FABRİKA TASARIMI

1.HAMMADDELER 1.1. Benzen Aromatik bileşiklerin en basiti benzendir. Ayrıca bilinen en eski organik bileşiklerden biridir. Benzenin nicel element analizi: % 92,3 C ve % 7,7 H‟ dır. Buna göre bileşim formülü „‟CH‟‟ dır. Buhar yoğunluğuna göre tayin edilen molekül ağırlığı 78 g/ mol‟dür. Buna göre kapalı molekül formülü C6H6 olur. Bu kapalı formüle, düz zincirli ve halkalı olmak üzere bir çok „‟ açık molekül formüllü‟‟ karşılık gelebilir.

ġekil 1.1.Benzen molekülünün geometrik gösteriliĢi

1.1.1. Özellikleri ve üretim yöntemleri Berrak, oda sıcaklığında renksiz, aromatik yapıda hoş kokulu bir sıvıdır. Son derece yanıcıdır. İyi bir organik çözücüdür. Kan hücrelerini öldürme etkisi olduğundan kanser yapan bileşikler arasına girer. Alkol, kloroform, eter, aseton, karbon tetra klorür, glasiyal asetik asit ve yağlara karışır. Organik çözücülerin çoğunda çözünür. Suda çözünürlüğü çok düşüktür. Buharları dumanlı bir alev çıkartarak yanar. Adı: Benzol, Siklohekzatrin, Fenilhidrit, kömür katranı naftası. Moleküler formülü C6H6'dır. Üretim yöntemleri; 

Toluenin hidrodealkilasyonu ile



Toluenin disproporsiyonu ile



Etilen üretiminde yan ürün olarak



Petrol rafinerilerinde katalitik reforming operasyon ile



Kömürün karbonizasyonu ile elde edilir.

1

Çizelge 1.1. Benzenin Fiziksel Özellikleri

1.1.2. Reaksiyon kabiliyeti Benzenin yapısının kimyasal reaksiyonlara ne şekilde bir tepki gösterdiği üzerine yapılan çalışmaların, organik kimya teorilerinin gelişmesinde önemi büyük olmuştur.Hidrojen atomlarının karbon atomlarına oranının böyle düşük olduğu bir bileşikten umulan katılma reaksiyonları benzende olmaz. Benzenin gösterdiği tipik reaksiyonlardan biri, substitüsyon reaksiyonlarıdır. Bu reaksiyon bir aktif grubun benzendeki bir hidrojeni çıkarıp onun yerine geçmesi şeklinde gerçekleşir. Bu davranışı açıklamak, altı elektronun (benzende varmış gibi gösterilen 3 tane çifte bağdan ileri gelen) belli karbonlarda değil bütün benzen karbonlarına dağılmış olduğunu düşünmekle mümkün olur. Elektronların böyle dağılmış olması (belli karbonlarda olmaması) molekülün kararlı olmasını sağlar. 1.1.3. Kullanıldığı yerler Benzen büyük ölçüde stiren üretimi için etilbenzen, kümen, siklohegzan, dodesil benzen, nitrobenzen ve maleik anhidriti gibi önemli kimyasal maddelerin üretiminde kullanılır. Ayrıca çözücü olarak kullanımı da vardır. 1.1.4. Benzenin insan sağlığı üzerinde etkisi Havada 10 ppm‟in üzerinde bulunması insan sağlığı açısından sakıncalıdır. Zehirlenme hali genellikle benzen buharlarının solunması ile ortaya çıkar. Deri yoluyla da organizmaya girerek zehirlenmeye neden olabilir. Yüksek konsantrasyonda ( 3000 ppm veya üzeri ) benzen buharına maruz kalındığında ani zehirlenme belirtileri ortaya çıkar. Bu belirtiler baş ağrısı, baş dönmesi, düzgün konuşamama, depresyon, derinin kızarması, 2

solunum güçlüğü, mide bulantısı, kusma şeklinde görülür. Ortam değiştirilmediği takdirde koma veya ölüm hali meydana gelebilir. Ancak endüstride daha çok rastlanan zehirlenmeler kronik benzen zehirlenmeleri olup son derece önemlidir. Bu tür kronik olaylarda kan hücreleri tahrip olur ve alyuvar, akyuvar sayıları azalır. Belirtiler iştahsızlık, baş ağrısı, baş dönmesi, bulantı, güçsüzlük, sinirlilik, kilo kaybı seklinde ortaya çıkar ve daha sonra burun ve damaklarda kanamalar görülür. Benzen ortamında sürekli çalışan isçiler periyodik kan kontrollerine tabi tutulmalıdır. Alyuvar veya akyuvar sayıları devamlı azalma gösteren ya da ard arda gelen aylık iki kontrolde akyuvar sayısı metreküpte 5.000‟in, alyuvar sayısı metreküpte 4.000.000'nun altında bulunanlar hayati tehlikeye girmeden ortamdan uzaklaştırılmalıdır. Ani zehirlenme hallerinde suni solunum yaptırılmalı gerekirse oksijen verilmelidir. Solunumu düzeltmek amacıyla adrenalin kullanılmalıdır. Benzenle çalışanlar koruyucu gözlük, yüz siperliği, kauçuk giysiler kullanmalıdır. Çevre sağlığı açısından içinde benzen bulunan atıklar bir fırın

içine

püskürtülmek suretiyle yakılmalıdır, yanmanın daha kolay olması açısından daha yanıcı bir çözelti ile karıştırmak uygun olabilir. (1)

1.2. Maleik Anhidrit 1.2.1. Özellikleri ve üretim yöntemi Akrid kokulu, beyaz iğne ve pul şeklinde katı maddedir. Su (16,3 g/ 100 g, 300C) aseton, eter, kloroform ve petrol hidrokarbonlarında çözünür. Karbon tetraklorürde çok az çözünür. Molekül formülü C4H2O3 şeklindedir. (1)

ġekil 1.2. Maleik anhidrit yapısı ve molekül formülü 3

Çizelge 1.2. Maleik anhidrit fiziksel özellikleri

Üretim yöntemleri; 

n – bütenin oksidasyonu



Benzenin katalitik buhar fazı oksidasyonudur.(1)

ġekil 1.3. Benzenden maleik anhidrit üretimi

1.2.2. Maleik anhidritin kimyasal özellikleri Maleik anhidrit tüm dünyanın ticari olarak ilgilendiği çok işlevli önemli bir kimyasaldır. asit karbonil fonksiyonları ile ilişkili doymamışlık Kimyasal olarak alfa, beta bağlarına sahip olması ile ilgilidir. maleik anhidrit maleik asiti oluşturmak için su ile kolaylıkla reaksiyona girer. Hem etilenik çift bağ hem de karbonil grupları reaksiyona duyarlıdır. Çünkü C=C bağı ile iki C=O bağı ile konjugedir. Her iki grupta, belirli reaksiyonlara katılabilir.(2)

4

1.3. Vanadyum Oksit Bazı yakıtlar, örneğin; ham petrolden elde edilen kalıntı yakıtların bazıları, vanadyum içerir. Yakıt yandığı zaman içindeki vanadyum elementi vanadyum pentaoksit (V2O5) veya çeşitli vanadyum oksitlerinin bir karışımına dönüşür. Alınan bu oksitler ve sodyum sülfat çökeldikleri çelik yüzeylerde ergime sıcaklığı düşük bir cüruf oluşturur. Vanadyum yakıtn kullanan fırınların, gaz türbinleri, vb. çelik parçaları hızlandırılmış bir oksitlenme korozyonuna maruzdur. Vanadyum bileşikleri çelik ile doğrudan reaksiyona da girer. Bu sırada havanın oksijeni vanadyum oksidin yenilenmesini sağlar. Vanadyum pentaoksitin ergime sıcaklığı 5930C (11000F) „in üzerindedir. Bu sıcaklığın altında vanadyum korozyonunun olmayacağı düşünülür fakat akaryakıt (fuel –oil) külü içindeki diğer bazı maddeler, örneğin, sodyum bileşikleri ve kükürt dioksit, vanadyum pentaoksit ile bir araya geldiklerinde, ergime sıcaklığı düşer. Ergimiş V2O5 çelik üzerinde cüruf oluşturur. Oluşan cüruf akıp uzaklaşarak metalin taze yüzeyini korozif etkiye açar. Akaryakıt (fuel –oil) külünün korozyon etkinliği sıcaklık yükseldikçe ve vanadyum içeriği arttıkça hızla yükselir. Vanadyum korozyonuna direnç gösteren çelik yok gibidir; ancak nikel alaşımlarının bu etkiye diğer alaşımlardan daha dayanıklı oldukları kanıtlanmıştır. Yanma koşulları, özellikle alev ayarı, yanma odasını çevreleyen tüplerin ve onların mesnetlerinin sıcaklıklarını büyük ölçüde etkiler. Alev ayarının bozukluğu metal sıcaklıklarını o da korozyonu artırır.Yanma havası fazlalığının düşük düzeyde tutulması vanadyum korozyonunu azaltır. Hava fazlalığının çok düşük olması halinde yanma odasında kükürt trioksit (SO3) oluşumu en az düzeye iner. Bu koşullarda oluşan vanadyum – sodyum bileşikleri karışımının korozyon etkinliği daha düşüktür.Günümüzde vanadyum oksit korozyonu üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. Vanadyum (V) oksit (vanadia) olan kimyasal bileşik ile V2O5 formülü ile gösterilir. ve yaygın olan bileşik istikrarlı olan yapısı vanadyum pentoksit olarak da bilinen bu sarı / kahverengi katı en yaygınıdır. Isıtılınca da geri dönüşümlü olarak oksijen kaybeder. Bu yeteneği ile ilgili, V2O5 birçok yararlı aerobik oksidasyon reaksiyonları, büyük ölçekli katalize sülfürik asit ile kükürt dioksit üretiminde kullanılır . Çoğu metal oksitler aksine soluk sarı bir asidik çözelti vermek üzere suda az çözünür. Bu bileşiğin sulu ortamdan sonra rengi yerine sarı / kahverengi derin turuncu renge döner.

5

1.4. Molibden Oksit

Çizelge 1.3. Molibden Oksitin Genel Özellikleri Moleküler Ağırlığı (g / mol.) 143.94 Merck

11,6148

Yoğunluk (g/cm3)

4.692

Erime Noktası (° C)

795

Kaynama Noktası (° C)

1155

Özgül ağırlık

4.50

Kristalografi

eşkenar kristaller

Molibden bileşikleri analitik kimyada katalizör kaynağı olarak ;seramik sırlarında tarımda korozyon inhibitörü olarak kullanılır. 1.5. Dibütil ftalat

ġekil 1.4. Dibütil fitalatın açık formülü ve molekül formülü

6

1.6.Kinon Endüstriyel kinon uygulamalarının büyük ölçeği hidrojen peroksit üretimi içindir. Kinon, kimyasal reaktif, bronzlaşma ajanı, fotoğrafik kimyasal, oksidasyon ajanı ve polimerizasyon inhibitörü olarak kimyasal ara madde gibi kullanılır. İnsanlarda teneffüs yoluyla yüksek düzeyde kinona kısa süreli maruz kalma (akut), kornea ve konjonktivada renk bozuklukları gibi gözlerde tahrişe sebep olurken derinin teması da dermal hastalıklara neden olur. İnsanlarda kinonun uzun süreli solunması (kronik), görme bozukluklarına yol açabilir ve kronik dermal teması deri ülserine neden olur. Kinonun insanlarda üreme, gelişimsel veya kanserojen etkileri hakkında herhangi bir bilgi

mevcut

değildir.

Hayvanlar

üzerindeki

mevcut

çalışma

sonuçları

kinonun

kanserojenitesini değerlendirmek için yeterli değildir. Kinona mesleki olarak maruz kalma boya, tekstil, bronzlaşma, kimyasal ve kozmetik sektörlerinde olabilir. Kinonun teneffüs ile maruzu sigara dumanından meydana gelebilir. Kinonlar siklohekzandiendionlardır. Bu bileşiklerde karbonil grubu halkanın bir parçası haline gelmiştir. Oksijen atomları orto veya para mevkinde olabilir fakat m-kinonlar mevcut değildir. Karbon atomu dört bağ yapabildiği için böyle bir sistemin varlığı da mümkün değildir. Bu grup bileşiklerin en basit üyesi 1838 yılında Liebig'in laboratuvarında Kina asidinin (1,3,4,5 tetraoksiheksahidro benzoik asid) MnO2 ve H2SO4 ile oksitlenmesi suretiyle elde edilmiş ve kinoil ismi verilmiştir. Bugün kullanılan kinon adı sonradan Berzelius tarafından konulmuştur. Kinonlar, bir halkaya bağlı olan iki çift bağ ile karakterize edilirler. Aromatik halkalarda, eşlenik durumda 3 tane çifte bağ bulunmasına karşın kinonlarda iki tane eşlenik çifte bağ vardır. Bu nedenle halka sistemleri benzenoid ve kinoid halkalar olarak iki sınıfa ayrılabilir. 1.6.1.Kinonların fiziksel ve kimyasal özellikleri p-Benzokinon erime noktası 115-116 oC olan, parlak sarı kristallerdir. Kolaylıkla süblime olur, su buharı ile destillenebilir, aksırmaya sebep olan garip bir kokusu vardır, su, alkol, eter ve diğer organik çözücülerde çözünür. Kinonlar (daha karışık aromatik sistemlere sahip olanlarının bazıları); küf, mantar gibi bitkisel kaynaklardan izole edilmişlerdir. Çoğu hallerde canlı organizmalarda meydana gelen yükseltgeme, indirgeme çevrimlerinde kinonların rol aldığı görülmektedir. 7

1.6.2. Kinonların eldesi Kinonları elde etmek için bunlara tekabül eden benzen türevleri yükseltgenir. Bu yükseltgenme en kolay olarak o- ve p-hidroksi ve amino grubu içeren bileşiklerin yani difenollerin, aminofenollerin ve diaminlerin kolayca gerçekleştirilebilen reaksiyonlarından meydana gelir. Reaksiyondaki dehidrojenlenme sonucunda çift bağlar kinoid sistemine dönerler. Kinonlar anilinin yükseltgenmesiyle elde edilebilirler. Anilin, sülfat asidli Dikromat çözeltisi içinde, serbest radikalik mekanizmasına göre yürüyen bir reaksiyon verir. Önce anilin siyahı denilen koyu renkli bir ara ürün meydana gelir. Bunun daha ileri yükseltgenmesi ve hidrolizi ile kinon elde edilir. 1.6.3. Kinonların kullanım alanları Kinon türevlerinin bazıları; böbrek, akciğer, beyin ve kalp gibi organların hastalıklara karşı korunmasında ve tedavisinde kullanılır. Eczacılıkta bazı ilaç bileşimlerinde de kullanılan kinon bileşikleri tıbbi alanda faydalı bileşiklerdir. Kinonların birçoğu vitamin aktivitesine (K1, K2) sahiptir. K1 vitamini önemli bir beslenme faktörüdür. Kanın pıhtılaşıcı özelliklerinin sürdürülmesinde yararlıdır ve 1,4-naftokinon yapısı içerir.

ġekil 1.5. 1,4-naftokinon yapısı Kinonların bazıları bakteriostat (ftiokol); bazıları sıtmaya karşı (hidrolapakol); bazıları uyarıcı (plumbagin) olarak kullanılır. Biyolojik olarak aktif kinonlara örnek olarak plastokinon ve ubikinon (koenzim Q), bazı hayvan, bitki ve mikroorganizmalardaki bazı biokimyasal reaksiyonları kataliz ederler.

8

ġekil 1.6. Plastokinon ve Ubikinon Bu bileşikler, koenzimlerin birinden diğerine elektron transfer edebilmek için uygun redoks aktivitesinde, büyüklük ve görünüşte olmalıdır. Fosforlandırılmış kinollerin yükseltgen fosforilasyonunda ve solunum çevrimi üzerine önemli araştırmalar vardır. Doymamış yan zincirli benzokinon ve antrakinon, polimer zinciri boyunca kinon yapıları içeren polimerler verebilirler.

Bu

polimerler,

hidrojenperoksidin

üretilmesinde,

sudan

oksijenin

uzaklaştırılmasında, suyun saflaştırılmasında, sudaki atıkların uzaklaştırılmasında, yardımcı biyokimyasal reaksiyonlarda (redoks ajanlarından dolayı kirliliğin istenmediği yerlerde), gastrointestinal ülserlerin tedavisinde ve renkli fotoğraf sistemleri için yayılmayan indirgeyici araçlarda kullanılır. Tetrakloro p-benzokinon, tetrabromo-p-benzokinon ve 2,3-diklor- ve 2,3dibrom-1,4- naftakinonun türevleri gibi halojenlenmiş kinonlar mantar öldürücü etki gösterirler. Kinonların birçoğu biyolojik önem taşır. Streptomyces peucetius bakterilerinin metaboliti olan daunomisin, çeşitli deneysel tümörlerin gelişmesini kuvvetle engelleyen bir antibiyotiktir. Çeşitli hayvansal tümörlere karşı tedavi amacı ile kullanılır. Yapılan araştırmalara göre streptonigrinin, antikanser özelliğini destekleyen en olası yapıaşağıda gösterilmiştir. Mitomisinler Streptomyces caespitosus‟dan elde edilen bir grup antitümör antibiyotiğidir.(3)

ġekil 1.7. Boya olarak kullanılan kinon bileĢikleri 9

1.7. Maleik Asit Bir dikarboksilli asidin organik bileşiğidir. Maleik asit, bütanoik asidin cis- izomeri iken fumarik asit trans- izomeridir. Maleik asidin birkaç kullanım alanı vardır. Maleik asit, glioksilik asidin ozonlanma ile üretiminde bir endüstriyel hammaddedir. Maleik asit, indakaterol maleat gibi asit ilave tuzları ile ilaç oluşturmak üzere bunları kararlı hale getirmek için kullanılabilir.

10

2. MALEĠK ANHĠDRĠT ÜRETĠMĠ 2.1. Türkiye’deki Maleik Anhidrit Üreticileri

MAKİMTAŞ A.Ş. : Büyükdere Caddesi No: 151 Yonca Apartmanı C Blok Kat 1 D: 34 80300 Zincirlikuyu – İSTANBUL Email [email protected] Websitesi www.makimtas.com

ÖMER LÜTFÜ ÖZGÜL Kimyevi Madd. İth. İhr. ve Tic. A.Ş. Hamidiye Caddesi Altın Han Kat: 5 No: 133 - 135 Sirkeci /

:

İSTANBUL Email [email protected] Websitesi www.olo.com.tr

HELSA Boya ve Kimya Tic. Ltd. Şti. : Organize Deri Sanayi Bölgesi 19. Yol 12/6 Parsel Aydınlıköy - Tuzla / İSTANBUL Email [email protected] Websitesi www.helsa.com.tr POLİVİN Kimya San. Tic. : Çınar Mahallesi Atatürk Caddesi, Mansur Işık İş Merkezi, 34850, No: 44/3 Küçükyalı - Maltepe / İSTANBUL Email [email protected] Websitesi www.polivin.com.tr

2.2. Dünyada Maleik Anhidrit Üreticileri ABC Chemical Exports (P) Ltd (India) : 104/105/108, Damji Shamji Udyog Bhawan, Veera Desai Rd, Andheri (W), Mumbai INDIA.

11

Taiwan K.K.Corp. Tien, Taipei

: FL.5.,No.14, Lane 235, Pao-Chiao Road, Hsin231, Taiwan

Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd : Kogin Building, 4-1-1, Koraibashi, Chuo-Osaka - 541 043, Japan

Marathon Oil Corporation : Marathon Petroleum Company LP P.O. Box 1 Findlay, Ohio 45839 USA.

Huntsman Performance Products : 10003 Woodloch Forest Drive The Woodlands ,TX 77380 USA

INTERNATIONAL CHEMICAL CO., LTD (USA,CHINA)

12

2.3. Küresel Bölgelere Göre Maleik Anhidrit Talepleri

ġekil 2.1. Maleik Anhidrit Dünyadaki Tüketimi

ġekil 2.2. Dünya’daki Maleik Anidrit Tüketimi

13

3. FABRĠKA KURULUġ YERĠNĠN SEÇĠMĠ Bir üretim sisteminin tasarımında fabrikaların kurulacağı yerin saptanması öncelik taşır.Çünkü sürekli yada geçici olarak faaliyet gösterecek olan her işletmenin belirli bir yerde kurulması gerekmektedir. Yer seçimi,işletmenin çok önem verdiği konulardan birisi olmalıdır.Uygun olmayan bir kuruluş yeri seçimi firmanın yok olmasına veya rekabet dışı kalmasına sebep olabilir. Yeni bir işletmenin kurulması mevcut kuruluş yerinin genişletilmesi, Pazar kayması,kaynakların tükenmesi,taşıma olanaklarının değişmesi gibi durumlarda ortaya çıkabilen yer seçimi probleminin uygun çözümü,firmaların faaliyetlerini ve maliyet yapılarını önemli ölçüde etkiler Bölge seçimi: Bölge analizinde göz önüne alınacak faktörler  Talep ve dağıtım olanakları açısından pazarın elverişliliği  Hammadde kaynaklarının şimdiki ve gelecekteki durumu  Yan sanayi kuruluşları  Çeşit,yoğunluk ve maliyetler açısından ulaşım olanakları  Enerji kaynaklarının şimdiki ve gelecekteki durumu ve maliyetleri  Fabrika faaliyet ve personel yaşamını etkileyen iklim  Miktar kalite ve işgücü açısından işgücü kaynakları  Devletin belirlediği kısıtlayıcı ve teşvik edici faktörler. Yer ve arazi seçimi: Yer seçiminde atılacak adımların şu sıra ile yapılması gereklidir.  Planlanan gelişmeler göz önüne alınarak gelecek hakkında tahminler yapılır  Bölge seçimi kriterleri tanımlanır  Seçilen kriterlere dayanılarak,yer seçimi için gerekli hesaplamalar kalitatif ve kantitatif yöntemlerle karşılaştırmalar yapılır. Ulaşım,işgücü tedariki,genişleme olanakları,toplumsal yapı ve davranışlar,tedarik kaynaklarına yakınlık,enerji su kaynakları,ulaşım tesisleri ve maliyetleri,yaşam koşulları vb. birçok faktörü yer ve arazi seçiminde işletmeler dikkate alır.

14

4. BENZENDEN MALEĠK ANHĠDRĠT ÜRETĠM PROSESĠ 4.1. Benzenin Oksidasyonu Geleneksel olarak proses; molce %1-1,4 arası olması için benzenle aşırı havanın ayrıştırılmasıyla başlamaktadır. Düşük benzen konsantrasyonu karışımın alev alınabilirlik limitini aşmayacak şekilde devreye alınmalıdır. Daha sonra reaksiyon karışımı, optimum basınç olan 0,15-0,25 MPa da ve multibular sabit yataklı bir reaktörde bir gaz içinde katalizör içinden geçer. İstenilen reaksiyon yüksek derecede ekzotermiktir. Katalizör içinde oluşurken 3405000C „ye çıkar. Yaklaşık olarak benzen reaktanı her ton başına 27 Mj enerji açığa çıkarır. Kural olarak; benzen oksidasyonu için olan ticari katalizörler bir alümina veya silika taşıyıcısı tarafından desteklenmektedir. Ve bu katalizörlerin yüzey alanı 1-2 m2/g „dır. Tipik katalizör vanadyum oksit az miktarda Na2O dan oluşmaktadır. Katalizör dönüşümü,verimi ve seçiciliği artırmak için bir destekleyici ile değiştirilebilir. Molibden en popüler değiştirilebilen katalizördür fakat fosfor , alkali ve alkalin toprak metaller, kalay,bor ve gümüşte kullanılır. 1 lt katalizör başına 60-130 g benzen saat başına katalizörden geçirilir. Bu işlemde , %74‟ün üzerinde seçicilik ile %97-98 dönüşüm rutin bir şekilde elde edilir. Reaktörün çalışma sıcaklığı ve kullanılan malzemelerin saflığına bağlı olarak katalizörün ömrü 4 yıl kadar dayanabilir.(2) Benzenin oksidayonundaki tepkimelere bakacak olursak birinci reaksiyonda benzen kısmi olarak maleik anhidriti oluşturmak üzere oksitlenir. C6H6 + O2

C4H2O3 + 2CO2 + 2H2O

Reaktörde iki istenmeyen yan reaksiyon gerçekleşir. Bunlar; maleik anhidrit ve benzenin yanma tepkimeleridir.

C4H2O3 + 3O2

4CO2 + H2O

C6H6 + 7.5O2

6CO2 + 3H2O

15

Benzenden maleik anhidrit üretimini gösteren çeşitli akım şemaları bulundu. Bu akım şemalarının kimisi çok ayrıntılı kimisi de çok yüzeysel geldiği için ilk aşamada tüm akım şemaları gösterildi.(4)

ġekil 4.1. Benzenden maleik anidrit üretimi için akım şeması-1(5)

16

ġekil 4.2. Benzenden maleik anidrit üretimi için akım şeması-2

ġekil 4.3. Benzenden maleik anidrit üretimi için akım şeması-3 17

Proses Detayları 

Akım 1: Benzen. Sıvı olarak depolanır. Sürece beslenmeden önce buharlaştırılır.



Akım 2: Hava. 79 mol % N2, 21 mol % O2. Maleik anhidrit oluşum reaksiyonunda %200 fazladır.(not: %100 fazlası çift stokiyometrik miktardır.)



Akım 5: Dibütil ftalat çözücüsü. Akım 8‟ de kaybolan miktar için akım oluşturur.



Akım 6: Dibütil ftalat akışı.



Akım 8: Atık gaz. Reaksiyona girmemiş benzen, O2, N2, CO2 ve H2O bunlara artı olarak bir miktar dibütil ftalat içerir. Bertaraf edilir ve maliyette göz ardı edilir.



Akım 9: Maleik anhidrit ürünü

Ekipmanlar 

Reaktör Kabı : Dibutil fitalat ile geri dönüştürülmüş dibütil fitalat akımlarının karıştırıldığı yer.



Reaktör : Tepkimelerin gerçekleştiği yer.



Absorber : 4 Numaralı akımdan gelen %99‟luk maleik anhidrit dibütil fitalat içinde absorblanır ve 4 numaradan gelen tüm akımın içindeki tüm maleik anhidritin 7 numaralı akıma gönderildiği kabul edilebilir.6 Numaralı akımdan gelen dibütil fitalatın %0,1‟inin akım 8 içinde kaybolduğu varsayılabilir.



Distilasyon Kolonu : 7 Numaralı akımdan gelen %99‟luk maleik anhidrit 9 numaralı akımda , %99‟luk dibütül fitalat ise 10 numaralı akımda ayrışır. (4)

ġekil 4.4. Benzenden Maleik Anhidrit Üretimi 18

5. AYGITLAR ÜZERĠNDE KÜTLE DENKLĠKLERĠ Yapılan Varsayımlar: Ayırma kolonundan çıkan ürünün %10‟u maleik asit % 90‟ı kinon olarak alındı. (6) Absorpsiyon kolonunda kullanılan çözelti üretilen ürünün yaklaşık 6,5 katıdır.(6) Absorpsiyon kolonunda çözücü (ftalat) %1 kayba uğrar.(6) Beslemedeki benzenin %92 si maleik anhidrit oluşum tepkimesinde harcanır. Oluşan maleik anhidritin %2‟si O2 ile tepkimeye girerek yanar. Maleik anhidrit oluşum reaksiyonu %97 lik verimle gerçekleşmektedir. Proseste gerçekleşen diğer tüm tepkimaler %100 verimle gerçekleştiği kabul edilmiştir. 8. Maleik anhidrit oluşum tepkimesinde artan benzen hariç diğer tüm benzen reaktörde tepkimeye girdiği kabul edilmiştir. 9. Fabrika kapasitesi dünyadaki maleik anhidrit pazarında %0.075 paya sahip olacak şekilde 15000 ton/yıl olarak belirlenir. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Çizelge 5.1. Akım ġeması Numaraları ve KarĢılığındaki Ekipmanlar V-101 V-102 V-103 P-101 P-102 P-103 E-101 E-102 E-103 E-104 E-105 E-106 E-107 E-108 E-109 C-101 R-101 T-101 T-102

Benzen Depolama Tankı DBF Depolama Tankı Ürün depolama Tankı Benzen Pompası DBF Pompası Ayırma Kazanı Çıkışı DBF Pompası Benzen Buharlaştırıcısı NaNO3-NaNO2 Buharlaştırıcısı NaNO3-NaNO2 Buharlaştırıcısı Soğutucu Absorpsiyon Kolonu Yoğuşturucusu Absorpsiyon Kolonu Kazanı Ayırma Kolonu Yoğuşturucusu Ayırma Kolonu Kazanı Isıtıcı Hava Kompresörü Reaktör Absorpsiyon Kolonu Ayırma Kolonu

19

5.1.Ayırma Kolonu

Maleik anhidrit % 98,25 Kinon

%1,75

Maleik asit Maleik anhidrit Kinon Maleilk asit

Ayırma Kolonu

Ftalat

 Fabrika yılda 8040 saat çalışmaktadır.  15000 ton/yıl x

x

x = 1866 kg/saat Maleik anhidrit üretimi

yapılmaktadır.  Saf maleik anhidrit = 1866 kg/saat x

=1833 kg/saat

 Safsızlık = 1866 kg/saat – 1833 kg/saat = 33 kg/ saat Kinon miktarı = 33 kg/saat x 0,90 = 29,7 kg /saat = 30 kg/saat Maleik asit miktarı = 33 kg/saat -29,7 kg/saat = 3,3 kg/saat = 3 kg/saat

 2.Varsayıma Göre: Absorpsiyon kolonuna giren DBF :  3.Varsayıma Göre: Ayırma kolonuna giren DBF :

GİRENLER Maleik Anhidrit : 1833 kg/st Kinon : 30 kg/st Maleik Asit : 3 kg/st Dibütilftalat : 12117 kg/st TOPLAM : 13983 kg/st

(

)

ÇIKANLAR Maleik Anhidrit : 1833 kg/st Kinon : 30 kg/st Maleik Asit : 3 kg/st Dibütilftalat : 12117 kg/st TOPLAM : 13983 kg/st

20

5.2. Absorbsiyon Kolonu DBF : 12129 kg/st Benzen : 46 kg/st H2O : 777,5 kg/st N2 : 116 737 kg/st CO2 : 2127 kg/st O2 : 33163 kg/st DBF : 12 kg/st

H2O : 778 kg/st

Kinon : 30 kg/st

N2 : 116737 kg/st

Maleik Asit : 3 kg/st

CO2 : 2127 kg/st

Maleik Anhidrit : 1833 kg/st

O2 : 33163 kg/st

DBF : 12117 kg/st

Benzen : 46 kg/st Maleik Anhidrit : 1836 kg/st Kinon : 30 kg/st

 Alt üründe oluşan maleik asit tepkimesi : C4H2O3

+

H2O

C4H4O4

 Tepkimede kullanılan maleik anhidrit miktarı :

 Tepkimede kullanılan su miktarı : 21

 Absorpsiyon kolonuna giren maleik anhidrit miktarı : 1833 + 3 = 1836 kg/st NOT : Absorpsiyon kolununa giren ve çıkan diğer maddeler reaktörde kurulan kütle denkliğinden sonra belirlenecektir. Üst üründeki H2O miktarı = Giren H2O – Tepkimede Harcanan H2O = (778 – 0,5) kg/st = 777,5 kg/st GĠRENLER

ÇIKANLAR

Maleik Anhidrit = 1836 kg/st

Benzen = 46 kg/st

Kinon = 30 kg/st

H2O = 777,5 kg/st

Benzen = 46 kg/st

N2 = 31 118 kg/st

H2O = 778 kg/st

CO2 = 2127 kg/st

N2 = 31 118 kg/st

O2 = 6307,44 kg/st

CO2 = 2127 kg/st

Kinon = 30 kg/st

O2 = 6307,44 kg/st

Maleik Anhidrit = 1833 kg/st

Dibütilftalat = 12 129kg/st

Maleik Asit = 3 kg/st Dibütilftalat = 12129 kg/st

TOPLAM = 54 371 kg/st

TOPLAM = 54 371 kg/st

5.3. Reaktör

Benzen : 1671 kg/st

CO2 : 2127 kg/st

N2 : 116737 kg/st

N2 : 116737 kg/st

O2 : 36309 kg/st

O2 : 33163 kg/st H2O : 778 kg/st Benzen : 46 kg/st M.Anhidrit : 1836 kg/st Kinon : 30 kg/st

22

 5.Varsayıma göre; reaktörden çıkan maleik anhidrit oluşan maleik anhidritin %98‟dir. Maleik anhidritin oluşum reaksiyonunda açığa çıkan maleik anhidrit miktarı = 

1.Tepkime :

C6H6 1537 kg/st

+

4,5 O2

C4H2O3

2837 kg/st

+

2 CO2

1873 kg/st

1682 kg/st

+

2 H2 O 688 kg/st

1.Tepkimede açığa çıkan CO2 miktarı

1.Tepkimede açığa çıkan H2O miktarı

1.Tepkimede harcanan O2 miktarı = 1873

maleikanhdrit x

x

= 2837

1. Tepkimede harcanan Benzen miktarı = 1873

maleikanhidrit x

1.Tepkimede artan C6H6 = 1537 x

1.Tepkimede artan O2 = 2837

x

= 1537

= 46

x

= 85

1. Tepkimede giren O2 miktarı = 2837 – 85 =2752

 4. Varsayıma göre ; Beslemedeki Benzen = 1537

x

= 1671

Besleme hacimce % 1,5 benzen, %98,5 hava içermektedir. 23



2. tepkime:

C4H2O3 + 3O2 37 kg/st

36 kg/st

4CO2 + H2O 66 kg/st 7kg/st

 5.Varsayıma göre; Tepkimeye giren m.anhidrit miktarı : Tepkimeye giren O2 miktarı :

Tepkime sonucu oluşan O2 miktarı:

Tepkime sonucu oluşan H2O miktar:



3.tepkime:

C6H6 + 1,5 O2 22kg/st

C4H4O2 + H2O

13kg/st

30kg/st

5kg/st

Son üründeki kinon miktarı 30kg/st olarak bilinmektedir. Buna göre; Tepkimeye giren C6H6 miktarı : 24

Tepkimeye giren O2 miktarı: Tepkime sonucu oluşan H2O miktar:



4.tepkime;

C6H6 + 7,5 O2 112kg/st

6CO2 + 3H2O

345kg/st

379kg/st

78kg/st

Tepkimeye giren C6H6 miktarı: (beslemedeki C6H6 miktarı – birinci tepkimede harcanan C6H6 miktarı – 3.tepkimede harcanan C6H6 miktarı) =(1671- 1537 – 22) kg/st=112 kg/st

Tepkimeye giren O2 miktarı = 112 kg/saat benzen x

= 345 kg/saat

Tepkime sonucu oluşan CO2 miktarı = 112 kg/saat benzen x

= 379 kg/saat

Tepkime sonucu oluşan H2O miktarı = 112 kg/saat benzen x

= 78 kg/saat

 Toplam tepkimelerde harcanan O2 miktarı = (2752 + 36 + 13 + 345) = 3146 kg/st  Reaktör sonucu açığa çıkan O2 miktarı = Hava ile beslenen O2 – Top.Tep.Harcanan O2 = (9453,44- 3146 )=6307,44 kg/st

GĠRENLER

ÇIKANLAR

Benzen= 1671 kg/st

CO2 =2127 kg/st

N2 = 31 118 kg/st

N2 = 31 118 kg/st

O2 = 9453,44 kg/st

O2 = 6307,44 kg/st H2O =778 kg/st Benzen = 46 kg/st Maleik anhidrit = 1836 kg/st Kinon = 30 kg/st

TOPLAM = 42 242,44 kg/st

TOPLAM = 42 242,44 kg/st

25

Madde girişi (kg/st)

Ara çıkış (kg/st)

Madde çıkışı (kg/st)

1671 kg/st BENZEN

REAKTÖR

31 118 kg/st N2 9453,44 kg/st O2

46 kg/st BENZEN

Toplam =42 242,44 kg/st

31 118 kg/st N2 6307,44 kg/st O2 2127 kg/st CO2 778 kg/st H2O 1836 kg/st M.anhidrit 30 kg/st Kinon Toplam =42 242,44 kg/st

12 129 kg/st BDF

Gaz karışımı 46 kg/st BENZEN 31 118 kg/st N2

1833 kg/st M.anhidrit

ABSORPSİYON KOLONU

6307,44 kg/st O2 2127 kg/st CO2 777,5 kg/st H2O 12 kg/st DBF Toplam =40 387,94 kg/st 3 kg/st M.asit 30 kg/st Kinon 12 117 kg/st DBF

Üst akım

Toplam =13 983 kg/st

ABSORPSİYON KOLONU

1833 kg/st M.anhidrit 3 kg/st M.asit 30 kg/st Kinon Toplam =1866 kg/st

Alt akım 12 117 kg/st DBF

ġekil 5.1. Benzenden M.Anhidrit Üretiminde Kütle Denkliğinin Blok Şeması

26

6. AYGITLAR ÜZERĠNDE ENERJĠ DENKLĠKLERĠ

(8)  Tüm enerji denkliklerinde Tref= 0 °C = 273 K olarak alınmıştır.

27

6.1. BuharlaĢtırıcı

H2O 1173 K 0,3 MPa 303 K Benzen 21,4 kmol/saat

633 K Benzen 21,4 kmol/saat

H2O 973 K 0,3 MPa



Buharlaştırıcı etrafında kütle kaybı ihmal edilmiştir.



0,3 MPa

Hsu =4395,8

x

x

=18929

(7)

Hsu =3927,6

x

x

=16913

(7)

1173 K



0,3 MPa 973 K



Tref = 273 K





Girenlerin cp ‘ si ;

CpC6H6=32,10

(8)



Çıkanların cp’si ;

CpC6H6 =30,52

(8)



∆Hb.buharlaşma = 7,37

Q GĠREN + Q = Q ÇIKAN + Q BUHARLAġAN 

Q GİREN = Mbenzen xCpbenzen x ( T - Tref) Q GİREN= 21,4

x 32,10

x (303 – 273)K

Q GĠREN= 20 608,2 kcal/st

28



Q ÇIKAN = Mbenzen xCpbenzen x ( T - Tref)+ mBenzen. ∆Hb.buharlaşma Q ÇIKAN = 21,4

x (353 – 273)K+ 21,4

x 30,52

x 7,37

Q ÇIKAN = 52 407,95



QSUBAHARI = Q ÇIKAN - Q GİREN msubuharı x ∆Hsubuharı =(52 407,95 -20 608,2) msubuharı x (18 929 – 16 913) msubuharı= 15,77

6.2. Isıtıcı

= 31 799,75

= 283,9

443 K Hava 5277kmol/saat

633 K Benzen 21,4 kmol/saat



733 K Benzen :21,4 kmol/saat Hava : 5277kmol/saat

Tref = 273 K



Girenlerin cp ‘ si

Çıkanların cp ‘ si

CpBenzen=30,52

CpBenzen=33,36

∆HHava= 2555,9

∆HHava(733K) = 3290,3

Temodinamik Eki Tablo F (7)

29

Q GĠREN + Q = Q ÇIKAN

Q GİREN = Mbenzen x Cpbenzen x ( T - Tref) + mhava.Hhava



Q GİREN= 21,4

x 30,52

x (633 – 273)K + 1406,78

x 2555,9

Q GĠREN= 3 830 715

Q ÇIKAN = Mbenzen x Cpbenzen x ( T - Tref) + mhava.Hhava



Q ÇIKAN = 21,4

x (733 – 273)K + 1406,78

x 33,36

x 3290,3

Q ÇIKAN = 4 957 124



Q = (4 957 124 – 3 830 715) Q = 1 126 409

ısıtıcıya verilmesi gereken ısı.

582 K

6.3. Reaktör

NaNO3 + NaNO2

T = 733K

T = 881 K

Benzen=21,4 kmol/st N2=4169,2 kmol/st O2=1135 kmol/st

CO2=68,3 kmol/st N2=4169,2 kmol/st O2=1036 kmol/st H2O=43,2 kmol/st

590 K

Benzen=0,6 kmol/st

NaNO3 + NaNO2

manhidrit=18,7 kmol/st

6.3.1.Reaktördeki Tepkime Entalpileri

Kinon=0,3 kmol/st

30

→



Tref = 273 K



Tepkime Entalpileri

→



∆H1. tep = ∆Hürün - ∆Hgiren ∆H1.tep = (HC4H2O3+HCO2+HH2O)-HC6H6 (

)

(

)

(

)

(

)



∆H2.tep = (HCO2 + HH2O) – HC4H2O3 (

)

(

)

(

)

31



∆H3.tep = (HC6h4O2 + HH2O) – HC6H6 (

)

(

)

(

)

∆H3.tep = -180 540 000 = -43129,5



∆H4.tep = (HCO2 + HH2O) – HC6H6 (

) (

(

)

)

∆H4.tep= -4560 192 000 = -1089 391

 Reaktöre giren maddelerin enerjileri : Cpbenzen = 33,34

;

Tref 273 K

HN2(733K)=13676

*

=3272

HO2(733K)=14327

=3427



Qbenzen=mbenzen*Cpbenzen*(T-Tref) Qbenzen=21,4

*33,34

*(733-273)K

Qbenzen= 328198,96

32



QN2=mN2*HN2 QN2=1111,36



=3 636 360,5

QO2=mO2*HO2 QO2=197,11



*3272

*3427

=675 487,4

Çıkanların cp’si;



(

)

( (

) ) (



(

)

(

)

(

)

)

Reaktörde genel enerji denkliği;

Qgiren +Q = Qçıkan 

Qbenzen +QN2 + QO2 + ∆H1.tepk + ∆H2.tepk + ∆H3.tepk+ ∆H4.tepk + Q = Q ıkan

33



Reaktörde kullanılan sodyum tuzlarının miktarı; varsayım; kullanılan soğutma karışımının molce %50‟si NaNO2 , %50‟si NaNO3

Cp NaNO3 (giren)= 155 600 j/kmol.K =37,17 kcal/kmol.K Cp NaNO2 (giren) =18,17 kcal/kmol.K Cp NaNO2 (çıkan) =18,27 kcal/kmol.K



QG.tuz= mNaNO3.Cp NaNO3. (T-Tref) + mNaNO2.Cp NaNO2. (T-Tref) (

) (



)

Qç.tuz= mNaNO3.Cp NaNO3. (T-Tref) + mNaNO2.Cp NaNO2. (T-Tref) (

) (

)

17574,48 kmol/st

34

mol/st kmol/st

6.3.2.Reaktörde kullanılan Na tuzlarının soğutulması için kullanılan 1.ısı değiĢtirici etrafında enerji denkliği

H2O 285 K

586 K

590 K NaNO2 NaNO3

NaNO2 NaNO3

358 K

H2O



Cp NaNO3 = 37,17 kcal/kmol.K Cp NaNO2 (giriş) = 18,27 kcal/kmol.K Cp NaNO3 = 37,17 kcal/kmol.K Cp NaNO2 (çıkış) = 18,22 kcal/kmol.K H2O (285K) = 402 kj/kmol = 96,17 kcal/kmol H2O (358K) = 2865kj/kmol = 685,4 kcal/kmol



Tref = 273 K 

Qgiren = mNaNO3.Cp NaNO3. (T-Tref) + mNaNO2.Cp NaNO2. (T-Tref) ( (

) )

35

( (

) )

(

)

(

)

6.3.3. 2.ısı değiĢtirici etrafında enerji denkliği

H2O 285 K

582 K

586 K

kmol/st NaNO3 kmol/st

358 K

NaNO2 H2O



Tref = 285 K

36



Cp NaNO3 = 37,17 kcal/kmol.K Cp NaNO2 = 18,22 kcal/kmol.K Cp NaNO3 = 37,17 kcal/kmol.K Cp NaNO2 = 18,17 kcal/kmol.K H2O (285K) = 402 kj/kmol = 96,17 kcal/kmol H2O (358K) = 2865kj/kmol = 685,4 kcal/kmol 

Qgiren = mNaNO3.Cp NaNO3. (T-Tref) + mNaNO2.Cp NaNO2. (T-Tref) ( (

) )

( (

) )

(

)

(

)

37

6.4. Soğutucu

H2O

285K 881K

543K

358K H2O

 

Tgiriş=577 K



Tçıkış= 408 K



Girenler;

 Çıkanlar;



(

)



(

) 38



(

)

(

(

)

(

)

(

)

)

(

)

(

)



( (

)

(

) )

( (

) )

)

(

( (

)

)

(

)

39

6.5. Absorpsiyon Kolonu

593K DBF=43,543 kmol/st

408K

543K

408K

     

   Girenlerin cp’si;  

40



(

)

(

(

) )



(

)

(

)

(

)

(

)

( (

) )

( (

) )

41

Çıkanların cp’si;  

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

( (

) )

( (

) )

42

6.5.1.Absorbsiyon kolonu üzerinde bulunan yoğuĢturucu üzerinde enerji denkliği

Girenlerin cp’si;  

(

(

)

(

) )

(

)

( (

) )

43

Çıkanların cp’si;  

(

(

(

)

(

)

(

)

(

)

)

(

)

)

(

)

44

6.5.2.Absorpsiyon kolonu altında bulunan kazan üzerinde enerji denkliği



Tref = 273 K



Tgiren= 340,5 K



Tçıkan= 370 K



0,3 MPa , 1173K

HSU = 18929 kcal/kmol

0,3 MPa , 973K

HSU = 16913 kcal/kmol



Çıkanlar

Girenler; CpKİNON = 40,9kcal/kmol.K

CpKİNON = 19,82kcal/kmol.K

CpMA = 37,74 kcal/kmol.K

CpMA = 40,6 kcal/kmol.K

CpM.ASİT = 49,46 kcal/kmol.K

CpM.ASİT = 57,77 kcal/kmol.K

CpDBF = 121,42 kcal/kmol.K

CpDBF = 136,97 kcal/kmol.K



QGİREN = mKİNONxCpKİNONxΔT + mMAxCpMAxΔT + mMASİTxCpMASİTxΔT + mDBFxCpDBFxΔT

QGİREN = 0,3*40,9*(408-273) + 18,7*37,74*(408-273) + 0,026*49,46*(408-273) + 43,586*121,42*(408-273) QGĠREN = 811 782,80 kcal/st QÇIKAN = 0,3*19,82*(467-273)+ 18,7*40,6*(467-273)+0,026*57,7*(467273)+43,6*136,97*(467-273) 45

Qçıkan= 1 310 563,09 kcal/st

Q = Qçıkan – Qgiren Q = (1 310 563,09 -811 782,80 ) kcal/st Q= 498 780,29 kcal/st

Q = QSU = mSU x ΔHSU 498 780,29 = mSU x (18929-16913) mSU = 147,41 kmol/st = 4453,40 kg/st

6.6. Ayırma Kolonu

Girenlerin cp’si;

Çıkanların cp’si;



46



QGİREN = mKİNONxCpKİNONxΔT + mMAxCpMAxΔT + mMASİTxCpMASİTxΔT + mDBFxCpDBFxΔT

Qgiren=0,3*19,82*(467-273)+18,7*40,6*(467-273)+0,026*57,7*(467273)+43,586*136,97*(467-273) Qgiren= 1 310 563,09 kcal/st

Qçıkan=0,3 * 32,51 * (523-273) +18,7 *32,73 * (523-273) +0,026 *54,19 * (523-273) + 43,586 * 135,28 * (523-273) Qçıkan= 1 629 881,755 kcal/st

Q = Qçıkan – Qgiren Q = (1 629 881,755 - 1 310 563,09) kcal/st Q= 319 318,665 kcal/st

6.6.1.YoğuĢturucu etrafında



Tref =273 K



Tgiriş= 398 K



Tçıkış= 370,5 K

47

Çıkanlar

Girenler 

CpMA= 39,07



Cpmaleikasit= 51,91



CpKinon = 32,51



HH2O(285)=



HH2O(358)=

Cpkinon= 30,76

QGiren =MM.anhidrit x CpM.anhidrit x ΔT + MM.asit x CpM.asit x ΔT+ MKinon x CpKinon x ΔT = 18,7* 32,73*(523-273) + 0,026 *54,19*(523-273) + 0,3*32,51*(523-273) QGiren= (

)

(

)

(

)

Q= Qçıkan – Qgiren Q=

= QSu

QSu = MSu x ΔHSu = MSu x (685,4 – 96,17) MSu =

=

48

6.6.2. Kazan etrafında Kızgın buhar 1173K 0,3 MPa

523K

612 K

DBF ; 43,5 kmol/st

DBF ; 43,5 kmol/st

Su 973K 0,3 MPa



Tref= 273 K



Tgiren= 398 K



Tçıkan= 442,5 K



CpDBF=135,28 kcal/kmol K



HH2O(1173) = 18929 kcal/kmol K



HH2O(973) = 16913 kcal/kmol K

CpDBF=148,47 kcal/kmol K

( (

ş

(

)

)

49

(

)

50

7. AYGIT TASARIMI 7.1. Depolama Tankları 7.1.1. Benzen depolama tankı (V-101) Sisteme 21,4 A=1,0259 B= 0,26666

besleme yapılıyor.Depolama tankında benzen 1 gün bekliyor.

Denklem 105.

d=

(

(8)

)

C=562,05 D=0,328394

d = 11,3

T=288 K

21,4

x 24

x 1gün = 45,45 m3

x

Güvenlik faktörü düşünüldüğünde V= 50 m3 ise  V =πr2L

=3

 50 m3 = πr26r

L = 3D = 6 r = r3

(6)

r =2,65 m ( D = 5,3 m

L = 15,9 m )

7.1.2. DBF depolama tankı (V-102) besleme yapılıyor.Depolama tankında DBF 1 gün bekliyor.

Sisteme 0,043 A=0,3087 B= 0,26113

Denklem 105.

d=

(

(8)

)

C= 781 D=0,31804

d = 3,34

T=433 K

0,043

x 24

x 1gün = 0,9 m3

x

 Güvenlik faktörü düşünüldüğünde V=1 m3  V =πr2L  1 m3 = πr26r

=3

L = 3D = 6 r = r3

r = 0,37 m ( D =0,75

(6) L = 2,25 m )

51

7.1.3. Çıkan ürün depolama tankı (V-103) 

Maleik Anhidrit A= 1,1937

Denklem 105.

B= 0,26141 C= 721 D= 0,35584

(

(

)

d= 12,9 kmol/m3

T= 370,5 K



Kinon A= 0,83228

Denklem 105.

B= 0,25385 C= 683 D= 0,23658

(

(

)

d= 10,2 kmol/m3

T= 370,5 K



Maleik asit A= 0,7764 B= 0,231 C= 773 D= 0,29

Denklem 105.

(

(

)

d= 11,3 kmol/m3

T= 370,5 K

52

 V =πr2L

L = 3D = 6 r

 D = 2,48 m L= 7,44 m  Güvenlik faktörü düşünüldüğünde ; D= 3 m L= 9 m olduğu kabul edilmiştir.

2. Hava Kompresörü ( C-601 ) Q –W = H – Ek –Ep Q =0, W>0, Ek = 0, Ep= 0, H>0 T1= 30 0C =303 K T2 = 360 0C =633 K H1 = 302,8 kj/kg H2 = 641,807 kj/kg

(4)

W =641,807 – 302,8 = 339,007 kj/kg Kütle denkliğinden bulunan hava miktarı 40 796,62 kg /st W= m x w= 40 796,62 kg/st x 339,007 kj/kg x 1st / 3600 sn = 3 841,76 kj /sn= 3841,76 kw

53

7.3.Isı DeğiĢtirici Tasarımı Çizelge 7.1. Isı aktarım katsayıları (14)

54

Q = U* A * ∆Tlog 7.3.1. BuharlaĢtırıcı tasarımı (E-101)  

Q= 31 799,75 kcal/st U=(900 -1200) W/m2oC (Sıcak akışkan (buhar),soğuk akışkan (hafif organikler) için Sinnot ısı aktarım katsayıları çizelgesinden bulunmuştur.)

U=1100 W/m2oC = 1100 J/ m2oC s Q=U. A. ∆Tlm Sıcak akışkan

Soğuk akışkan

T1= 11730K

t1= 303 K

T2= 9730K

t2= 633 K

Zıt Yönlü 55

T1= 1173 0 K Buhar

T1 t2=633oK Benzen

T2=973oK

T2 t1=303 oK

Böyle bir sistem için tek gövdeli boru ısı değiştirici tercih edilebilir. L/D = 4

(10)

A= 0,06 m2= ПDL=П5D2 D=0,1m

L=0,4m

7.3.2.Isıtıcı tasarımı(E-109)   U=(30 -300) W/m2oC (Sıcak akışkan (buhar),soğuk akışkan (gazlar) için Sinnot ısı aktarım katsayıları çizelgesinden bulunmuştur.) U=200 W/m2oC = 200 J/ m2oC s

56

Sıcak akışkan

Soğuk akışkan

T1= 11730K

t1=633 K

T2= 9730K

t2= 733 K

T1= 1173 oC Buhar

T1

T2=973oC

t2=733 C Benzen-Hava

T2 t1=633 oC

Zıt Yönlü

Böyle bir sistem için tüplü borulu ısı değiştirici tercih edilebilir. (10) Tüp boyu = 3,2 m ; Çapı=0,025 m olarak öngörülebilir. Tüp sayısı = N =

16,92m 2 = 67 adet tüp sisteme yerleştirilerek gerekli yüzey alanı ( .3,2.0,025)m 2

sağlanabilir.

57

7.3.3.Reaktörün Soğuk AkıĢkanla Soğutulması 7.3.3.1. Birinci ısı değiĢtirici (e-102)  

Q kcal/st 2o U=(1000 -1500) W/m C (Sıcak akışkan (ıslak buhar),soğuk akışkan (su) için Sinnot ısı aktarım katsayıları çizelgesinden bulunmuştur.)

U=1200 W/m2oC = 1200 J/ m2oC s Sıcak akışkan

Soğuk akışkan

T1= 590 0K

t1= 285K

T2= 586 0K

t2=358 K

Zıt Yönlü

T1= 590 0 K Tuzlar

T1

T2=586oK

t2=358oK

T2 Su

t1=285 oK

Böyle bir sistem için tüplü borulu ısı değiştirici tercih edilebilir. (10) Tüp boyu = 3,2 m ; Çapı=0,025 m olarak öngörülebilir.

58

Tüp sayısı = N =

325,26m 2 = 1294 adet tüp sisteme yerleştirilerek gerekli yüzey alanı ( .3,2.0,025)m 2

sağlanabilir.

7.3.3.2.Ġkinci ısı değiĢtirici (E-103)  

Q= kcal/st U=(1000 -1500) W/m2oC (Sıcak akışkan (ıslak buhar),soğuk akışkan (su) için Sinnot ısı aktarım katsayıları çizelgesinden bulunmuştur.)

U=1200 W/m2oC = 1200 J/ m2oC s Sıcak akışkan

Soğuk akışkan

T1= 586 0K

t1= 285K

T2= 582 0K

t2=358 K

Zıt Yönlü

T1= 586 0 K Tuzlar

T1 t2=358oK Su

T2=582oK

T2 t1=285 oK

59

Böyle bir sistem için tüplü borulu ısı değiştirici tercih edilebilir. Tüp boyu = 3,2 m ; Çapı=0,025 m olarak öngörülebilir. Tüp sayısı = N =

13,19m 2 = 52 adet tüp sisteme yerleştirilerek gerekli yüzey alanı ( .3,2.0,025)m 2

sağlanabilir.

7.3.4. Soğutucu tasarımı (E-104)  

Q= kcal/st 2o U=(20 - 300) W/m C (Sıcak akışkan (gazlar),soğuk akışkan (su) için Sinnot ısı aktarım katsayıları çizelgesinden bulunmuştur.)

U=200 W/m2oC = 200 J/ m2oC s Sıcak akışkan

Soğuk akışkan

T1= 881 0K

t1= 285K

T2= 543 0K

t2=358 K

T1= 881 oC benzen

T1 t2=358 C su

T2=543oC

T2 t1=285 oC

Aynı Yönlü

60

Böyle bir sistem için tüplü borulu ısı değiştirici tercih edilebilir. Tüp boyu = 3,2 m ; Çapı=0,025 m olarak öngörülebilir. Tüp sayısı = N =

60,54m 2 = 241 adet tüp sisteme yerleştirilerek gerekli yüzey alanı ( .3,2.0,025)m 2

sağlanabilir.

7.4. Reaktör Tasarımı (R-101) 1.C6H6 + 4,5O2 25143/RT)Cbenzen

C6H2O3 + 2CO2 + 2H2O

 k1 = 7,7x106exp[

r1 = 7,7x106exp(-

] = 1,19 sn-1

 Treaktör içi = 807 K PT = 235 kPa x (1000 Pa / 1 kPa ) x ( 1 atm / 1,013x105 Pa ) = 2,32 atm Benzenin Kısmi Basıncı = 2,32 atm x ( 1,5 / 100 ) = 0,0348 atm Benzenin Yoğunluğu = P.MA = d.R.T

d=

= 0,041 g/L

Hacimsel Akış Hızı = Q = –

XA = ∫

(Hacim Değişimi Sabit Düşünülmüştür)

∫

(

)

61

∫

[

V=

(

)

(

)]

= 29,55 m3

Hacim Değişimi Göz Ön nde Bulundurulursa C6H6 + 4,5O2 + 333,5 kmol/h N2 kmol/h N2

C4H2O3 + 2CO2 + 2H2 + 333,5

Sınırlayıcı reaktant ; C6H6 Tepkimeye Göre Giren O2 miktarı = 2837 kg/h O2 x (1 kmol O2 / 32 kg O2) x (79 kmol N2 / 21 kmol O2 ) = 333,5 kmol/h N2 2837 kg / h O2 x ( 1 kmol O2 / 32 kg O2 ) = 88,66 kmol/h O2 88,66 kmol O2

4,5 O2

333,5 kmol N2

x

(

)

(

x = 17

)

∫

∫

V=

∫

(

(

)

) (

)

1 – XA = u XA = 1 – u

V=

∫

(

)(

)

= 3,46

dXA = -du V=

= 29,15 m3

62

Emniyet faktörü göz önünde bulundurularak V = 32 m3 olarak alınmıştır.

7.4.1.Reaktörü boyutlandırma V = π . R2 . L (L=3,2m ise) 32 m3 = π . R2 . 3,2 m

R = 1,78 m D = 3,56 m

Tüp Hesabı : VTÜP = Tüp Sayısı :

(

)

= 1,57x10-3 m3

N=

7.5. Absorpsiyon Kolonu Tasarımı(T-101) L2,X2 DBF : 12129 kg/st

V2,Y2 Benzen : 46 kg/st H2O : 777,5 kg/st N2 : 31 118 kg/st CO2 : 2127 kg/st O2 : 6307,44 kg/st DBF: 12 kg/st

V1,Y1 L1,X1 H2O : 778 kg/st

Kinon : 30 kg/st

N2 : 31 118 kg/st

Maleik Asit : 3 kg/st

CO2 : 2127 kg/st

Maleik Anhidrit : 1833 kg/st

O2 : 6307,44 kg/st

DBF : 12117 kg/st

Benzen : 46 kg/st Maleik Anhidrit : 1836 kg/st Kinon : 30 kg/st 63

Absorpsiyon kolonuna beslenen gaz karışımı ; V1 , Y1

İ

Y1=(0,28+43,2+18,7)/( 0,28+43,2+18,7+48,3+0,59+1036+4167) =0,017

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 İ

Absorplanmayan karışım; Y2, V2 Y2= 0 olmalıdır. Çünkü yukarıdan beslenen DBF‟nin tamamının kinon,MAN ve Maleik asidi absorplayarak kolonu terk etmesi gerekmektedir. 64

V‟ = inert gazın debisi L‟ = çözünen içermeyen sıvı debisi Gaz girişi debisi = (41,67 + 1036 + 0,59 + 48,3 +0,28 +43,2 +18,7) = 5314 kmol/st Çözücü giriş debisi =43,6 kmol/st

Soğurulan (Kinon +MAN +MA)

= L(X1-X2)

=0,304 Soğurulan (Kinon +MAN +MA)

= 43,6 (0,304-0) = 13,25 kmol/st

Kolonu terk eden sıvı çözeltisinin sıvı çözeltisinin debisi L‟ = 30 + 1833 + 3 + 12129 = 13 995 kmol/st Tablo 7.1‟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.

65

Tablo7.1.

Kolon çapını , gaz ve sıvı debilerinin en yüksek değerlerde oldukları kolonun dip koşullarında hesaplamak gerekmektedir. Kolonun dibinde gazın ortalama molekül ağırlığı ;

Yoğunluğu P.V= nRT denklemi yardımıyla bulacak olursak ; Giriş koşulları 270 0C , 215kpa=2,15 bar 66

(

)

Kolon dibinden alınan kinon+MAN+MA +DBF çözeltisinin 270 0C sıcaklıkta yoğunluk ve vizkozitesi için aynı sıcaklıktaki DBF‟nin değerleri alınabilir. √

√

=0,03

Her 1metre dolgu yüksekliği başına 400 N/m2 „ lik basınç düşüşü olduğu varsayımı yapılırsa Şekil 4.14‟den (

(9)

)

Tablo 7.1‟den 32x1,6 mm metal rashing halkaları için alınan değerler Cf =110 ap =162 m2/ m3 √

(

)( (

Buna göre gerekli kesit alan ; Gerekli kolon çapı ise

√

) )

=5314 /4644 =1,15 m2 D=1,21 m2

Literatür araştırması sonucu Turton kitabında L/ D =2,4 olduğu görülmüştür. Bu doğrultuda L değeri ; L/ 1,35 = 2,4 L=2,9 m olarak hesaplanmıştır.

Şekil 7.2‟ün taşma eğrisinden √

= 0,096 için okunan değer

67

( √

)

. 1,29 kg /m2s =2,09 kg /m2s

Taşma yüzdesi

x 100 =55 %

Şekil 7.1.

68

7.6.Ayırma Kolonu Tasarımı(T-102)

Kinon: 30kg/st MA: 3kg/st Masit: 1830kg/st AYIRMA KOLONU

MAN: 1833kg/st Kinon: 30kg/st MA:3kg/st DBF:12117kg/st

DBF:0,5kg

DBF: 12116,5kg/st MAN:3kg/st

*Lange‟s Handbook‟tan alınan Antoine Eşitliği Sabitleri ANT A

ANT B

ANT C

DBF

6,639

1744,20

113,69

M ASİT

6,9677

2011,1622

192,7159

P=mmHg T=oC

ANT A

ANT B

ANT C

M.ANHİDRİT

16,2747

3765,65

-82,15

KİNON

16,1135

3626,83

-64,64

P=mmHg T=K

69

Tkondenser: 250 oC

(250+273)= 573 K

573K‟de Antoine sabitlerini Antoine denkleminde yerine koyarak elde edilen kısmi basınçlar; PoDBF=69,69 mmHg

PoMA =2282 mmHg

PoKinon =3644 mmHg

PoM.asit =266 mmHg

AAB ye göre α hesaplanırsa ; α = 

α DBF= 69,69/69,69=1



α MAN = 2282/69,69= 32,7



α Kinon= 3644/69,69=52,3



α MA= 266/69,69= 3,8

Kazan 82 kPa basınçta çalıştığına göre Antoine denkleminde AAB olan DBF için sabitleri yazarak kazan sıcaklığı hesaplanmaktadır:

T=566 oC

T=(566+273)=839 K Bu sıcaklıktaki kısmi basınçları antoine sabitlerini Antoine denkleminde yerine koyarak hesaplayacak olursak; PoDBF =11 825 mmHg

PoMAN =75 558 mmHg

PoKinon =92 028 mmHg

PoM.asit =20 747 mmHg sonuçları elde edilir.



α DBF=11 825 / 11 825 = 1



α MAN=75 558 /11 825 =6,39



α Kinon=92 028 /11 825 =7,78



α M.asit=20 747 /11 825 =1,75

70

α DBF=√ α MAN=√ α Kinon=√ α M.asit=√

∑

q=doygun sıvı alındığından 1 kabul edilir.

Besleme akımı için mol kesirleri bulunacak olursa; XMAN = 0,2987

XKinon= 0,0045

XM.asit = 0,0004

XDBF =0,6964

∑

q= 1

(

) (

(

)

. Çünkü

) (

)

(

) (

(

)

) (

)

paydayı 0 yapamayacağında sonuç sonsuz olur.

Φ= 2,5

-0,0851

Φ= 3

0,0315

Φ= 3,5

0,1198

Φ= 2,5 ve Φ= 3 değerleri yardımıyla interpolasyon yapılarak ifadeyi 0‟a eşitleyen Φ değeri bulunur. (

)

Φ=2,8649

Üst ürün için mol kesirleri bulacak olursak; XMAN = 0,9838

XKinon = 0,0147

71

XMA = 0,0014

XDBF =0,0001

∑

( (

) )

( (

) )

1+RDmin=1,2314

( (

) )

( (

) )

RDmin= 0,2313

RDmin=

 Fenske denklemi= Nmin+1=

HAB=Maleik anhidrit

(*

+ (

*

+ ) )

(9)

AAB=DBF

Alt ürün akımı için bileşenlerin mol kesirlerini hesaplarsak; XDBF =0,9993 Nmin+1=



[ [

] ]

Nmin+1=6

Nmin=5

Gilland korelasyonu: =0,158

[( [(

)(

)] )√ ]

Y=0,4977

0,4977= N=10,9≈ 11(ideal raf sayısı) 72

Ngerçek=N/Eo

Eo:kalan verim

Literetür araştırmaları sonucunda elde edilen bilgiye göre Eo değeri 0,3-0,7 arasında değişmektedir. Dolayısıyla Eo=0,6 varsayımından tasarım hesaplarımızı gerçekleştirdik. Ngerçek 11/0,6 = Ngerçek=18,3 ≈18 (gerçek raf sayısı)



Kirkbride denklemi: [ (

Z+S=18

3,15S+S=18

) (

S=4,34

( (

) ) ] )

Z=13,66

Z=18-4,34= 13,66 Besleme rafı alttan 5.raftır.

Kolon boyu; ZT= 1,5 lR + (N-1)lR + 0,25 lR lR= 0,45 (distilasyon kolonlarında raf aralıkları genelde 0,45 m olduğu literatürde yer almaktadır. Dolayısıyla lR değerinin 0,45 alınmasına karar verilmiştir.)

ZT=1,5*0,45 + (15-1)0,45+ 0,25*0,45 [17] ZT=7,0875 m = 7,09 m L/D=6 varsayım doğrultusunda kolonumuzun çapı:

7,09/D =6

D=1,18m

73

7.7. Pompa Tasarımı (P-101) 7.7.1.Benzenin buharlaĢtırıcıya girmeden önceki pompanın seçimi (P-101)

A= 1,0259 B= 0,26666 C= 562,05

Denklem 105

(

(

)

( )

D= 0,28394

Tgiriş = 303 K

T= 288 K

Tref = 273 K

Genel Bernoulli Denklemi ; (V22-V12) + g(Z2-Z1) + ∫

P1= 101 kPa (

Şekil 10.63‟de

Dp =Wm (15)

P2= 280 kPa )

kapasiteye karşılık gelen verim %40 ise Wp ≈297 J/kg

Pompa çeşidi olarak sanrifüj pompa seçildi.

74

7.7.2. DBF’nin absorpsiyon kolonuna girmeden önceki pompa seçimi (P-102) A= 0,3087 B= 0,26113 (

(

)

C= 781 D= 0,31804

Tgiriş = 593 K

T= 443 K

Tref = 273 K P1= 100 kPa (

Şekil 10.63‟de

P2= 82 kPa )

kapasiteye karşılık gelen verim %75 ise Wp ≈40,9 J/kg

7.7.3.Ayırma Kolonu Kazanından Çıkan geri dönen DBF’nin Absorpsiyon Kolonuna Girmeden Önceki Pompa Seçimi ( P-103) ccA= 0,3087 B= 0,26113 (

(

)

C= 781 D= 0,31804 Tgiriş = 603 K

T= 438 K

Tref = 273 K P1= 82 kPa

P2= 110 kPa 75

(

Şekil 10.63‟de

)

kapasiteye karşılık gelen verim %75 ise Wp ≈65J/kg

Pompa çeşidi olarak sanrifüj pompa seçildi.

76

8. ġARTNAMELER 8.1. Depolama Tankları Ġçin ġartnameler Çizelge 8.1 Benzen depolama tankı için Ģartname Tanımlama Adı: Benzen depolama tankı Kod No: V-101 Adet: 1 Görevi: Benzeni depolamak için kullanılıyor. İşlem: Sürekli Türü: Hacim

, Çapı

uzunluğu

Yapım malzemesi: Paslanmaz çelik Kontroller: Tankın içindeki benzen bekletilme süresi 24 saattir. Yorumlar: Tank gerektiği zaman pompa, kompresör yada ısıtıcıya takılabilmelidir Toleranslar: Tank ADR ve IATA-OACI uluslararası tehlikeli malzeme taşıma standartlarına uygun, Teklif veren firmanın TSE Hizmet Yeri Yeterlilik belgesi ve Sanayi Ticaret Bakanlığı Satış Sonrası Hizmetleri belgesi olmalıdır.

Çizelge 8.2. DBF depolama tankı için Ģartname Tanımlama Adı: DBF depolama tankı Kod No: V-102 Adet: 1 Görevi: DBF depolamak için kullanılıyor. İşlem: Sürekli Türü: Hacim 1 m3, Çapı

uzunluğu

Yapım malzemesi: Paslanmaz çelik Kontroller: Tankın içindeki DBF bekletilme süresi 24 saattir. Yorumlar: Tank gerektiği zaman pompa,kompresör yada ısıtıcıya takılabilmelidir Toleranslar: Tank ADR ve IATA-OACI uluslararası tehlikeli malzeme taşıma standartlarına uygun, Teklif veren firmanın TSE Hizmet Yeri Yeterlilik belgesi ve Sanayi Ticaret Bakanlığı Satış Sonrası Hizmetleri belgesi olmalıdır.

77

Çizelge 8.3. Ürün depolama tankı için Ģartname Tanımlama Adı: Ürün depolama tankı Kod No: V-103 Adet: 1 Görevi: Ürün depolamak için kullanılıyor. İşlem: Sürekli Türü: Yatay,

, Çapı

uzunluğu

Yapım malzemesi: Paslanmaz çelik Kontroller: Tankın içindeki ürün bekletilme süresi 24 saattir. Yorumlar: Tank gerektiği zaman pompa,kompresör yada ısıtıcıya takılabilmelidir Toleranslar: Tank ADR ve IATA-OACI uluslararası tehlikeli malzeme taşıma standartlarına uygun, Teklif veren firmanın TSE Hizmet Yeri Yeterlilik belgesi ve Sanayi Ticaret Bakanlığı Satış Sonrası Hizmetleri belgesi olmalıdır.

8.2. Kompresör Ġçin ġartname Tanımlama Adı:Kompresör Havanın ısıtıcıya girmeden önceki kompresör seçimi Çizelge 8.4. için Ģartname Kod No: C-101 Adet: 1 Görevi: Havayı sıkıştırmak ve ısıtıcıya pompalamak İşlem: Sürekli Basınç artışı: Basınç 14,7psia dan 35 psia ya yükseltiliyor. Türü: Pistonlu hava kompresörü Güç: 3841,76 kW Pompa mili: AISI 316 Paslanmaz Çelik Yapım malzemesi: Paslanmaz çelik Kontroller: Sıcaklık ve basınç

78

8.3. Isı DeğiĢtiriciler Ġçin ġartnameler Çizelge 8.5. BuharlaĢtırıcı için Ģartname Tanımlama Adı: Benzen akımı buharlaştırıcısı Kod No: E-101 Adet: 1 Ütilite: Su buharı

Tablo 8.6. Isıtıcı için şartname

Yapım malzemesi: Paslanmaz çelik Görevi: Pompadan buharlaştırmak

30oC

olarak

çıkacak

benzen

sıcaklığını,

360oC‟ye

çıkararak

İşlem: Sürekli Türü: Tek gövdeli ısı değiştirici Faz: Sıvı fazdan gaz faza geçiş Kontroller: Sıcaklık kontrolü olmalı. Bunun için ısıl çift yerleştirilir. Üründe olması gerekenler: Ünite üzerinde uyarı levhaları olmalı.Üniteye ait tüm ekipmanlar garanti kapsamında olmalıdır A=0,06 m2

L=0,1 m

D=0,06m

Isı aktarım miktarı: 31 799,75 kcal/st

79

Çizelge 8.6. Isıtıcı Ġçin ġartname Tanımlama Adı: Benzen+hava akımı ısıtıcısı Kod No: E-109 Adet: 1 Görevi: Pompadan 360oC olarak çıkacak benzene+hava karışımının sıcaklığını, 460oC‟ ye çıkarmak İşlem: Sürekli Türü: Tüplü borulu ısı değiştirici Yapım malzemesi: Paslanmaz çelik Ütilite: su buharı Faz: Gaz faz Kontroller: Sıcaklık kontrolü olmalı. Bunun için ısıl çift yerleştirilir.

Çizelge Reaktördeki 1. ısı üzerinde değiĢtirici için Ģartname Üründe 8.7. olması gerekenler: Ünite uyarı levhaları olmalı.Üniteye ait tüm ekipmanlar garanti kapsamında olmalıdır A=16,92 m2 Isı aktarım miktarı= 1 126 409 kcal/st Tüp boyu=3,2m

Tüp çapı= 0,025m

Tüp sayısı=67

80

Çizelge 8.7. Reaktördeki 1. ısı değiĢtirici için Ģartname

Tanımlama Adı: Na tuzlarının soğutulması için kullanılan ısı değiştirici Kod No: E-102 Adet: 1 Görevi: Reaktörden 317oC olarak çıkacak olan Na tuzları karışımının sıcaklığını, 313oC‟ye düşürmek İşlem: Sürekli Türü: Tüplü borulu ısı değiştirici Yapım malzemesi: Paslanmaz çelik Ütilite: sogutma suyu Kontroller: Sıcaklık kontrolü olmalı. Bunun için ısıl çift yerleştirilir. Üründe olması gerekenler: Ünite üzerinde uyarı levhaları olmalı.Üniteye ait tüm ekipmanlar garanti kapsamında olmalıdır A=325,26 m2 Isı aktarım miktarı= 88 953 226,8 kcal/st Tüp boyu=3,2m

Tüp çapı= 0,025m

Tüp sayısı=1294

81

Çizelge 8.8. Reaktördeki 2. ısı değiĢtirici için Ģartname Tanımlama Adı: Na tuzlarının soğutulması için kullanılan ısı değiştirici Kod No: E-103 Adet: 1 Görevi: 1. ısı değiştiriciden 313oC olarak çıkacak olan Na tuzları karışımının sıcaklığını, 309oC‟ye düşürmek İşlem: Sürekli Türü: Tüplü borulu ısı değiştirici Yapım malzemesi: Paslanmaz çelik Ütilite: soğutma suyu Kontroller: Sıcaklık kontrolü olmalı. Bunun için ısıl çift yerleştirilir. Üründe olması gerekenler: Ünite üzerinde uyarı levhaları olmalı.Üniteye ait tüm ekipmanlar garanti kapsamında olmalıdır A=13,19 m2 Isı aktarım miktarı= 3 552 542,9 kcal/st Tüp boyu=3,2m

Tüp çapı= 0,025m

Tüp sayısı=32

82

Çizelge 8.9. Soğutucu için Ģartname Tanımlama Adı: Reaktörden çıkan karışımın soğutulması için kullanılan ısı değiştirici Kod No: E-104 Adet: 1 Görevi: Reaktörden 608oC olarak çıkacak olan karışımının sıcaklığını, 270oC‟ye düşürmek İşlem: Sürekli Türü: Tüplü borulu ısı değiştirici Yapım malzemesi: C çelik Faz: Gaz faz Kontroller: Sıcaklık kontrolü olmalı. Bunun için ısıl çift yerleştirilir. Üründe olması gerekenler: Ünite üzerinde uyarı levhaları olmalı.Üniteye ait tüm ekipmanlar garanti kapsamında olmalıdır A=47,3m2 Isı aktarım miktarı= 3 905 014,12kcal/st Tüp boyu=3,2m

Tüp çapı= 0,025m

Tüp sayısı=241

83

8.4. Reaktör Ġçin ġartname Çizelge 8.10. Reaktör için Ģartname Tanımlama Adı: Reaktör Kod No: R-101 Adet: 1 Görevi: Benzenin havadaki O2 ile reaksiyonuyla maleik anhidrit üretimi İşlem: Sürekli Türü: Yatay piston akımlı, Çapı 3,16 m, uzunluğu 3,2 m Hacim: 32 m3 Yapım malzemesi: AISI 316 C çelik reaktör Tüpler: 0,25 in et kalınlığı Tüp uzunluğu: 3,2 m Tüp adedi: 2038,2 adet tüp yerleştirilecek Reaktör içi dayanım sıcaklığı 534 oC olmalı Basınç: 235 kPa Tüp malzemesi: AISI 316 C çelik reaktör Kontroller: Sıcaklık, Seviye, Basınç Kontrolleri

84

8.5. Absorpsiyon Kolonu Ġçin ġartname Çizelge 8.11. Absorpsiyon kolonu için Ģartname 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. Türü: Dolgulu kolon Dolgu Malzemesi: 32x1,6mm Rashing Halkaları Boyutları: Kesit alan:1,15m2 Boy: 2,9 m Çap: 1.21 m Kontroller: Cihazın buhar jeneratörü otomatik olmalı, seviye kontrol sistemi, aşırı sıcaklık kontrol sistemi bulunmalıdır. Buhar basıncının aşırı yükselmesi durumunda buhar jenaratörü Üründe olması gerekenler: Ünite üzerinde uyarı levhaları olmalı.Üniteye ait tüm ekipmanlar garanti kapsamında olmalıdır

85

8.6. Ayırma Kolonu Ġçin ġartname Çizelge 8.12. Ayırma kolonu için Ģartname Tanımlama Adı: Ayırma kolonu Kod No: T-102 Adet: 1 Görevi: Kolonda kaynama noktası farkından yararlanılarak bileşenlerin ayrılması. İşlem: Sürekli, kolon ünitesi yarı-otomatik ve tam otomatik olmalıdır. Türü:Raflı kolon Raf Sayısı:18 Besleme rafı alttan 5.raf Boyutları: Boy: 7,09 m Çap: 1,18 m

Raf sayısı: 25 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

8.7. Pompalar Ġçin ġartnameler

Şartname, benzenden maleik anhidrit üretecek olan tesiste, sırasıyla besleme tankından alınan benzen için ısıtılmak üzere ısı değiştiriciye gönderilmesi, elde edilecek ürün maleik anhidrit için kullanılacak olan sisteme monte edilecek pompaların alım ve montaj işine aittir.

86

İstek ve özellikler;  Genel Ģartlar -Şartnamede tarif edilen sistem günümüz teknolojisine uygun, kullanılmamış ve hasarsız olacaktır. -Sistemde, benzen depolama tankından reaktöre kadar olan 1. kısım için 30 C ile 460C, DBF besleme tankından absorpsiyon kolonuna kadar olan 2.kısım için 320C‟de çalışacak olan, ayırma kolonunun alt kısmından çıkan DBF‟ı geri döngü ile absorpsiyon kolonuna geri gönderildiği 3. Kısım için 250C ile 339C sıcaklıkları arasında çalışabilecek, ortam nem oranından etkilenmeyecektir. -Sistemde gerekli olan minimum 75 kPa ve maksimum 235 kPa basınçlarına dayanabilir olmalıdır. -Çalıştırma, bakım ve onarım talimatları, ayarlama değerleri, yedek parça listeleri ve parça sipariş bilgileri (parça no,v.s.) teknik doküman olarak idare‟ye malzemelerin teslimi sırasında verilecektir (Teknik dökümanların dili Türkçe olacaktır). - Satın alınan malzemelerin görünebilir yerlerinde seri no, model, imalat yılı, imalatçı firma ve adresi gibi özelliklerin gösterildiği metal etiketler bulunacaktır. - Firma‟nın teslim ettiği malzemeler, taahhüt ettiği malzeme cinsi ve teknik özelliklere uygun olacaktır. (Yüklenici bunu malzemelerin teslimi sırasında belgeleyecektir). - Şartnamede belirtilmeyen, sistemle ilgili ancak, sistem ve elemanlarının çalışması için gerekli her türlü parçalar, firma tarafından bu taahhüt kapsamında teslim edilecektir. - Firmaya sevk ve montaj işlemleri için ilave bir ücret ödenmeyecektir. - Sistemin ilk çalıştırılması firma tarafından yapılacak ve sistem çalışır durumda teslim edilecektir. - Malzemelerin teslim ve montaj yeri idarenin idari şartname ve sözleşmede belirtilen adresine olacaktır

Teknik hususlar: Sistemde 3 adet pompa olacak ve pompaların mekanik özellikleri aşağıda verildiği gibi olacaktır: Tipi: Tek veya Çok Kademeli Santrifüj Pompa Ürün: Maleik anhidrit Debisi: (P-101) pompa 8,45 gal/dk, (P-102) pompa 57,5 gal/dk, (P-103) pompa 57,5 gal/dk Tahrik Tipi: Elektrik Motoru Salmastra Tipi: Yumuşak Çark: Bronz Pompa Mili: AISI 316 Paslanmaz Çelik Pompa Gövdesi: Bronz veya GG25 Motorun özellikleri aşağıda verildiği gibi olacaktır; Tipi: Elektrik motoru 87

Motor Devri: 2500-3000 d/dk Motor Anma Gücü: 1,85 kW Elektrik Bağlantısı: Trifaze - Elektrik panosu üzerinde 3 konumlu bir basınç şalteri bulunacaktır. - Bağlantı elemanları, emiş ve basınç kolektörleri, göstergeleri de sistemde bulunacaktır. - Su vanaları küresel tipte ve sistemin basıncını kaldırabilecek dayanıklılıkta olacaktır.

Denetim ve muayene metodları: - Montajdan önce Kabul Komisyonunca, malzeme cinslerini gösteren belgeler ile garanti belgeleri incelenecek, uygun bulunur ise montaj bundan sonra gerçekleştirilecektir. - Kabul Komisyonu, teslim edilen malzemeleri kabul esnasında şartnameye uygun bulmaz ise, Firma uygun bulunmayan parçaları yenisi ile değiştirecektir. - Montajdan sonra, devreye alınacak sistemin çalışması Kabul Komisyonu tarafından izlenecek, herhangi bir problemle karşılaşıldığı takdirde Firma veya anlaşmalı yetkili servisi ücretsiz olarak sorunu giderecek, yedek parça değişmesi gerekiyorsa ücretsiz olarak değişimi yapacaktır. - Muayene ve Kabul İşlemleri ile ilgili diğer hususlar varsa idari şartname ve sözleşmede belirtildiği gibi olacaktır. Garanti şartları: -Teslim edilen tüm malzemelere ait garanti belgeleri teslim sırasında idare‟ye teslim edilecektir. -Diğer garanti şartları varsa İdari Şartname ve Sözleşmede belirtildiği

88

9.GÜVENLĠK VE ÇEVRESEL AÇIDAN DEĞERLENDĠRMELER 9.1. OluĢacak Gaz Ürünlerin Değerlendirilmesi Absorpsiyon kolonunun üst akımından alınan gaz karışımının, filtrede tutularak sınır değerleri aşılmadan atmosfere verilmesi kararlaştırılmıştır. 9.1.1.Atık Gaz Sınır Değerleri Madde 12 - Gaz yakıtlı yakma tesisleri, Tablo-1.1 verilen sınırlamalara uyacak şekilde kurulup çalıştırılır. Tablo 1.1. Azotoksit (NOx), Karbonmonoksit (CO), Hidrokarbon (CxHy) Konsantrasyonu ve İslilik Derecesi (www2.cevreorman.gov.tr/yasa/yonetmelik.asp) İlgili Isıl Güç

Azotoksit

Karbonmo

Hidrokar

İslilik

Stan

(NOx)

noksit

bon

Derecesi

(NO2

(CO)

(CxHy)

dart

(kW)

olarak)

(mg/kWh)

(mg/kWh)

(ppm)

(Ringelma nn Skalası)

Atık Gaz İle Isı Kaybı (%)

(CH4olarak)

TS * veya EN*

70
260

1070

20

1

9

-

20

1

9

-

20

1

9

-

20

1

9

-

20

1

9

000 30< Sınıf 260 IG ≤70

1** Sınıf 200 2** Sınıf 150 3** Sınıf 100 4**

(TS )* Türk Standartları Enstitüsü ve (EN)*Avrupa Birliğinin ilgili standartları

89

(Sınıf)** TS ve EN‟de belirtilen sınıflar 9.1.2Gaz KarıĢımının Değerlendirilmesi Absorpsiyon kolonunun üst akımından alınan gaz karışımının değerlendirilmesi durumunda gaz sıyırıcı kullanarak azot ve karbondioksit birbirlerinden ayrılması öngörülmüştür. Bu işlem sonucunda oluşan azotun sınır değerler göz önünde bulundurularak atmosfere salınması, karbondioksitin ise tutulmasına karar verilmiştir. Tutma işlemi, karbondioksit gazının diğer gaz ürünlerinden ayrılması işlemidir. Tutulan karbondioksit gazı basınç altında sıkıştırılarak yoğunluğu artırılır ve nakliyesi kolaylaştırılır, okyanus ve derin deniz diplerine, tuz yataklarına, petrol ve doğalgaz kömür yataklarına, yeraltında geçirgen olmayan kayaçlara enjeksiyonla gönderilir. Kısıtlı olsa da tutulan karbondioksit endüstriyel kullanım alanları da bulunmaktadır. Bu süreçte karbondioksit gazının sıvılaştırılıp kuru buz halinde kullanılmasına karar verilmiştir.

9.2. Kimyasal Proses Tipi Üretim kapasitesinin büyük oluşu, enerjinin verimli kullanılabilmesi, proses sıcaklığının istenilen değerde tutulabilmesi, sisteme giren ham madde ve ürünlerin saflığının bozulma tehlikesinin minimuma inmesi gibi nedenlerden dolayı sistemiz sürekli sistem olarak seçilmiştir. 9.3. Kanalizasyon ġebekesine Verilmeyecek Atıklar Ve Diğer Maddeler Aşağıda sıralanan atık, artık ve diğer maddeler

hiçbir şekilde kanalizasyon şebekesine

verilemez. 1.Benzin, nafta, gazyağı, motorin, fueloil, diğer solventler ve tek başına veya başka maddeler ile etkileşim halinde yangına, patlamalara sebep olabilecek veya herhangi bir şekilde insanlar, yapılar ve arıtma tesisleri için tehlike meydana getirecek benzeri sıvı, katı ve gaz maddeler. 2.Gaz fazına geçebilen, duman meydana getiren, koku çıkartan, zehirli etkileri sebebi ile sağlığa zararlı olan, kanallara girişi, bakım ve onarımı engelleyen her türlü maddeler. 3.Kanal şebekesinde tıkanmaya yol açabilecek normal atıksu akımını ve kanal fonksiyonunu

90

engelleyecek kıl, tüy, lif, kum, curuf, toprak, mermer ve mermer tozu, metal, cam, paçavra, odun, plastikler, gübre, yağ küspeleri, hayvan yemi atıkları vb. her türlü katı madde ve malzeme. 4.Kanal yapısını bozucu, aşındırıcı, korozif maddeler, alkaliler, asitler, pH değeri 6‟dan düşük,10‟dan yüksek atıklar. 5. +5 °C ile +40 °C arasında çöken, katılaşan, viskoz hale geçen, kanal cidarında katı veya viskoz tabakalar meydana getirilebilecek her türlü maddeler. 6.Radyoaktif özelliğe sahip maddeler. 7. Dünya Sağlık Teşkilatı ve diğer Milletlerarası kuruluşların geçerli standartlar ile milli mevzuat ve standartlara göre tehlikeli ve zararlı atık sınıfına giren bütün atıklar. 8.Kanal şebekesinde köpük meydana getire bilen ve debisi ne olursa olsun anyonik yüzey aktif madde, konsantrasyonu 400 mg/l‟den fazla deterjanlı sular. 9. Her türlü katı atık ve artıklar, su ve atıksu arıtma ve ön arıtma tesisi çamurları, bekletme depoları ve septik tanklarda meydana gelen çamurlar. 10.Yağ ve gres konsantrasyonu 1000 mg/l‟den fazla olan atıksular. 11.AKM konsantrasyonu 2000 mg/l‟den fazla olan atıksular. Endüstrilerde atık su soğutma suyu, kazan suyu, proses suyu, temizlik suyu, toz bastırma ve yangın söndürme amaçlı kullanılabilir. Bu kullanımlar arasında en çok soğutma suyu amaçlı kullanımı yaygındır. Her bir kullanım alanı için istenen su kalitesi farklıdır. Soğutma suyu olarak kullanımda korozyon, çökelek oluşması, mikrobiyal büyüme olması gibi sorunların oluşmaması için gerekli önlemler alınmalıdır. Bunun için öncelikle çıkan suyun bileşiminin tayini yapılır ve daha sonra arıtma tesisi çıkış değerleri karşılaştırılmaktadır[1]. Proseste ortaya çıkan suyun ön arıtmadan geçirildikten sonra alıcı ortama verilmesine, az miktarda oluşan kinon ve maleik asitin ise satılmasına karar verilmiştir.

91

9.4.Güvenlik Bilgi Formları 9.4.1.Maleik Anhidrit Güvenlik Bilgi Formu

92

9.4.2. Maleik Asit için Güvenlik Bilgi Formu

93

9.4.3. Benzen Güvenlik Bilgi Formu

94

9.4.5.. Katalizör Güvenlik Bilgi Formu

95

9.4.6. Dibutil Fitalat için Güvenlik Bilgi Formu

96

10.MALĠYET HESAPLAMALARI 10.1. Ekipman Maliyeti 10.1.1. BuharlaĢtırıcı (E-101) Maliyeti

ġekil 10.1. Isı aktarım yüzey alanı-satın alma maliyeti diyagramı (10) A = 0,06m2 = 0,65ft2 Şekil 10.1‟den 0,65 ft2 için paslanmaz çeliğinden yapılmış çift borulu ısı değiştiricinin maliyeti 20 000 $‟dır.Bu fiyat 1990 yılı için geçerlidir.Marshall ve Swift maliyet göstergelerinden günümüz fiyatına çevirirsek; M(2010) = M(1990) x M(2010) = 20 000 $ x

(

)

(

)

= 31 852 $ = 57 015 TL

(10)

97

10.1.2. E-102 Maliyeti (Isı DeğiĢtirici Reaktör Ġçin 1)

ġekil 10.2. U tüplü ısı değiştirici için maliyet grafiği

A = 325,26 m2 = 3501,18 ft2 Şekil 10.2‟den 3501,18 ft2 maliyeti yaklaşık 55 000 $ (1990) okunmuştur. Günümüz fiyatı , M(2010) =87 593,71 $ = 156 793 TL

(10)

10.1.3. E-103 Maliyeti (Isı DeğiĢtirici Reaktör Ġçin 2 ) A = 13,19 m2 =142 ft2 Şekil 10.2‟den 142 ft2 maliyeti yaklaşık 5000 $ (1990) okunmuştur

98

M(2010) = 7963$ = 14 254 TL

(10)

10.1.4. Isıtıcı (E-109) Maliyeti A = 16,92 m2 = 182 ft2

; maliyet = 7000 $

Günümüz fiyatı ; M(2010) = 11 148 $ = 19 955 TL

(10)

10.1.5. Soğutucu (E-104) Maliyeti A = 60,54 m2 = 652 ft2

; maliyet = 17 000 $

Günümüz fiyatı ; M(2010) = 27 074 $ = 48 463 TL

(10)

10.1.6. Reaktör Maliyeti V = 32 m3

;

L = 3,2 m , D = 3,56 m

NTÜP = 2038 adet 

dTÜP = 0,025 m

Reaktör Ceketi : Alan = 2πrL + 2πr2 = 56 m2

0,9 m2 „si 351€ ise 

;

, r = 1,78 m

;

maliyet = 56 x

= 21900 € = 50370 TL

(11)

Ceket içi yalıtım malzemesi reçine kullanılmıştır. Yalıtım malzemesinin maliyeti için Çizelge 10.1‟den yararlanılmıştır.

Çizelge 10.1. Kaplama malzemelerinin fiyatları

99

kalınlık = 0,02 m

Alan = 56 m2

;

Hacim = 0,56 x 0,02 = 1,12 m3 = 39,55 ft3 Maliyet = 2,56 $/ft3 x 39,55 ft3 x 

= 161,2 $ = 290 TL

(10)

Reaktör tüp maliyeti : Tüp alanı = 2πrL = 0,25 m2 (1 tüp için) Toplam tüp alanı = 0,25 x 20382 = 5095,5 m2

;

1 m2 = 55,2 € Maliyet = 281271 € = 646925TL

10.1.7. Absorpsiyon Kolonu Maliyeti L = 2,9 m

D = 1,21m

;

V = 4,64 m3 = 164 ft3

Çizelge 10.2. Kule dolgu malzemelerinin fiyatları



Dolgu malzemesi olarak kullanılan Rasching halkaları için Çizeşge 10.2‟den yararlanılmıştır. 100

Paslanmaz Çelik ;

1 inç = 36,5 $/ft3

,

1,5 inç = 23,9 $/ft3

1,25 inç = 30,3 $/ft3 Maliyet = 30,3 $/ft3 x 164 ft3 = 5000 $ (1990) ; 

Maliyet (2010) = 14320 TL

Kolon Maliyeti :

Alan = 2πrL + 2πr2 = 16,6 m2 0,9 m2 „si 351€ ise

;

maliyet = 16,6 x

= 6500 € = 14950 TL

(11)

 Yardımcı Ekipmanlar :  Yoğuşturucu ; Q = 1901370 kcal/st için Maliyet = 19500 $ (1990) x

= 31100 $ = 55670 TL

(10)

 Kazan ; Q = 498780,29 kcal/st için Maliyet = 34500 $ (1990) x

= 55000 $ = 98450 TL

(10)

10.1.8. Distilasyon Kolonu Maliyeti D = 1,18 m

L = 7,09 m

;

V = 7,75 m3 = 273,7 ft3

Distilasyon kolonumuz 18 raftan oluşmakta ve geri döngü oranı ise 0,4626‟dir. Çizelge 10.3. Distilasyon kolonu maliyet çizelgesi

(10) 18.rafa göre ;  Kolon Fiyatı =17 760$ = 31 790 TL  Kondenser = 6000 $ = 10 740 TL  Kazan = 12 720 $ = 22 769 TL 101

10.1.9. Benzen Depolama Tankı Maliyeti

ġekil 10.3. Tankların maliyetleri

VT = 45,45 m3 = 9997,8 gal Tasarladığımız tankın hacmine göre Şekil 10.2. kullanılarak depolama tankının maliyeti bulundu. (10) Maliyet = 20000 $ x

= 31850 $ = 57012 TL

10.1.10. Dbf Depolama Tankı Maliyeti VT = 1m3 = 264,20 gal Tasarladığımız tankın hacmine göre Şekil 10.3. kullanılarak depolama tankının maliyeti bulundu.(10)

102

Maliyet = 4000 $ x

= 6370,45 $ =11 403TL

10.1.11. Ürün Depolama Tankı Maliyeti VT =35,6 m3 = 7831,1 gal Tasarladığımız tankın hacmine göre Şekil 10.2. kullanılarak depolama tankının maliyeti bulundu.(10)

Maliyet = 16000 $ x

= 25480 $ = 45610 TL

10.1.12. Kompresör Maliyeti T=303 K deki havanın ρ = 1,17

(Çizelge 6-5 akışkanlar eki )

40 796,62 kg/st x m3/ 1,17 kg =34 869 m3/st =581,15 m3/dk Kapasite = 581,15m3/dk x 1 ft3/ 0,02832 m3 = 20 521 ft3/dk 20 521 ft3/dk için 1990 yılı kompresör maliyeti = 100000 $ olarak alındı.

(10)

Maliyet (2010) = 159260 $ = 285075 TL

10.1.13. P-101 Pompası Maliyeti

ġekil 10.4. Pompaların maliyetleri 103

Kapasite = 8,45 gal/dk Tasarladığımız pompanın hacmine göre Şekil 10.4. kullanılarak depolama tankının maliyeti bulundu.(10) Maliyet = 1500 $ (1990) = 2400 $ (2010) = 4300 TL

10.1.14. P-102 Pompası Maliyeti Kapasite = 57,5 gal/dk Tasarladığımız pompanın hacmine göre Şekil 10.4. kullanılarak depolama tankının maliyeti bulundu.(10)

Maliyet = 5000 $ (1990) = 7970 $ (2010) = 14270 TL

10.1.15. P-103 Pompası Maliyeti Kapasite = 57,5 gal/dk Tasarladığımız pompanın hacmine göre Şekil 10.4. kullanılarak depolama tankının maliyeti bulundu.(10)

Maliyet = 5000 $ (1990) = 7970 $ (2010) = 14270 TL

104

Çizelge 10.4. Toplam Ekipman Maliyeti

              

E-101 E-102 E-103 E-109 E-104 R-101 T-101 T-102 V-101 V-102 V-103 P-101 P-102 P-103 C-101

57 015 TL 156 793 TL 14 254 TL 19 955 TL 48 463 TL 697 585 TL 183390 TL 65 299 TL 57012 TL 11 403 TL 45 610 TL 4 300 TL 14 270 TL 14 270 TL 285 075 TL 1 674 694 TL

Toplam Ekipman Maliyetine göre akışkan işleyen bir tesis için doğrudan ve dolaylı harcamalar hesaplandı.

Çizelge 10.5. Doğrudan ve Dolayı Maliyetler DOĞRUDAN MALĠYETLER Ekipman Satın Alma-Teslim Ekipman Montajı Ölçü ve Kontrol Sistemleri Boru Hattı Elektrik Hattı Binalar Arazi Düzenleme Yardımcı Tesisler Toplam Doğrudan Tesis Maliyeti DOLAYLI MALĠYETLER Mühendislik ve Danışma İnşaat Giderleri Yasal Giderler Müteahhitlik Beklenmeyen Giderler Toplam Dolaylı Tesis Maliyeti Sabit Sermaye Yatırımı

AKIġKAN ĠġLEYEN TESĠS 1 674 694 TL 787 106 TL 602 890 TL 1 138 792 TL 184 216 TL 301 445 TL 167 469 TL 1 172 286 TL 6 028 898 TL 552 649 TL 686 625 TL 66 988 TL 368 433 TL 736 865 TL 2 411 560 TL 8 440 458 TL (12)

105

10.2.Hammadde Maliyeti 

Benzen fiyatı: 1184 $/ton

(13)

Mbenzen=1671 kg/h Yıllık Fabrika=8040 h/yıl 

Benzen Maliyeti:1184$/ton x1Ton/1000kg x 1671kg/st x 8040 st/ yıl =15906850 $/yıl =28473263 TL/yıl



DBF fiyatı: 1500$/ton

(13)

-İlk kez giren DBF= 12 kg/h -Geri dönen DBF= 12117 kg/h -Yeni DBF= 12 kg/h Bir kereye mahsus olmak üzere 3h‟te giren DBF: 12129kg/h x 3h/1yıl x 1500$/ton x 1ton/1000kg =54581 $/yıl = 97699TL/yıl Yeni DBF maliyeti= 356748 TL/yıl 

Vanadyum penta oksit (V2O5) miktarı ayda bir değiştirilmektedir.

V2O5 maliyeti = 8040 h/yıl x 1gün/24h x 1ay/30gün x 269,2TL/ay =3006 TL/yıl 

Reaktör soğutma tuzları:

-Na2NO3 fiyatı= 500$/ton

(13)

-Na2NO3 miktarı= 654321,5 kg/h

(13)

Varsayım: 3h‟de sokulan Na2NO3 miktarı yılda bir değiştirilmektedir. Na2NO3 maliyeti =654321,5 kg/h x 3h/1yıl x 1ton/1000kg x 500 $/ton =981482 $/yıl =1756853 TL/yıl NaNO2 fiyatı = 430 $/ton

(13)

NaNO2 miktarı = 531155,1 kg/h

(13)

Varsayım= 3h‟de sokulan NaNO3 miktarı yılda bir değiştirilmektedir. NaNO2 maliyeti =531155,1 kg/h x 3h/ 1yıl x 1ton/ 1000kg x 430$/ton = 685190$/yıl =1226490 TL/yıl

106

10.3.Ütülite maliyeti Ürün bedenin %10 - %20‟sine eşdeğerdir.  

(10)

Ürün satış fiyatı= 1800$/ton Kapasite= 15000 ton/yıl Satış geliri= 15000 ton/yıl x 1800$/ton = 27000000$/yıl = 48330000 TL/yıl Ütülite maliyeti= 48330000 x 0,20 =9 666 000TL/yıl

10.4.ĠĢçilik giderleri İşçi: işçiden yapılan kesintiler       

İşçiden yapılan kesintiler = brüt ücret x 0,04 İşçilik sigorta işçi payı =brüt ücret x 0,01 Gelir vergisi matrahı=brüt ücret-(SSK işçi payı+ İşsizlik sigortası işçi payı) Gelir vergisi= Gelir vergisi matrahı x 0,15 Damga vergisi=Brüt ücret x 0,06 Kesintiler toplamı= İşçi payı sigorta payı + Gelir vergisi + Damga vergisi Net ücret=brüt önde-Kesintiler Toplamı

ĠĢverenden yapılan kesintiler SSK primi işveren payı = Brüt ücret payı x ( 0,19+tehlike sınır/2) İşsizlik sigortası payı= Brüt ücret x %2 ÇalıĢan iĢçiler =

İşçi sınıfı

TL/ay (maaş)

A1 (6)

1500

A2 (9)

1100

A3 (21)

837

A3 sınıfı iĢçi için, Asgari brüt ücret= 837 TL/ay SSK primi işveren payı=837 x 0,19 = 159,03 TL/ay İşsizlik sigortası payı= 837 x 0,02 = 16,74 TL/ay Asgari ücretin işveren maliyeti = 1013 TL/ay

107

A2 sınıfı iĢçi için, Net ücret =1100TL Brüt ücret = X SSK primi işçi payı= 0,14x İşsizlik sigortası işçi payı = 0,01x Gelir vergisi=(x-(0,14x + 0,01x)x 0,15=0,13x Damga vergisi = 0,006x Kesintiler toplamı= 0,14x + 0,01x + 0,13x + 0,006x =0,286x Net ücret= X-0,286x= 1100TL X=1540,6 TL/ay SSK primi işveren payı= 1540,6x0,19=292,714 TL/ay İşsizlik sigortası payı= 1540,6x0,02=30,812 TL/ay A2 sınıfı işçinin işverene maliyeti = 1864,13 TL/ay

A1 sınıfı iĢçi için, Net ücret=1500TL Brüt ücret= x=2100,8 TL/ay SSK primi işveren payı= 2100,8x0,19=399,152 TL/ay İşsizlik sigortası payı= 2100,8x0,02=42,016 TL/ay A1 sınıfı işçinin işverene maliyeti= 2542 TL/ay Toplam işçi maliyeti=A1 sınıfı = 2542x6=15252 TL/ay A2 sınıfı = 1864,13x9=16777,2 TL/ay A3 sınıfı = 1013x21 = 21273 TL/ay Toplam maliyet: 53302,2 TL/ay Yıllık iĢçi maliyeti= 53302,2x12 = 639626,4 TL/yıl

108

Mühendis: Net Ücret(TL/yıl)

Brüt Ücret(TL/yıl)

işverene Maliyeti (TL/yıl)

Üretim Müh. (1kişi)

2500

3501,4

4.237 TL

Vardiya Müh. (2kişi)

2000

2801,1

3389,3 TL x 2 = 6778,7 TL

Mühendis (2kişi)

1500

2100,8

2542 x 2 = 5084 TL

Üretim Müdürü (1kişi)

4000

5602,2

6.778,70 TL

Mühendis

Toplam = 22878,4 TL/ay

Yıllık mühendis maliyeti= 274540 TL/yıl Ġdari personel: Departman Satın Alma(3) Direktör(1) Diğerleri(2) Satış Pazarlama Direktör(1) Diğerleri(2) İnsan Kaynakları(2) Direktör(1) Diğer(1) Finansman(3) Direktör(1) Diğerleri(2) Santral-genel ofis(2) Planlama müdürlüğü(1) Endüstri Müh.(1) Genel Müdür(1) Genel Müd. Yard.(1)

Net Ücret (TL/ay)

Brüt Ücret (TL/ay)

İşverene maliyet (TL/ay)

2000 1300

2801,1 1820,7

3389,3 2203,1x2=4406,2

2000 1300

2801,1 1820,7

3389,3 2203,1x2=4406,2

1500 1000

2100,8 1400,6

2542 1695

1750 1500 1000

2451 2100,8 1400,6

2965,7 2542x2=5084 1695x2=3390

2200 8000 5000

3081,23 11204,5 7002,8

3728,3 13557 8473 Toplam=57026 TL/ay

Yıllık idari personel maliyeti=684312 TL/yıl Toplam yıllık çalıĢan maliyeti=1600000 TL/yıl Yemek masrafı=5TL x 30gün/ay x 60kiĢi = 9000TL/ay x 12ay = 108000TL/yıl

109

10.5.Amortisman Hizmet ömrü: 15 yıl Yatırım maliyeti (Yss): 8 440 458 TL Amortisman

10.6.ĠĢletme Giderleri 

İşletme giderleri (Giş) =Gham + Gütü + Gişçi + Gyemek + Gamortisman Giş=31 816 360+9 666 000+1 600 000+108 000+562 697 GiĢ=43 753 057 TL/yıl

 Brüt Kar (BK) = SG-Giş BK=48 330 000- 43 753 057 BK=4 576 943 TL/yıl  Net Kar(NK)=BK-Vergi Vergi = BK x Vergi oranı =4 576 943 x 0,20 = 915 389 TL/yıl NK = 4 576 943 – 915 389 NK = 3 661 554 TL/yıl 

 Şirket 27,6 ayda sabit sermaye yatırımını karşılar.

 Birim ürün maliyeti;

 Birim satış fiyatı;

 Sg> bm olduğu için elde edilen üründen kar sağlanır.

110

11.SONUÇLAR VE ÖNERĠLER 11.1.Sonuçlar Benzenin hammadde olarak kullanıldığı ve maleik anhidritin eldesi amaçlanan bu projede, gerekli fizibilite araştırmaları yapıldıktan sonra ilk olarak saatte 1866 kg maleik asit üretildiğinde (15000 ton/yıl ) beslenenmesi gereken benzen miktarının ne kadar olması gerektiği hesaplanmıştır.Gerçekleşen reaksiyonlarda beslemedeki benzenin %92 si maleik anhidrit oluşum tepkimesinde harcanır. Üretim sürecinde kullanılan reaktör, distilasyon kolonu, absorpsiyon kolonu ekipmanları etrafında kütle denkliği kurulmuş ve giren kütle çıkan kütleye eşitliği sağlanmıştır. Ayrıca buharlaştırıcı, ısıtıcı, reaktör ,soğutucu, absorpsiyon kolonu etrafında enerji denkliği kurulmuştur. Aygıt tasarımı çalışmasında öncelikle benzen, DBF ve çıkan ürün için depolama tankları hacmi hesaplanmıştır. Isı değiştiricilerin ısı yüzey alanları hesaplanmış olmak üzere tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu tasarım sürecinde akımlara uygun ısı aktarım katsayıları bulunmuştur. Distilasyon kolonu tasarımında çok bileşenli karışımların ayrılması basamaklarını uygulamak adına Antoine Eşitliğinden faydalanarak ağır anahtar bileşen olarak DBF alınırken, hafif anahtar bileşen maleik anhidrit alınmıştır. Gerekli hesaplamalar sonucunda RDmin=0,2313 olarak bulunmuş ve minimum geri döngü oranının 2 katıyla çalışılması öngörüldüğü için RD= olarak bulunmuştur.(RD=2.RDmin). Minimum raf sayısı 5 ve bu değer kullanılarak hesaplanan ideal raf sayısı 11 olarak hesaplanmıştır.%60 kolon verimiyle çalışma varsayılınca gerçek raf sayısı 18 olarak elde edilmiştir. Çözeltimiz ideal olmadığı için distilasyon kolonunun besleme rafı alttan 5.raf olarak belirlenmiştir. Kolon yüksekliği 7,09 m olarak bulunmuştur. Pompa tasarımı için,akımların hacimsel akış hızlarından yola çıkarak pompada sağlanan hacimsel akış hızı bulunmuştur. 8,45gal/dk, 57,5 gal/dk , 57,5 gal/dk‟lık akış hızlarına sahip santrifüj pompalar kullanımına karar verilmiştir. Kullanılan besleme , su ve ürün depolama tankları için hacim hesabı yapılmış 45,45 m3 ,1 m3, 35,6 m3‟lük paslanmaz çelikten yapılmış tankların kullanımı uygun görülmüştür. Akış şemasında yer alan hava kompresörü için termodinamik olarak gerekli hesaplamalar yapılmış ve 153 540 gal/dk hava pistonlu kompresör kullanımı uygun görülmüştür. Ekipmanların özellikleri vs. belirlendikten sonra her biri için teknik şartnameler hazırlanmıştır. Üretim süreci için maliyet hesabı yapılmış ve toplam ekipman maliyeti 1 674 694 TL olarak hesaplanmıştır.Toplam ekipman maliyeti kullanılarak sabit sermaye yatırımı 8 440 458 TL hesaplanmıştır.Brüt kar hesabı için satışlardan elde edilen gelirler(SG) 48 330 000TL , toplam üretim giderleri(GT) 43 753 057 TL olarak hesaplanmıştır ve bu değerlerin farkı alınarak brüt kar hesabı yapılmış ve yıllık brüt kar(BK) 4 576 943 TL ve olarak hesaplanmıştır.Tüm bu işlemle sonucunda üretim sürecinin yüksek kar getiren bir süreç olduğu görülmektedir. 111

11.2.Öneriler Yapılan çalışmada teorik olarak 15000 ton/yıl maleik anhidrit elde edilmiştir. Bu üretim sırasında bazı ekipmanlar tasarlanmış ve bunların maliyetleri hesaplanmıştır. Teorik olarak elde edilen bu veriler uygulamaya geçirildiğinde bu sonuçları elde etmemiz mümkün olmayabilir. Çünkü hesaplamalar yapılırken bazı varsayımlar yapılmıştır. Bu varsayımlara örnek olarak; literatürden elde edilen bilgilere göre reaksiyon verimi %90-95 aralığındadır. Bu projede %92 verimle çalışılması varsayılmıştır, buda reaksiyonun dönüşümüne etki etmektedir. Dönüşümün yüksek olması istenilen ürün miktarının yüksek olmasını sağlar. Buda distilasyon, absorpsiyon gibi ayırma işlemlerinde daha az enerji harcanmasını ve böylelikle maliyete olumlu şekilde yansır. Fakat burada istenmeyen ürün olarak hidrojen ve artan hava (azot ve oksijen) oluşuyor. Bunun fazlasının ayrılması absorpsiyon kolonunda gerçekleşmektedir. Hidrojenin ve havanın fazla olması ayırma için daha fazla enerji gerektirir. Hidrojenin az bulunması için dönüşümün azaltılırsa, istenilen ürün miktarında azalma ve istenmeyen kinon da artma meydana gelir. Bununda ayrılması distilasyon kolununda gerçekleşmektedir. Bunu dengelemek için en ideal dönüşümün belirlenmesi gerekir. Distilasyon kolonunda da yapılan varsayımlar yine bizim tasarımımız için önemlidir. Çünkü distilasyon fabrikanın son ve belirleyici ekipmanı diyebiliriz. Nihai ürün olarak elde etmek istediğimiz maleik anhidritin içerisinde maleik asit ve kinon bulunmaktadır. Amacımız bu maleik anhidriti alt ürün içerisinde en az oranda tutmaktır. Bunun için %1 den az olması istenmiştir. Distilasyon kolonunda bunu gerçekleştirebilmek için dönüşümde olduğu gibi yine bazı varsayımlar yapılmıştır. Örneğin litaratürden elde edinilen bilgiye göre döngü oranı, min döngü oranının 2 olduğu görülmüştür. Oysa ki bu ideal olanıdır. Ve yine distilasyon kolonu tasarımı için litaratürden edindiğimiz bilgiye göre ideal olan verim genellikle %45-65 arasındadır. Atadığımız bu verim değeri raf sayısını optimum yaparak maliyeti düşürmek, aynı zamanda elde edilecek nihai ürünü en saf halde almak şeklinde olmalıdır. Tasarlanılan depolama tanklarında tankın yapı malzemesi olarak karbon çelik seçilmesi uygun görülmüştür. Karbon çelik malzeme diğer çelik alaşımlarına göre daha ucuz ve bazı çelik alaşımlarına göre de daha dayanıklıdır. Bu şekilde yapı malzemesinin seçimi maliyet ve kullanım süresi açısından en uygun olanı seçilmelidir. Aynı zamanda depolama tankları tasarımında emniyet faktörü büyük önem taşır. Bu faktör bizim tankımızın içerisinde depolayacağımız maddenin taşmasını engelleyecek şekilde seçilmelidir. Fakat bunun seçilmesi sırasında gereğinden düşük seçilmemelidir. Çünkü düşük bir emniyet faktörü bizim tank hacmimizin artmasına ve maliyet artmasına neden olur. Maliyeti arttıran bir diğer unusurda depalama süresidir. Çünkü depolama süresi ne kadar uzun seçilirse, tank hacmi o derece büyük çıkar buda maliyeti arttırır. Bu ekipmanların yanında pompa seçimide büyük önem taşımaktadır. Çünkü besleme pompaları, ideal güçte olmalıdır. Eğer ideal gücün altında besleme yapıyorsa bu ürünün istenilen miktardan daha az eldesine neden olur. Buda fabrikanın Pazar taleplerini karşılayamama riskini doğurur. Eğer pompanın gücü idealden fazla ise, tanklarda taşma, enerjide fazla tüketim ve ek maliyete neden olarak fabrika için istenmeyen durumlar 112

oluşturur. Pompa her nekadar göz önünde olmayan bir ekipman olsada, diğer ekipmanlar arasındaki iletişimi sağlayan ve onlar arasında sürekli bağlantıda olan çok önemli bir ekipmandır. Absorpsiyon kolonu da fabrika için önemli bir unsurdur. Absorpsiyon kolonumuzda absorban olarak DBF kullanıldı. Kullanılan DBF maleik anhidrit ve maleik asiti absorplayarak alt üründen distilasyon kolonuna beslendi. Bu absorblama işlemi sırasında dikkat edilecek en önemli husus absorban olarak kullanılan DBF miktarıdır. Eğer az DBF kullanılırsa yeteri kadar absorplama olmaz ve ürün verimi düşer. Bunun tam tersi olursa, yani DBF miktarı gereğinden fazla kullanılırsa bu kez de DBF fazlasını uzaklaştırmak için distilasyon kolonunda iyi ayırma gerçekleşmesi gerekecek bunu oluşturmak için kolon çapı artar, kolon yüksekliği artar bunların arttırması maliyeti arttırır. Görüldüğü gibi absorban miktarının idealden az yada çok olması işletmenin maliyet giderlerinin artmasına neden olmaktadır. Bu en ideal absorban miktarı hesaplanabilmesi için tasarım aşamasında önce distilasyon, daha sonra absorpsiyon kolonu tasarlanması gerekmektedir. Bu sayede elde edilecek maleik anhidrit miktarını değiştirmeden ideal olan absorban miktarı hesaplanır. Yer seçimi,işletmenin çok önem verdiği konulardan birisi olmalıdır.Uygun olmayan bir kuruluş yeri seçimi firmanın yok olmasına veya rekabet dışı kalmasına sebep olabilir.Yeni bir işletmenin kurulması mevcut kuruluş yerinin genişletilmesi, Pazar kayması,kaynakların tükenmesi,taşıma olanaklarının değişmesi gibi durumlarda ortaya çıkabilen yer seçimi probleminin uygun çözümü,firmaların faaliyetlerini ve maliyet yapılarını önemli ölçüde etkiler.Tasarladığmız fabrikanın yerinin vergilerin azlığından dolayı serbest bölgede ve pazara yakınlık açısından liman kentlerine yakın olan yerde kurulmasına karar verilmiştir. Yapılan fabrikanın gerçek hayatta bir uygulaması yapılan yere ziyaret gerçekleştip uygulamayı yerinde görüp incelemenin öğrenme açısından faydalı olacağı kanısındayız.

113

12. KAYNAKLAR 1)http://hbogm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/kimya/moduller/BenzenTurev leriVeProsesleri.pdf 2)

Karaoğlu B, 2007, Selectıve Benzene Oxıdatıon To Maleıc Anhydrıde Over

Nanostructured Catalysts In A Fluıdızed Bed Reactor, Chemical Enginnering Department, Ege University, İzmir 3) Güneş Z,2005, Halokinonların Mono ve Difonksiyonel Gruplu Tiyollerle Reaksiyonlarının İncelenmesi,İstanbul Üniversitesi,İzmir 4) http://www.che.cemr.wvu.edu/publications/projects/maleic/ma-a.pdf 3 5) http://www.epa.gov/ttnchie1/ap42/ch06/final/c06s14.pdf akım seması 2 6) Truton R, 1998,Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes,Prentice Hall 7) Termodinamik Dersi Ekleri 8) Chemcad Programı 9) Ayırma Dersi Ders Notları 10) Peters,M., Timmerhaus, K., 1991, Plant Design and Economics for Chemical Engineers, Mc GRAWHILL. 11) Aesar, A., Matthey, J., 2011, Alloys, Company Research Chemicals Metals and Materials Over 4000 New Products, 13, 2379-2381. 12) Mühendislik Ekonomisi Dersi Maliyet Tablosu Ekleri 13) www.alibaba.com ,/ (Son Erişim Tarihi: 13.05.2012) 14) Sinnot, R., Towler G., “Chemical Engineering Design”Elsevier, 5th edition, Butterworth Heinemann, 2009. 15)

R.Byron, Warren E.Stewart, Edwin N.Lightfoot, Chemical Engineering Department

University of Wisconsin-Medison

114