutma işleminden sonra kondenserde yoğuşturulur. Buralarda kütle değişimi yoktur yani giren kütle çıkan kütleye eşit kabul edilir. Hidrojenin yoğuşma sıcaklığı çok düşük olduğu için hidrojen kondenserde yoğuşmaz. Kondenserde basınç 1.5 bar dır.
2.2.3. Flash Kolonunda Kütle Denkliği Flash kolonu koşulları; Flash ünitesi izotermal kabul edilir yani buraya giren ve çıkan akımların sıcaklığı değişmez. Giriş ve çıkış sıcaklıkları 81 °C’ dir. Basınç 1,5 bardır.
31
Sıcaklık ve basınç sabit; Ki =
Pi * y i PT xi
(T = 81 °C) Kaynama noktasında; Antoine Denklemi:
ogPi* Ai
Bi Ci T
PT = (1,5/1,013)*760 = 1125,37 mmHg Aseton İçin; A: 7,02447
B: 1161
ogP * aseton 7,02447
C: 224
1161 224 81
P * aseton 1651,6mmHg 1651,6 Kaseton 1,467 1125,37
IPA İçin; A: 8,37895
B: 1788,02
ogP * IPA 8,37895
C: 227,438
1788,02 227,438 81
P * IPA 381,89mmHg K IPA
381,89 0,339 1125,37
H2O İçin; A: 7,96681
B: 166,21
C: 228 32
ogP * su 7,96681
166,21 228 81
P * su 369,89mmHg 369,89 Ksu 0,328 1125,37
F = naseton(7) + nH2(7) + nIPA(7) = 90 + 50 + 10 = 150 kmol/h Flash Distilasyon kolonu için kullanılan; k
zi * ( Ki 1)
1V i 1
F
* ( Ki 1)
0 Denkleminden deneme yanılma yoluyla;
V/F ≈ 0,2 bulunur.
L = 120 kmol/h
Toplam Kütle Korunum Denkliği: F = V+ L
V = 30 kmol/h
yV = K*xL F*zF = V*yV + L*xL
Denklemlerinden;
Aseton İçin;
IPA İçin;
Su İçin;
yV = 1,467*xL
yV = 0,339*xL
yV = 0,328*xL
90 = 30*yV +120*xL
10 = 30*yV +120*xL
50
xL = 0,549
xL = 0,077
xL = 0,385
yV = 0,805
yV = 0,026
yV = 0,126
=
30*yV
+120*xL
Üst Ürün (Akım 8); V = 30 kmol/h
yaseton = 0,805
naseton = 0,805*30 = 24,15
yIPA = 0,026
n IPA = 0,026*30 = 0,78 kmol/h
ysu = 0,126
nsu = 0,126*30 = 3,78 kmol/h
L = 120 kmol/h
xaseton = 0,549
naseton = 0,549*120 = 65,88
xIPA = 0,077
n IPA = 0,077*120 = 9,24 kmol/h
xsu = 0,385
nsu = 0,385*120 = 46,20 kmol/h
kmol/h
Alt Ürün (Akım 9); kmol/h
33
2.2.4. Gaz Yıkama Kolonunda Kütle Denkliği Gaz yıkama kolonu koşulları; Kolona beslenen su sıcaklığı: 25 °C Giren gaz karışımı sıcaklığı: 81 °C Ayrılan üst akım sıcaklığı: 70 °C Basınç 1,5 bar da sabittir. Gaz yıkama kolonuna giren su giren asetonun 25 katıdır. Çıkan gazda aseton 1/1000 oranındadır.
1 2
T = 81 °C (354,14 K) , P = 1,5 bar (1,48 atm); naseton(12) = (1/1000)*24,15 = 0,02415 kmol/h naseton(10) = 24,15 – 0,02415 = 24,126 kmol/h nToplam(8) = naseton(8) + nH2(8) + nIPA(8) + nH2O(8) = 118,71 kmol/h nToplam(12) = naseton(12) + nH2(12) = 0,02415 + 90 = 90,02415 kmol/h yaseton(12) = 0,02415/90,02415 = 2,68*10^-4 yaseton(8) = 24,15/118,71 = 0,203 nH2O(11) = 25*24,15 = 604 kmol/h nH2O(10) = nH2O(11) + nH2O(8) = 604 + 3,78 = 607,78 kmol/h nToplam(10) = naseton(10) + nH2O(10) + nIPA(10) = 24,126 + 607,78 + 0,78 = 632,686 kmol/h
34
2.2.5. Aseton Kolonunda Kütle Denkliği Aseton kolonunun giriş akımını yıkayıcıdan çıkan akım ve flash ünitesinden çıkan alt akım oluşturur. Burada basınç 1,1 bardır. Asetonun 1/1000 ’ inin alt ürüne geçtiği varsayılmıştır. %99 saflıkta aseton üretilmektedir.
naseton(13) = naseton(9) + naseton(10) = 65,88 + 24,126 = 90 kmol/h nIPA(13) = nIPA(9) + nIPA(10) = 9,24 + 0,78 = 10,02 kmol/h nH2O(13) = nH2O(9) + nH2O(10) = 46,20 + 607,78 = 653,98 kmol/h nToplam(13) = naseton(13) + nH2O(13) + nIPA(13) = 90 + 653,98 + 10,02 = 754 kmol/h naseton(15) = 90*1/1000 = 0,09 kmol/h naseton(14) = 90 – 0,09 = 89,91 kmol/h Aseton %99 saflıkta olduğuna göre; nIPA(14) = 89,91*0,01/0,99 = 0,908 kmol/h nIPA(15) = nIPA(13) – nIPA(14) = 10,02 – 0,908 = 9,112 kmol/h nH2O(15) = nH2O(13) = 653,98 kmol/h
2.2.6. IPA Kolonunda Kütle Denkliği IPA kolonu koşulları;
35
Giren akımın sıcaklığı: 150 °C Alt ve üst ürün sıcaklıkları: 111,5 °C Basınç 1,1 bardır. IPA kolonunda giren izopropil alkolün tamamının üst ürüne geçtiği varsayılmıştır. Ayrıca buradan çıkan geri döngü akımının besleme akımıyla aynı kompozisyonda olduğu kabul edilmiştir. 1 7
nIPA(15) = nIPA(17) = 9,112 kmol/h naseton(17) = naseton(15) = 0,09 kmol/h
1
6 Reflux’ ın besleme akımıyla aynı kompozisyonda olduğu varsayıldığından dolayı; ysu = 0,33
yIPA = 0,67 dir.
nsu(17) = 9,112*0,33/0,67 = 4,488 kmol/h nsu(16) = nsu(15) – nsu(17) = 653,98 – 4,488 = 649,492 kmol/h IPA kolonunun altından çıkan suyun sıcaklığı yüksek olduğu için sistemde tekrar kullanılmamaktadır. 2.2.7. Besleme Tankında Kütle Denkliği Besleme Tankı Koşulları; Besleme akımının tanka giriş sıcaklığı:25 °C Geri döngü akımının giriş sıcaklığı: 111,5 °C Basınç 2 bardır.
36
nIPA(2) = nIPA(1) + nIPA(17) n(IPA(1) = nIPA(2) – nIPA(17) = 100 – 9,112 = 90,888 kmol/h nsu(2) = nsu(1) + nsu(17) nsu(1) = nsu(2) – nsu(17) = 50 – 4,488 = 45,512 kmol/h Aseton kolonunda saatte 89,91 kmol/h aseton üretilmişti. Buna göre; MA aseton = 58,08 kg/kmol kmol
Üretim miktarı = 89,91 h
* 58,08
kg h gün * 16 *6 kmol gün hafta
= 501309,4 kg/hafta = 501,3094 ton/hafta Bu proseste haftada 6 iş günü günde 16 saat çalışarak “501,3094 ton” aseton üretimi yapılmaktadır.
37
2.3. ENERJİ DENKLİKLERİ 2.3.1. Enerji Denklikleri Açıklaması Sisteme beslenen besleme akımı 25 °C, geri döngü (Reflux) akımı 111,5 °C’dir. Besleme tankının basıncı 2 bar basınçta sabittir. Besleme tankı etrafında enerji dengesi kurulduğu zaman buradan çıkan akımın sıcaklığı 32,87 °C olarak bulunur. Besleme tankından çıkan akım buharlaştırma işlemi için buharlaştırıcıya girmektedir. Buraya giren akımın sıcaklığı 32,87 °C’dir. Buharlaştırıcıda çalışma basıncı 2 barda sabittir. Buradan çıkan akımın sıcaklığı 109,5 °C’dir. Bu sıcaklık karışımın kaynama noktası sıcaklığıdır. Buharlaştırıcıdan
çıkan
karışımın
sıcaklığı
reaksiyon
için
yeterli
olmadığından sistemde bir ön ısıtıcı kullanılmıştır. Ön ısıtıcı çalışma basıncı 2 bardır ve burada akım 109,5 °C’den 325 °C’ye ısıtılmaktadır. Ön ısıtıcıdan çıkan akım reaktöre girer. Reaktöre akımın giriş sıcaklığı 325 °C’dir. Çıkışta ısı sıcaklık 350 °C’dir. Bu sıcaklık değerleri aseton üretiminin literatür değerleridir. Basınç reaktörde 1,8 bardır. Reaktörden sonra karışıma soğutma işlemi uygulanır. Bunun için sistemde soğutucu kullanılmıştır. Soğutucuya karışımın giriş ve çıkış sıcaklıkları sırasıyla 350 °C ve 94,7 °C’dir. Soğutma işlemi için su kullanılmaktadır. Karışım çiğlenme noktasına kadar soğutulur. Soğutucuda basınç 1,5 bardır. Soğutucudan sonra karışım yoğuşturucu kondensere gönderilir. Buraya akımın giriş ve çıkış sıcaklıkları da 94,7 °C ve 81 °C’dir. Kondenserden çıkan akım aseton kolonuna girmeden önce flash ve gaz yıkama kolonuna girer. Buralardan çıkan akımlar karıştırılır. Flash ünitesinde karışımın sıcaklığında herhangi bir değişme olmaz. Flash ünitesinin üst akımı gaz yıkama kolonuna girer. Akımın buraya giriş sıcaklığı 81 °C’dir. Burada kullanılan suyun sıcaklığı ise 15 °C’dir. Gaz yıkama kolonunda ayrılan üst akımın sıcaklığı 70 °C’dir. Flash kolonun alt akımıyla karışacak olan alt akımın sıcaklığı ise 28,1 °C olarak bulunur. Akımlar karıştıktan sonra sıcaklık 45 °C olur. Bu akım aseton kolonuna girer.
38
Aseton kolonuna akımın giriş sıcaklığı 45 °C’dir. Üst akımın sıcaklığı 102,3 °C, alt akımın sıcaklığı ise 105 °C’dir. Bu sıcaklıklar karışımın kabarcıklanma ve çiğlenme noktası sıcaklıklarıdır. Burada basınç 1,1 bardır. Aseton kolonunun alt akımı IPA kolonuna girer ve burada izopropil alkol ayrılır ve besleme tankına gönderilir. Aseton kolonundan çıkan alt akımın buraya giriş sıcaklığı 105 °C’dir. IPA kolonundan çıkan alt ve üst akımların sıcaklıkları ise 111,5 °C’dir. Buradaki alt ürün sudur ve sıcaklığı çok yüksek olduğu için sistemde tekrar kullanılmaz. Üst ürün ise izopropil alkol ve çok az miktarda sudan oluşur. Bu akım besleme akımı ile karıştırılır.
2.3.2. Besleme Tankında Enerji Denkliği 1 akımının tanka giriş sıcaklığı: 25 °C 17 akımının tanka giriş sıcaklığı: 111,5 °C
Tref = 25 °C; CpIPA = 2,497 kj/kgK
CpH2O = 4,178 kj/kgK
Kütle kesirleri; xIPA
6009,60 0,87 6009,60 900,75
xH 2 O 1 0,87 0,13
mToplam(1) = 5462 + 819,90 = 6281,9 kg/h 39
mToplam(17) = 547,60 + 80,85 = 628,45 kg/h mToplam(12) = 6009,60 + 900,75 = 6910,35 kg/h Cpkarışım = 2,497*0,87 + 4,178*0,13 = 2,715 kj/kgK Qgiren = Qçıkan
mgCpgTg mçCpçTç 6281,9*2,715*(25 – 25) +628,45*2,715*(111,5 – 25) = 6910,35*2,715*(T – 25) 2 akımının sıcaklığı “T = 32,87 °C” olarak bulunur.
2.3.3. Buharlaştırıcı Etrafında Enerji Denkliği Buharlaştırıcıya akımın giriş sıcaklığı: 32,87 °C Buharlaştırıcıdan akımın çıkış sıcaklığı: 109,5 °C
32,87 °C’de; CpIPA = 2,413 kj/kgK CpH2O = 4,179 kj/kgK Buharlaşma gizli ısıları; H VAP IPA 669,82kj / kg H VAP H 2 0 2296,473kj / kg
Q = mIPA*CpIPA*∆T + mH 2O*CpH2O*∆T + mIPA* H VAP IPA + mH2O* H VAP H 2 0
Q = 6009,60*2,413*(109,5 – 32,87) + 900,75*4,179*(109,5 – 32,87) +6009,60*669,82 + 900,75*2296,473 Q = 7,494*10^6 kj/h
40
Buharlaştırıcıda ısıtma işlemi için elektrik kullanılmaktadır. Akım burada istenilen sıcaklığa gelemediği için bir ön ısıtma işlemine tabi tutulur. 6 Gerekli enerji = 7,494 * 10
kj 1h * h 3600 s
Gerekli enerji = 2081,6 kW
2.3.4. Ön Isıtıcıda Enerji Denkliği Reaksiyonun gerçekleşmesi için 109,5 °C yeterli olmadığından dolayı ön ısıtıcı kullanılır. Akım 325 °C ye ısıtılır.
Tref = 109,5 °C; CpIPA = 2,468 kj/kgK CpH2O = 2,019 kj/kgK Q = mIPA*CpIPA*∆T + mH2O*CpH2O*∆T Q = 6009,60*2,468*(325,109,5) + 900,75*2,019*(325,109,5) Q = 3,588*10^6 kj/h Ön ısıtıcıda ısıtma elektrik ile yapılmaktadır. Bu durumda; Gerekli enerji = 3,588 *10 6
kj 1h * h 3600 s
Gerekli enerji = 996,67 Kw
2.3.5. Reaktör Etrafında Enerji Denkliği 41
Gerçekleşen tepkime; (CH3)2CHOH → (CH3)2CO + H2 İzopropil alkol Aseton Tablo 2: İzopropil alkol, aseton, H2 nin oluşum entalpileri (Hf) ve mol değerleri BİLEŞİK (CH3)2CHOH (CH3)2CO H2
ngiren (kmol/h) 100 0 0
Hf (kj/kmol) - 272,290 - 216,685 0
nçıkan (kmol/h) 10 90 90
T2
H Hf (a bT cT 2 dT 3 ...) dT T1
Cp a bT cT 2 dT 3 ...
İzopropil alkol için; a: 32,427
b: 1,886*10^-1
c: 6,405*10^-5
325
H GRŞ IPA 272,290
(32,427 1,886 *10
1
d: - 9,261*10^-8
T 6,405 * 10 5 T 2 9,261 * 10 8 T 3 )dT
25
H GRŞ IPA 252,186kj / kmol
H ÇKŞ IPA 272,290
350
(32,427 1,886 *10
1
T 6,405 * 10 5 T 2 9,261 *10 8 T 3 )dT
25
H ÇKŞ IPA 249,691kj / kmol
Aseton için; a: 71,96
b: 20,1*10^-2
c: 12,78*10^-5
42
d: 34,76*10^-8
H GRŞ aseton 0 350
H ÇKŞ aseton 216,685
(71,96 20,1 *10
2
T 12,78 * 10 5 T 2 34,76 * 10 8 T 3 )dT
25
H ÇKŞ aseton 182,745kj / kmol
H2 için; a: 28,84*10^-3
b: 0,00765*10^-5,
c: 0,3288*10^-8
d:
-
0,8698*10^-12 H GRŞ H 2 0 350
H ÇKŞ H 2
(28,84 *10
3
0,00765 * 10 5 T 0,3288 * 10 8 T 2 0,8698 * 10 12 T 3 )dT
25
H ÇKŞ H 2 9,466kj / kmol Hr Hürün Hreak tan Hr 216,685 ( 272,29) Hr 55,605kj / kmol
Hr 55,605
Q=
ÇKŞ
kj kmol * 90 5004,45kj / h kmol h
niHi GRŞ niHi Hr
Q = [10*(-249,691) + 90*(-182,745) + 90*(9,466)] – [100*(-252,186)] + 5004,45 Q = 12131,03 kj/h Reaktörde ısıtma işlemi için elektrik kullanılmaktadır. Gerekli enerji = 12131,03
kj 1h * h 3600 s
Gerekli enerji = 3,37 kW
2.3.6. Soğutucu Etrafında Enerji Denkliği Soğutucuda soğutma ajanı olarak su kullanılmaktadır. Kullanılan suyun sisteme giriş sıcaklığı 15 °C olup sistemi 35 °C’de terk etmektedir.
43
Tref = 94,7 °C; CpH2 = 12,608 kj/kgK CpH2O = 2,035 kj/kgK CpIPA = 2,536 kj/kgK Cpaseton = 1,896 kj/kgK Q
=
[mH2*CpH2
+
mH2O*CpH2O
+
mIPA*CpIPA
+
maseton*Cpaseton]*∆T Q = [180,9*12,608 + 900,75*2,035 + 600,96*2,536 + 5221,8*1,896]*(94,7 – 350) Q = - 3,967*10^6 kj/h
(-) soğuduğunu göstermektedir.
Gerekli su; Su sisteme 15 °C’de girip 35 °C’de çıkmaktadır. ∆T = 35 – 15 = 20 °C CpH2O = 4,179 kj/kgK Q = mH2O*CpH2O*∆T 3,967*106 = mH2O*4,179*20 mH2O = 47,63 ton/h
2.3.7. Kondenserde Enerji Denkliği Kondensere giriş ve çıkış sıcaklıkları sırasıyla 94,7 °C ve 81 °C’dir. Basınç 1,5 barda sabittir.
44
94,7 °C ve 1,5 bar basınçta; CpH2 = 13,225 kj/kgK CpH2O = 1,898 kj/kgK CpIPA = 1,761 kj/kgK Cpaseton = 1,297 kj/kgK Yoğuşma ısıları; H VAP aseton 487 kj / kg H VAP IPA 685kj / kg H VAP H 2 O 2357kj / kg
Q= Q
miCpiT miH =
[mH2*CpH2
maseton*Cpaseton]*∆T
+
+
VAP
i
mH2O*CpH2O
maseton*∆HVAPaseton
+ +
mIPA*CpIPA
+
mIPA*∆HVAPIPA
+
mH2O*∆HVAPH2O Q = 4,944*10^6 kj/h Gerekli su; Kondenserde yoğuşturma işlemi için su kullanılmaktadır. Su kondensere 15 °C’de girip 35 °C’de terk etmektedir. ∆T = 35 – 15 = 20 °C CpH2O = 4,179 kj/kgK Q = mH2O*CpH2O*∆T 4,944*106 = mH2O*4,179*20 mH2O = 59,153 ton/h
2.3.8. Gaz Yıkama Kolonunda Enerji Denkliği 45
Gaz yıkama kolonu karışımdan H2 nin uzaklaştırılması için kullanılmaktadır. Gaz yıkama kolonuna karışımın giriş sıcaklığı 81 °C’dir. Ayrılan üst akımın sıcaklığı 70 °C’dir ve basınç burada 1,5 barda sabittir.
Tref = 25 °C CpH2O = 4,183 kj/kgK CpIPA = 1,710 kj/kgK Cpaseton = 1,249 kj/kgK 70 °C’de; CpH2 = 14,401 kj/kgK Cpaseton = 1,229 kj/kgK 81 °C’de; CpH2O = 4,193 kj/kgK CpIPA = 1,716 kj/kgK Cpaseton = 1,259 kj/kgK CpH2 = 14,419 kj/kgK Qgiren = Qçıkan Qgiren =
miCpiTgiren miCpi (81 25)
Qgiren = 265384 kj/h Qçıkan =
miCpiTçıçık
miCpi (70 25) miCpi (T 25)
Qçıkan = 117308,77 + 47630,65(T – 25) 265384 = 117308,77 + 47630,65(T – 25)
46
T = 28,1 °C olarak bulunur. Gerekli enerji = 265384
kj 1h * h 3600 s
Gerekli enerji = 73,72 kW
2.3.9. Aseton Kolonunda Enerji Denkliği Giriş akımının sıcaklığı 45 °C Üst akım sıcaklığı 102,3 °C Alt akım sıcaklığı 105 °C ve basınç 1,1 barda sabittir.
Kondenserde 102,3 °C’de; H VAP aseton 450kj / kg H VAP IPA 632kj / kg 5216,58 yaseton 0,99 5216,58 54,57 yIPA 1 yaseton 1 0,99 0,01
H VAP karışım = 450*0,99 + 632*0,01 47
H VAP karışım = 451,82 kj/kg mToplam = 54,57 + 5216,58 = 5271,15 kg/h Q = mToplam* H VAP karışım = 5271,15*451,82 Q = 2,38*10^6 kj/h Reboiler’de 105 °C’de; H VAP aseton 445kj / kg H VAP H 2 O 675kj / kg H VAP IPA 625kj / kg 5,22 8,19 * 10 4 5,22 547,59 11781,45 11781,45 yH 2 O 0,955 11781,45 5,22 547,59 yaseton
yIPA 1 0,955 8,19 * 10 4 0,044
H VAP karışım = 445*8,19*10-4 + 675*0,955 + 625*0,044 = 672,49 kj/kg mToplam = 547,59 + 5,22 + 11781,45 = 12334,26 kg/h Q = mToplam* H VAP karışım = 12334,26*672,49 Q = 8,29*10^6 kj/h QToplam = 8,29*106 + 2,38*106 QToplam = 10,67*10^6 kj/h Gerekli enerji = 10,67 *10 6
kj 1h * h 3600s
Gerekli enerji = 2963,89 kW
2.3.10. IPA Kolonunda Enerji Denkliği IPA kolonuna giren akımın sıcaklığı 105 °C ve çıkan alt ve üst akımların sıcaklıkları 111,5 ‘dir. Basınç 1,1 bardır. Sistemde Reboiler bulunmamaktadır. Alt akımdan
çıkan
su
sıcaklığı
çok
yüksek
olduğu
kullanılmamaktadır. Bu yüzden atık olarak kabul edilir.
48
için
sistemde
tekrar
Kondenserde 111,5 °C’de; H VAP aseton 439kj / kg H VAP IPA 618kj / kg H VAP H 2 O 688kj / kg
5,22 9 * 10 3 5,22 547,59 80,85 80,85 yH 2 O 0,127 80,85 5,22 547,59 yaseton
yIPA 1 0,127 9 * 10 3 0,864
H VAP karışım = 439*9*10-3 + 688*0,127 + 618*0,864 H VAP karışım = 625,28 kj/kg mToplam = 5,22 + 547,59 + 80,85 = 633,66 kg/h Q = mToplam* H VAP karışım = 633,66*625,28 Q = 3,96*10^5 kj/h 5 Gerekli enerji = 3,96 * 10
kj 1h * h 3600 s
Gerekli enerji = 110 Kw
2.4. MALİYET HESABI Ana Makine Teçhizat
Adet
Besleme tankı
1
Buharlaştırıcı
1
Ön ısıtıcı
2
Karıştırıcı
2 49
Reaktör
1
Soğutucu
2
Kondenser
1
Gaz yıkama kolonu
1
Aseton kolonu
1
IPA kolonu
1
Depolama tankı
2
Ekipman maliyetleri Tablo 6.2’den yararlanılarak hesaplanmıştır. Buradaki maliyet değerleri 2004 yılına ait olduğu için maliyet değerleri 2014 değerlerine çevrilmiştir. 2004 index = 6886,2
2014 index = 11338,67
Maliyet2014 = Maliyet2004*(2014 index ∕ 2004 index)
2.4.1. Besleme Tankı ve Depolama Tankı Depolama tankı maliyeti = 10000*2*2 = 40000 $ Maliyet2014 = 40000*(11338,67/6886,2) = 65863 $ Hacim = 6009,6/790 + 900,75/1000 = 8,5 m3 Besleme tankı hacmi = 10 m3 alınsın. Maliyet = 10*2900*0,6 = 17400 $ Maliyet2014 = 17400*(11338,67/6886,2) = 28650 $
2.4.2. Buharlaştırıcı 10 m2 alanında karbon çelikten yapılmış falling film tipi buharlaştırıcı kullanılmıştır. Maliyet = 10000*10*0,52 = 52000 $ Maliyet2014 = 52000*(11338,67/6886,2) = 85622 $
50
2.4.3. Ön Isıtıcı 2 bar basınçlı, 10 m2 alanlı, 7000 kg/h miktarında akışkan ısıtabilecek kapasite paslanmaz çelik ön ısıtıcı kullanılmıştır. Maliyet = 4500*2 = 9000 $ Maliyet2014 = 9000*(11338,67/6886,2) = 14819 $
2.4.4. Karıştırıcı ve Reaktör Sistemde ceket tipi
karbon çelik reaktör kullanılmıştır. Bunun yanında
sistemde 2 adet türbin tipi 25 KW karıştırma gücünde karıştırıcı bulunmaktadır. Reaktör maliyeti = 15000*0,4*10 = 60000 $ Karıştırıcı maliyeti = 3000*2*0,5 = 3000 $ Maliyet2014 = 63000*(11338,67/6886,2) = 103734 $
2.4.5. Soğutucu ve Kondenser Sistemde su soğutmalı soğutucu ve kondenser kullanılmıştır. Kondenser 10m2 alanlı paslanmaz çelik çift borulu bir kondenserdir. Soğutucu maliyeti = 4050*2 = 8100 $ Kondenser maliyeti = 3400*10*0,5 =17000 $ Maliyet2014 = 25100*(11338,67/6886,2) = 41329 $
2.4.6. Aseton, IPA ve Gaz Yıkama Kolonu Kullanılan kolonlar paslanmaz çeliktir. Aseton kolonu maliyeti = 9550*2 = 19100 $ IPA kolonu maliyeti = 7400*2 = 14800 $ Gaz yıkama kolonu maliyeti = 8500*2 = 17000 $ Maliyet2014 = 50900*(11338,67/6886,2) = 83810 $ TOPLAM MAKİNE TEÇHİZAT MALİYETİ = 357964 $ 51
Toplam makine teçhizat maliyeti 360000 $ kabul edilirse; Tablo 3. Sabit sermaye maliyetini belirlemek için tip faktörleri FAKTÖR f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12
GİDERLER Ekipmanların kurulması Borular Diğer ekipmanlar Elektrik hatları Bina,proses Elektrik, su, hava gazı Stoklama Site geliştirme Yardımcı binalar Dizayn ve mühendislik Müteahhitlik ücretleri Olası giderler
AKIŞKAN DEĞERLERİ 0,4 0,70 0,20 0,10 0,15 0,50 0,15 0,05 0,15 0,30 0,05 0,10 TOPLAM=1.774.800 $
SABİT SERMAYE YATIRIMI = 1.774.800*2,23 = 3.957.804 TL
2.4.7. Üretim Gelirleri ve Giderlerinin Hesabı Proseste haftada 750 ton aseton üretimi yapılmaktadır ve 1 ton aseton yaklaşık 1650 $’dır. Buna göre; Aylık satış geliri = 750*4*1650 = 4950000 $ Aylık satış geliri = 4950000 $*2,23(TL/$) = 11.040.000 TL
2.4.7.1. Enerji maliyeti Buharlaştırıcı için gerekli enerji
2081,6 KWh
Ön ısıtıcı için gerekli enerji
996,67 KWh
Reaktör için gerekli enerji
3,37 KWh
Karıştırıcı için gerekli enerji
50 KWh 52
Gaz yıkama kolonu için gerekli enerji
73,72 KWh
Aseton kolonu için gerekli enerji
2963,89 KWh
IPA kolonu için gerekli enerji
110 KWh TOPLAM = 6279,26 KWh
2014 yılı Temmuz ayı itibariyle 1 kW/h elektrik (1000 watt) çeşitli vergiler dahil ortalama 0,42 TL yani 42 kuruştur. Enerji
maliyeti
=
(6279,26
KW/h)*(16
h/gün)*(6
gün/hafta)*(4
hafta/ay)*0,42 TL Enerji maliyeti = 1012719 TL
2.4.7.2. Hammadde maliyeti Besleme tankında kullanılan su miktarı = 819,9 kg/h Soğutucuda kullanılan su miktarı = 47,63 ton/h=47630 kg/h Kondenserde kullanılan su miktarı = 59,153 ton/h=59153 kg/h Gaz yıkama kolonunda kullanılan su miktarı = 10881,87 kg/h Toplam su miktarı = (118485 kg/h)/(1000kg/m3) = 118,485 m3/h Su
Maliyeti
=
(118,485
m3/h)*(16
h/gün)*(6
gün/hafta)*(4
hafta/ay)*2,62TL SU MALİYETİ = 119205 TL Kullanılan izopropil alkol miktarı = 5462 kg/h IPA Maliyeti = (5462 kg/h)* )*(16 h/gün)*(6 gün/hafta)*(4 hafta/ay)*1.98 $ IPA MALİYETİ=4.152.867 $ = 9.260.895 TL Katalizör ve katkı maddesi giderleri = 100000 TL TOPLAM HAMMADDE MALİYETİ=9.480.100TL
2.4.7.3. Personel giderleri Tablo 4. Bölümlerin Personel Sayıları ve Maliyet Değerleri BÖLÜM İşletme Laboratuvar
PERSONEL SAYISI 40 6 53
MALİYET (TL) 36000 10500
Kalite kontrol Satın alma Mühendislik İnsan kaynakları Yönetim
3 3 8 2 5
6000 6000 20000 5500 45000 TOPLAM = 129000 TL
2.4.8. Kar ve Amortisman Hesabı Brüt kar = Satış gelirleri – Toplam genel giderle Aylık satış gelirleri = 11.040.000 TL Toplam genel giderler = enerji giderleri + hammadde giderleri + personel giderleri Toplam genel giderler = 1012719 + 9480100 + 129000 =10.621.819 TL Brüt kar = 11.040.000 –10.621.819 = 418.181 TL Vergiler brüt kar üzerinden %20 olsun. Bu durumda; Net kar =441.569–418.181*0,2 =334.544 TL Amortisman = Sabit sermaye yatırımı/ net kar Amortisman =3.957.804 /334.544=12.0ay PROSES YAKLAŞIK OLARAK 1 YILDA AMORTE EDER
2.4.9. Başabaş Analizi
54
Şekil 8:Toplam nakit akış diyagramı
Şekil 9:Fabrikanın Uydu Görüntüsü Gebze Organize Sanayi Sitesi
55
SONUÇLAR VE TARTIŞMA Burada izopropil alkolden hidrojen çıkarmakla veya izopropil alkolü oksitlemekle aseton elde edilmesi yöntemi anlatılmıştır. Asetonun en önemli kullanım alanı başta kozmetik sektörü olmak üzere ilaç, gıda, çevre vs gibi birçok kullanım alanına sahiptir. Bu teknikler sonucunda asetonun dünya da çok fazla tüketilen bir kimyasal olup 2014 yılında %4.8 oranında artmış olduğu görülmektedir. Dünyada en çok Asya kıtasında Çin’de tüketilmekte olduğu ve Türkiye de bu üretimin çok fazla olmadığı görülmektedir Sonuç olarakta bu prosesin bir Petrokimya tesisine ek bir proses olarak yapılmasının uygun olabileceği anlaşılmıştır.
56
KAYNAKLAR 1) Yeniova, H., Akım Şemaları, ANKARA, Eylül, 2003 2) Treybol, R.E, Mass-Transfer Operations, 3rd Edition, McGraw-Hill Book Company, 1980 3) Coulson, J.M., Richardson,J.F, Chemical Engineering Volume6, Great Britain Pergamon Press, 1977 4) Yaws, C., Physical Properties, McGraw-Hill Book Company, USA, 1977 5) Othmer-K, Encyclopaedia Of Chemical Technology Volume-1, John Willey and Sons, 1978 6) Foust, A.S., Wenzel, L.A., Clump, C.W., Meus, L., Anderson, L.B., Principles of Unit Operations, John Willey and Sons Inc, USA, 1960 7) Perry, R.H., Green, D., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 5th Edition, McGraw-Hill International Ed., 1984 8) McCabe, W.L., Smith, J.C., Horriott, P., Units Operations of Chemical Engineering, McGraw-Hill International Edition, USA, 1993 57
9) Felder, R.M., Rousseau, R.W., Elementary Principles of Chemical Process, 2nd Edition, John Willey and Sons Inc, USA, 1986 10) Hydrocarbon Processing, March 1991, p. 121-192 (The M.W. Kellog Co.) 11) Kimya Sitesi http://www.kimyaturk.net 12) Chang Raymond, Kimya (Çeviri editörleri A. Bahattin SOYDAN, Ayşe Zehra ARAOĞUZ) Beta, Kasım, 2000
ÖZGEÇMİŞ
ADI: TÜLAY SOYADI: BAŞAR DOĞUM TARİHİ: 18/06/1992 EĞİTİM: CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 58
YABANCI DİL: İNGİLİZCE STAJLAR: HASSAN TEKSTİL (İŞLETME) EÜAŞ TERMİK SANTRAL (LABORATUVAR)
ÖZGEÇMİŞ
ADI: MERVE SOYADI: KARABACAK 59
DOĞUM TARİHİ: 14/02/1992 EĞİTİM: CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ YABANCI DİL: İNGİLİZCE STAJLAR: LİMAK BALIKESİR ÇİMENTO A.Ş. (İŞLETME) EASTCHEM A.Ş. (LABORATUVAR)
ÖZGEÇMİŞ
60
ADI: BARIŞ SOYADI: AVCI DOĞUM TARİHİ: 18/03/1991 EĞİTİM: CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ YABANCI DİL: İNGİLİZCE STAJLAR: -
61
ÖZGEÇMİŞ
ADI: ÖZGE SOYADI: KURT DOĞUM TARİHİ: 10/04/1992 EĞİTİM: CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ YABANCI DİL: İNGİLİZCE STAJLAR: ANKARA ŞEKER A.Ş. (İŞLETME) EKMEL BOYA A.Ş. (LABORATUVAR)
62
ÖZGEÇMİŞ
ADI: BÜŞRA SOYADI: KARAÇANAK DOĞUM TARİHİ: 18/07/1992 EĞİTİM: CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ YABANCI DİL: İNGİLİZCE STAJLAR: SİVAS VOTORANTİM ÇİMENTO A.Ş. (İŞLETME) TÜRKİYE
PETROLLERİ
(LABORATUVAR)
63
ANONİM
ORTAKLIĞI
ÖZGEÇMİŞ
ADI: BÜŞRA SOYADI: GÜDÜL DOĞUM TARİHİ: 01/09/1992 EĞİTİM: CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ YABANCI DİL: İNGİLİZCE STAJLAR: DİMES A.Ş. (LABORATUVAR) ETİ BAKIR A.Ş. (İŞLETME)
64
